味精有機酸修改

1、1第六章第六章 味精的生產(chǎn)味精的生產(chǎn) 味精：又名味素，味精：又名味素，L-谷氨酸的單鈉鹽谷氨酸的單鈉鹽。具有一分子結(jié)晶水，分子量。具有一分子結(jié)晶水，分子量187.13。分子式為：分子式為：NaC5H8O4N.H2O -氨基酸戊二酸一鈉。白色透明有光澤氨基酸戊二酸一鈉。白色透明有光澤的八面柱狀結(jié)晶體，易溶于水不溶于純的八面柱狀結(jié)晶體，易溶于水不溶于純酒精等有機溶劑。具有強烈肉鮮味，酒精等有機溶劑。具有強烈肉鮮味，120以上逐漸失去結(jié)晶水而改變化學(xué)性以上逐漸失去結(jié)晶水而改變化學(xué)性質(zhì)質(zhì)。2主要化學(xué)性質(zhì)n1.與酸作用生成谷氨酸或谷氨酸鹽酸鹽與酸作用生成谷氨酸或谷氨酸鹽酸鹽n2.與堿作用生成谷氨酸二鈉鹽

2、與堿作用生成谷氨酸二鈉鹽n3.長時間受熱引起分子內(nèi)失水生成焦谷長時間受熱引起分子內(nèi)失水生成焦谷氨酸鈉。氨酸鈉。3強力味精n定義：又名特鮮味精或新味精，它由味定義：又名特鮮味精或新味精，它由味精配以適量的精配以適量的I+G混合制成混合制成n用途：調(diào)味用用途：調(diào)味用n G具有香覃味道具有香覃味道nI具有鰹魚質(zhì)鮮味具有鰹魚質(zhì)鮮味n一般比例：一般比例：99%味精：味精：I+G=98%：2%4食用味精的安全性n1973年聯(lián)合國食品添加劑標準委員會規(guī)年聯(lián)合國食品添加劑標準委員會規(guī)定，攝入量為定，攝入量為0120mg/Kg體重，不適體重，不適合未滿合未滿12周即周即3個月的嬰兒個月的嬰兒n1987年年2月，

3、月，WHO/WTO根據(jù)聯(lián)合國食根據(jù)聯(lián)合國食品添加劑標準委員會對味精毒理性試驗品添加劑標準委員會對味精毒理性試驗規(guī)定使用味精不做限量規(guī)定使用味精不做限量5n中國味精大鼠長期毒性試驗總結(jié)中國味精大鼠長期毒性試驗總結(jié)nSummary of Long Term Toxicity Experiment on Mouse for Monosodium Glutamaten中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會 n摘要：味精是以淀粉或糖質(zhì)為原料通過微生物發(fā)酵摘要：味精是以淀粉或糖質(zhì)為原料通過微生物發(fā)酵法生產(chǎn)出來的一種谷氨酸的鈉鹽法生產(chǎn)出來的一種谷氨酸的鈉鹽, ,是自然界存在的氨基是自然界存在的氨基酸的一種酸的一種

4、. .對于它的安全性對于它的安全性, ,在國際上在國際上, ,特別是日本曾做特別是日本曾做過大量工作過大量工作, ,以翔實的、科學(xué)的數(shù)據(jù)證實了食用味精是以翔實的、科學(xué)的數(shù)據(jù)證實了食用味精是安全的安全的. .聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑法聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑法規(guī)委員會第規(guī)委員會第1919屆會議也宣布結(jié)論屆會議也宣布結(jié)論:對味精每人每天攝對味精每人每天攝入量不需作任何規(guī)定入量不需作任何規(guī)定.時隔時隔1010多年多年, ,至今還有一部分消至今還有一部分消費者對味精的安全性存在疑慮費者對味精的安全性存在疑慮. .為了進一步證實為了進一步證實 味精味精的營養(yǎng)與安全的營養(yǎng)與安全

5、,中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會組織味精行業(yè)中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會組織味精行業(yè), ,在中在中國中醫(yī)研究院的大力支持下國中醫(yī)研究院的大力支持下, ,對我國味精產(chǎn)品進行了對我國味精產(chǎn)品進行了 ,通過試驗通過試驗, ,再一次證實了食用味精再一次證實了食用味精是安全的是安全的. .關(guān)鍵詞：味精關(guān)鍵詞：味精, ,大鼠大鼠, ,毒性試驗毒性試驗, ,安全安全6一、味精工業(yè)的發(fā)展史 1866年，德國人雷哈生利用硫酸水解小麥面筋，最先分離出谷氨酸。 1908年，日本人池田菊苗和鈴木合作從海帶汁液中提取谷氨酸成功。 1910電日本味之素公司用水解法生產(chǎn)出谷氨酸。 1936年，美國人從甜菜廢液中提取谷氨酸。 1946年，美國發(fā)明發(fā)酵

6、法生產(chǎn)“-酮戊二酸，并發(fā)表了用酶法或化學(xué)法將此酮酸轉(zhuǎn)換為L谷氨酸的研究報告。7一、味精工業(yè)的發(fā)展史1957年，日本協(xié)和發(fā)酵公司開始以糖質(zhì)原料，采用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸成功，并于1957年投入工業(yè)化生產(chǎn)。1959年，美國也開始采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。1962年，日本味之素公司采用以丙烯腈為原料，化學(xué)合成DL谷氨酸，再經(jīng)化學(xué)分割生成L谷氨酸鈉，后來由于石油價格提高，加上消費者對化學(xué)合成味精不放心的心理，影響市場銷售，而告全部停產(chǎn)。1965年，日本協(xié)和公司采用醋酸發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸1977年，用糖蜜為原料發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸。8一、味精工業(yè)的發(fā)展史我國1923年。上海天廚味精廠首先采用鹽酸水解面筋生產(chǎn)味精1932年

