第七章糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)味精

第一節(jié)概述

學(xué)名：L-型谷氨酸單鈉分子式：C5H8O4NNa·H2O1、味精的作用是一種重要的調(diào)味料。具有強(qiáng)烈的肉鮮味，在pH6～8時(shí)鮮味最為顯著。如在味精中添加2-12%的肌酸鈉或鳥(niǎo)苷酸鈉，其鮮味提高3-9倍，稱為復(fù)合味精（主要在日本生產(chǎn)）

2、發(fā)展情況發(fā)酵法生產(chǎn)味精于40年代后期開(kāi)始，直到1957年，日本協(xié)和發(fā)酵公司采用直接發(fā)酵法生產(chǎn)味精。世界產(chǎn)量76%在亞洲（主要是日本、中國(guó)），20%在歐美。70年代未出現(xiàn)了以甜菜糖蜜為原料（哈爾濱糖廠），80年代用甘蔗糖蜜為原料生產(chǎn)味精，試產(chǎn)成功。之后，福建和廣東還引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，建造甘蔗糖蜜味精廠，使味精生產(chǎn)在原料消耗和生產(chǎn)成本方面有較大幅度的降低。第二節(jié)谷氨酸發(fā)酵機(jī)理

谷氨酸生產(chǎn)菌必需具備以下的主要生化特性：（1）生產(chǎn)菌的α-酮戊二酸脫氫酶的活性必須極低或缺失。這樣才有可能使α-酮戊二酸得以累積而利于谷氨酸形成。（2）生產(chǎn)菌的谷氨酸脫氫酶的活性必須很高。以免被低濃度產(chǎn)物谷氨酸所抑制。（3）菌體細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸產(chǎn)物具有較高的通透性。以利于谷氨酸的分泌。如：油酸缺陷型硫殖短桿菌D-248二、谷氨酸發(fā)酵機(jī)理谷氨酸生產(chǎn)菌合成谷氨酸的途徑可以包括以下三步：第一步，葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸；第二步，丙酮酸轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸；第三步，α-酮戊二酸通過(guò)還原性氨基化（加氨）合成谷氨酸。

詳見(jiàn)97~98頁(yè)。第三節(jié)糖蜜生產(chǎn)味精的流程圖解

甘蔗糖蜜發(fā)酵制取味精主要包括發(fā)酵、提取和精制三個(gè)流程。一、發(fā)酵流程1、發(fā)酵工藝流程如圖1-7-2。（99頁(yè)）說(shuō)明：將培養(yǎng)擴(kuò)大后的菌種接入發(fā)酵罐，并連續(xù)流加糖液、營(yíng)養(yǎng)液、清水、通入無(wú)菌空氣，控制一定的pH和發(fā)酵液濃度，待發(fā)酵成熟后，將成熟醪送去提取流程。

三、精制流程精制過(guò)程是將提取過(guò)程獲得的粗谷氨酸制成符合產(chǎn)品要求的谷氨酸單鈉（味精）的過(guò)程。從發(fā)酵液提取出來(lái)的只是粗谷氨酸結(jié)晶，其中仍?shī)A雜有少量雜質(zhì)、色素等，必須進(jìn)一步除雜提純才能獲得成品味精。精制流程如圖1-7-4。（101頁(yè)）

流程說(shuō)明：（1）中和中和的目的就是用堿調(diào)整溶液的pH值（至中性），使谷氨酸的電解離子平衡發(fā)生改變，最大限度生成L型-谷氨酸單鈉。（2）脫色可用活性炭吸附，然后過(guò)濾除去，或用離子交換法達(dá)到脫色目的。（3）除鐵目前許多味精廠是應(yīng)用硫化鈉與中和液中的鐵離子反應(yīng)生成硫化亞鐵沉淀而達(dá)到除鐵目的的。（4）蒸發(fā)結(jié)晶蒸發(fā)濃縮一般在真空蒸發(fā)罐內(nèi)進(jìn)行，濃縮至濃度約500g/L。結(jié)晶則在強(qiáng)制內(nèi)循環(huán)結(jié)晶罐中進(jìn)行。（5）助晶、分離、干燥、篩選得到成品味精。分離的母液進(jìn)行回收。第四節(jié)影響谷氨酸發(fā)酵的因素

