聚谷氨酸发酵生产
课程设计说明书不同分子量聚谷氨酸制备条件研究
学院（系）
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
2013-2014 春季学期
生物工程专业课程设计
结题论文
不同分子量聚谷氨酸制备条件研究
学院（系）：
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
摘要
.
γ-PGA 是一种有极大开发价值和前景的多功能性生物制品，近年来被作为增稠剂，保湿剂，药物载体等而一直被广泛应用于工业领域。它是一种水溶性和可生物降解的新型生物高分子材料，可通过微生物合成。在生产低聚谷氨酸工艺当中，利用微生物发酵法生产聚谷氨酸具有很好的前景，但在利用微生物发酵法制备产物时，生产的聚谷氨酸具有较大的分子量，需要对其进行进一步的降解处理。本设计拟对微生物发酵生产的高分子量的聚谷氨酸进行降解，并优化其降解条件，从而得到不同分子量的低聚谷氨酸分子，并利用琼脂糖凝胶电泳和高效液相凝胶色谱检测其降解后的分子量，从而确定最佳降解条件。本设计主要分为三个部分对不同分子量的γ-PGA 的制备情况进行了研究。第一部分是通过微生物发酵，提取得到 80-100 万分子量的大分子聚谷氨酸产物的设计；第二部分根据聚谷氨酸分子特性，设计筛选可降解大分子聚谷氨酸的方法，并优化降解条件，得到不同分子量的低聚谷氨酸分子，并找到合适的方法进行分离纯化；第三部分是在前两部分的基础上，通过建立琼脂糖凝胶电泳和液相凝胶色谱检测不同分子量低聚谷氨酸的方法，从而设计出最佳的制备条件。
关键词：生物发酵法、聚谷氨酸、降解条件、检测方法
目录
第一部分文献综述 (3)
1.1 γ-聚谷氨酸简介 (3)
1.2 聚谷氨酸结构 (4)
1.3 聚谷氨酸性质： (4)
1.3.1 吸水特性 (4)
1.3.2 生物可降解性 (4)
1.3.3 γ-PGA 的水解特性 (5)
2. γ-PGA 的应用前景 (5)
2.1 γ-PGA 的应用 (5)
2.1.1 聚γ-PGA 是一种微生物絮凝剂 (5)
2.1.2 γ-PGA作为一种新型的高分子吸水性材料 (5)
2.1.3 γ-PGA作为新型的药物载体 (6)
3. γ-PGA 合成方法 (7)
3.1 化学法合成 (7)
3.1.1 传统的肽合成法 (7)
3.1.2 二聚体缩聚法 (7)
3.2 提取法合成 (7)
3.3 微生物生物合成法 (7)
3.3.1 代谢途径 (7)
4. 研究进展 (8)
5. 总结——本设计的前景分析以及研究意义 (8)
5.1 前景分析 (8)
5.2 研究意义 (9)
第二部分课程设计部分 (10)
1.材料 (10)
1.1 实验原料和试剂 (10)
1.2实验器材 (11)
2. 方法 (11)
2.1 微生物培养方法 (11)
2.1.1 平板培养 (11)
2.1.2 种子培养 (11)
2.1.3 摇瓶发酵 (11)
2.2 γ-PGA的纯化方法 (12)
2.2.1 菌体的分离 (12)
2.2.2 乙醇沉淀 (12)
2.2.3 丙酮分级沉淀 (12)
2.2.4 透析袋透析除盐 (12)
2.2.5 硅胶薄层层析................................................. 错误！未定义书签。
2.3 生理指标的测定方法 (12)
2.3.1 生物量测定..................................................... 错误！未定义书签。
2.3.2 细胞数测定..................................................... 错误！未定义书签。