7、，沈陽味精廠開始用豆粕水解生產(chǎn)味精。1958年，我國有關(guān)研究所和工廠開始研究發(fā)酵法制備谷氨酸的工藝。1964年，上海天廚味精廠首先以黃色短桿菌617為生產(chǎn)菌株，采用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸中型試驗獲得成功，繼而投入工業(yè)化生產(chǎn)。9一、味精工業(yè)的發(fā)展史1964年，杭州味精廠與中國科學(xué)院微生物研究所等單位協(xié)作進行北京棒桿菌As1.299發(fā)酵法生產(chǎn)谷谷氨酸擴大試驗1965年獲得成功并投入工業(yè)化生產(chǎn)。同時，天津味精廠與天津工業(yè)微生物研究所等單位也研制成功用發(fā)酵法制谷氨酸。沈陽味精廠也相繼用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。10一、味精工業(yè)的發(fā)展史（2001年資料）：全年商品味精產(chǎn)量713666.81噸，比上年增長9.45工業(yè)總產(chǎn)

8、值(現(xiàn)價)90245004萬元，比上年增長10.69年產(chǎn)100味精2萬噸以上廠有10家，比上年新增2家。它們依次是：河南蓮花味精集團、山東菱花集團、江蘇菊花味精集團、山東三九味精集團、廣州奧桑味精食品公司、沈陽紅梅集團、浙江蜜蜂集團、武漢味全食品公司、杭州味精廠、山東鈴蘭味精集團。 11二、谷氨酸合成的機制n（一）合成途徑n谷氨酸的生物合成途徑大致是：葡萄糖經(jīng)糖酵解(EMP途徑)和己糖磷酸支路(HMP途徑)生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A(乙酰COA)，然后進入三羧酸循環(huán)，生成酮戊二酸。-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有NH4+存在的條件下，生成谷氨酸。當生物素缺乏時，菌種生長十分緩慢；當生物素

9、過量時，則轉(zhuǎn)為乳酸發(fā)酵。因此，一般將生物素控制在亞適量條件下，才能得到高產(chǎn)量的谷氨酸。 12（二）合成條件細胞內(nèi)氨基酸合成特點：1、 某一類氨基酸往往有一個共同的前體2、 氨基酸合成與EMP、TCA循環(huán)有密切關(guān)系3、 一種氨基酸可能是另一種氨基酸的前體13因此，要使細胞內(nèi)積累大量氨基酸，必須：1、 解除氨基酸代謝途徑中的反饋抑制2、 防止所合成的目標氨基酸降解或用于合成其它組分3、 若集中氨基酸有一個共同前體，應(yīng)切斷其它氨基酸的合成途徑4、 增加細胞的通透性，使合成的氨基酸及時排出體外，降低胞內(nèi)濃度。14以谷氨酸合成為例：措施1：限制細胞內(nèi)-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的活性措施2：增加細胞通透性，使

10、谷氨酸排出體外，解除反饋抑制 加入biotin、油酸鹽、飽和脂肪酸、青霉素等15 菌種選育n1、 選育營養(yǎng)缺陷型菌株選育營養(yǎng)缺陷型菌株n2、 利用基因工程獲得高產(chǎn)菌株利用基因工程獲得高產(chǎn)菌株n3、 選育調(diào)節(jié)突變型菌株選育調(diào)節(jié)突變型菌株n谷氨酸生產(chǎn)菌特征谷氨酸生產(chǎn)菌特征谷氨酸生產(chǎn)菌能夠在體外積累菌體最大生長需要量谷氨酸生產(chǎn)菌能夠在體外積累菌體最大生長需要量300300多多倍的谷氨酸，研究發(fā)現(xiàn)：大量積累并非是當初設(shè)想的倍的谷氨酸，研究發(fā)現(xiàn)：大量積累并非是當初設(shè)想的由于特異代謝途徑導(dǎo)致，而是：由于特異代謝途徑導(dǎo)致，而是： 代謝調(diào)節(jié)控制；代謝調(diào)節(jié)控制； 細胞膜通透性的特異調(diào)節(jié)；細胞膜通透性的特異調(diào)節(jié)；

11、 發(fā)酵條件的適合；發(fā)酵條件的適合；16高產(chǎn)谷氨酸菌種的生理生化特征n1.異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱n2.還原型輔酶還原型輔酶II進入呼吸鏈能力弱或缺進入呼吸鏈能力弱或缺陷陷n3.酮戊二酸氧化能力缺欠或微弱酮戊二酸氧化能力缺欠或微弱n4.檸檬酸合成酶、烏頭激酶、異檸檬酸檸檬酸合成酶、烏頭激酶、異檸檬酸脫氫酶活力弱脫氫酶活力弱n5.谷氨酸脫氫酶活力強谷氨酸脫氫酶活力強n6.二氧化碳固定反應(yīng)酶活力強二氧化碳固定反應(yīng)酶活力強17n7.分解利用谷氨酸的能力弱分解利用谷氨酸的能力弱n8.耐高糖、耐高谷氨酸耐高糖、耐高谷氨酸n9.谷氨酸對谷氨酸反饋控制作用喪失谷氨酸對谷氨酸反饋

12、控制作用喪失n10.具有向環(huán)境泄露谷氨酸的能力具有向環(huán)境泄露谷氨酸的能力18控制細胞膜透性的幾種方法n(1)化學(xué)控制法:控制磷脂的合成(包括生物素缺陷型/油酸缺陷型/甘油缺陷型/添加表面活性劑型);阻礙細胞壁的合成(添加青霉素)n(2)物理控制法:溫度敏感型突變株19生物素對谷氨酸合成途徑的影響：n1.生物素對糖酵解的影響生物素對糖酵解的影響n 主要影響糖酵解的速度主要影響糖酵解的速度.在生物素充在生物素充足的情況下足的情況下,丙酮酸以后的氧化活性增強丙酮酸以后的氧化活性增強,但糖降解速度顯著提高但糖降解速度顯著提高,打破糖降解速度打破糖降解速度與丙酮酸氧化之間的平衡與丙酮酸氧化之間的平衡,使

