第八章味精的發(fā)酵生產(chǎn)第八章味精的發(fā)酵生產(chǎn)1味精谷氨酸鈉，化學(xué)名稱為L-谷氨酸單鈉一水化合物（monosodiumL-glutamatemonohydrate，MSG）。根據(jù)谷氨酸鈉含量分為：純味精，含谷氨酸鈉99%以上；含鹽味精，95%味精，90%味精，80%味精；特鮮（強(qiáng)力）味精，添加呈味核苷酸二鈉或鳥苷酸二鈉的味精。味精谷氨酸鈉，化學(xué)名稱為L-谷氨酸單鈉一水化合物（monos2一、味精性質(zhì)性狀味精是無色至白色的柱狀結(jié)晶或白色的結(jié)晶性粉末。一、味精性質(zhì)性狀3分子式C5H8NO4Na·H2O相對(duì)分子質(zhì)量187.13含氮量7.48%結(jié)構(gòu)式分子式和結(jié)構(gòu)式分子式C5H8NO4Na·H2O分子式和結(jié)4易溶于水不溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑難溶于純酒精溶解度pH值7.0(10%水溶液)195℃(在125℃以上易失去結(jié)晶水)

熔點(diǎn)易溶于水溶解度pH值7.0(10%水溶液)195℃(在15二、味精生產(chǎn)的發(fā)展1908年，日本東京大學(xué)池田教授在研究食品的呈味性時(shí)，首先從海帶湯中發(fā)現(xiàn)了“鮮味”的奧秘是來自于谷氨酸鈉，并分離出L-谷氨酸晶體，定名味元素。二、味精生產(chǎn)的發(fā)展1908年，日本東京大學(xué)池田教授在研究食品6二、味精生產(chǎn)的發(fā)展1909年即開始了作坊式的試生產(chǎn)，以“味の素”為商品名稱首次投放市場(chǎng)。1914年池田菊苗與鈴木三郎合作在日本川崎市建立了世界上第一個(gè)味精廠，由水解小麥面筋批量生產(chǎn)味精。二、味精生產(chǎn)的發(fā)展1909年即開始了作坊式的試生產(chǎn)，以“味の71936年，美國人從甜菜廢液中提取谷氨酸。1946年，美國發(fā)明發(fā)酵法生產(chǎn)α-酮戊二酸，并用酶法或化學(xué)法將此酮酸轉(zhuǎn)換為L-谷氨酸。1957年，日本率先采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸，并投入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。這是被譽(yù)為現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的重大創(chuàng)舉，使發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入調(diào)節(jié)代謝的調(diào)控階段。1936年，美國人從甜菜廢液中提取谷氨酸。8我國味精生產(chǎn)的發(fā)展第一階段是以酸法水解豆粕或水解面筋生產(chǎn)味精。1921年至解放初期，味精廠只有4家，上海天廚味精廠、沈陽味精廠、天津味精廠、青島味精廠，總產(chǎn)量不足500噸。

我國味精生產(chǎn)的發(fā)展第一階段是以酸法水解豆粕或水解面筋生產(chǎn)味精9第二階段是1964年上海工業(yè)微生物研究所與天廚味精廠協(xié)作，采用黃色短桿菌以發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸獲得成功。利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸在國內(nèi)各味精廠相繼推廣,有力地推動(dòng)了我國味精工業(yè)的崛起。70年代末期，味精生產(chǎn)廠發(fā)展到200家，產(chǎn)量由1965年的4,000噸增至1978年的21,850噸。第二階段是1964年上海工業(yè)微生物研究所與天廚味精廠協(xié)作，采10第三階段是十一屆三中全會(huì)以后，采用酶法水解淀粉，使味精生產(chǎn)突飛猛進(jìn)，產(chǎn)量由1978年的2.1萬噸增至1997年的63.1萬噸。迄今為止，國內(nèi)已全部采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。近40年來，全國味精產(chǎn)量（不含臺(tái)灣）發(fā)展到170萬噸，占世界味精總產(chǎn)量的70%以上，居世界味精產(chǎn)量首位。第三階段是十一屆三中全會(huì)以后，采用酶法水解淀粉，使味精生產(chǎn)突11鮮味物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)水解法制造味精以小麥面筋或大豆粕為原料通過酸水解的方法提取味精。原料來源少、成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、需要耐酸耐腐蝕設(shè)備，投資比較大，生產(chǎn)環(huán)境差。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)味精以淀粉質(zhì)或糖質(zhì)為原料通過微生物發(fā)酵法提取。原料來源廣泛、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量有保證。鮮味物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)12LargeconsumingcountriesUSAJapanChinaSouthKoreaSouthEastAsianCountriesBecauseoftheirhabitofenhancingfoodflavor.LargeconsumingcountriesUSA13

