味精的发酵生产工艺.ppt

第五章味精生产 第一节概述 一 味精及其生理作用 1 味精的种类 按谷氨酸的含量分类 99 95 90 80 四种 按外观形状分类 结晶味精 粉末味精 2 味精的生理作用和安全性 1 参与人体代谢活动 合成氨基酸 2 作为能源 3 解氨毒谷氨酸 NH3谷氨酰胺 水 味精的毒性试验表明是安全的 第一代鲜味料 第二代鲜味料 第三代鲜味料 二 味精的生产方法 味精的生产方法 水解法 发酵法 合成法和提取法 1 水解法 原理 蛋白质原料经酸水解生成谷氨酸 利用谷氨酸盐酸盐在盐酸中的溶解度最小的性质 将谷氨酸分离提取出来 再经中和处理制成味精 生产上常用的蛋白质原料 面筋 大豆及玉米等 2 发酵法 原理 淀粉质原料水解生成葡萄糖 或直接以糖蜜或醋酸为原料 利用谷氨酸生产菌生物合成谷氨酸 然后中和 提取制得味精 淀粉质原料 糖液 谷氨酸发酵 中和 味精 3 合成法 4 提取法 丙烯 氧化 氨化 丙烯睛 谷氨酸 味精 原理 石油裂解气丙烯氧化氨化生成丙烯腈 通过羰化 氰氨化 水解等反应生成消旋谷氨酸 再经分割制成L 谷氨酸 然后制成味精 原理 以废糖蜜为原料 先将废糖蜜中的蔗糖回收 再将废液用碱法水解浓缩 提取谷氨酸 然后制得味精 水解 浓缩中和废糖蜜 谷氨酸 味精提取 第二节淀粉水解糖液的制备 一 制备方法 1 酸解法 原理 以无机酸或有机酸为催化剂 在高温高压下将淀粉转化为葡萄糖的方法 优点 生产方便 设备要求简单 水解时间短 设备生产能力大 缺点 要求设备耐腐蚀 耐高温 耐高压 对原料要求严格 易发生付反应 淀粉转化率低 2 酸酶法 原理 先将淀粉水解成糊精或低聚糖 再用糖化酶将其水解成葡萄糖 适用性 淀粉颗粒较坚硬 用酶水解需较长时间的原料 如玉米 小麦等谷物淀粉 特点 酸液化速度快 产品颜色浅 糖液质量高 但水解时间较长 3 酶解法 4 双酶法 原理 先将淀粉乳用 淀粉酶液化 然后用酸将其水解成葡萄糖 适用性 适于大米或粗淀粉原料 可省去其精制过程 避免淀粉在加工过程中的流失 原理 先用淀粉酶将原料水解成糊精或低聚糖 再用糖化酶将后者水解成葡萄糖 特点 水解条件温和 不要求设备耐腐蚀 耐高 耐高压 对原料要求粗放 但生产周期长 二 酸解法制糖工艺 1 酸解法制糖原理 以酸为催化剂 在高温条件下 淀粉发生水解反应 1 4糖苷键和 1 6糖苷键被切断 淀粉链逐渐变短 淀粉先变为糊精 低聚糖 麦芽糖 最后生成葡萄糖 在整个水解过程中 由于受酸和热的作用 一部分葡萄糖发生复合反应和分解反应 如下所示 复合反应分解反应复合低聚糖葡萄糖有机酸 有色物 淀粉 2 淀粉酸水解工艺 工艺流程 原料 淀粉 水 酸 调浆 糖化 冷却 中和 脱色 滤除杂 糖液 水解条件 在淀粉酸解过程中 必须先将淀粉原料调成粉浆 保持一定的浓度和酸度 然后将料液泵入糖化锅 在一定条件下进行水解糖化 淀粉乳浓度的选择 淀粉水解时 淀粉乳的浓度越低 水解液的葡萄糖值越高 糖液色泽越浅 淀粉乳的浓度高 易发生复合分解反应 故一般控制在10 11 Be 酸的种类和影响 常用的酸 盐酸 硫酸和草酸 催化效率 盐酸最强 其次是硫酸 草酸 催化能力强 但中和后产生氯化物 增加糖液灰分 影响结晶 分离和收率 颜色浅 催化能力较强 但用硫酸钙中和时 生成的硫酸钙在蒸发时易生成结垢 影响传热 催化能力较低 用碳酸钙中和时 生成的草酸可基本钙本除去 糖液纯度高 颜色浅 盐酸硫酸草酸 酸的添加方法添加方法不同 对水解有很大影响 一般是先将1 3左右的酸用水稀释后放入锅内 其余酸放入粉浆中 再泵入糖化锅进行糖化 酸的添加量和添加法 加酸量 以淀粉乳的pH值为指标 当采用10 11 Be 的淀粉乳时 控制pH值在1 5左右 压力和时间的选择 糖化压力与水解反应速度成正比 压力升高 水解反应速度加快 反应时间短 反之 压力降低 