2.3.3 分子量分析 (12)
2.3.4 粘度的测定 (13)
2.3.5 pH 稳定性的测定 (13)
2.4 碳源试验·····································································错误！未定义书签。
2.5 氮源试验·····································································错误！未定义书签。
2.6 前体物质L-谷氨酸试验···········································错误！未定义书签。
2.7 碳源、氨源、前体物质正交试验·····························错误！未定义书签。
2.8 无机离子正交试验·····················································错误！未定义书签。
3. 实验设计 (13)
3 .1培养基营养成分对聚谷氨酸分子量影响的设计 (14)
3.1.1 培养基中不同碳源对聚谷氨酸分子量影响的设计 (14)
3.1.2 培养基中不同氮源对聚谷氨酸分子量影响的设计 (14)
3.1.3 培养基中前体谷氨酸对聚谷氨酸分子量影响的设计 (14)
3.2 培养基中碳源、氨源、前体物质正交试验的设计 (14)
3.3 不同pH 对不同分子量聚谷氨酸影响的设计分析错误！未定义书签。
4. 设计分析 (15)
4.1 培养基营养成分对聚谷氨酸分子量影响的设计·····错误！未定义书签。
4.1.1 碳源对产物Γ-PGA分子量合成的影响的设计分析错误！未定义
书签。
4.1.2 培养基中不同氮源对聚谷氨酸分子量影响的设计分析错误！未定
义书签。
4.1.3 培养基中前体谷氨酸对聚谷氨酸分子量影响的设计错误！未定义
书签。
4.2 培养基中碳源、氨源、前体物质正交试验的设计·错误！未定义书签。
4.3 不同pH 对不同分子量聚谷氨酸影响的设计分析错误！未定义书签。
5 总结体会 (15)
参考文献 (16)
第一部分文献综述
1.概况背景
1.1 γ-聚谷氨酸简介
γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种由微生物生物合成的聚谷氨酸，它由D-谷氨酸单体或L-谷氨酸单体以羧基和氨基相缩合而成[1]。在生物体内γ-PGA 生物相容性良好，可以降解为谷氨酸而直接被生物体吸收，对于用作生物医用材料有明显优点。另外，主链上有大量游离羧基存在，使γ-PGA 具有水溶性聚羧酸的性质，如强吸水和保湿性能，可用于化妆品、食品、分散剂、螯合剂、建筑涂料、防尘等领域[2-3]。这些活性位点为材料的功能化提供了条件。由于其良好的环境友好性，在注重环保强调可持续发展的今天，这种来自生物的可降解型功能材料受到人们的青睐。
1.2 聚谷氨酸结构
对γ-PGA 的氨基酸组分分析表明，该物质只有谷氮酸一种氨基酸组成，其纯化样品在216 nm 处有吸收峰，与典型蛋白质吸收峰不同。γ-PGA 经硅胶层析后，用不同官能团显色剂处理，α—萘酚、间苯二酚、甲基苯二酚反应呈阴性，双缩脲反应阴性而茚三酮反应阳性，该物质没有典型的肽链结构，也不是一种环状多肽。随着温度的提高，γ-PGA 水溶液在一定的温度范围内粘度变化不大，聚合物结构较稳定。在高温下，粘度下降快．γ-PGA 水解也很快，分子量逐渐变小，γ-PGA 的水解是由链的随机切割引起的。不同生产方式得到的γ-PGA 的分子量有差异，如采用地衣芽孢杆菌摇瓶发酵得到的γ-PGA 的分子量为1.06 × 105 Da，而通过5 L 发酵罐生产的γ-PGA 的分子量为 2.47 × 105 Da。γ-PGA 的等电点为3.47，它是一种酸性氮基酸聚合物。1.3 聚谷氨酸性质：