谷氨酸產(chǎn)生菌（細(xì)菌）棒桿菌屬北京棒桿菌

C.pekinense

Corynebacterium

鈍齒棒桿菌

C.crenatum谷氨酸棒桿菌C.glutamicum短桿菌屬黃色短桿菌B.flvumBrevibacterium產(chǎn)氨短桿菌B.ammoniagenes

小桿菌屬嗜氨小桿菌M.ammoniaphilumMicrobacterium節(jié)桿菌屬球形節(jié)桿菌A.globiformisArthrobacter三、谷氨酸的生物合成

谷氨酸產(chǎn)生菌（細(xì)菌）三、谷氨酸的生物合成14菌株特點(diǎn)：革蘭氏陽性，無芽孢，無鞭毛，不能運(yùn)動(dòng)；需氧微生物；生物素缺陷型；發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯的形態(tài)變化,同時(shí)發(fā)生細(xì)胞膜滲透性的變化；不分解利用谷氨酸,并能耐高濃度的谷氨酸。菌株特點(diǎn)：革蘭氏陽性，無芽孢，151.谷氨酸發(fā)酵原料

糖蜜淀粉水解糖1.谷氨酸發(fā)酵原料糖蜜16糖蜜糖蜜是制糖工廠的副產(chǎn)物，分為甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。①甘蔗糖蜜的還原糖含量比甜菜糖蜜多得多；②甘蔗糖蜜的含氮量比甜菜糖蜜少得多；糖蜜糖蜜是制糖工廠的副產(chǎn)物，分為甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。17淀粉水解糖

谷氨酸產(chǎn)生菌不能直接利用淀粉；在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的“糖化”，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。水解糖液中除葡萄糖外，還含有其他雜質(zhì)。水解糖液中所含雜質(zhì)的多少，與原料質(zhì)量及淀粉的糖化條件有密切關(guān)系。淀粉水解糖谷氨酸產(chǎn)生菌不能直接利用淀粉；182.谷氨酸的生物合成機(jī)理由三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生的a-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶存在下進(jìn)行還原性氨化作用。2.谷氨酸的生物合成機(jī)理由三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生的a-酮戊二酸在192.谷氨酸的生物合成機(jī)理a-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶存在下進(jìn)行還原性氨化作用。葡萄糖中間產(chǎn)物a－酮戊二酸谷氨酸谷氨酸脫氫酶NH4＋透過細(xì)胞膜抑制2.谷氨酸的生物合成機(jī)理a-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶存在下進(jìn)20四、味精的生產(chǎn)工藝流程1.淀粉水解糖的制取；2.谷氨酸生產(chǎn)菌種子的擴(kuò)大培養(yǎng)；3.谷氨酸發(fā)酵；4.谷氨酸的提取分離；5.由谷氨酸制味精。四、味精的生產(chǎn)工藝流程1.淀粉水解糖的制?。?11.淀粉水解糖的制取含淀粉原料1.淀粉水解糖的制取含淀粉原料22淀粉水解的方法