反应时间加长 高温短时间是最佳的水解方法 蒸汽压力一般为245 392KPa 糖化设备的选择 糖化锅的结构对糖液质量有直接的影响 若糖化锅的体积太大 进出料的时间长 使淀粉水解时间差别大 部分先水解的生成的葡萄糖易发生复合分解反应 因此 一般味精厂采用的糖化锅径高比为1 1 5 2 5 水解糖液的中和 脱色和除杂 在淀粉水解的同时 淀粉原料中的其它物质 如蛋白质 脂肪 纤维素 无机盐等也发生变化 所生成的物质影响糖液的纯度 如氨基酸能与葡萄糖的分解产物反应 形成色素 使糖液色泽加深 故水解糖液必须加以中和 脱色和除杂 中和 淀粉水解糖化后 糖化液温度很高 140 150 经冷却后才能中和 中和的目的是降低糖化液酸度 调节pH值 生产中常用的中和剂有纯碱 氢氧化钠溶液 中和温度控制在80 终点pH控制在4 0 5 0 脱色和除杂 水解糖液中的杂质不仅对谷氨酸发酵不利 而且影响谷氨酸的提纯 糖液脱色方法活性炭吸附法离子交换树脂脱色法 活性炭的用量为0 2 0 8 脱色温度为70 80 在脱色过程中要保证一定时间的搅拌 使活性炭充分起作用 三 双酶法制糖工艺 双酶法制糖工艺主要包括淀粉的液化和糖化两个步骤 1 淀粉的液化在 淀粉酶的作用将淀粉水解生成糊精和低聚糖 升温液化法将淀粉乳 30 40 调整pH为6 0 6 5 加入CaCl2 使Ca2 达到0 01mol l 加入定量的液化酶 在保持剧烈的搅拌下 加热到80 90 保持30min左右 达到所需的液化程度 然后升温至100 灭酶10min 淀粉液化的方法升温液化法 高温液化法 喷射液化法和分段液化法 2 糖化 高温液化法将淀粉调整好pH和Ca2 浓度 加入所需的液化酶 用泵将其打入液化桶 桶内有90 的热水 淀粉受热糊化 液化 由桶低流入保温桶 90 保温40min 达到所需的液化程度 糖化温度和pH取决于所用糖化剂的性质 若用曲霉糖化剂 温度控制在60 pH为4 0 4 5 若用根霉糖化剂 温度控制在55 pH为5 0以下 在实际生产中 根据酶的特性 尽量选用较高的糖化温度 这样可以加快糖化速度 减少杂菌污染的机会 第三节谷氨酸发酵菌 短杆菌属细胞为短的不分支的直杆菌 大多数不运动 革兰氏染色阳性 一 谷氨酸发酵菌的特征和分类 谷氨酸发酵菌分属于棒杆菌属 短杆菌属 小节菌属和节杆菌属中的细菌 棒杆菌属细胞为直或微弯的杆菌 常呈一端膨大的棒状 不运动 革兰氏染色阳性 例如 AS 1 299 AS 1 542等 节杆菌属主要特点是在培养过程中出现细胞形态由球菌变杆菌 由杆菌变球菌 一般不运动 小节菌属为杆状菌 形状和排列都和棒杆菌相似 有时呈球杆菌状 我国谷氨酸发酵生产中使用的菌株主要有北京棒杆菌AS 1 299钝齿棒杆菌AS 1 542 HU7251 672等 二 谷氨酸菌种的扩大培养 普遍采用二级种子培养流程 即斜面菌种 一级种子培养 二级种子培养 发酵罐 1 菌种的扩大培养 斜面菌种培养 32 培养18 24h 一级种子的培养 二级种子的培养 将培养好的培养基分装于1000ml三角瓶中 每瓶装200 250ml液体培养基 瓶口用6层纱布加一层绒布包扎 在0 1MPa的蒸汽压下灭菌30min 每只斜面菌种接种3只一级种子三角瓶 接种后 32 振荡培养12h 培养好的一级种子放在4 冰箱备用 通常使用种子罐培养 种子罐的大小是根据发酵罐的容积配套确定的 二级种子的数量是发酵培养液体积的1 二级种子的培养温度为32 时间为7 10h 2 种子的质量要求 镜检菌体健壮 排列整齐 大小均匀 呈单个或八字形排列 革兰氏染色阳性 二级种子的活菌浓度要求达到108 109个 ml 要求二级种子活力旺盛 对数期种子的呼吸强度 QO2 大于1000 lO2 ml h 平板检查 菌落蛋黄色 中间隆起 表面湿润 有光泽 边缘整齐 呈半透明状 