13、丙酮酸趨向使丙酮酸趨向合成乳酸合成乳酸.n 限量時糖降解速度與丙酮酸氧化速度平限量時糖降解速度與丙酮酸氧化速度平衡衡202. 生物素可以使生物素可以使NAD/NADH2含含量減少量減少n在生物素缺乏菌中,葡萄糖氧化能力弱,特別是醋酸琥珀酸的氧化能力顯著減弱.n研究發(fā)現(xiàn):生物素缺乏菌中, NAD/NADH2含量減少到含量減少到1/2-1/4213. 生物素對乙醛酸循環(huán)的影響：異檸檬酸裂解生物素對乙醛酸循環(huán)的影響：異檸檬酸裂解酶的活性喪失，高效率移動酶的活性喪失，高效率移動n乙醛酸循環(huán)的關(guān)鍵酶是異檸檬酸裂解酶,該酶受葡萄糖/琥珀酸組阻遏,為醋酸誘導(dǎo).控制生物素的亞適量,丙酮酸氧化能力減弱,醋酸生成

14、速度慢;n琥珀酸氧化能力降低而積累的琥珀酸反饋抑制該酶的活性,并阻遏該酶的形成,使乙醛酸循環(huán)基本封閉.n異檸檬酸-酮戊二酸-谷氨酸方向22n4.生物素對氮代謝的影響生物素對氮代謝的影響n 生物素限量的情形下，幾乎沒有異檸檬酸生物素限量的情形下，幾乎沒有異檸檬酸裂解酶的活性，琥珀酸氧化能力弱，蘋果酸裂解酶的活性，琥珀酸氧化能力弱，蘋果酸和草酰乙酸反應(yīng)停滯，完全氧化能力降低，和草酰乙酸反應(yīng)停滯，完全氧化能力降低，ATP形成減少，蛋白質(zhì)合成減少，使菌體合成形成減少，蛋白質(zhì)合成減少，使菌體合成谷氨酸谷氨酸n5. 對谷氨酸合成機制的影響對谷氨酸合成機制的影響n 影響膜的合成，排放降低了反饋抑制，確保影響

15、膜的合成，排放降低了反饋抑制，確保谷氨酸優(yōu)先合成谷氨酸優(yōu)先合成23谷氨酸合成控制生物素的本質(zhì)n在谷氨酸的發(fā)酵中，控制生物素的本質(zhì)在谷氨酸的發(fā)酵中，控制生物素的本質(zhì)是調(diào)節(jié)細胞膜的滲透性。是調(diào)節(jié)細胞膜的滲透性。n 生物素作為脂肪酸生物合成最初反應(yīng)生物素作為脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰輔酶的關(guān)鍵酶乙酰輔酶A羧化酶的輔酶，參羧化酶的輔酶，參與脂肪酸的生物合成，進而控制磷脂的與脂肪酸的生物合成，進而控制磷脂的合成。細胞膜是由磷脂雙分子層組成，合成。細胞膜是由磷脂雙分子層組成，生物素的降低減少了磷脂合成，細胞變生物素的降低減少了磷脂合成，細胞變形，有利于谷氨酸的滲出。形，有利于谷氨酸的滲出。24發(fā)酵

16、的控制n一、控制碳氮比是關(guān)鍵控制碳氮比是關(guān)鍵n一般發(fā)酵工業(yè)的碳氮比例為一般發(fā)酵工業(yè)的碳氮比例為100：0.5-2.0n谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100：20-30n 當碳氮比低于當碳氮比低于100：20時，菌體大量繁時，菌體大量繁殖，少量生成谷氨酸殖，少量生成谷氨酸n當碳氮比例高于當碳氮比例高于100：30時，菌體大量時，菌體大量生成谷氨酰胺生成谷氨酰胺25二、氧n氧。谷氨酸產(chǎn)生菌是好氧菌，通風(fēng)和攪氧。谷氨酸產(chǎn)生菌是好氧菌，通風(fēng)和攪拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用率，而且會影響發(fā)酵周期和谷氨酸的合率，而且會影響發(fā)酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在

17、發(fā)酵后期，加大通氣量成量。尤其是在發(fā)酵后期，加大通氣量有利于谷氨酸的合成。有利于谷氨酸的合成。 26三、溫度n菌種生長的最適溫度為菌種生長的最適溫度為3032 。當。當菌體生長到穩(wěn)定期，適當提高溫度有利菌體生長到穩(wěn)定期，適當提高溫度有利于產(chǎn)酸，因此，在發(fā)酵后期，可將溫度于產(chǎn)酸，因此，在發(fā)酵后期，可將溫度提高到提高到3437 27四、 pH值n谷氨酸產(chǎn)生菌發(fā)酵的最適谷氨酸產(chǎn)生菌發(fā)酵的最適pH在在7.08.0。但在發(fā)酵過程中，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的利用，但在發(fā)酵過程中，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的利用，代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液的代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液的pH會不斷變會不斷變化。如隨著氮源的利用，放出氨，化。如隨著氮源的利用

18、，放出氨，pH會會上升；當糖被利用生成有機酸時，上升；當糖被利用生成有機酸時，pH會會下降。下降。 28五、磷酸鹽n它是谷氨酸發(fā)酵過程中必需的，但濃度它是谷氨酸發(fā)酵過程中必需的，但濃度不能過高，否則會轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵不能過高，否則會轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵 29發(fā)酵轉(zhuǎn)換n定義：當發(fā)酵條件、環(huán)境因素發(fā)生變化時，必然會影響控制代謝有關(guān)酶的合成及其活性，從而導(dǎo)致發(fā)酵轉(zhuǎn)換方向，產(chǎn)生其他代謝產(chǎn)物30幾種主要的代謝轉(zhuǎn)換n1、氧、氧n乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸酮戊二酸酮戊二酸n2、NH4n酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺n3、PH值值n谷氨酰胺、乙酰谷氨酰胺谷氨酰胺、乙酰谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸31n