酸解法酶解法酸酶結(jié)合法

淀粉水解的方法酸解法23味精的發(fā)酵生產(chǎn)ppt課件242.菌種擴(kuò)大培養(yǎng)斜面培養(yǎng)：瓊脂培養(yǎng)基：蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉，pH值7.0-7.2。北京棒桿菌、鈍齒棒桿菌：30-32℃天津短桿菌：33-34℃培養(yǎng)18-24h。2.菌種擴(kuò)大培養(yǎng)斜面培養(yǎng)：25一級(jí)種子培養(yǎng)：培養(yǎng)基：葡萄糖、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、硫酸鐵及硫酸錳組成，pH值7.0。振蕩培養(yǎng)12h。一級(jí)種子培養(yǎng)：26二級(jí)種子培養(yǎng)：用種子罐培養(yǎng)，料液量為發(fā)酵罐投料體積的1％；用水解糖代替葡萄糖，32℃，通氣攪拌7-10h。二級(jí)種子培養(yǎng)：27種子質(zhì)量要求：二級(jí)種子培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，無雜菌或噬菌體污染；菌體大小均一，呈單個(gè)或八字排列；活菌數(shù)為108-109/ml。photomicrographsofcellsinsyntheticbrothfor16h種子質(zhì)量要求：photomicrographsofcel28影響種子質(zhì)量的因素培養(yǎng)基構(gòu)成溫度pH值溶解氧接種量培養(yǎng)時(shí)間影響種子質(zhì)量的因素培養(yǎng)基構(gòu)成溶解氧293.谷氨酸發(fā)酵過程①適應(yīng)期：尿素分解產(chǎn)生氨，pH值上升。糖不被利用。2-4h?？刂拼胧嚎刂平臃N量和發(fā)酵條件使其縮短。3.谷氨酸發(fā)酵過程①適應(yīng)期：30②對(duì)數(shù)生長期：糖耗快，尿素大量分解使pH值上升，氨被利用pH值又迅速下降。溶氧急劇下降后維持在一定水平。菌體濃度迅速增大，菌體形態(tài)為排列整齊的八字形。不產(chǎn)酸。12h。控制措施：及時(shí)供給菌體生長必須的氮源及調(diào)節(jié)pH值，在pH值7.5-8.0時(shí)流加尿素；維持溫度30-32℃。②對(duì)數(shù)生長期：31③菌體生長停止期：谷氨酸合成。控制措施：提供必需的氨，pH值維持7.2-7.4。大量通氣，控制溫度34-37℃。③菌體生長停止期：32④發(fā)酵后期：菌體衰老，糖耗慢，殘?zhí)堑??？刂拼胧簆H值維持7.0～7.2。提高溫度,一般為36～37℃。營養(yǎng)物耗盡，酸濃度不增加時(shí)，及時(shí)放罐。發(fā)酵周期一般為30h。④發(fā)酵后期：33五、谷氨酸發(fā)酵過程控制碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烴氮源：銨鹽、尿素、氨水無機(jī)鹽：磷酸鹽、鎂、鉀、鈉、鐵、錳、銅生長因子：生物素1.培養(yǎng)基五、谷氨酸發(fā)酵過程控制碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烴1.34C/N＝100:15

21，實(shí)際高達(dá)100:28，①用于調(diào)整pH值；②分解產(chǎn)生的NH3從發(fā)酵液中逸出。產(chǎn)谷氨酸階段：NH4+不足：使

-酮戊二酸蓄積而很少有谷氨酸生成。NH4+過量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。氮源：銨鹽、尿素、氨水C/N＝100:1521，實(shí)際高達(dá)100:28，氮源：銨鹽35磷酸鹽對(duì)發(fā)酵有顯著影響：不足：糖代謝受抑制，菌體生長不足。過多：細(xì)胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。

無機(jī)鹽磷酸鹽對(duì)發(fā)酵有顯著影響：無機(jī)鹽36作為乙酰CoA的輔酶，參與脂肪酸的生物合成，進(jìn)而影響磷酯的合成。濃度過大：促進(jìn)菌體生長，谷氨酸產(chǎn)量低。代謝產(chǎn)物中乳酸和琥珀酸明顯增多。生長因子：生物素影響細(xì)胞膜通透性和代謝途徑。生長因子：生物素影響細(xì)胞膜通透性和代謝途徑。37

生物素：B族維生素的一種，又稱維生素H或輔酶R，是合成脂肪酸所必需的。

脂肪酸的生物合成：利用乙酰CoA（直接原料是丙二酸單酰CoA）在乙酰CoA羧化酶（輔基為生物素）催化下合成。生物素：B族維生素的一種，又稱維生素H或輔酶R，是合38脂肪酸＋甘油磷酸磷脂＋蛋白質(zhì)生物膜生物素限量，不利于脂肪酸的合成，進(jìn)而影響磷脂的合成。當(dāng)磷酯含量減少到正常時(shí)的一半時(shí)，細(xì)胞發(fā)生變形，谷氨酸從胞內(nèi)滲出，積累于發(fā)酵液中。生物素含量高時(shí)，細(xì)胞膜致密，阻礙谷氨酸分泌，并引起反饋抑制。脂肪酸＋甘油磷酸生物素限量，不利于脂肪酸的合成，進(jìn)而影39使胞內(nèi)谷氨酸產(chǎn)物迅速排出的方法①

用生理學(xué)手段——

直接抑制膜合成或使膜受缺損

谷氨酸發(fā)酵中，控制生物素亞適量，有利于谷氨酸透過細(xì)胞膜分泌至體外。當(dāng)培養(yǎng)液中生物素含量較高時(shí)可適量添加青霉素；即控制細(xì)胞膜的滲透性使胞內(nèi)谷氨酸產(chǎn)物迅速排出的方法即控制細(xì)40

