味精的發(fā)酵工藝課件

味精的發(fā)酵工藝

味精的產(chǎn)品特性商品味精味精的安全性正確食用味精的方法中國味精業(yè)空間巨大2001年東南亞地區(qū)味精人均消費量：臺灣：2000克韓國：1200克日本：1020克香港：1000克中國大陸：500克中國味精消費每年至少有160萬噸的空間味精的發(fā)酵工藝主要內(nèi)容：第一節(jié)：谷氨酸生產(chǎn)第二節(jié)：谷氨酸的提取第三節(jié)：谷氨酸制味精第一節(jié)谷氨酸生產(chǎn)概述：氨基酸發(fā)酵一.谷氨酸生產(chǎn)原料及其處理二.谷氨酸產(chǎn)生菌三.谷氨酸的合成途徑四、谷氨酸代謝的調(diào)控五.谷氨酸的發(fā)酵工藝概述氨基酸發(fā)酵1.氨基酸的作用：組成蛋白質(zhì)的基本成分；可作為調(diào)味料；提高食品的營養(yǎng)價值。生產(chǎn)氨基酸的大國為日本和德國。2.氨基酸生產(chǎn)方法發(fā)酵法化學(xué)合成法酶法抽提法一、谷氨酸生產(chǎn)原料及其處理

谷氨酸的作用：（1）合成人體代謝所需的其他氨基酸。（2）降低血液中氨中毒作用。（3）參與腦蛋白代謝和糖代謝。

腦組織只能氧化谷氨酸，而不能氧化其他氨基酸。（4）對于防治腦震蕩或腦神經(jīng)損傷有一定的療效。

長期適當(dāng)?shù)姆霉劝彼?，可提高神?jīng)有缺陷兒童的智力。（5）生產(chǎn)味精，作重要的調(diào)味品。

國內(nèi)：淀粉（多數(shù)廠家）

糖蜜（少數(shù)廠家）

淀粉

水解葡萄糖谷氨酸生產(chǎn)菌谷氨酸糖蜜

預(yù)處理去除生物素的糖蜜

谷氨酸生產(chǎn)菌谷氨酸（二）淀粉的糖化淀粉水解葡萄糖酸解法酶解法酸酶（或酶酸）結(jié)合法酸酶法酶酸法淀粉糖化的方法1.酸解法淀粉酸高溫高壓葡萄糖2.酶解法（雙酶法）淀粉a-淀粉酶糊精和低聚糖糖化酶葡萄糖(液化)（糖化）3.酸酶法淀粉酸解法糊精和低聚糖糖化酶葡萄糖4.酶酸法淀粉a-淀粉酶糊精和低聚糖酸解法葡萄糖二、谷氨酸產(chǎn)生菌

1.種類：谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、嗜氨小桿菌、硫殖短桿菌。我國使用的生產(chǎn)菌株是北京棒桿菌AS1.299、北京棒桿菌D110、鈍齒棒桿菌AS1.542、棒桿菌S-914和黃色短桿菌T6~13等。谷氨酸棒桿菌呈一端膨大的棒狀，折斷分裂形成“八”字狀排列2.形態(tài)上共同特點（芽孢桿菌除外）:（1）革蘭氏陽性（2）菌體為球形、短桿至棒狀（3）不形成芽孢（4）沒有鞭毛，不能運動（5）都是生物素缺陷型（6）都是需氧型微生物三、谷氨酸合成途徑1.谷氨酸合成的方式（1）氨基轉(zhuǎn)移作用-酮戊二酸+氨基酸谷氨酸+-酮酸（2）還原氨基化作用-酮戊二酸+NH4++NADPH2