19、4、磷酸、磷酸n纈氨酸纈氨酸谷氨酸谷氨酸n5、生物素、生物素n乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸n還有氧化還原電位、氯化銨、醇類等含還有氧化還原電位、氯化銨、醇類等含量均可以影響代謝途徑量均可以影響代謝途徑32味精生產(chǎn)的工藝流程n味精生產(chǎn)一般可以分為制糖、發(fā)酵、提味精生產(chǎn)一般可以分為制糖、發(fā)酵、提取、精制、包裝五個工序取、精制、包裝五個工序33制糖工序工藝流程n淀粉淀粉調(diào)漿調(diào)漿水解水解冷卻冷卻中中和、脫色和、脫色壓濾壓濾糖液糖液34發(fā)酵工序工藝流程n菌種菌種斜面活化斜面活化一級種子培養(yǎng)一級種子培養(yǎng)n二級種子培養(yǎng)二級種子培養(yǎng)發(fā)酵發(fā)酵發(fā)酵液發(fā)酵液35谷氨酸發(fā)酵過程中形態(tài)變化n變化趨勢：變化趨勢：

20、A.長菌型細胞長菌型細胞 ，體現(xiàn)為短桿，體現(xiàn)為短桿或棒狀，細胞排列單個、成對或八字形?；虬魻睿毎帕袉蝹€、成對或八字形。nB.轉(zhuǎn)移型細胞，細胞伸長膨大，生物素轉(zhuǎn)移型細胞，細胞伸長膨大，生物素缺乏，產(chǎn)酸速度加快，即有長菌型也有缺乏，產(chǎn)酸速度加快，即有長菌型也有產(chǎn)酸型細胞產(chǎn)酸型細胞nC.產(chǎn)酸型細胞，多為磷脂不足的異常狀產(chǎn)酸型細胞，多為磷脂不足的異常狀態(tài)，呈現(xiàn)伸長、膨大、不規(guī)則、缺乏八態(tài)，呈現(xiàn)伸長、膨大、不規(guī)則、缺乏八字型排列，類似花生狀字型排列，類似花生狀36發(fā)酵周期、細胞形態(tài)、生物素n以發(fā)酵周期以發(fā)酵周期3036小時計算小時計算n發(fā)酵發(fā)酵710小時，細胞長菌期，生物素小時，細胞長菌期，生物素豐

21、富豐富n發(fā)酵發(fā)酵1020小時，轉(zhuǎn)型期，生物素開始小時，轉(zhuǎn)型期，生物素開始減少到耗盡，開始產(chǎn)酸，完成由谷氨酸減少到耗盡，開始產(chǎn)酸，完成由谷氨酸非積累型向積累型轉(zhuǎn)變非積累型向積累型轉(zhuǎn)變n發(fā)酵發(fā)酵20小時以后，產(chǎn)酸期，產(chǎn)酸速度加小時以后，產(chǎn)酸期，產(chǎn)酸速度加快，快，OD值穩(wěn)定，產(chǎn)酸直線上升值穩(wěn)定，產(chǎn)酸直線上升37提取工序工藝流程n冷凍等電法冷凍等電法 鋅鹽法鋅鹽法 等電離交法等電離交法n發(fā)酵液發(fā)酵液冷卻調(diào)酸冷卻調(diào)酸投晶種投晶種育育晶晶繼續(xù)育晶繼續(xù)育晶繼續(xù)攪拌、低溫育繼續(xù)攪拌、低溫育晶晶沉淀沉淀離心分離離心分離濕谷氨酸濕谷氨酸38精制工序工藝流程n谷氨酸谷氨酸中和中和除鐵除鐵沉淀沉淀脫色脫色二次脫色、除

22、鐵二次脫色、除鐵過濾過濾脫色脫色濃縮結(jié)晶濃縮結(jié)晶離心分離離心分離振振動干燥動干燥成品成品39產(chǎn)品質(zhì)量標準n味精的衛(wèi)生標準味精的衛(wèi)生標準GB27201996，涉及砷、，涉及砷、鉛、鋅、味精含量鉛、鋅、味精含量n味精系列標準：味精系列標準：QB150092，規(guī)定了，規(guī)定了MSG不低于不低于80%的各種味精的各種味精n標 準 號 ：標 準 號 ： G B / T 8 9 6 7 - 2 0 0 0標準名稱：谷氨酸鈉標準名稱：谷氨酸鈉(99% 味精味精)40三廢處理與環(huán)境保護nGB194312004 味精工業(yè)廢水排放標準nCOD Chemical Oxygen DemandnBOD Biochemic

23、al oxygen demandnSS suspended solid 41三、味精生產(chǎn)工藝（一）一） 味精生產(chǎn)的原料味精生產(chǎn)的原料1 淀粉原料：玉米、大米、木薯等淀粉原料：玉米、大米、木薯等2 氮素原料：尿素、氨水、碳酸氫銨等氮素原料：尿素、氨水、碳酸氫銨等3 輔助原料：工業(yè)鹽酸：提取時調(diào)節(jié)等電點輔助原料：工業(yè)鹽酸：提取時調(diào)節(jié)等電點燒堿：離子交換法生產(chǎn)谷氨酸時用于作洗脫劑燒堿：離子交換法生產(chǎn)谷氨酸時用于作洗脫劑硫化鈉：除鐵硫化鈉：除鐵硫酸鎂：用于發(fā)酵培養(yǎng)基硫酸鎂：用于發(fā)酵培養(yǎng)基42二、味精生產(chǎn)（一） 味精生產(chǎn)的原料4 酶制劑：用于酶法水解淀粉。包括酶制劑：用于酶法水解淀粉。包括淀粉酶和糖化酶

