1、發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程抗生素：抗生素：是生物在其生產活動過程中所產生，是生物在其生產活動過程中所產生，并能在低微濃度下有選擇性地并能在低微濃度下有選擇性地抑制或殺滅抑制或殺滅其他其他微生物或腫瘤細胞的微生物或腫瘤細胞的有機物有機物。歷史歷史19281928年，英國弗萊明發現青霉素年，英國弗萊明發現青霉素二戰期間，大規模發酵生產二戰期間，大規模發酵生產世界上最早用于臨床的抗菌素世界上最早用于臨床的抗菌素 第一節第一節 抗生素抗生素發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程發酵工

2、程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程青霉素生產中作出巨大貢獻者青霉素生產中作出巨大貢獻者根據抗生素的作用機制分類根據抗生素的作用機制分類 l 抑制細胞壁合成抑制細胞壁合成 ： 青霉素，頭孢菌素，桿菌肽青霉素，頭孢菌素，桿菌肽等；等；l 抑制細胞膜功能抑制細胞膜功能 ： 多粘菌素，短桿菌素等；多粘菌素，短桿菌素等；l 抑制蛋白質合成抑制蛋白質合成 ： 四環素，鏈霉素，卡那霉素，四環素，鏈霉素，卡那霉素，慶大霉素，紅霉素等慶大霉素，紅霉素等l 抑制核酸合成抑制核酸合成 ： 絲裂霉素，博來霉素，利福霉絲裂霉素，博來霉素，利福霉素，放線菌素等；素，放線

3、菌素等；l 抑制生物能作用：抗霉素等抑制生物能作用：抗霉素等 分類分類發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程根據抗生素的化學結構分類根據抗生素的化學結構分類-內酰胺類：青霉素類和頭孢菌素類，內酰胺類：青霉素類和頭孢菌素類，它們含有它們含有一個四元內酰胺環，為目前最受重視的一類。一個四元內酰胺環，為目前最受重視的一類。氨基糖苷類氨基糖苷類 ：包括鏈霉素、慶大霉素含有氨基糖包括鏈霉素、慶大霉素含有氨基糖苷類或氨基環醇。苷類或氨基環醇。大環內酯類大環內酯類

4、 ： 紅霉素、麥迪加霉紅霉素、麥迪加霉素素四環類四環類 ： 四環素、土霉素四環素、土霉素多肽類多肽類 ：多粘菌素：多粘菌素蒽環類抗生素：阿霉素、柔紅霉素屬于抗癌類抗蒽環類抗生素：阿霉素、柔紅霉素屬于抗癌類抗生素。生素。喹諾酮類抗生素，如環丙沙星、諾氟沙星。喹諾酮類抗生素，如環丙沙星、諾氟沙星。發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程產生菌的篩選產生菌的篩選抗菌性試驗抗菌性試驗提取、精制、鑒定提取、精制、鑒定毒性試驗毒性試驗藥理和臨床試驗藥理和臨床試驗生產前期研究生產前期研究發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵

5、工業主要產品的工藝過程 Agar diffusion assayagar plate瓊脂培養基瓊脂培養基lawn of test bacteria測測 試試 菌菌 苔苔filter papers soakedwith test compounds含含 藥藥 物物 濾濾 紙紙zones of inhibition(no growth)抑菌圈抑菌圈發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程分分 析析 儀儀 器器現代分析儀器：現代分析儀器：核磁共振核磁共振毛細管電泳毛細管電泳氣相色譜氣相色譜高效液相色譜高效液相色譜質譜質譜發酵工程發酵工程 第八章第八

6、章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程自動自動 、靈敏、準確、靈敏、準確菌種菌種孢子孢子制備制備發酵發酵種子種子制備制備發酵液的預處理發酵液的預處理提取和精制提取和精制成品包裝成品包裝發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 培培 養養 基基Media for Cell Growth & Final productionComponents Range % 組組 成成Glucose/ sucrose 3.0-5.0 葡萄糖/ 蔗糖Starch 淀粉 3.0-5.0Corn steep liquor 3.0-5