1.3.1 吸水特性
由于γ-PGA 极易溶于水，因此其具有很好的吸水特性，王传海等对γ-PGA的吸水性能进行了研究，结果表明，γ-PGA 的最大自然吸水倍数可达到1108 倍，比目前市售的聚丙烯酸盐类吸水树脂高 1 倍以上，对土壤水分的吸收倍数为30-80 倍。γ-PGA 的水浸液在土壤中具有一定的保水力和较理想的释放效果，有明显的抗旱促苗效应。在0.206 mol / L浓度的PEG(6000)模拟渗透胁迫条件下，γ-PGA 仍有较强的吸水和保水能力，可明显提高小麦和黑麦草的发芽率，用其直接拌种也能显著提高种子的发芽率[5]。γ-PGA 的吸
水性和保水性可使γ-PGA 被广泛应用于干旱地区保水以及沙漠绿化。
1.3.2 生物可降解性
生物可降解性是γ-PGA 的特性之一。所有γ-PGA 产生菌株都可以以γ-PGA 作为营养源进行生长。在培养液中存在一种与γ-PGA 降解有关的解聚酶。其它自然菌株也具有降解γ-PGA 的能力。以γ-PGA 作为唯一碳源和氮源对可降解γ-PGA 的菌株进行筛选，结果筛选出至少12 株可降解γ-PGA 的菌株[6]。由此可知，发酵生产γ-PGA 的培养时间对产量有较大的影响，时间过长会导致γ-PGA 分子被酶解而损失。
1.3.3 γ-PGA 的水解特性
γ-PGA 的水溶液在10 mL、浓度为6 mol / L的HCl 中，抽真空封口，105 ℃的烘箱的条件下可以水解为谷氨酸，吕莹等[7]的研究表明，水解17 h、25 h、48 h的结果一致。此特性可用于γ-PGA 纯度的测定。
2. γ-PGA 的应用前景
2.1 γ-PGA 的应用
γ-PGA是一种天然存在的水溶性的聚合氨基酸，具有生物可降解性，可食用且对人体和环境无毒害。近年来其被作为生物絮凝剂，增稠剂，加湿剂，药物载体，药物缓释剂，生物可降解纤维，高吸水性树脂，重金属吸收剂以及食品添加剂等一直被广泛应用于工业领域如食品工业，药物工业，化妆品工业及污水处理中，是一种有极大开发价值和前景的多功能新型生物制品。
2.1.1 聚γ-PGA 是一种微生物絮凝剂
γ-PGA可以用作饮用水、废水、发酵食品工业下游过程溶液的生物絮凝剂以及重金属或放射性物质螯合剂，用于回收金属盒减少环境污染等。
2.1.2 γ-PGA作为一种新型的高分子吸水性材料
近年来，人们把水溶性高分子作为精细化工的骨干产品之一，越来越受到人们的重视。它的应用范围几乎涉及人所能涉及的任何领域。随着高分子材料的快速发展，在其重要性日益突现的同时，人们发现了它的不足之处，即大部分的人工合成的高分子材料在自然界难以降解。在人们越来越关心自己生存环境的今天，不可降解的高分子材料造成的―白色污染‖ (如聚乙烯、聚丙烯等)，
也越来越受到人们的关注。为了解决这个问题，人们开展了各种研究工作。制成了各种可生物降解材料[8]。
在日本，聚谷氨酸得到广泛应用，主要以谷氨酸γ-甲基酯为基础，生产新型聚合物IITC。此类聚合物可以用来制造皮革、纤维、食品包装膜等。聚合D-谷氨酸用苯乙烯改性后，可得到高抗碱性的纤维树脂。若通过改性再聚合，可得到比一般天然纤维和化学纤维更优的材料，如外科手术的缝合线，就是以氨基酸和羧酸为基础，由易水解纤维状和薄膜状的聚合物制得的。而渗透杀菌剂、防腐剂、抗生素的聚合氢基酸对伤口和皮肤病还有防治作用。