谷氨酸+NADPH+H2O葡萄糖

②HMP3-磷酸甘油醛丙酮酸乙酰輔酶ACO2草酰乙酸檸檬酸蘋果酸異檸檬酸延胡索酸琥珀酸NADPHα-酮戊二酸NADPHNH4+谷氨酸乳酸乙酰輔酶A④乙醛酸循環(huán)乙醛酸①EMP③TCA谷氨酸⑤CO2固定透過細(xì)胞膜⑥α-酮戊二酸的還原氨基化3.谷氨酸的生物合成過程中的幾個途徑三羧酸循環(huán)（TCA）谷氨酸理論轉(zhuǎn)化率如果草酰乙酸全部由CO2固定獲得，則1摩爾葡萄糖生成1摩爾的谷氨酸。C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4+CO2+3H2O理論轉(zhuǎn)化率=147/180=81.7%谷氨酸的大量積累不是由于生物合成途徑的特異，而是：（一）菌體代謝調(diào)節(jié)控制（二）細(xì)胞膜通透性的特異調(diào)節(jié)（三）發(fā)酵條件的適合四、谷氨酸代謝的調(diào)控谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制1.優(yōu)先合成與反饋調(diào)節(jié)2.糖代謝的調(diào)節(jié)（1）能荷控制（2）能荷控制生物素對糖代謝的調(diào)節(jié)3.氮代謝的調(diào)節(jié)4.其他調(diào)節(jié)（如Cu2+的調(diào)節(jié)）（二）細(xì)胞膜通透性的特異調(diào)節(jié)用能積累谷氨酸菌株做如下實驗:生物素充足時,細(xì)胞內(nèi)含大量谷氨酸,但培養(yǎng)液里幾乎不含谷氨酸用溶菌酶消化細(xì)胞壁得到的原生質(zhì)體仍不分泌谷氨酸當(dāng)把原生質(zhì)體放入低滲溶液里,將其漲破,谷氨酸才排出生物素亞適量時,培養(yǎng)液里含大量谷氨酸,細(xì)胞里含量少結(jié)論:谷氨酸的分泌是由細(xì)胞膜控制控制細(xì)胞膜通透性的方法：控制磷脂的合成；控制細(xì)胞壁的合成：選育溫敏突變株

②油酸營養(yǎng)缺陷型作用機制:油酸營養(yǎng)缺陷型喪失了合成油酸的能力,通過控制油酸使磷脂合成量減少到正常量的1/2左右.控制關(guān)鍵:保證在培養(yǎng)基中油酸亞適量,完成細(xì)胞從生長型到生產(chǎn)型的轉(zhuǎn)換.突變株③甘油缺陷型作用機理：喪失L-甘油-3-磷酸(NADP氧化還原酶)，不能合成a-磷酸甘油和磷脂，只有添加甘油才能生長。在甘油限量供應(yīng)下，由于控制了細(xì)胞膜中與滲透性有直接關(guān)系的磷脂的含量，使谷氨酸得以積累?？刂频年P(guān)鍵：添加亞適量的甘油或甘油衍生物。甘油過少，菌株生長不夠好;甘油過量，磷脂合成正常，產(chǎn)谷氨酸低。突變株添加表面活性劑(如吐溫60)或不飽和脂肪酸(C16-18),也能造成細(xì)胞滲漏,積累谷氨酸。機理:兩者在脂肪酸合成時對生物素有拮抗作用,導(dǎo)致磷脂合成不足,形成不完整的細(xì)胞膜。關(guān)鍵:控制好脂肪酸或表面活性劑的時間和濃度,必須在藥劑加入后,在這些藥劑存在下進(jìn)行分裂,形成產(chǎn)酸型細(xì)胞。其他④添加表面活性劑⑤添加青霉素機理:青霉素抑制谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞壁后期的合成,細(xì)胞膜在失去保護(hù),在滲透壓的作用下受損,向外泄露谷氨酸.控制關(guān)鍵:一般在進(jìn)入對數(shù)生長期的早期(3-6小時)添加.添加青霉素后倍增的菌體不能合成完整的細(xì)胞壁,完成細(xì)胞功能的轉(zhuǎn)換.