青霉素：抑制肽聚糖合成中的轉(zhuǎn)肽酶活性，引起肽聚糖結(jié)構(gòu)中肽橋無法交聯(lián)，造成細(xì)胞壁缺損。由于細(xì)胞壁的破損，使細(xì)胞膜處于無保護(hù)狀態(tài)，在滲透壓的作用下代謝物外滲，降低了谷氨酸的反饋抑制，提高了產(chǎn)量。

青霉素：抑制肽聚糖合成中的轉(zhuǎn)肽酶活性，引起肽聚糖結(jié)構(gòu)中肽41②利用膜缺損突變株——油酸缺陷型、甘油缺陷型

油酸缺陷型菌：培養(yǎng)過程中，有限制地添加油酸，合成有缺損的膜，使細(xì)胞膜發(fā)生滲漏而提高谷氨酸產(chǎn)量。

甘油缺陷型菌株：細(xì)胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易造成谷氨酸大量滲漏。應(yīng)用甘油缺陷型菌株，即使在生物素或油酸過量的情況下，也可以獲得大量谷氨酸。②利用膜缺損突變株——422.溫度的影響及控制

菌體生長達(dá)一定程度后開始產(chǎn)生谷氨酸，菌體生長最適溫度和氨基酸合成的最適溫度不同。菌體生長階段：3034℃產(chǎn)谷氨酸階段：3437℃2.溫度的影響及控制菌體生長達(dá)一定程度后開始產(chǎn)生谷氨酸，433.pH值的影響及控制主要影響酶的活性和菌的代謝。發(fā)酵前期，幼齡細(xì)胞對(duì)pH值較敏感，pH值過低，菌體生長旺盛，營養(yǎng)成分消耗大，轉(zhuǎn)入正常發(fā)酵慢。3.pH值的影響及控制主要影響酶的活性和菌的代謝。44谷氨酸脫氫酶最適pH值為7.0-7.2，轉(zhuǎn)氨酶最適pH值為7.2-7.4，在氮源供應(yīng)充分和微酸性條件下，谷氨酸發(fā)酵轉(zhuǎn)向谷氨酰胺發(fā)酵。

pH控制在中性或微堿性。方法：流加尿素和氨水。谷氨酸脫氫酶最適pH值為7.0-7.2，454.溶解氧的控制不同種齡、種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐大小要求通風(fēng)量不同。在菌體生長階段，通風(fēng)量過大，生物素缺乏，抑制菌體生長。大小由通風(fēng)量和攪拌轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。4.溶解氧的控制不同種齡、種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐464.溶解氧的控制在發(fā)酵產(chǎn)酸階段，需要大量通風(fēng)供氧，以防過量生成乳酸和琥珀酸。但過大通風(fēng)，NADPH2通過呼吸鏈被氧化，影響

-酮戊二酸還原氨基化，使

-酮戊二酸大量積累。4.溶解氧的控制在發(fā)酵產(chǎn)酸階段，需要大量通風(fēng)供氧，以防過量生475.泡沫

通氣和攪拌培養(yǎng)基性質(zhì)機(jī)械消泡和化學(xué)消泡6.防止噬菌體和雜菌的污染從空氣過濾、培養(yǎng)基、設(shè)備、環(huán)境等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)。5.泡沫通氣和攪拌6.防止噬菌體和雜菌的污染從空氣過濾、48控制因子產(chǎn)物氧(不足)乳酸或琥珀酸谷氨酸(充足)α-酮戊二酸(過量)NH4+(不足)α-酮戊二酸谷氨酸(適量)谷氨酰胺(過量)生物素谷氨酸(限量)乳酸或琥珀酸(充足)pH(酸性)N-乙酰-谷氨酰胺谷氨酸(中性或微堿性)磷酸鹽(適量)谷氨酸纈氨酸引起谷氨酸合成的代謝轉(zhuǎn)換的因素控制因子產(chǎn)物氧(不足)乳酸或琥珀酸谷氨酸(充足)49六、谷氨酸的提煉工藝過程過濾：用板框式壓濾機(jī)過濾發(fā)酵液。提?。翰捎贸恋?、離子交換等提取氨基酸。脫色：加入活性炭脫除色素。精制：離子交換、重結(jié)晶等進(jìn)行精制。六、谷氨酸的提煉工藝過程過濾：用板框式壓濾機(jī)過濾發(fā)酵液。50水解等電點(diǎn)法低溫等電點(diǎn)法低溫連續(xù)等電點(diǎn)法1.等電點(diǎn)沉淀法操作簡單，收率60％。但周期長，占地面積大。水解等電點(diǎn)法1.等電點(diǎn)沉淀法操作簡單，收率60％。51（1）鋅鹽法（2）鹽酸鹽法（3）鈣鹽法2.不溶性鹽沉淀法（1）鋅鹽法2.不溶性鹽沉淀法52（1）鋅鹽法谷氨酸＋鋅離子谷氨酸鋅沉淀溶液谷氨酸結(jié)晶pH6.3加酸pH2.4pH6.3加酸pH2.453（2）鹽酸鹽法：谷氨酸在濃鹽酸中生成并析出谷氨酸鹽酸鹽。這是用鹽酸水解面筋生產(chǎn)谷氨酸的原理。（3）鈣鹽法：高溫下谷氨酸鈣溶解度大，與菌體等不溶性雜質(zhì)分開；降溫析出谷氨酸鈣沉淀，加NaHCO3