7、.0Calcium carbonate 0.5-1.0 碳酸鈣Phosphate 磷酸鹽 0.1-0.5Ammonium sulphate 0.1-1.0 硫酸胺Urea 尿素 0.1-0.5Oil 油 0.1-0.5Fermentation 發酵培養基發酵培養基 Components Range % 組組 成成Glucose 0.5-1.0Starch 0.5-5.0Corn steep liquor 5.0-8.0 玉米浸提液Soy flour 1.0-5.0Phosphate 0.1-1.0Ammonium sulphate 0.5-1.0 and fed periodicallyOil

8、 1.0 and fed continuouslyCorn syrup fed continuously 玉米糖漿 連續加料 Tank seed 種子培養基種子培養基菌種：產黃青霉菌菌種：產黃青霉菌 (Penicillium chrysogenum)孢子培養：孢子培養：25 25 CC, 6-7 d, 6-7 dl 種子培養：種子培養： 25 25 CC， 2-3 d 2-3 d l 發酵培養發酵培養 ： 22-26 22-26 CC, 6-7 d, 6-7 dl 加糖控制：殘糖降至加糖控制：殘糖降至0.60.6 青青 霉霉 素素 發發 酵酵發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品

9、的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程補氮：氨控制在補氮：氨控制在 0.01-0.050.01-0.05前體：殘余苯乙酰胺前體：殘余苯乙酰胺 0.05-0.080.05-0.08溫度控制：前期溫度控制：前期 25-26 C25-26 C，后期后期 23 C23 C通氣與攪拌通氣與攪拌 ：1 : 0.8 VVM1 : 0.8 VVM泡沫泡沫 ：天然油脂：天然油脂, , 如豆油如豆油 發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程氨基酸是指一類含有羧基并在與羧基相連的碳氨基酸是指一類含有羧基并在與羧基相連的碳原子下連有氨基的含氮有機化合物，是生物功原

10、子下連有氨基的含氮有機化合物，是生物功能大分子蛋白質的基本組成單位。能大分子蛋白質的基本組成單位。第二節第二節 氨基酸氨基酸發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程主要菌株：主要菌株：棒狀桿菌屬棒狀桿菌屬 (Corynebacterium)，短，短桿菌屬桿菌屬 (Brevibacterium)，小桿菌屬，小桿菌屬 （Microbacterium），節桿菌屬，節桿菌屬 (Arthrobacter)國內常用菌株：國內常用菌株：北京棒桿菌北京棒桿菌 AS1.299 AS1.299 、73387338、 S-941S-941、D110D110，鈍齒棒

11、桿菌，鈍齒棒桿菌AS1.542AS1.542、 HU7251HU7251、 B9B9，天津短桿菌，天津短桿菌T6-13T6-13、 FM-8207FM-8207、 U-9 U-9 、TG-TG-3 3 、TG-866TG-866、 D85D85 谷氨酸的發酵生產谷氨酸的發酵生產發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程谷氨酸生產菌的主要特征谷氨酸生產菌的主要特征1 1）G G+ +、無芽孢、無鞭毛、不運動；、無芽孢、無鞭毛、不運動；2 2）都是需氧型；）都是需氧型；3 3）多為生物素缺陷型；）多為生物素缺陷型；4 4）不分解淀粉、纖維素、油脂、

12、酪蛋白等；）不分解淀粉、纖維素、油脂、酪蛋白等；5 5）發酵中菌體發生明顯的形態變化，同時發生細胞膜滲透性的變化；）發酵中菌體發生明顯的形態變化，同時發生細胞膜滲透性的變化；6 6） 二氧化碳固定反應酶系活力強；二氧化碳固定反應酶系活力強；7 7）異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循環弱；）異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循環弱；8 8） - -酮戊二酸氧化能力缺失或微弱；酮戊二酸氧化能力缺失或微弱；9 9）檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶、谷氨酸脫氫酶活力強；）檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶、谷氨酸脫氫酶活力強；1010）具有向環境中泄漏谷氨酸的能力；）具有向環境中泄漏谷