小摇瓶发酵试验 产酸稳定 并在高峰 第四节谷氨酸发酵机制及工艺控制 一 谷氨酸生物合成途径 谷氨酸发酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化学过程 包括糖解途径 EMP途径 磷酸己糖途径 HMP途径 三羧酸循环途径 TCA循环 乙醛酸循环 CO2固定反应等 在谷氨酸发酵时 糖酵解经过EMP及HMP两个途径进行 生物素充足菌 HMP途径所占的比例是38 生物素亚适量 EMP途径所占的比例更大74 HMP途径所占比例约为26 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径见下图 由葡萄糖生物合成谷氨酸 二 谷氨酸生产原料包括碳源 氮源 无机盐和生长因子等 发酵原料的选择原则首先考虑菌体生长繁殖的营养 考虑到有利于谷氨酸的大量积累 还要考虑原料丰富 价格便宜 发酵周期短 产品易提取等因素 1 碳源它是构成微生物细胞和合成谷氨酸的碳架及能量的营养物质 谷氨酸产生菌是异养型微生物 只能从有机化合物中取得碳素 并以氧化分解有机化合物产生的能量供给细胞生长需要 碳源的种类很多 常用的有糖类 脂肪 有机酸 某些醇类和烃类 2 氮源一般的发酵工业碳氮比为100 0 2 2 谷氨酸发酵的碳氮比为100 0 5 2 0 当碳氮比为100 0 5 2 0时 只能合成菌体 而不产谷氨酸 碳氮比在100 11l以上时 才开始积累谷氨酸 氮源种类 无机氮和有机氮 无机氮有氨水 尿素 硫酸铵 碳酸铵 氯化铵 硝酸铵等 菌体利用无机氮源较有机氮源迅速 铵氮 尿素氮比硝基氮优越 目前生产上多采用尿素为氮源 采用分批流加 其初尿用量是根据菌种的脲酶的强弱及耐尿程度决定 注 尿素流加时温度不宜过高 不超过45 否则游离氨过多 使初pH过高 抑制菌体生长 发酵初尿流加应在培养液冷却至室温后加入 以防止温度高 尿素分解 pH升高 生成不溶性磷酸铵镁盐 3 无机盐微生物所需要的无机盐有硫酸盐 磷酸盐 氯化物以及含钾 钠 镁 铁的化合物等 有的还需要微量元素 如铁 锰 锌 铜 钴 硼等 工业生产上常用的无机磷有K2HP04 3H20或Na2HP04 12H20 镁是很多酶促反应中的无机激活剂 硫是构成蛋白质和某些酶的活性基 钠在培养基中起着调节渗透压的作用 锰是许多酶的激活剂 其需要量极少 一般培养基中使用MnS04 4H20其浓度为2mg kg 4 生长因子微生物生长所不可缺少的微量的有机物称为生长因子 包括氨基酸 嘌呤 维生素等 一般谷氨酸产生菌绝大多数为生物素缺陷型 以生物素为生长因子 三 谷氨酸发酵条件的控制谷氨酸发酵条件包括温度 pH 菌龄及接种量 通风及搅拌 氧的传递 泡沫的控制等 用发酵条件来控制发酵过程中各种化学及生物化学反应的方向和速度 以达到预期的生产目的 1 温度的控制各种微生物在一定的条件下都有一个最适生长温度范围 所谓最适生长温度是生物化学反应速度最高 酶蛋白的钝化最低的协调平衡温度 微生物种类不同 所要求的温度范围不同 同一种微生物 在不同培养条件下其最适温度也往往不同 谷氨酸菌的最适生长温度与产物生成所需温度不同 其最适生长温度为30 32C 谷氨酸形成的最适温度为34 37C 在谷氨酸发酵前期 若温度过高 菌种易衰老 耗糖慢 谷氨酸 产量低 因此 前期温度上升要缓慢 在发酵中期 温度上升要快 后期逐渐缓和 在发酵中 后期 若发酵温度太低 则发酵周期长 且利于产酸 所以 在生产上可根据菌种特点 采用二级或三级管理温度 即发酵前期长菌体阶段控制在30 32 发酵中 后期为34 37 2 发酵过程中pH的控制谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下可积累谷氨酸 而在酸性条件下则容易形成谷酰胺和N 乙酰谷酰胺 