直接得到味精。

（2）鹽酸鹽法：543.離子交換法用陽離子交換樹脂吸附谷氨酸形成的陽離子，再用熱堿（60℃，4%NaOH）洗脫，收集相應(yīng)流分，加鹽酸結(jié)晶。

3.離子交換法554.電滲析法原理：膜分離過程，利用的是電位差。

二次電滲析法：pH3.2：除去各種鹽類。pH

3.2:除去蛋白質(zhì)、殘?zhí)呛蜕氐确请娊赓|(zhì)。4.電滲析法56七、味精制造谷氨酸溶于水

活性炭脫色

加Na2CO3中和

谷氨酸單鈉（味精粗品）除鐵過濾活性炭脫色減壓濃縮結(jié)晶離心分離干燥成品七、味精制造57味精的發(fā)酵生產(chǎn)ppt課件58八、味精的安全性味精風(fēng)波：“中國餐館病”，“中餐綜合癥”，“味精癥狀”。八、味精的安全性味精風(fēng)波：“中國餐館病”，“中餐綜合癥”59味精的營養(yǎng)性味精是谷氨酸的鈉鹽，谷氨酸是組成蛋白質(zhì)的氨基酸之一，而鈉鹽又是人體必須的礦物質(zhì)元素，因此谷氨酸鹽是維持生命活動(dòng)所需要的成分。味精的營養(yǎng)性味精是谷氨酸的鈉鹽，谷氨酸是組成蛋白質(zhì)的氨基酸之60谷氨酸鹽在自然界是普遍存在的。L-谷氨酸是蛋白質(zhì)的主要構(gòu)成成分。多種食品以及人體內(nèi)都含有L-型谷氨酸鹽，它既是蛋白質(zhì)或肽的結(jié)構(gòu)氨基酸之一，又是游離氨基酸。自然界中的谷氨酸鹽谷氨酸鹽在自然界是普遍存在的。L-谷氨酸是蛋白質(zhì)的主要構(gòu)成成61食品種類谷氨酸鹽含量（g/100g）食品種類谷氨酸鹽含量（g/100g）豬肉0.023魷魚0.056牛肉0.033鮑魚0.138雞0.044牡蠣0.335蛋0.023干貝0.191人奶0.018龍蝦0.009牛奶0.001鰻魚0.013常見食品谷氨酸鹽含量食品種類谷氨酸鹽含量（g/100g）食品種類谷氨酸鹽含量（g62味精如何產(chǎn)生“鮮味”?人的味覺器官中存在著專門的氨基酸受體。當(dāng)味精被人們食用時(shí)，刺激位于舌部味蕾的氨基酸受體，就能使人感受到可口的鮮味。味精如何產(chǎn)生“鮮味”?人的味覺器官中存在著專門的氨基酸受體63味精食用后，轉(zhuǎn)化為谷氨酸，被消化吸收，參與體內(nèi)生理活動(dòng)和代謝過程。谷氨酸是生物機(jī)體內(nèi)氮代謝的基本氨基酸之一，在代謝上具有重要意義。谷氨酸通過轉(zhuǎn)氨反應(yīng)把氨基轉(zhuǎn)移到酮酸上，合成人體代謝所需要的其它氨基酸。谷氨酸生理作用味精食用后，轉(zhuǎn)化為谷氨酸，被消化吸收，參與谷氨酸生理作用64谷氨酸有降低血液中氨中毒的作用。當(dāng)肝臟出現(xiàn)疾患，肝功能受損時(shí)，血液中氨含量增高，引起嚴(yán)重的氮代謝紊亂，導(dǎo)致肝昏迷。谷氨酸能與氨起作用，生成谷氨酰胺，降低血液中氨含量，因而能預(yù)防和治療肝昏迷，保護(hù)肝臟，是肝臟疾病患者的輔助藥物。谷氨酸有降低血液中氨中毒的