24、淀粉酶和糖化酶5 活性炭；具有大的比表面積、發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)、良好活性炭；具有大的比表面積、發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)、良好的吸水性能和較高機械強度。用于脫色脫臭。的吸水性能和較高機械強度。用于脫色脫臭。6 離子交換樹脂：不溶于酸、堿、有機溶劑的物質(zhì)，化離子交換樹脂：不溶于酸、堿、有機溶劑的物質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和離子交換能力的固體高分學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和離子交換能力的固體高分子化合物。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架上有許多可以被交換的活性子化合物。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架上有許多可以被交換的活性基團。包括陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂?；鶊F。包括陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。7 鹽鹽43二、味精生產(chǎn)（二）、谷氨酸

25、產(chǎn)生菌分類：谷氨酸產(chǎn)生菌分類： 短桿菌科（短桿菌科（Breuibacteriacear） 短桿菌屬短桿菌屬 真細菌目真細菌目 棒桿菌屬棒桿菌屬 棒狀桿菌科（棒狀桿菌科（Corynebacteriaceae） 小桿菌屬小桿菌屬 節(jié)桿菌屬節(jié)桿菌屬44二、味精生產(chǎn)（三）生產(chǎn)工藝（三）生產(chǎn)工藝 1菌種保藏：菌種保藏：斜面保藏、石蠟油封藏、真空凍干保藏、液氮（斜面保藏、石蠟油封藏、真空凍干保藏、液氮（-196）超低）超低溫保藏溫保藏2、菌種擴培：、菌種擴培：斜面活化斜面活化 一級種子培養(yǎng)（一級種子培養(yǎng)（1000ml）二級種子培養(yǎng)二級種子培養(yǎng)（50L-1200L）3、發(fā)酵：發(fā)酵罐（幾十、發(fā)酵：發(fā)酵罐（幾十

26、幾百立米）幾百立米）45二、味精生產(chǎn)（三）生產(chǎn)工藝 4 提?。禾崛。旱入婞c法：谷氨酸在等電點（等電點法：谷氨酸在等電點（pH4.22）溶解度最低）溶解度最低離子交換法：利用谷氨酸兩性性質(zhì)，與陽離子或陽離子樹脂交離子交換法：利用谷氨酸兩性性質(zhì)，與陽離子或陽離子樹脂交換，洗脫。換，洗脫。金屬鹽法：谷氨酸與金屬鹽生成難溶于水的沉淀析出分離，金屬鹽法：谷氨酸與金屬鹽生成難溶于水的沉淀析出分離，pH2.4時重新以結(jié)晶形式析出。時重新以結(jié)晶形式析出。鹽酸水解鹽酸水解-等電點法：等電點法：離子交換膜電滲析法：利用滲透膜對各種離子物質(zhì)的選擇透性離子交換膜電滲析法：利用滲透膜對各種離子物質(zhì)的選擇透性不同將谷氨酸

27、分離。不同將谷氨酸分離。4647三、氨基酸合成機理和菌種選育48例1：用瓜氨酸、精氨酸選育鳥氨酸生產(chǎn)菌種 P27449例2：用蘇氨酸 蛋氨酸 高絲氨酸選育賴氨酸生產(chǎn)菌種 50例3：用甘油選育谷氨酸生產(chǎn)菌種。51第二節(jié) 有機酸的發(fā)酵生產(chǎn)主要包括： 乳酸、蘋果酸、己酸、檸檬酸、衣康酸、核苷酸重點講解： 乳酸 檸檬酸 核苷酸（I+G）52簡介nL-乳酸是乳酸是食品工業(yè)的重要調(diào)味劑、防腐劑；聚L型乳酸是用于制造生物塑料；乳酸制成飲料用于降低血壓，這主要是乳酸桿菌胞壁所具有的叫“前列腺I2”的物質(zhì)在擴張血管、防止血液凝固等方面起重要作用。我國每年生產(chǎn)3000多噸，出口占80%以上。 53n蘋果酸（羥基丁

28、二酸）：在醫(yī)藥上可以治療蘋果酸（羥基丁二酸）：在醫(yī)藥上可以治療肝功能不全，并是混合氨基酸注射液的組分肝功能不全，并是混合氨基酸注射液的組分之一，有廣泛的應(yīng)用潛力。無錫輕工用黃曲之一，有廣泛的應(yīng)用潛力。無錫輕工用黃曲霉霉UVT3于于500L發(fā)酵罐發(fā)酵，發(fā)酵罐發(fā)酵，68克克/升；廣東升；廣東微生物研究所用糖質(zhì)原料直接發(fā)酵生產(chǎn)已進微生物研究所用糖質(zhì)原料直接發(fā)酵生產(chǎn)已進入工業(yè)化生產(chǎn)。南京藥學(xué)院用黃色短桿菌固入工業(yè)化生產(chǎn)。南京藥學(xué)院用黃色短桿菌固定化細胞使富馬酸連續(xù)轉(zhuǎn)化為蘋果酸。中科定化細胞使富馬酸連續(xù)轉(zhuǎn)化為蘋果酸。中科院用聚丙烯酰氨凝膠固定化皺褶假絲酵母院用聚丙烯酰氨凝膠固定化皺褶假絲酵母 ，上海微生

29、物所細胞固定化技術(shù)上海微生物所細胞固定化技術(shù) ，酶法轉(zhuǎn)化生，酶法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)技術(shù)居世界前列。產(chǎn)技術(shù)居世界前列。54n己酸：生產(chǎn)己酸的微生物已有己酸菌克氏梭己酸：生產(chǎn)己酸的微生物已有己酸菌克氏梭菌（菌（Clostridium kluyveri）和）和 Doseridium sp. W等。己酸合成所需碳源有己醇、乙酸。中等。己酸合成所需碳源有己醇、乙酸。中間代謝產(chǎn)物丁酸。其代謝產(chǎn)物已經(jīng)應(yīng)用于白間代謝產(chǎn)物丁酸。其代謝產(chǎn)物已經(jīng)應(yīng)用于白酒工業(yè)生產(chǎn)，是提高白酒質(zhì)量的重要因素。酒工業(yè)生產(chǎn)，是提高白酒質(zhì)量的重要因素。己酸與乙醇的酯化反應(yīng)合成己酸乙酯是濃香己酸與乙醇的酯化反應(yīng)合成己酸乙酯是濃香型白酒的主體香氣。己酸