发酵过程中 培养液中的糖分被利用 氧化成中间产物有机酸 pH下降 有机氮被利用 释放氨 则pH升高 因此 由于菌种的新陈代谢 培养液成分不断变化 pH有时升高 有时降低 pH的变化 发酵前期pH低 菌体生长旺盛 只长菌不产酸 发酵前期pH过高 8 0以上 则对菌体生长不利 糖代谢缓慢 发酵时间延长 但在发酵前期pH稍高些 对抑制杂菌生长有利 因此发酵前期应控制pH为7 5左右 发酵中 后期控制pH7 2左右 因为谷氨酸脱氢酶的最适作用pH为7 0 7 2 氨基转移酶的最适作用pH为7 2 7 4 若发酵后期pH较高 7 5 8 0 菌体自溶 谷氨酸转成谷氨酰胺 通常采用氨水流加法和尿素流加法调节pH 3 菌龄及接种量的控制菌龄是指种子的培养时间 微生物的生长大致可分为适应期 对数期 稳定期 衰老期 所接的菌种处于哪个生长阶段对适应期的长短有很大影响 若用处于活力旺盛的 对数期的谷氨酸菌种为种子 可缩短适应期 若菌龄过长 则菌种活力降低 代谢产物增多 种龄 一级种子菌龄控制在11 12h 二级种子菌龄为7 8h 种量 指接入发酵罐内种子的量占发酵罐内发酵培养基量的百分比 接种量的多少对适应期的延续时间也有很大的影响 接种量一般以1 为好 种量过多 使菌体生长速度过快 菌体娇嫩 不强壮 提前衰老自溶 后期产酸不高 如果接种量过少 则菌体增长缓慢 会导致发酵时间延长 容易染菌 4 通风量与搅拌速度的控制谷氨酸产生菌是兼性好氧菌 它进行呼吸和合成细胞物质时需要氧气 因此 在进行谷氨酸发酵时 需要大量供给菌体生长及发酵所需的氧 谷氨酸菌只能利用溶解氧 而氧是难溶于水的气 体 所以在发酵过程中 需要不断补充无菌空气 不同的种龄 接种量 培养基成分 发酵阶段及发酵罐 要求通风量不同 菌体生长繁殖期 要求溶氧系数Kd为 4 6 10 7molO2 mL min atm 谷氨酸形成阶段 溶氧系数为 1 5 1 8 10 6mol02 mL min atm 在长菌阶段 若供氧过量 在生物素限量下 抑制菌体生长 表现为耗糖慢 长菌慢 pH偏高 且不易下降 在发酵产酸阶段 需要大量供氧 如通气量不足 往往表现出pH低 耗糖快 长菌不产酸 而积累乳酸和琥珀酸 而这时通气量过大 也不利于r酮戊二酸进一步还原氨基化 而大量积累 酮戊二酸 因此 只有在适量通气条件下 才有可能大量积累谷氨酸 溶解氧的控制 大小是由通风与搅拌两方面决定的 与搅拌器的型式 直径大小 搅拌转速 搅拌器在发酵罐内的相对位置因素等有关 一般搅拌器直径大 转速快 溶氧系数大 所以 增大搅拌转速比增加通风量对溶氧系数提高更为显著 具体操作 发酵前期 以低通风量为宜 发酵中 后期 以高通风量为好 当培养基浓度高 营养丰富 生物素用量大时 应采用高通风量 当菌体生长缓慢 pH偏高时 应减少通风量 或停止搅拌 以利于长菌 当菌体生长快 耗糖快时 应提高通风量 以抑制生长和满足合成谷氨酸所必须的足够能量 5 泡沫的控制在好气发酵中 由于通风和搅拌产生一定量的小气泡 泡沫过多会带来一系列的问题 影响发酵的正常进行 所以 需要控制泡沫的产生 消除泡沫的方法 一是机械消泡即借助机械力将泡沫打破 或借压力变化使泡沫破裂 它的优点是不用在发酵液中加其他物质 节省原料 消泡剂 减少污染机会 但此法不能从根本上消除引起泡沫的因素 消泡效果不如化学消泡好 二是化学消泡剂消泡利用消泡剂进行消泡 其作用机理是当消泡剂与气泡膜面接触时 使泡膜局部的表面张力降低 力的平衡受破坏 气泡破裂 产生气泡合并 最后导致泡沫破灭 常用的消泡剂 植物油 豆油 花生油等 矿物油 石蜡油 合成消泡剂 泡敌 该法的优点是消泡效果好 作用迅速 用量少 缺点是消泡剂选择不当会影响菌体生长繁殖或影响代谢产物的积累 操作上增加染菌的机会 四 提高谷氨酸发酵产率的措施1 选育高产菌种选育高产菌种是提高谷氨酸发酵产率的主要途径 