以谷氨酸和烷基谷氨酸酯的共聚物为基础，研制出来的聚合物是药品很好的包裹材料，可作胶囊或糖衣片。日本九州大学原敏夫等人通过大豆发酵，提取γ-PGA，用电子柬照射，制成γ-PGA 树脂，这种物质呈白色粉末状，具有极强的吸水性，其吸水性能是纸和尿不湿的 5 倍。γ-PGA 吸水饱和后，呈凝胶状，可包裹在植物种子的表面上作为种子的理想包衣材料。原敏夫认为，这种树脂是沙漠绿化的好武器，并提出了中国绿化沙漠的设想(原敏夫特开平)。另外，γ-PGA 作为一种凝胶材料，也可以起分子筛作用[9]。
2.1.3 γ-PGA作为新型的药物载体
γ-PGA 具有良好的生物亲和性和生物降解性，作为药物载体可提供药物缓释性、靶向性，提高药物水溶性，降低药物不良反应，从而提高药物疗效。（1）用作金属螫合物抗癌药物顺二氯二氨铂(CDDP)的载体
该药物为重金属络合物，微溶于水，且在水中不稳定，疗效低，对细胞毒性大，用γ-PGA (相对分子量 4 × 104)作为药物载体，可形成有活性的、相对稳定的CDDP-PGA 复合物，该复台物有较高的动力学稳定性和对正常细胞较低的毒性，有利于Pt2+ 对配体的亲和，而且其治疗剂量范围宽。
（2）作为水不溶性植物类化疗药物的载体
化疗药物大多难溶或不溶于水，细胞毒性大，选择性小。如喜树碱难溶于水，而且它的内酯形式不稳定，导致使用受限制，疗效低。但10-羟CPT 或9-氨基CPT 与PGA 偶联形成CPT-PGA 复合物后，水溶性大为增加。复合物对同源的和异源的肿瘤都保持较高的抗肿瘤活性。
（3）用作抗生素类抗癌药物阿霉素的载体，可明显地提高疗效。
（4）γ-PGA 的半乳糖或甘露糖酯化衍生物可作为肝细胞特殊药物的载体，通过糖酯化的PGA 的结合作用把相对分子量低的药物运送到肝细胞中，起到了靶向作用。
（5）γ-PGA与明胶有较好的兼容性，适合制作外科及手术用的可生物降解的粘胶剂、止血剂及密封剂[10]。
3. γ-PGA 合成方法
3.1 化学法合成
3.1.1 传统的肽合成法
传统的肽合成法是将氨基酸逐个连接形成多肽，这个过程一般包括基团保护、反应物活化、偶联和脱保护。化学合成法是肽类合成的重要方法，但合成路线长、副产物多、收率低，尤其是含20 个氨基酸以上的纯多肽合成[11]。
3.1.2 二聚体缩聚法
由L – Glu、D-Glu 及消旋体（D，L – Glu）反应生成α-甲基谷氨酸，后者凝聚成谷氨酸二聚体后，再与浓缩剂1，3-二甲氨丙基-3-乙基碳亚二胺盐酸盐及1-羟苯基三吡咯水合物在N，N-二甲基甲酰胺中发生凝聚，获得产率为44 % ~ 91 %、相对分子质量为5000 ~20000 的聚谷氨酸甲基酯，经碱性水解变成γ-PGA。化学合成法难度很大，没有工业应用价值。
3.2 提取法合成
早期，日本生产γ-PGA大多采用提取法，用乙醇将纳豆（一种日本的传统食品）中的γ-PGA 分离提取出来。由于纳豆中所含的γ-PGA 浓度甚微，且有波动，因此提取工艺十分复杂，生产成本甚高，同样难以大规模生产。
3.3 微生物生物合成法
迄今为止的发酵生产仍处于试验室阶段，小试生产方法归纳起来主要有分批发酵法、连续发酵法、液体两相发酵法、搅拌罐反应器自循环发酵法、固体发酵法和固定化酶法等 6 种，分批发酵法简单方便，容易操作和控制，因此在实验室研究中用的较为广泛。
3.3.1 代谢途径
自从1942 年Bovarnick 等发现芽孢杆菌属微生物能在培养基中蓄积γ-PGA以来，利用微生物生物聚合生成γ-PGA 的研究十分活跃。人们对不同的微生物进行了代谢途径分析，由于分析手段和其他人为原因的限制，以致现在γ-PGA 的代谢途径仍然是一个黑箱模型。
4. 研究进展
由于γ-PGA 具有环境友好等特性使其应用日益广泛，对其研究越来越多，然而目前国内主要是对γ-PGA 生产方面尤其是菌种及发酵条件的研究，而且大多数发酵生产仍处于试验室阶段，实现其产业化还有一定距离。国外对其应用研究则比较多，尤其是在附加值比较高的医药领域。在今后研究中，一方面是在提高γ-PGA 产量同时建立一种生产成本低廉、生产工艺简单、生产条件温和的工艺，为大规模生产奠定基础：另一方面是不断扩大应用研究的广度和深度，同时进行创新性研究[12]。