30、發(fā)酵已經(jīng)用于濃香型白酒的主體香氣。己酸發(fā)酵已經(jīng)用于濃香型曲酒的生產(chǎn)。所用菌種為游離乳酸菌，但型曲酒的生產(chǎn)。所用菌種為游離乳酸菌，但產(chǎn)率不高。中科院成都微生物所從宜賓五糧產(chǎn)率不高。中科院成都微生物所從宜賓五糧液酒窖泥分離己酸菌。用固定化技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)液酒窖泥分離己酸菌。用固定化技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)量達量達15克克/升。升。55n檸檬酸：好氧或兼性好氧生物體內(nèi)代謝檸檬酸：好氧或兼性好氧生物體內(nèi)代謝樞紐樞紐三羧酸循環(huán)的成員之一。黑曲三羧酸循環(huán)的成員之一。黑曲霉是現(xiàn)在工業(yè)上最有競爭力的菌種。競霉是現(xiàn)在工業(yè)上最有競爭力的菌種。競爭力強的酵母菌有解脂假絲酵母、季也爭力強的酵母菌有解脂假絲酵母、季也蒙畢赤酵母等。蒙畢赤酵

31、母等。56n衣康酸（衣康酸（Itaconic Acid）：又名亞甲基）：又名亞甲基丁二酸或甲叉丁二酸，是一種用途廣泛丁二酸或甲叉丁二酸，是一種用途廣泛的不飽和二元酸，分子式的不飽和二元酸，分子式C5H6O4 ，分，分子量為子量為130。常溫下為白色晶體，易溶。常溫下為白色晶體，易溶于水。是一種聚合物生產(chǎn)重要中間產(chǎn)物于水。是一種聚合物生產(chǎn)重要中間產(chǎn)物體。廣泛用于合成纖維、離子交換劑、體。廣泛用于合成纖維、離子交換劑、潤滑油、添加劑。利用土曲霉和衣康酸潤滑油、添加劑。利用土曲霉和衣康酸曲霉生產(chǎn)。曲霉生產(chǎn)。57有機酸 生產(chǎn)菌種研發(fā)單位應(yīng)用領(lǐng)域乳酸乳酸菌固定化米根霉江蘇微生物研究所四川食品發(fā)酵設(shè)計研究

32、院天津大學(xué)上海工微研究所食品醫(yī)藥農(nóng)業(yè)化工蘋果酸黃曲霉 黃色短桿菌 假絲酵母無錫輕工業(yè)大學(xué)廣東微生物所南京藥學(xué)院上海工微所中科院微生物所 治療肝功能不全食品添加劑己酸乙酸菌克氏梭菌成都微生物所食品增香檸檬酸黑曲霉 食品、化工、醫(yī)藥衣康酸衣康酸曲霉土曲霉酵母合成工業(yè)添加劑等核苷酸產(chǎn)氨短桿菌枯草桿菌食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)58乳酸的生產(chǎn)n1780 年瑞典化學(xué)家Scheele 最早在酸牛奶中發(fā)現(xiàn)乳酸,1847年,Blondeau 確認了一種發(fā)酵過程的最終產(chǎn)物是乳酸 。1899年Boullanger 申請了由乳酸霉即現(xiàn)在的根霉( Rhizopus) 或毛霉( Mucor)生產(chǎn)乳酸的專利,1911年齋藤確認根霉所

33、產(chǎn)乳酸為L-型。乳酸發(fā)酵于本世紀50至60年代在生物化學(xué)方面取得了較大的進展,現(xiàn)在正著手在遺傳工程方面改良乳酸產(chǎn)菌。自然界中可產(chǎn)生乳酸的微生物很多,但產(chǎn)酸能力強,可以應(yīng)用到工業(yè)上的只有霉菌中的根霉屬和細菌中的乳酸菌類。59乳酸的種類（Latic acid）n乳酸,又名丙醇酸,學(xué)名- 羥基丙酸,分子式為C3H6O3 ,其分子結(jié)構(gòu)中含有一個不對稱碳原子,因此具有旋光性。按其構(gòu)型及旋光性可分為L-乳酸、D-乳酸和DL-外消旋乳酸三類。由于人體只具有代謝L-乳酸的L-乳酸脫氫酶,因此只有L-乳酸能被人完全代謝,且不產(chǎn)生任何有毒、副作用的代謝產(chǎn)物,D-乳酸或DL-乳酸的過量攝入則有可能引起代謝紊亂甚至導(dǎo)

34、致中毒，因此，從健康角度考慮，用L-乳酸代替目前在食品和醫(yī)藥工業(yè)中普遍使用的D-乳酸或DL-乳酸已是必然趨勢。60乳酸的應(yīng)用n乳酸是世界上公認的三大有機酸之一,它的用途極其廣泛。乳酸及其鹽類和衍生物在食品、釀造、香料、醫(yī)藥、皮革、卷煙、化工和印染等工業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。n由于L-乳酸對人體無毒無副作用，且易于消化吸收，可直接參與體內(nèi)代謝，能促進消化，抑制腸道內(nèi)有害細菌，且酸性柔和穩(wěn)定，有助于保護食品的口味，因此乳酸及其衍生物已逐漸取代其它有機酸，作為酸味劑、殺菌劑、乳化劑、保鮮劑等廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。 61乳酸的應(yīng)用nL-乳酸的聚合物一聚L-乳酸(PLA) 是無毒高分子化合物,具有生物相容性。在