国内外都很重视菌种的选育工作 高产菌株的选育可通过菌种自发突变过程中挑选出来 也可利用物理或化学诱变剂处理微生物细胞群 促使其突变 然后采用快速 高效的筛选方法 挑选出符合育种目的的突变株 还可采用体外DNA重组 原生质体融合等技术 创造 出高产菌 例如 近年来在棒状杆菌中已检出若干种质粒 如 pAM4286 pAM330 pAMl519等 用重组DNA技术提高短杆菌和棒杆菌的谷氨酸产量已获得成功 所得的转化子比供体菌提高一倍 此外 通过原生质体融合技术也获得比亲株谷氨酸产量有所提高的融合子 高产谷氨酸菌株应具备以下特征 丧失 酮戊二酸脱氢酶的氧化能力 谷氨酸脱氢酶活力强 氧化还原氨基化反应强 C02固定反应强 异柠檬酸脱氢酶活力强 不分解和利用谷氨酸 耐高糖 高浓度谷氨酸 2 根据菌种特性控制最适宜的发酵条件控制最适宜的环境条件是提高发酵产率的重要条件 在谷氨酸发酵中 应根据菌种特性 控制好生物素 磷 N源 pH 氧传递速率 排气中CO2和02含量 氧化还原电位以及温度等 从而控制好菌体繁殖及产物形成 能量代谢与产物合成 副产物与主产物合成等关系 使底物最大限度地被用来合成主产物 为了实现发酵过程工艺条件最佳化 国外利用电子计算机进行资料收集 数据解析 程序控制 从而准确地取样 检测 并及时处理数据 使操作条件最佳化 3 追加糖液法追加糖液的发酵法是谷氨酸发酵法普遍采用的一种方法 即采用较低的初糖浓度和大接种量 以利于菌体迅速繁殖 获得生产需要的足够强壮的菌体 然后创造有利条件 使菌体从长菌阶段转入产酸阶段 缩短发酵时间 当菌体处在生长对数期的末期 追加糖液 维持一定的糖浓度 继续发酵 则产酸率和转化率会大为提高 另外 还有添加青霉素流加糖法 以甜菜 糖蜜为原料添加吐温法等 第五节噬菌体与杂菌的防治一 谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治噬菌体对发酵的危害在谷氨酸发酵过程中 若菌体受到噬菌体的侵染 一般会发生溶菌 发酵迟缓或停止等现象 结果造成不再积累谷氨酸 严重的会引起倒罐 甚至连续倒罐 为防止噬菌体的侵染 首先要了解谷氨酸噬菌体的特性 从而加以防治 确保谷氨酸发酵顺利进行 一 谷氨酸噬菌体的主要特征1 具有非常专一的寄生性 2 不耐热性 在70C 5min均死亡 3 pH的稳定性 pH7 9时 稳定 低于6或高于10时 失活 小于4时完全失活 4 嗜氧性 在低溶氧情况下 抑制生长 5 对干燥的稳定性 环境越干燥 噬菌体越不易死 在潮湿情况下 易死亡 6 不耐药性 在甲醛0 5 苯酚0 5 漂白粉1 5 石灰水1 下均可杀死噬菌体 二 谷氨酸发酵污染噬菌体后的异常现象1 发酵液光密度在初期开始上升 而后又下降或不上升 2 发酵液pH逐渐上升 4 8h内可达8 0以上 且不下降 3 不耗糖或耗糖缓慢 4 泡沫大 黏度大 有时呈胶状 可拔丝 5 发酵周期长 产酸低或不产酸 6 镜检时 菌体减少 缺少八字排列 菌体变胖 革兰氏染色呈红色片状 严重时呈网状或鱼翅状 几乎看不到完整的细胞 7 发酵中后期 周期稍有延长 温度缓慢上升 谷氨酸产量有所提高 菌体破裂释放出谷氨酸 8 平板检查时 有噬菌斑 摇瓶发酵 发酵液稀而清 9 发酵液残糖高 颜色浑 发灰 发红 有刺激性臭味 黏度大 泡沫多 难中和 过滤困难 三 防治噬菌体污染的主要措施1 严格控制活菌体的排放摇瓶液 取样液 废弃菌液或发酵液均应先灭菌 后排放 已经污染了噬菌体的发酵液或种子液应先灭菌 80C 5min 再进行提取或排放 提取的母液不能乱扔 应经密闭阴沟或远离空压机房和发酵车间 才可排放 必须建立工厂环境清洁卫生制度 要定期使用药剂冲刷地面 2 严防噬菌体进入种子罐或发酵罐种子室要远离发酵车间 严防种子带人噬菌体 制定检查噬菌体的制度 