13、氨酸的能力；發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程生成谷氨酸的主要反應生成谷氨酸的主要反應1) 1) 谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶(GHD)(GHD)催化的還原氨基化反應催化的還原氨基化反應 GHD -酮戊二酸酮戊二酸 + NH4+ + NADPH2 谷氨酸谷氨酸 + H2O + NADP2) 2) 轉氨酶催化的轉氨反應轉氨酶催化的轉氨反應3) 3) 谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶(GS)(GS)催化的反應催化的反應發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程谷氨酸生物合成途徑谷氨酸生物合成途徑 酵解途

14、徑酵解途徑 (EMP)(EMP) 己糖一磷酸途徑己糖一磷酸途徑 (HMP)(HMP) 三羧酸循環三羧酸循環 (TCA)(TCA) 乙醛酸循環乙醛酸循環 二氧化碳固定反應二氧化碳固定反應發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程TCA循環檸檬酸合成酶順烏頭酸酶異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶復合體谷氨酸脫氫酶由葡萄糖合成谷氨酸的代謝途徑乙醛酸循環TCA TCA 循環的一條回補途徑循環的一條回補途徑檸檬酸裂解酶、蘋果酸合酶檸檬酸裂解酶、蘋果酸合酶CO2固定由葡萄糖發酵谷氨酸的理想途徑谷氨酸合成的理想途徑谷氨酸合成的理想途徑發酵工程發酵工程 第八章第八

15、章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程谷氨酸積累機理：谷氨酸積累機理：1 1）谷氨酸產生菌喪失或僅有微弱的）谷氨酸產生菌喪失或僅有微弱的 - -酮戊二酸脫氫酶活力，酮戊二酸脫氫酶活力，使使 - -酮戊二酸不能繼續氧化；但谷氨酸脫氫酶活力很強，同酮戊二酸不能繼續氧化；但谷氨酸脫氫酶活力很強，同時時NADPHNADPH2 2再氧化能力弱，這樣就使再氧化能力弱，這樣就使 - -酮戊二酸到琥珀酸的過酮戊二酸到琥珀酸的過程受阻；在有過量銨離子存在時，程受阻；在有過量銨離子存在時， - -酮戊二酸經氧化還原酮戊二酸經氧化還原共軛的氨基化反應而生成谷氨酸。共軛的氨基化反應而生成谷氨

16、酸。2 2）谷氨酸產生菌大多為生物素缺陷型，谷氨酸發酵時通過控）谷氨酸產生菌大多為生物素缺陷型，谷氨酸發酵時通過控制生物素亞適量，引起代謝失調，使谷氨酸得以積累。制生物素亞適量，引起代謝失調，使谷氨酸得以積累。3 3）生成的谷氨酸不形成蛋白質，而分泌泄漏于菌體外。）生成的谷氨酸不形成蛋白質，而分泌泄漏于菌體外。4 4）谷氨酸產生菌不利用菌體外的谷氨酸，而使谷氨酸成為最）谷氨酸產生菌不利用菌體外的谷氨酸，而使谷氨酸成為最終產物。終產物。發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 當環境條件發生變化時，菌體的生物代謝也會當環境條件發生變化時，菌體的

17、生物代謝也會發生變化，谷氨酸發酵會向其他發酵轉換，谷氨發生變化，谷氨酸發酵會向其他發酵轉換，谷氨酸積累減少，而其他副產物積累量增加。酸積累減少，而其他副產物積累量增加。溶氧溶氧適中適中 不足不足過量過量產生谷氨酸產生谷氨酸產生乳酸產生乳酸產生產生 - -酮戊二酸酮戊二酸磷酸鹽磷酸鹽適中適中過量過量產生谷氨酸產生谷氨酸產生纈氨酸產生纈氨酸發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程（一）淀粉水解糖的制備 目前的谷氨酸產生菌都不能直接利用淀粉，也目前的谷氨酸產生菌都不能直接利用淀粉，也基本上不能利用糊精。基本上不能利用糊精。 因此必須將淀粉水解成葡萄

18、糖。因此必須將淀粉水解成葡萄糖。發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程谷氨酸的生產流程谷氨酸的生產流程水解糖制備的方法：1、酸解法以無機酸為催化劑、高溫高壓以無機酸為催化劑、高溫高壓2、酸酶法先將淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖先將淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解為萄糖化酶水解為萄糖3、酶酸法將淀粉乳先用將淀粉乳先用 - -淀粉酶液化，再用酸水淀粉酶液化，再用酸水解成葡萄糖解成葡萄糖4、雙酶法用淀粉酶和糖化酶結合將淀粉水解成用淀粉酶和糖化酶結合將淀粉水解成葡萄糖葡萄糖發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵

19、工業主要產品的工藝過程以大米為原料的酶酸法制糖工藝： 清洗 浸泡常溫；以手捏碎為佳常溫；以手捏碎為佳 ( 1-5h)( 1-5h) 粉碎 調漿15 15 波美度左右波美度左右 加保護劑0.3% CaCl0.3% CaCl2 2, pH6.3-6.5;, pH6.3-6.5; 保護淀粉酶活力保護淀粉酶活力發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 加酶 - -淀粉酶，淀粉酶，0.250.250.3%0.3% 液化9090，間隙通空氣，間隙通空氣，101020 min20 min；碘液反應檢查碘液反應檢查 殺酶100100105105，5min5m

20、in 壓濾 調pHpH 1.8pH 1.8發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 糖化0.28MPa0.28MPa，10-15min10-15min；無白色反應（無；無白色反應（無水酒精檢查）水酒精檢查） 中和調調pH4.0-4.8pH4.0-4.8，蛋白析出，蛋白析出 脫色活性碳吸附法；活性碳吸附法；0.1-0.4%; 700.1-0.4%; 70 壓濾發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程菌種的擴大培養普遍采用二級發酵普遍采用二級發酵 （一級種子罐）（一級種子罐）斜面種子罐種子罐發

21、酵 罐搖瓶發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程斜面菌種： 30-3230-32； 18-2418-24小時小時搖瓶種子： 目的在于大量繁殖活力強的菌體，培養基組成目的在于大量繁殖活力強的菌體，培養基組成 以少含糖分、多含有機氮為主。以少含糖分、多含有機氮為主。發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程種子罐培養 接種量接種量: 0.8-1.0%: 0.8-1.0% 溫度溫度: 32: 32 時間時間 :7 - 8:7 - 8小時小時 通風量通風量: : 50L: 1 :0.5 50L: 1

22、 :0.5 250L : 1 : 0.3 250L : 1 : 0.3 500L: 1 : 0.25 500L: 1 : 0.25發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程2、發酵控制1）培養基碳源：多用淀粉水解糖多用淀粉水解糖 在一定范圍內，谷氨酸的產量隨糖濃度增加而增加；在一定范圍內，谷氨酸的產量隨糖濃度增加而增加；但過高，由于滲透壓增大，對菌體生長和發酵均不利。但過高，由于滲透壓增大，對菌體生長和發酵均不利。目前國內常用目前國內常用125-150g/L125-150g/L， 產酸產酸55-70g/L55-70g/L；有的采用；有的采用高糖

23、工藝（高糖工藝（170 190g/L),170 190g/L),產酸產酸80g/L80g/L，但周期延長，但周期延長發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程淀粉水解糖質量對谷氨酸發酵的影響很大淀粉水解糖質量對谷氨酸發酵的影響很大 如果淀粉水解不完全，有糊精存在，不僅造成浪如果淀粉水解不完全，有糊精存在，不僅造成浪費，還會產生過多泡沫，影響發酵的正常進行。費，還會產生過多泡沫，影響發酵的正常進行。 若淀粉水解過分，葡萄糖發生復合反應生成龍膽若淀粉水解過分，葡萄糖發生復合反應生成龍膽二糖、異麥芽糖等非發酵性糖，同時葡萄糖發生分二糖、異麥芽糖等非發

24、酵性糖，同時葡萄糖發生分解反應，生成解反應，生成5-5-羥甲基糠醛，并進一步分解生成有羥甲基糠醛，并進一步分解生成有機酸和黑色素等物質，對菌體生長和谷氨酸發酵均機酸和黑色素等物質，對菌體生長和谷氨酸發酵均有抑制作用。有抑制作用。發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程氮 源尿素尿素 玉米漿、麩皮水解液玉米漿、麩皮水解液液氨液氨碳酸氫銨碳酸氫銨 3080%的氮用于合成谷氨酸發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程C / N C / N = 100 ： 15 30 （比（比 一般