35、人體內(nèi)可以被分解為L-乳酸,為人體所代謝,不會引起變態(tài)反應(yīng)。因此,聚乳酸可用于生產(chǎn)緩釋膠囊制劑,從而使血液循環(huán)中藥物濃度相對降低,大大提高療效,降低副作用。 62乳酸的生產(chǎn)方法n乳酸的生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法、酶法和發(fā)酵法三種。化學(xué)合成法生產(chǎn)的產(chǎn)品是外消旋乳酸，即DL-乳酸，另外成本也高，而且由于該法所用的原料為乙醛和劇毒的氫氰酸，盡管美國食品和藥物管理局（FDA）已將合成乳酸列為安全品，但發(fā)達國家還是不能放心地使用合成法制得的乳酸，因而，合成法生產(chǎn)乳酸大大受到了限制；酶法雖然可以得到L-乳酸，但工藝比較復(fù)雜，應(yīng)用到工業(yè)上還有待于研究；發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸可以通過菌種和培養(yǎng)條件的選擇獲得L-乳酸，而

36、且其原料來源廣泛、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品光學(xué)純度高，因此成為L-乳酸生產(chǎn)的重要方法。據(jù)有關(guān)報道，在全球生產(chǎn)的乳酸中，僅有10%是由化學(xué)合成法生產(chǎn)的，其余90%由發(fā)酵法生產(chǎn)。63發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸n發(fā)酵法制備乳酸是以淀粉、葡萄糖等糖類或牛乳為原料，接種微生物經(jīng)發(fā)酵而生成乳酸。用于發(fā)酵生成乳酸的菌種主要有細菌和根霉。按乳酸菌發(fā)酵糖類經(jīng)由的過程和生成產(chǎn)物的不同，可將乳酸發(fā)酵分為同型乳酸發(fā)酵（Homofermentation）、異型乳酸發(fā)酵（Mixed acid fermentation）（包括6-磷酸葡萄糖酸途徑和雙歧發(fā)酵，兩者均不需要氧的參與，前者生成乳酸和乙醇，后者生成乳酸、乙酸）。 64生產(chǎn)乳酸主要的細

37、菌n細菌主要有以下四個屬中的四十余種,乳桿菌屬(Lactobactillus) 、鏈球菌屬(Streptococcus) 、明串珠菌屬(Leuconostoc) 、片球菌屬(Paediococcus) 。也有用嗜熱脂肪芽孢桿菌和凝結(jié)芽孢桿菌（Bacillus coagulans）生產(chǎn)L-2乳酸的報道 65主要發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的真菌n霉屬中常用于發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的菌種主要有米根霉(Rhi. oryzae) 、行走根霉(Rhi.stolonifer)、小麥曲根霉(Rhi. ritici) 和美麗根霉(Rhi. elegans) 。根霉發(fā)酵生產(chǎn)乳酸屬好氧異型發(fā)酵,其途徑與細菌異型發(fā)酵不同,是通過糖酵解途徑,

38、發(fā)酵產(chǎn)生L-乳酸的同時產(chǎn)生乙醇、富馬酸、琥珀酸、蘋果酸、乙酸等其它產(chǎn)物。66乳酸生產(chǎn)工藝n大米糊化糖化發(fā)酵（德氏乳桿菌，50度，中間補充碳酸鈣）加入氫氧化鈣調(diào)節(jié)PH值11-12沉淀蛋白質(zhì)和菌體過濾上清液加入氯化鎂及少量的石灰水處理上清夜?jié)饪s結(jié)晶乳酸鈣酸解、活性炭脫色吸濾除硫酸鈣濃縮、離子交換成品67乳酸發(fā)酵新方法n植物纖維物料是極為豐富且價廉的可再生資源。目前，乳酸發(fā)酵是以糖料、淀粉等糧食作物為原料，不僅消耗糧食資源，而且使乳酸成本居高不下，從而限制了乳酸的應(yīng)用，尤其是限制了聚乳酸在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。利用植物纖維原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，不僅可以降低乳酸的生產(chǎn)成本，而且可以緩解糧食緊缺局面。另外，利用纖

39、維素生產(chǎn)L-乳酸可以建立高效、成本低的L-乳酸分析及提純方法有利于實現(xiàn)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)而且可以很容易得到光學(xué)純度高的L-乳酸產(chǎn)品。68檸檬酸的作用n食品工業(yè)：酸味、調(diào)pH值、改進甜度、絡(luò)合金屬離子、協(xié)同抗氧化、增進防腐、轉(zhuǎn)化糖類n醫(yī)藥工業(yè)：檸檬酸納鹽輸血抗凝；檸檬酸鐵銨鹽和鈣鹽用于治療貧血、缺鈣；n化學(xué)工業(yè)：洗滌劑工業(yè)等69檸檬酸(Critic acid)發(fā)酵工藝：n（1）檸檬酸發(fā)酵工藝的發(fā)展分為3個階段。本世紀20年代為第一階段，由青霉和曲霉表面發(fā)酵生產(chǎn)（淺盤發(fā)酵）；第二階段開始于30年代，曲霉的深層發(fā)酵得到發(fā)展；第三階段是50年代至今，以黑曲霉深層發(fā)酵為主，并進行表面（液態(tài)表面）和固體發(fā)酵

40、（曲法）70n（2）深層發(fā)酵的優(yōu)點：深層發(fā)酵的特點是微生物菌體均勻分散在液相中，利用溶解氧發(fā)酵時不產(chǎn)生分生孢子，全部菌體細胞用于合成檸檬酸代謝。其優(yōu)點有：A、發(fā)酵體系為均一液體，傳熱傳質(zhì)好；B、設(shè)備占地面積小生產(chǎn)規(guī)模大；C、產(chǎn)酸率高，接近理論產(chǎn)率，只需要5070小時；D、發(fā)酵速率高；E、發(fā)酵密封，染菌幾率低；F、可實現(xiàn)自動化控制；G、發(fā)酵副產(chǎn)物少，利于提取。71n（3）深層發(fā)酵的影響因素：溫度、PH值、種子的質(zhì)量、中和劑n（4）檸檬酸提取工藝：發(fā)酵液 加熱除菌體 加碳酸鈣中和 過濾 硫酸酸解 檸檬酸溶液 脫色 離子交換 濃縮結(jié)晶 干燥 成品72蘋果酸(Malic acid)開發(fā)和利用n又名羥基