其他谷氨酸發(fā)酵強制控制工藝如:“高生物素高吐溫”或“高生物素高青霉素”控制方法:在發(fā)酵培養(yǎng)基中預(yù)先配加一定量(過量)的純生物素,大大地削弱每批原料中生物素含量變化的影響,高生物素大接種量能促進(jìn)菌體迅速增殖.再在菌體倍增的早期加入相對高的吐溫或青霉素,形成產(chǎn)酸型細(xì)胞.固定其它條件,確保高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn).其他（三）發(fā)酵條件的控制

（1）發(fā)酵溫度谷氨酸發(fā)酵前期(0~12h):30-32℃。對數(shù)生長期:菌體濃度迅速增大（12h），糖耗快，維持溫度30-32℃在發(fā)酵中、后期:是谷氨酸大量積累的階段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脫氫酶的最適溫度在32-36℃。

（2）

pH值1）pH值對谷氨酸產(chǎn)生菌生長的影響2）pH值對谷氨酸積累的影響發(fā)酵液的pH影響微生物的生長和代謝途徑。發(fā)酵前期如果pH偏低，則菌體生長旺盛，長菌而不產(chǎn)酸；如果pH偏高，則菌體生長緩慢，發(fā)酵時間拉長。在發(fā)酵前期將pH值控制在7.5~8.0左右較為合適。而在發(fā)酵中、后期將pH值控制在7.0~7.6左右對提高谷氨酸產(chǎn)量有利。（3）通風(fēng)在谷氨酸發(fā)酵過程中，發(fā)酵前期以低通風(fēng)量為宜；發(fā)酵中、后期以高通風(fēng)量為宜。實際生產(chǎn)上，以氣體轉(zhuǎn)子流量計來檢查通氣量，即以每分鐘單位體積的通氣量表示通風(fēng)強度。另外發(fā)酵罐大小不同，所需攪拌轉(zhuǎn)速與通風(fēng)量也不同。

（4）

泡沫的控制在發(fā)酵過程中由于強烈的通風(fēng)和菌體代謝產(chǎn)生的CO2，使培養(yǎng)液產(chǎn)生大量的泡沫，不僅使氧在發(fā)酵液中的擴散受阻，影響菌體的呼吸和代謝。給發(fā)酵帶來危害，必須加以消泡。消泡方法：機械消泡(耙式、離心式、刮板式、蝶式消泡器)化學(xué)消泡(天然油脂、聚酯類、醇類、硅酮等)（5）

發(fā)酵時間不同的谷氨酸產(chǎn)生菌對糖的濃度要求也不一樣，其發(fā)酵時間也有所差異。低糖(10%~12%)發(fā)酵，其發(fā)酵時間為36~38h，中糖(14%)發(fā)酵，其發(fā)酵時間為45h。五、谷氨酸發(fā)酵工藝整個過程可簡單的分為2個階段:1.菌體生長階段;2.產(chǎn)酸階段,谷氨酸得以大量積累。

發(fā)酵過程參數(shù)測定還原糖的測定谷氨酸的測定菌體形態(tài)觀察菌體濃度測定發(fā)酵過程參數(shù)的控制OD值pH溫度攪拌速度發(fā)酵發(fā)酵液冷卻接種三角瓶培養(yǎng)固體斜面培養(yǎng)上罐實消培養(yǎng)基的配制谷氨酸發(fā)酵的工藝流程簡圖1.發(fā)酵培養(yǎng)基主要成分（1）碳源（2）氮源（3）無機鹽（4）生長因子2.培養(yǎng)基滅菌（1）滅菌條件實罐培養(yǎng)基滅菌條件：105~110℃，滅菌5min連續(xù)滅菌條件：連消塔滅菌溫度為110~115℃,維持罐溫度在105~110℃約6min。（2）冷卻：至30℃左右。3.種子的擴大培養(yǎng)接種量：1%兩級擴大培養(yǎng)的方法，其工藝流程為：保藏菌種斜面活化

搖瓶種子培養(yǎng)（一級種子）種子罐（二級種子）發(fā)酵罐谷氨酸發(fā)酵過程中,生產(chǎn)菌種的特性、生物素、發(fā)酵溫度、pH值、通風(fēng)和發(fā)酵產(chǎn)生的泡沫都是影響谷氨酸積累的主要因素。在實際生產(chǎn)中,只有針對存在的問題,嚴(yán)格控制工藝條件,才能達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目的。將谷氨酸發(fā)酵菌在發(fā)酵液中積累的L-谷氨酸提取處理，再進(jìn)一步中和、除鐵、脫色加工精制成谷氨酸單鈉鹽（俗稱味精），這個過程叫提煉。從生產(chǎn)上分為谷氨酸提取與精制兩個階段。第二節(jié)谷氨酸的提取目前國內(nèi)各味精廠提取谷氨酸的主要方法：1.等電點法2.離子交換法3.金屬鹽法4.鹽酸水解等電電法5.離子交換膜電滲析法國外提取谷氨酸方法：日本：協(xié)和發(fā)酵采用濃縮等電點工藝美國：旋轉(zhuǎn)真空膜過濾谷氨酸發(fā)酵液常溫等電法等電結(jié)晶沉降分離脫色中和結(jié)晶冷凍等電法上清液（母液）離子交換谷氨酸晶體谷氨酸晶體冷凍結(jié)晶濃縮結(jié)晶谷氨酸鈉晶體（味精）谷氨酸的分離與味精的制備