一、供氧量谷氨酸生產(chǎn)菌是需氧微生物，在谷氨酸發(fā)酵的菌體生長(zhǎng)期和谷氨酸形成時(shí)期，必須適量供氧才能獲得高產(chǎn)。二、溫度谷氨酸產(chǎn)生菌的最適生長(zhǎng)溫度是30～32℃，產(chǎn)生谷氨酸的最適溫度為34～37℃。根據(jù)這一特點(diǎn)，發(fā)酵前期長(zhǎng)菌體階段的溫度應(yīng)控制在30～32℃。發(fā)酵中、后期的溫度則應(yīng)控制在34～37℃。三、pH谷氨酸發(fā)酵過(guò)程控制在中性和微堿性條件下（pH7.0～8.0），有利于谷氨酸的生成。在生產(chǎn)操作上，一般在發(fā)酵前期pH控制稍高些，在7．5左右，對(duì)抑制雜菌有利；因谷氨酸脫氫酶的最適pH為7.0～7.2，故在發(fā)酵中、后期控制pH在7.2左右。

四、氨離子濃度當(dāng)氨離子濃度不足時(shí)，α-酮戊二酸還原氨基化量減少，谷氨酸產(chǎn)量就減少；當(dāng)氨離子濃度過(guò)高時(shí)，谷氨酸則會(huì)進(jìn)一步生成酰胺，谷氨酸產(chǎn)量也減少。因此氨離子濃度在發(fā)酵液中要控制適量。五、生物素培養(yǎng)液中生物素含量是影響谷氨酸發(fā)酵的最重要因素。目前認(rèn)為，生物素的主要作用是改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性。過(guò)多的生物素會(huì)降低細(xì)胞膜的通透性，造成谷氨酸排出障礙。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，發(fā)酵培養(yǎng)液中的生物素必須控制在亞適量水平（2～5μg／L），才能保證發(fā)酵液中有大量的谷氨酸積累。

甘蔗糖蜜中含有過(guò)剩的生物素（每公斤甘蔗糖蜜含生物素高達(dá)1.2～3.2mg），為解決其對(duì)谷氨酸分泌的障礙，目前采取的方法有：1．對(duì)糖蜜進(jìn)行有效的預(yù)處理

活性炭處理法：用活性炭吸附除掉生物素。水解-活性炭處理法：先用鹽酸水解糖蜜，再用活性炭吸附。樹(shù)脂處理法：用非離子化脫色樹(shù)脂除去生物素。亞硝酸處理法：用亞硝酸破壞生物素。

2．添加青霉素發(fā)酵法在生產(chǎn)菌的生長(zhǎng)初期（培養(yǎng)開(kāi)始后的數(shù)小時(shí)）添加青霉素G，以便使谷氨酸在菌體外部大量積累。一般認(rèn)為，由于青霉素阻止了細(xì)胞壁的合成，因而控制了菌體增殖，同時(shí)也清除了代謝產(chǎn)物的通透性障礙的緣故。3．添加表面活性劑發(fā)酵法在發(fā)酵的適當(dāng)時(shí)間添加適量的表面活性劑，可起到像添加青霉素一樣的作用，達(dá)到增加谷氨酸對(duì)糖收率的目的。例如：添加非離子系（如吐溫60、吐溫40）、陽(yáng)離子系（如烷基胺）、陰離子系（如氯化十六烷基三甲胺）等表面活性劑以及飽和脂肪酸蔗糖酯、硬脂酸的酯和C16～C18的飽和脂肪酸，均能達(dá)到增產(chǎn)谷氨酸的目的。4．采用非生物素營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株發(fā)酵法采用油酸缺陷型突變菌株發(fā)酵，能從遺傳上解除生物素對(duì)谷氨酸積累的控制，在以甘蔗糖蜜為原料的谷氨酸發(fā)酵時(shí)，只要添加適量的油酸，就不會(huì)受生物素過(guò)剩的影響。第