谷氨酸工艺原理及控制

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1、目录1.摘要与前言2.药理效果与用途3.生物合成途径4.发酵工艺5.三废处理摘要：谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（EMP途径）、磷酸戊糖途径（HMP途径）、三羧酸循环（TCA循环）、乙醛酸循环和丙酮酸羧化支路等。生物合成谷氨酸的主要方式是α-酮戊二酸的还原性氨基化作用。谷氨酸的生物合成受机体内复杂机制的调控。影响谷氨酸发酵过程的参数有很多，谷氨酸发酵过程主要受种子质量，培养基组成，温度，pH以及供氧速率等因素控制。提取谷氨酸常用的工艺为等电点法和离子交换法。一摘要·前言前言：的一种，主要用于生产谷氨酸钠，即味精。我国的味精生产始于1923年，最初采用传统

2、的蛋白质水解法。这种工艺原料消耗高（需要30多吨小麦的面筋才生产出1吨味精）、劳动条件差、污染严重、生产效率低、成本高，当时的最高年产量不足4000吨。1958年，我国广大的科技工作者，在国家的支持下联合攻关，选育菌种，自主创新选育了以淀粉质或糖蜜为原料生产谷氨酸的优良菌种，于1965年正式在上海味精厂首先投入工业化生产，继而在全国味精生产企业全面推广。微生物发酵法这一新工艺，生产条件温和，使劳动和环境得到大大的改善，生产的产品食用更加安全，并为节约宝贵的蛋白质资源、促进粮食深加工、提高农产品附加值作出了积极的贡献。发酵法生产谷氨酸是我国氨基酸工业科学技

3、术的重大突破，是二十世纪六十年代谷氨酸发酵的重要成果，为生物技术在氨基酸工业中的应用开辟了广阔的前景。本文将从生产菌种、代谢途径、调控机制和提取工艺等方面对谷氨酸发酵生产工艺进行比较系统的论述。二药理效果与用途1.谷氨酸的作用：谷氨酸(C5H9O4N)是中枢神经系统中一种最重要的兴奋性神经递质，主要分布于大脑皮质、海马、小脑和纹状体，在学习、记忆、神经元可塑性及大脑发育等方面均起重要作用。此外，谷氨酸对心肌能量代谢和心肌保护起着重要作用。三、谷氨酸生物合成途径生物体内合成谷氨酸的前体物质是a-酮戊二酸，是三羧酸循环(TCA循环)的中间产物，由糖质原料生物

4、合成谷氨酸的途径包括糖酵解途径(EMP途径)、三羧酸循环、乙醛酸循环、CO2的固定反应(伍德一沃克曼反应)等。生成谷氨酸的主要酶反应谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（EMP途径）、磷酸戊糖途径（HMP途径）、三羧酸循环（TCA循环）、乙醛酸循环和丙酮酸羧化支路等。在谷氨酸生物合成中，生成谷氨酸的主要酶反应有以下三种：（1）谷氨酸脱氢酶（GHD）所催化的还原氨基化反应（2）转氨酶（AT）催化的转氨反应（3）谷氨酸合成酶（GS）催化的反应以上三个反应中，由于在谷氨酸生产菌中谷氨酸脱氢酶的活力很强，因此还原氨基化是主导反应。谷氨酸生物合成的理想途径由葡萄糖生物合

5、成谷氨酸的理想途径如图1所示谷氨酸生物合成的代谢途径四·发酵工艺流程谷氨酸的生产工艺流程1.发酵条件的控制温度温度对谷氨酸发酵的影响是多方面的，温度不仅会影响菌体内各种酶的活性，还会影响生物合成途径，此外，对发酵液的物理性质也会产生影响。因此。发酵过程需维持适宜的温度。一般来讲，谷氨酸产生菌的最适生长温度为30~34℃，其生产谷氨酸的最适温度为35~37℃。在谷氨酸发酵前期长菌的阶段应采用与种子扩大培养时相应的温度，以满足菌体生长最适温度。若发酵前期温度过高，菌体容易衰老，生产上常出现前劲大后劲小，后期产酸缓慢，菌体衰老自溶，周期长、产酸低，并影响提取；

6、若前期温度过低，则菌体繁殖缓慢，周期长，必要时可补加玉米浆，以促进生长。一般控制在发酵开始的温度上，每隔5~6h升1℃即可。在发酵中、后期菌体生长已停止，由于谷氨酸脱氢酶的最适温度比菌体生长繁殖的温度要高，为大量积累谷氨酸，需要适当提高温度。pH谷氨酸产生菌的最适生长pH一般为6.5~8.0，在不同的发酵阶段，谷氨酸对pH的要求不同，因此需要分别加以控制。发酵前期，幼龄菌对氮的利用率高，pH变化大，一般控制pH在7.3左右，如果pH偏低，则菌体生长旺盛，营养消耗快，菌体转入正常代谢，繁殖菌体而不产谷氨酸，如果pH过高，则抑制菌体生长，糖代谢缓慢，发酵时间

7、延长。发酵中期控制pH在7.2左右，发酵后期在7.0，在将近放罐时，为了后序提取谷氨酸，可控制pH在6.5~6.8范围内。谷氨酸发酵过程pH的调节方法主要有：添加碳酸钙法，尿素流加法，液氨流加法。第一种方法在工业上并不适用。由于液氨作用快，对pH影响大，易于实现自动控制连续流加，因而目前工业上普遍采用液氨流加法。供氧在谷氨酸发酵中，供氧对谷氨酸生产菌的生长和谷氨酸的积累都有很大影响。供氧量的多少应根据不同菌种、发酵条件和发酵阶段等具体情况决定。在菌体生长期糖的消耗最大限度地用于合成菌体；在产酸期，糖的消耗最大限度地用于合成谷氨酸。在菌体生长期，供氧必须满

8、足菌体呼吸的需氧量，即rab=QO2*X,PL>=PL临界。当PL