25、高；一般高；100 100 ：0.2 -2.0 )0.2 -2.0 ) 在發酵的不同階段控制不同的在發酵的不同階段控制不同的C/NC/N在長菌階段，如在長菌階段，如NHNH4 4+ +過量會抑制菌體生長；過量會抑制菌體生長；在產酸階段，如在產酸階段，如NHNH4 4+ +不足，谷氨酸的積累減少。不足，谷氨酸的積累減少。發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程生長因子： 目前以糖質原料為碳源的谷氨酸產生菌均為生物素缺目前以糖質原料為碳源的谷氨酸產生菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子陷型，以生物素為生長因子 生物素的作用主要是影響谷氨

26、酸產生菌細胞膜對谷氨生物素的作用主要是影響谷氨酸產生菌細胞膜對谷氨酸的通透性酸的通透性 用用量：菌體生長所需的量：菌體生長所需的“亞適量亞適量”；一般；一般5 5 g/Lg/L生物素過量，不產或少產谷氨酸；生物素不足，菌體生長不好，谷氨酸產量也低。發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程提供生長因子的農副產品原料： 玉米漿玉米漿 麩皮水解液麩皮水解液 糖蜜糖蜜 酵母酵母發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程2）溫度 最適生長溫度最適生長溫度 30303434 谷氨酸產生的最

27、適溫度谷氨酸產生的最適溫度35353737 可采用變溫控制可采用變溫控制發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程3）pH發酵前期控制在發酵前期控制在7.5 7.5 左右左右發酵中期發酵中期7.27.2發酵后期發酵后期7.07.0臨近放罐時臨近放罐時6.56.56.86.8發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程調節pH方法： 尿素流加法尿素流加法 國內廠家多采用國內廠家多采用 液氨或氨水添加法液氨或氨水添加法 液氨含氨量液氨含氨量99-99.8% ;99-99.8% ;氨水含

28、氨量氨水含氨量20-25%20-25% 國外多采用該法國外多采用該法發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程4）供氧 在菌體生長期在菌體生長期 供氧必須滿足菌體呼吸的需氧量供氧必須滿足菌體呼吸的需氧量 谷氨酸生成期谷氨酸生成期 應充分供氧（在細胞最大呼吸速應充分供氧（在細胞最大呼吸速 率時，谷氨酸產量大）率時，谷氨酸產量大）發酵控制發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程三） 谷氨酸提取等電點法等電點法離子交換法離子交換法金屬鹽法金屬鹽法鹽酸水解鹽酸水解 等電點法等電點法離子交換膜電

29、透析法離子交換膜電透析法 國內多采用等電點鋅鹽法 該法收率可達8590%發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程等電點鋅鹽法工藝簡介：1、先采用等電點法提取谷氨酸1 1）原）原 理理 pH = pIpH = pI 時谷氨酸的溶解度最小時谷氨酸的溶解度最小 谷氨酸的等電點谷氨酸的等電點 pIpI = (pK1 + pK2)/2 = (pK1 + pK2)/2 = (2.19 + 4.25)/2 = 3.22 = (2.19 + 4.25)/2 = 3.22 將發酵液調至將發酵液調至pH = 3.2pH = 3.2，使谷氨酸處于過飽和，使谷氨酸處

30、于過飽和 狀態而結晶析出狀態而結晶析出發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程2）谷氨酸的晶型及性質在不同條件下會形成兩種不同的晶體在不同條件下會形成兩種不同的晶體 - -型晶體：型晶體： 斜方六面體；純度高，顆粒大，質量好，與斜方六面體；純度高，顆粒大，質量好，與 母液分離容易；為理想的晶型母液分離容易；為理想的晶型 - -型晶體型晶體： 粉狀或針狀、鱗片狀；晶體微細，純度低，晶體粉狀或針狀、鱗片狀；晶體微細，純度低，晶體 無光澤；質量輕，難沉淀；生產上應避免形成該無光澤；質量輕，難沉淀；生產上應避免形成該 類晶體類晶體發酵工程發酵工程 第