各级种子的制备要严格灭菌 轮换使用菌种或使用抗噬菌体的菌株均可防止噬菌体污染 还可进行药物防治或选育抗链霉素突变株 进行药物防治可添加金属螯合剂 抑制噬菌体的吸附或DNA的注入 表面活性剂 作用于细菌表面 抑制噬菌体的吸附 抗生素 抑制噬菌体蛋白质合成 等 3 发酵罐中污染噬菌体后的抢救谷氨酸发酵前期感染了噬菌体后 可以采用一系列抢救措施 以减少损失 1 抗性菌法 发现噬菌体后 应停止搅拌 小通风 降低pH 立即培养抗性种子 然后接人发酵液中 并补加1 3的不调pH的玉米浆 2 轮换菌种法 发现噬菌体后 停止搅拌 小通风 降低pH 轮换使用菌种 如672换Asl 299 Asl 299换Asl 542 Asl 542换Asl 299 不加初尿 并补充30 40 的玉米浆 不调pH 适当加磷 镁 为正常量的1 3 若pH仍偏高 可停止搅拌 适当通风 至pH正常 OD值增长后再开始搅拌 3 灭噬菌体法 发现污染噬菌体后 停搅拌 小通风 降低pH 在罐内用夹层 或冷却管 加热至70 8012 并自顶盖通人蒸人2 的种子 继续发酵 汽 自排汽口排出 因噬菌体不耐热 加热可杀死发酵液内的噬菌体 通蒸汽可杀死发酵罐空间及管道内的噬菌体 冷却后 若pH过高 停止搅拌 小通风 降低pH 接大二倍量的原菌种 至pH正常后开始搅拌 4 放罐重消毒 发现噬菌体后 放罐 调pH 补加1 2的玉米浆和1 3的水解糖 重新灭菌 适当降低温度 不加初料 然后接入2 的种子 继续发酵 二 谷氨酸发酵中杂菌的污染与防治谷氨酸发酵要求纯种培养 若遭受了杂菌的污染 轻者影响产量或质量 重者可能导致倒罐 甚至停产 因此 在谷氨酸发酵中 杂菌污染的检查与防治是十分重要的 一 检查杂菌的方法所谓染菌 是指在发酵培养基中侵入了阻碍生产的其他微生物 检查杂菌的方法要求准确 快速 尽早发现 及时采取措施 1 显微镜检查用革兰氏染色法染色 镜检 若发现有芽孢菌 革兰氏阴性菌 长杆菌 球菌 菌体碎片等情况 说明发酵液已经染菌 应及时采取措施 2 培养皿画线检查平板检查时 先将灭菌后的培养基倒人培养皿内 冷却 接种 于37C下培养24h 镜检 3 肉汤培养检查法此法主要用于检查空气系统及培养基是否带菌 具体做法是将培养液装在吸气瓶中 灭菌30min 在37C下培养24h 如无混浊 说明无杂菌污染 如呈现混浊 说明染菌 二 杂菌污染的防治要防止杂菌污染 先要弄清楚造成染菌的原因 然后进行防治 1 杂菌污染的主要原因分析 种子带菌 若发酵前期染菌 可能是种子带菌所致或发酵罐本身染菌所致 为了避免种子染菌 在斜面种子 摇瓶种子制备过程中都必须严格操作 确保无杂菌污染 罐体与管件渗漏所引起的染菌 若罐体或管件有极其微小的漏孔时 易引起染菌 有时漏孔用肉眼直接察觉不到 需要通过一定的试漏方法才能发现 死角 罐或管路连接处的死角 在灭菌时其中的杂菌不易被杀死 易造成连续染菌 影响生产 空气系统染菌 好气性发酵需连续不断地通人大量无菌空气 空气系统所有的设备要定时打开排液阀排液 避免设备内积液太多 而带人空气中去 造成染菌 环境污秽造成染菌 车间 环境卫生差 易引起染菌 为堵绝杂菌的来源和繁殖机会 必须加强车间和环境的清洁卫生工作 2 杂菌污染的防治与挽救污染了杂菌后 要根据具体情况 及时采取措施加以挽救 具体措施为 1 一级种子经平板检查确认无菌后 方可接大二级种子中 2 二级种子冷却 小于10C 保压12 16h 平板检验确认无杂菌后 再接入发酵罐 3 发酵0 6h后 大幅度染菌 镜检发现球菌 应放罐重消毒 消毒温度适当降低 4 发酵12h后 发现污染有少量芽孢或杆菌 但光密度尚正常 pH仍有升降 耗糖一般 谷氨酸产量在0 2 以上 则可加大通风量 按常规发酵到底 5 发酵后期确认染球菌 则可加热至70 80C放罐 6 发现染菌的罐 下次空罐消毒加入甲醛后 