5. 总结——本设计的前景分析以及研究意义
5.1 前景分析
近年国内强大的需求释放与巨大的产能缺口，是化工新材料被广泛看好的最重要的理由。新材料技术是21 世纪三大关键技术之一，是发展信息、航天、能源、生物等高新技术的重要物质基础已成为全球经济增长的源动力和各国提升核心竞争力的焦点。包括新的功能聚合物、复合材料、高性能化的通用塑料新品种、可降解塑料、纳米材料等。与传统化工材料相比。它们具有优异性能或特殊功能．对国民经济特别是高技术领域及尖端技术有重要作用。
长期以来，新材料产品及其原料对外依存度较高，一些高端品种甚至完全依赖进口。而近年来．国内龙头企业通过不断研发和创新，形成了具有自主知识产权的工艺和技术，逐渐具有成本和规模优势，替代进口前景广阔。我国政府对新材料行业在各个层次上都有扶持性政策。在前瞻性研究方面，国家计划每年对新材料项目援助在3.5亿元左右：在产业项目方面，有火炬计划、中小企业创新基金、国家科技攻关计划等每年通过拨款和贴息贷款等形式给予资助；按照国家政策的精神．各地各级政府也都给予新材料企业出口补贴和税收
优惠。这些政策的实施使中国新材料科技水平大大提高．同时引导大量的社会资金向新材料领域投资，促进了新材料科技成果转化，推动了新材料产业的发展。市场发展需要和国家政策导向都使得绿色生物环保材料企业的投资风险降到比较低的水平[13]。
我国氨基酸行业的主要竞争对手是日本，多年来与日本既竞争又合作。前些年，在我国不能生产原料时，对方输入原料，同时输入生产技术。现在我们可以生产氨基酸原料，对方则进行精加工。所以国内企业在产品精加工方面应该重视，不应仅停留在生产粗原料上。国内原料企业应严格执行内控标准，改粗品生产为精品生产，变粗品出口为精品出口，以精品占领国际市场，获取更大利润。如若实现聚谷氨酸以谷氨酸为底物的大规模发酵生产，将为我国的氨基酸产业的发展开拓广阔的国际生存空间。随着分子生物学新技术的应用，利用基因工程方法构建聚谷氨酸工程菌将从根本上解除制约聚谷氨酸生产的瓶颈问题，为氨基酸发酵行业的进一步发展奠定坚实的基础[14]。
5.2 研究意义
高分子材料是分子量高达数万至数百万的巨大―高分子‖聚合而成的材料，具有许多优异性能．以及生产、应用的投资比其他材料低．在许多领域得到广泛应用。尤其到了上世纪80年代．工业发达国家的钢铁产量已经出现了衰退，而塑料仍以高速度在发展，如美国在过去的40年里的塑料产量猛增了100倍。但是，合成高分子材料在21世纪面临了严重的挑战，主要来自三个方面：首先，合成高分子材料的性能还需改进；其次，合成高分子材料的循环使用和生物降解性差，随着大量高分子材料在各个领域的使用，废弃物对环境的污染有着日益加剧的趋势，如废塑料所造成的―白色污染‖已成为世界性的公害；再次，合成高分子材料的主要原料-石油是不可再生资源，其储量越来越少，随着国内外―白色污染‖日益严重和能源危机的出现，可持续发展的环境友好高分子材料的开发逐渐得到世界各国的重视，因而降解性高分子材料成为21世纪最具发展前景的高分子材料。
世界工业的一大新趋向是开发―绿色化学产品‖（即对环境无害的化工产品）。聚合氨基酸系列产品已在―绿色化学产品‖中崭露头角。日本是世界上最
大氨基酸生产国与输出国，日本科学家在聚合氨基酸的研究开发已领先于世界。近年来国外研究日趋热门，而国内少有相关的研究报道[15]，中国在这方面的研究尚处于起步阶段，只有少数科研单位进行聚氨基酸的研究和开发，如聚谷氨酸高吸水性树脂、聚谷氨酸-表阿霉素偶合物等，但研究的深度、广度等均与国外有较大的差距，研究工作仅限于实验室，离产业化有较大的距离，因此建立完整、系统、大规模的聚谷氨酸微生物生产方法是今后亟待解决的课题之一。