41、琥珀酸、羥基丁二酸n（1）菌種的選用：不同蘋果酸發(fā)酵工藝采用不同的微生物，一步法用黃曲霉、米曲霉、寄生曲霉；兩步法和混合發(fā)酵法采用華根霉、無根根霉、短乳桿霉。酶法轉(zhuǎn)化有短乳桿菌、大腸桿菌、產(chǎn)氨短桿菌、黃色短桿菌。73n（2）發(fā)酵工藝：分為四類，一步發(fā)酵法又稱直接發(fā)酵法，用糖做原料，用霉菌直接發(fā)酵生產(chǎn)蘋果酸；二步發(fā)酵法也是以糖為原料，先由根霉發(fā)酵生成富馬酸，再由酵母或細菌轉(zhuǎn)化成蘋果酸；酶法轉(zhuǎn)化是用富馬酸或馬來酸為原料，用微生物酶來轉(zhuǎn)化成蘋果酸。四為固定化細胞。n（3）提取工藝：發(fā)酵液 酸解（加入無砷硫酸） 過濾 中和（碳酸鈣和氫氧化鈣） 過濾 酸解過濾 精制 真空濃縮 結(jié)晶 干燥 結(jié)晶成品74n

42、（4）應(yīng)用：食品酸味劑、食品加工（調(diào)節(jié)PH值和葡萄酒生產(chǎn)除酒石酸鹽）、食品加工劑加工（果皮中提取果膠物質(zhì)做保護劑）、煙草加工（蘋果酸衍生物改善煙的香味）、醫(yī)藥（糖漿配蘋果酸呈水果味，利于藥的吸收；配入復(fù)合氨基酸注射液中利于提高氨基酸的利用率；蘋果酸鈉治療肝?。蝗沼没ぃㄑ栏?、香料）；化學(xué)工業(yè)（加入漆中防止表面結(jié)皮）1967年FDA宣布為安全食用酸。75核苷酸類調(diào)味品n概述：在食品調(diào)味料方面，除“酸、咸、甜、苦”四種基本味外，第五滋味的鮮味正廣泛應(yīng)用。核苷酸是核酸核糖的基本組成單位，由堿基、核糖、磷酸組成。n1913年日本科學(xué)家小玉新太郎在研究鱒魚的成分時，發(fā)現(xiàn)一種比MSG更鮮的5肌苷酸鈉。n

43、1898年英國學(xué)者邦克（Bunker）從胰臟汁中發(fā)現(xiàn)5鳥苷酸鈉。n1919年英國人利文（P.A.Levine）從酵母核糖核酸中分離5鳥苷酸鈉的結(jié)晶。76n1960年日本的一博士發(fā)現(xiàn)5鳥苷酸鈉比5肌苷酸鈉鮮34倍。n60年代將80%MSG加入812%的5肌苷酸鈉和1.5-2%的5鳥苷酸鈉，制成高鮮度的鮮味調(diào)料（相當于1520倍），第二代味精特鮮或強力味精應(yīng)運而生。一般比例MSG：IMP：GMP為95：2.5：2.5，協(xié)同效應(yīng)為6倍。77呈味核苷酸的生產(chǎn) n工業(yè)上生產(chǎn)途徑有兩條，即酶解法，用青霉菌磷酸二酯酶水解或細菌自溶降解其自身的核糖核酸。其二是發(fā)酵法，又分為一步發(fā)酵法和二步發(fā)酵法，直接由碳源發(fā)

44、酵生產(chǎn)或先發(fā)酵核苷，再經(jīng)過化學(xué)磷酸法生產(chǎn)相應(yīng)的核苷酸。細菌自溶工藝產(chǎn)量低，提取困難；一步法生產(chǎn)肌苷酸和黃苷酸，但鳥苷酸和腺苷酸難度大，一般用二步法。78n2.1核糖核酸（RNA）酶解法生產(chǎn)呈味核苷酸：利用磷酸二酯酶水解核糖核酸制備5核苷酸。整個工藝包括從菌體中提取RNA、磷酸二酯酶的制備、RNA的酶解和單核苷酸的分離、純化。整個工藝如下：n 桔青霉 孢子培養(yǎng) 發(fā)酵培養(yǎng) 過濾 粗酶液 n 酵母或霉菌 核酸提取液 核糖核酸 酶解 陽離子拄分離 流出液 不同pH值流出液 分離79n菌體自溶法生產(chǎn)核苷酸：關(guān)鍵是怎樣分解rRNA！各種影響因素包括：溫度、藥物處理、限制營養(yǎng)、鹽濃度、pH值等。工藝關(guān)鍵是確定合適的自溶條件，使菌體內(nèi)5磷酸二酯酶達到較高水平，并且避免5核苷酸的進一步分解。例如：谷氨酸菌濕菌體濃度2%，溫度為60度，作用時間20分鐘.pH值910。80n發(fā)酵轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)呈味核苷酸：微生物培養(yǎng)生產(chǎn)核苷是杰出成果，生產(chǎn)過程具有產(chǎn)率高、周期短、控制容易、產(chǎn)量大的優(yōu)點。工藝流程如下：n肌苷菌種培養(yǎng) 擴大培養(yǎng) 發(fā)酵48小時 離子交換樹脂分離 濃縮 冷凍結(jié)晶 干燥分離 肌苷 磷酸化 結(jié)晶 過濾 烘干 IMP81呈味核苷酸的性質(zhì)、應(yīng)用、質(zhì)量標準 nGMP、IMP在固態(tài)下穩(wěn)定，液態(tài)的穩(wěn)定性與溶液的酸堿度有關(guān)。核苷酸類鮮味劑對酶的穩(wěn)定性