一、等電點法提取谷氨酸(簡單、常用)原理：HOOC—CH2—CH2—CH(NH2)—COOH谷氨酸（GA）HOOC—CH2—CH2—CH(NH3+)—COOHGA+HOOC—CH2—CH2—CH(NH3+)—COO-

GA士HOOC—CH2—CH2—CH(NH2)—COO-

GA--OOC—CH2—CH2—CH(NH2)—COO-

GA=

谷氨酸在等電點是它呈電中性時所處的環(huán)境的PH值，用PI表示。谷氨酸在等電點時,絕大部分以偶極離子(GA±)狀態(tài)存在,其分子內(nèi)部正負(fù)電荷相等,并含有等量的帶不同電荷的陽離子(GA+)和陰離子(GA-),因此溶液中總靜電荷等于零。由于谷氨酸分子之間相互碰撞,再通過靜電引力的作用,結(jié)合成較大的聚合體而被沉淀析出,因而處于等電點時GA的溶解度最小。又由于溫度對GA的溶解度影響很大,溫度越低溶解度越小,生產(chǎn)上多采用0～4℃。等電點法提取工藝

操作簡單，收率60％。周期長，占地面積大20BeHClpH4.5~4.02h慢加酸發(fā)酵液第一中和點停酸育晶等電點pH5.0時慢加

pH3.0~3.2低速攪拌結(jié)晶靜止沉降濕谷氨酸離心分離谷氨酸20h母液等電點法提取谷氨酸注意三個方面：發(fā)酵液純度高：谷氨酸/殘?zhí)潜戎蹈?，膠體少，提前除菌體最好；發(fā)酵液處理要及時；加酸調(diào)pH、溫度、育晶時間、攪拌服從結(jié)晶規(guī)律。原理：當(dāng)氨基酸pH值大于3.22時羧基離解而帶負(fù)電,它能被陰離子交換樹脂吸附;當(dāng)pH小于3.22時氨基離解而帶正電,此時能被陽離子交換樹脂吸附。離子交換法提取GA是利用陽離子交換樹脂對GA陽離子的選擇性吸附,以使發(fā)酵液中阻礙GA結(jié)晶的殘?zhí)羌疤堑木酆衔铩⒌鞍踪|(zhì)、色素等非離子性雜質(zhì)得以分離,然后經(jīng)洗脫達(dá)到濃縮提取GA的目的。二、離子交換法提取谷氨酸其他方法提取谷氨酸③等電點-離子交換法④鋅鹽法⑤電滲析法三、谷氨酸的晶型及其性質(zhì)α-型結(jié)晶：斜方六面晶體，純度高，顆粒大，質(zhì)量重，易沉降，與母液容易分離。B-型結(jié)晶：粉狀或針狀、鱗片狀、晶粒微細(xì)，純度低，晶體無光澤，質(zhì)量輕，難沉降，不易與沉淀分離，常常稱為“輕質(zhì)谷氨酸”。谷氨酸結(jié)晶操作中要控制條件，避免B型結(jié)晶析出。味精生產(chǎn)工藝流程：原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制取；谷氨酸生產(chǎn)菌種子的擴大培養(yǎng)；谷氨酸發(fā)酵；谷氨酸的提取與分離；由谷氨酸制成味精及味精成品加工。第三節(jié)谷氨酸到味精淀粉質(zhì)原料→糖化→中和、脫色、過濾→培養(yǎng)基調(diào)配→接種→發(fā)酵→提取(等