31、八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程3）影響谷氨酸結晶的主要因素A) 溫度與降溫速度 當結晶析出溫度超過當結晶析出溫度超過3030， - -型晶體明顯增加型晶體明顯增加 因此須把發酵液的溫度降到因此須把發酵液的溫度降到3030以下，再進行以下，再進行 晶體析出。晶體析出。 中和時要控制液溫緩慢下降，不能回升中和時要控制液溫緩慢下降，不能回升降溫過快或忽高忽低，則晶核小而多、結晶微細；且會引起-型向 -型轉變發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程B) 加酸速度與終pH的影響 若加酸速度太快，會局部過飽和，出

32、現大量細小晶核，若加酸速度太快，會局部過飽和，出現大量細小晶核，形成形成 - -型晶體型晶體 開始加酸至開始加酸至pH5pH5左右，加酸可快些；左右，加酸可快些；pH5pH5以下、起晶前以下、起晶前后，加酸速度要慢，須小心后，加酸速度要慢，須小心 發現晶核時，應立即停止加酸，育晶發現晶核時，應立即停止加酸，育晶2h2h，使晶核成長，使晶核成長，然后再繼續緩慢加酸中和至然后再繼續緩慢加酸中和至pH3.2pH3.2。發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程C) 投晶種起晶有兩法自然起晶加晶種起晶 加晶種起晶，晶核容易控制，不易出現加晶種起晶，晶核

33、容易控制，不易出現 - -型晶體型晶體 但必須注意晶種的質量但必須注意晶種的質量 （選擇較好的（選擇較好的 - -型晶體）型晶體）并應并應掌握好投晶種的時機掌握好投晶種的時機發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程D) 攪拌的影響 攪拌有利于晶體長大，避免攪拌有利于晶體長大，避免“晶簇晶簇”生成生成 太快，液體翻動劇烈，會引起晶體的磨損，不利晶體太快，液體翻動劇烈，會引起晶體的磨損，不利晶體長大，使晶體細小。長大，使晶體細小。 太慢，晶體容易下沉，太慢，晶體容易下沉，pHpH和溫度不均勻，引起局部和溫度不均勻，引起局部pHpH過低，易生成過低

34、，易生成 - -型晶體。型晶體。 一般采用：槳式攪拌器；一般采用：槳式攪拌器；252535rpm35rpm發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程2、再用鋅鹽法進一步提取 （總回收可達8090%） 原 理 在一定在一定pH pH 條件下條件下 (pH 6.3)(pH 6.3)，谷氨酸與鋅離子，谷氨酸與鋅離子 生成難溶于水的谷氨酸鋅沉淀下來生成難溶于水的谷氨酸鋅沉淀下來 在酸性條件下，溶解谷氨酸鋅；再調在酸性條件下，溶解谷氨酸鋅；再調pHpH至至2.42.4， 谷氨酸結晶析出谷氨酸結晶析出由于溶液中鋅離子濃度很高，由于溶液中鋅離子濃度很高，產生

35、共存離子效應，使谷氨酸產生共存離子效應，使谷氨酸等電點等電點pH pH 值降低值降低發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 工藝流程 等電點法母液 加加 ZnSOZnSO4 4加加NaOHNaOH調調pH6.pH6.3 含鋅廢液（處理或綜合利用）谷氨酸鋅鹽加水加水調調pHpH至至2.42.4 濕谷氨酸 鋅鹽母液谷氨酸 洗水水洗離心水洗離心四）谷氨酸制味精味精為谷氨酸納，味精為谷氨酸納，無谷氨酸的酸味，而具很強的鮮味無谷氨酸的酸味，而具很強的鮮味味精晶體為棱柱狀的八面體味精晶體為棱柱狀的八面體發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產

36、品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 工藝流程谷氨酸中和濕谷氨酸：純堿濕谷氨酸：純堿 NaNa2 2COCO3 3= 1 = 1 ：0.3-0.340.3-0.3460; pH6.9 - 7.0 ; 60; pH6.9 - 7.0 ; 濃度濃度21-23 21-23 波美度波美度除鐵、鋅加加NaNa2 2S , S , 生成硫化亞鐵、硫化鋅沉淀生成硫化亞鐵、硫化鋅沉淀 中和液脫色濕谷氨酸：活性碳濕谷氨酸：活性碳 = 1 = 1 ： 0.01; 0.01; 攪拌攪拌3030分鐘，自然沉淀分鐘，自然沉淀發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過