再用蒸汽熏蒸0 12 0 17L m3 7 加强车间卫生管理 防止活菌体飞扬 8 选用抗药性菌种 第六节谷氨酸的提取一 概述 一 谷氨酸发酵液的性质在发酵液中 除含有谷氨酸外 还存在着菌体 残糖 色素 胶体物质及其他发酵副产物 谷氨酸发酵结束后 发酵液的温度在34 36 pH6 0 7 5 接近中性 整个发酵液外观呈浅黄色浆状 表面浮有少许泡沫 正常谷氨酸发酵液的组分如下 1 L 型谷氨酸 一般以谷氨酸铵盐 C5H8O4N NH4 形式存在 2 无机盐 K Na NH Mg2 Ca2 SO42 等 残糖 色素 尿素以及消泡用的花生油 豆油或合成消泡剂等 3 大量菌体 蛋白质等固形物质悬浮在发酵液中 湿菌体约占发酵液的2 5 4 少量发酵副产物 如乳酸 r酮戊二酸和琥珀酸 天冬氨酸 丙氨酸 缬氨酸 脯氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 谷氨酰胺等 各种氨基酸的含量为10 5 0 6 0 8 的铵离子 1 的残糖 6 核苷酸类物质及其降解产物 如发酵液中含腺嘌呤0 02 0 05 尿嘧啶约占发酵液的0 01 0 03 二 谷氨酸的提取方法分离提纯原理 利用它的两性电解质性质 谷氨酸的溶解度 分子大小 吸附剂的作用以及谷氨酸的成盐作用等 提取方法 等电点法 离子交换法 锌盐法等 为了提高提取收率 还可采用等电点 锌盐法 等电点 离子交换提取工艺提取新技术 电渗析和反渗透法 浓缩等电点法 离子硅藻土过滤等电点法等 二 等电点法提取谷氨酸此法操作简便 设备简单 但操作时间长 占地面积多 一 等电点法提取谷氨酸的原理谷氨酸分子中含有两个酸性羧基和一个碱性氨基 其解离方式取决于溶液的pH 在不同pH的溶液中 以阳离子 两性离子和阴离子等几种不同的离子状态存在 当pH 3 22 羧基的解离受到抑制 谷氨酸主要以阳离子形式存在 带正电荷 当pH 3 22时 谷氨酸主要以两种不同的阴离子形式存在 带负电荷 当pH 3 22时 谷氨酸呈电中性 绝大部分以偶极离子存在 其分子内部正负电荷相等 溶液中的总静电荷等于零 谷氨酸分子之间相互碰撞 并通过静电引力的作用结合成较大的聚合体而沉淀 此时溶液的pH 称谷氨酸的等电点 习惯上以pI表示 在等电点时 谷氨酸的溶解度最小 味精生产中正是利用了这一特性提取谷氨酸 1 谷氨酸结晶的性质谷氨酸结晶属斜方晶系离子晶体 具有多晶型性质 在不同的条件下 可以得到 型谷氨酸结晶和 型谷氨酸结晶 型结晶的晶轴长短接近 晶体粗壮 呈颗粒状 且颗粒大 质量高 易沉淀分离 是一种理想的结晶 型谷氨酸结晶晶轴长短不一 呈针状或鳞片状 晶粒微细 纯度低 质量轻 不易沉淀析出 因此 在操作中要控制结晶条件 以利于形成 型结晶 2 影响晶型的因素影响谷氨酸晶体晶型的因素有发酵液中谷氨酸的含量 结晶析出温度 残糖浓度等 在室温自然冷却条件下 随谷氨酸含量的升高 型谷氨酸结晶增多 水分增多 分离困难 当结晶析出的温度超过30 时 型谷氨酸结晶增加 因此 在采用等电点法提取谷氨酸时 必须把发酵液温度降到30 以下 避免形成 型结晶 发酵液中残糖浓度高 型结晶增加 残糖越低 则有利于形成 型结晶 3 影响谷氨酸结晶析出的主要因素 谷氨酸含量 用等电点法提取谷氨酸时 要求谷氨酸含量在4 以上 否则 可先浓缩或加晶种后 再用等电点法提取谷氨酸 若谷氨酸含量大于8 易形成 型结晶 温度及降温速度 谷氨酸的溶解度随温度的降低而变小 使谷氨酸从发酵液中结晶析出 为了有利于形成 型结晶 结晶温度要低于30 且降温要缓慢 以形成较大的结晶颗粒 投晶种与育晶 在晶核形成以前 适时投放一定量的晶种 有利于收率的提高 生产上根据发酵液中谷氨酸的含量和pH来确定投种时间 一般谷氨酸含量在5 左右 pH4 0 4 5时投晶种 谷氨酸含量在3 5 4 0 pH为3 5 4 0时投晶种 投种量一般为发酵液的0 2 0 3 加酸 加酸的主要目的是调节发酵液的pH 使其达到谷氨酸的等电点 加酸速度的快慢对晶体的大小影响很大 在生产上 一般要求前期加酸稍快 中期 晶核形成前 加酸要缓 后期加酸要慢 使pH缓慢降到等电点为止 搅拌 适当搅拌有利于晶体长大 使菌体大小均匀一致 搅拌还可以减少结晶粒子的互相黏接 避免晶簇的形成 搅拌转速与设备直径和搅拌浆叶大小有关 一般以20 30r min为宜 二 等电点提取工艺的操作要点1 加酸调等电点将发酵液排入等电桶后 测量温度 pH和谷氨酸含量 然后搅拌冷却 待液温降至30C时 加盐酸调pH 前期加酸稍快 1h左右将发酵液的pH调至5 0 中期加酸要缓慢 约经2h 发酵液的pH接近4 0 4 5时 观察晶核形成情况 当 菌体 发酵液中残存菌体的大小及多少 因菌种的不同而异 AS l 542菌的菌体大 数量少 质量轻 相对地说 容易同谷氨酸结晶分离 发酵液若染噬菌体 色泽深灰甚至发红 黏度增大 泡沫多谷氨酸的纯度和收率较低 能目视发现晶核时 要停止加酸 育晶1 2h 使晶核壮大 此后加酸速度要慢 直到pH为3 0 3 2时 停止加酸 继续搅拌20h结束 整个中和温度要缓慢下降 不能回升 最终温度越低越好 2 沉降分离将中和好的发酵液静置沉淀4 6h 放出上清液 然后将谷氨酸结 晶沉淀层表面的少量菌体细麸酸清除 放另一缸中回收利用 底部的谷氨酸结晶取出后 离心分离 第七节由谷氨酸制成味精一 谷氨酸的中和 脱色和除铁 一 谷氨酸的中和1 谷氨酸一钠的等电点谷氨酸中和反应的pH应控制在谷氨酸第二等电点pH6 96 当pH高时 生成的谷氨酸二钠增多 而谷氨酸二钠没有鲜味 将谷氨酸溶于水中 加热 加碱进行中和 随着碱的不断加入 溶液的pH逐步升高 谷氨酸的电离平衡发生移动 当绝大多数的谷氨酸都变成阴离子形式时 即为中和生成谷氨酸一钠的等电点 2 操作中和剂 在味精生产中 中和谷氨酸可用氢氧化钠 也可用纯碱 Na2C03 一般不用液碱 因为液碱甲含杂质氯化钠较多 最后会影响结晶味精成品的质量 谷氨酸中和时 先把谷氨酸加入水中 制成饱和溶液 然后加碱中和 注意加碱速度要缓慢 用pH试纸测其pH 边加碱边搅拌 中和温度控制在65 左右 在中和时 要控制投料比适当 即湿谷氨酸与水之比为1 2 湿谷氨酸与纯碱之比为1 0 3 0 4 中和温度夏天为60C 冷天为65C 中和液浓度为21 23Be 中和反应控制pH为6 7 7 0 若超过7 0以上 溶液中谷氨酸二价阴离子逐渐增多 易生成谷氨酸二钠 二 中和液的除铁由于生产原料不纯 生产设备腐蚀及生产工艺等原因 使中和液中的铁 锌离子超标 必须将其除去 目前除铁 锌离子的方法主要有硫化钠和树脂法两种 硫化钠法硫化钠可与Fe2 Zn2 反应生成硫化铁和硫化锌沉淀而除去 其总反应式为 Na2S Fe2 FeS 2Na Na2S Zn2 ZnS 2Na 使用的硫化钠要求呈橙黄色或微黄色 杂质少 硫化钠的用量要适当 并且在使用前应先配成13 15Be 溶液 树脂法树脂除铁是利用弱酸性阳离子交换树脂 吸附铁或锌得以除去 用此法除铁 或锌 不但解决了硫化钠除铁引起的环境污染问题 改善了操作条件 而且提高了味精质量 是一种较为理想的除铁方法 三 中和液的脱色在味精生产过程中 由于各种成分的化学变化产生了一些有色物质 如焦糖 氨基糖 单宁铁等 因此 中和液需进行脱色处理 脱色方法有物理吸附和化学脱色两种方法 1 物理吸附即采用活性炭脱色 用活性炭脱色时 温度控制在50 60 pH保持在6 4以上 脱色时间为30min 为了加快吸附过程的进行 可适当搅拌中和液 活性炭的用量 根据活性炭脱色能力的强弱及中和液色泽的深浅等情况决定 一般为中和液的2 3 活性炭分为粉末状的药用炭和GH 15