37、程濃縮結晶結晶鍋；真空度結晶鍋；真空度600mmHg600mmHg以上；溫度以上；溫度6565以下；當鍋內濃度達以下；當鍋內濃度達31.5 31.5 波美度時，波美度時，用真空吸入晶種起晶、育晶、養晶用真空吸入晶種起晶、育晶、養晶分離、干燥、篩分、混鹽分離：晶液晶液8000-100008000-10000每分鐘轉數每分鐘轉數干燥：溫度溫度80 80 篩分：采用采用8 8、1212、2020、3030四種目孔四種目孔發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 味精生產中常見的幾個質量問題 味粉混濁硫化物過量消泡油過量夾帶DL-谷氨酸鈉 原材料質量

38、差（如純堿含雜質多）發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 產生焦谷氨酸鈉產生焦谷氨酸鈉（正常帶（正常帶1 1分子水）分子水）中和、脫色溫度高味精烘干溫度過高濃縮結晶過程溫度過高、時間長各道母液循環次數多發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 味精發紅母液 除鐵不凈，含鐵離子活性炭鹽酸再生不完全，解析鐵離子不徹底發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程味精發黃母液脫色不徹底，帶有色素味精干燥溫度過高、時間過長，引起焦化發酵工程發酵工程

39、第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程結晶味精無光澤結晶操作過程中受長時間的高溫 （75以上）味精分離之前，助晶槽母液濃度偏高干燥溫度過高發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程味精發脆 結晶操作過程中 鍋內溫度忽高忽低結晶母液pH太低 （6.2以下）母液質量差或結晶液循環次數過多發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程第三節 檸檬酸 (citric acid) 的發酵生產發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的

40、工藝過程一、檸檬酸的用途1 1、在食品工業上的應用、在食品工業上的應用第一食用酸味劑第一食用酸味劑 廣泛用于飲料、果醬、果胨、腌制品、罐頭廣泛用于飲料、果醬、果胨、腌制品、罐頭 賦予水果風味，增溶、緩沖、抗氧化等賦予水果風味，增溶、緩沖、抗氧化等2 2、在醫藥上的應用、在醫藥上的應用檸檬酸糖漿：檸檬酸糖漿：發燒病人的清涼飲料，清涼、解毒、矯口味發燒病人的清涼飲料，清涼、解毒、矯口味檸檬酸鐵銨：檸檬酸鐵銨：溫和的補鐵劑，用于缺鐵性貧血溫和的補鐵劑，用于缺鐵性貧血檸檬酸鉀：檸檬酸鉀：治療膀胱炎和糖尿病所致的酸中毒治療膀胱炎和糖尿病所致的酸中毒檸檬酸鈉：檸檬酸鈉：抗凝血劑，用于輸血、血液和血漿的保存

41、抗凝血劑，用于輸血、血液和血漿的保存檸檬酸銅：檸檬酸銅：消毒殺菌劑并有收斂作用，用于配制眼膏消毒殺菌劑并有收斂作用，用于配制眼膏檸檬酸鎂：檸檬酸鎂：溫和的瀉藥，用于溫和的瀉藥，用于X X光透視前的清腸光透視前的清腸3 3、在化工上的應用、在化工上的應用常用的電鍍緩沖劑和絡合劑常用的電鍍緩沖劑和絡合劑許多化學反應的催化劑許多化學反應的催化劑 如環氧樹脂的交聯、聚尿烷泡沫塑料如環氧樹脂的交聯、聚尿烷泡沫塑料用于制造高效無公害洗滌劑用于制造高效無公害洗滌劑用于生產牙膏、洗面乳、洗發劑用于生產牙膏、洗面乳、洗發劑發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過

42、程 18911891年，德國年，德國WehmerWehmer 首先發現一種青霉菌能積累檸檬酸，首先發現一種青霉菌能積累檸檬酸，隨后開始了發酵法生產的研究隨后開始了發酵法生產的研究 19191919年，比利時成功地進行了淺盤發酵法的工業生產年，比利時成功地進行了淺盤發酵法的工業生產 19231923年，美國年，美國PfizerPfizer公司開始用淺盤法大規模生產公司開始用淺盤法大規模生產 19681968年，我國利用薯干粉原料深層發酵獲得成功，成為我年，我國利用薯干粉原料深層發酵獲得成功，成為我國國 檸檬酸生產的一大特色檸檬酸生產的一大特色 目前我國有近百家生產廠，產品主要出口日本和西歐目前我

43、國有近百家生產廠，產品主要出口日本和西歐發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程二、檸檬酸發酵微生物1、黑曲霉 ( Aspergillus niger )目前最有競爭力的菌種，我國多數廠家采用目前最有競爭力的菌種，我國多數廠家采用2、酵母酵母的重要性在于能發酵烷烴產生檸檬酸酵母的重要性在于能發酵烷烴產生檸檬酸解脂假絲酵母解脂假絲酵母( ( Candida lipolyticaCandida lipolytica ) )發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程三、檸檬酸發酵機理1 1、丙酮酸脫

44、氫酶、丙酮酸脫氫酶2 2、檸檬酸合成酶、檸檬酸合成酶3 3、烏頭酸（水合）酶、烏頭酸（水合）酶4 4、5 5 、異檸檬酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶6 6、 - -酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶7 7、8 8、琥珀酸脫氫酶系、琥珀酸脫氫酶系9 9、富馬酸（延胡索酸）酶、富馬酸（延胡索酸）酶1010、蘋果酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶1111、丙酮酸羧化酶、丙酮酸羧化酶1212、蘋果酸酶、蘋果酸酶發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程 檸檬酸雖在檸檬酸雖在TCATCA循環中是一個中間產物，在正常情況下，循環中是一個中間產物，在正常情況下，檸檬酸在細胞內不會積

45、累，且檸檬酸是黑曲霉的良好碳源。檸檬酸在細胞內不會積累，且檸檬酸是黑曲霉的良好碳源。 從理論上推測，烏頭酸水合酶失活或受抑，從理論上推測，烏頭酸水合酶失活或受抑，TCATCA循環阻循環阻斷是積累檸檬酸的必要條件斷是積累檸檬酸的必要條件檸檬酸積累是菌體代謝失調的結果發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程檸 檬 酸 積 累 的 代 謝 調 節磷酸果糖激酶丙酮酸激酶烏頭酸酶異檸檬酸脫氫酶檸檬酸積累的機理:1 1）由錳離子缺乏抑制了蛋白質合成而導致細胞內）由錳離子缺乏抑制了蛋白質合成而導致細胞內NHNH4 4+ +濃度升濃度升高和一條呼吸活性強的側

46、系呼吸鏈，不產高和一條呼吸活性強的側系呼吸鏈，不產ATPATP，這兩方面的因，這兩方面的因素分別解除了對磷酸果糖激酶素分別解除了對磷酸果糖激酶(PFK)(PFK)的代謝調節，促進了的代謝調節，促進了EMPEMP途徑暢通；途徑暢通；2 2）由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷地提供草酰乙酸；）由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷地提供草酰乙酸；3 3）在控制）在控制Fe Fe 2+2+含量的情況下，烏頭酸水合酶活性低而不能及時含量的情況下，烏頭酸水合酶活性低而不能及時轉化檸檬酸；轉化檸檬酸；4 4）一旦檸檬酸濃度升高，就會抑制異檸檬酸脫氫酶，從而進）一旦檸檬酸濃度升高，就會抑制異檸檬酸脫氫酶，從而進一步促進了檸檬酸自身的積累。一步促進了檸檬酸自身的積累。發酵工程發酵工程 第八章第八章 現代發酵工業主要產品的工藝過程現代發酵工業主要產品的工藝過程四、工藝流程原料 （薯干、木薯）粉 碎液 化接 種包 裝脫 色除金屬離子濃縮結晶離心、成品干燥酸 解發 酵菌絲過濾 CaCO3 中 和斜面茄瓶麩曲種子罐1