第二部分课程设计部分
不同分子量聚谷氨酸制备条件研究
微生物合成的γ-PGA 是一种水溶性的可生物降解的生物高分子，相对分子质量在 1 万-100万，个别能达到200 万。它完全无毒害作用，甚至可以直接食用。聚谷氨酸及其衍生物可广泛的应用在食品工业、化妆品、保健、水处理、废水处理、卫生用品、医疗以及水凝胶等领域，而区别其应用领域的主要指标则是γ-PGA 的分子量。
按照其应用领域所需要的分子量大小的差异，可以将γ-PGA 分成四个级别，分别是：肥料级，0.5-1 万单位；食品级，10-70 万单位；化妆品级，70-110 万单位；药品级，120-200 万单位。由于发酵法生产的γ-PGA 相对分子质量比较大，可以通过酸水解将其降解为不同相对分子质量的γ-PGA，由于其降解分子量的不同，可以用于不同的行业，可大大推进其工业化生产与市场化应用之间的联系。
1.材料
1.1 实验原料和试剂
牛肉膏柠檬酸
蛋白胨甘油
硅胶磷酸二氢钠
SDS-分子量标准蛋白蒸馏水
氯化钠L-谷氨酸
琼脂盐酸
1.2实验器材
722分光光度计上海第三分析仪器厂
pH计北京屺源电子设备仪器公司
电泳仪中国上海沪西分析仪器厂
冷冻干燥机军事医学科学院仪器公司
TGLl6C离心机上海安亭科学仪器厂
薄层层析设备北京化学试剂公司
超净工作台哈尔滨东联电子设备有限公司
恒温水浴锅北京医疗设备厂
电热恒温培养箱湖北黄石医疗仪器厂
电热式压力蒸汽消毒器上海博迅设备厂
电热恒温水浴锅吴江宏成电热设备有限公司
SNB-1 型旋转式粘度剂上海精密仪器有限公司
2. 方法
2.1 微生物培养方法
2.1.1 平板培养
取富集培养液1 ml，采用十倍梯度稀释方法涂布于装有选择性培养基的平板上，之后37 "C 培养箱培养24 h。
2.1.2 种子培养
从保藏斜面上取一至两环菌接入种子培养基中，于37 "C、150 r / min下摇床培养24 h。
2.1.3 摇瓶发酵
发酵以2 ﹪的接种量将种子液接入发酵培养基(50 mL / 300 mL 锥形瓶)中．于37 ℃、150 r / min 下摇床培养96 h。
2.2 γ-PGA的纯化方法
2.2.1 菌体的分离
将发酵液在12000 rpm 条件下离心30 min，取上清液备用。
2.2.2 乙醇沉淀
将上清夜加入4 倍体积的乙醇，搅动后置于低温过夜，12000 rpm，30 min 离心收集沉淀物用去离子水洗涤沉淀物 2 次合并上清夜，再用 4 倍体积乙醇沉淀，12000 rpm，30 min 离心，反复三次，收集沉淀物[17]。
2.2.3 丙酮分级沉淀
将乙醇沉淀后的粗样品溶解在0.015 mol / L，pH 6.98 的磷酸氢二钠、磷酸二氢钾缓冲溶液中，加入 4 倍体积预冷的丙酮，12000 rpm 离心30 min，分离沉淀，在上清夜中继续加入原体积8 倍的预冷丙酮，12000 rpm 离心30 min，收集沉淀。
2.2.4 透析袋透析除盐
把丙酮分级沉淀提取得到的沉淀物倒入截留分子量8000～12000 的透析袋内，在电磁搅拌器上 4 ℃进行透析40 min，其间10 分钟换水一次。在此之后，将透析袋中的沉淀物冷冻干燥。
2.3 生理指标的测定方法
按照正交实验设计的条件，将高分子的γ－PGA 降解为低分子的聚谷氨酸，之后经膜过滤截留得到分子量为10000~100000 的低聚谷氨酸。其中膜过滤过程中所使用的膜型号为PS10，截留分子量为10000，为内压式；PP100，截留分子量为100000，为外压式，膜材料均为中空纤维，工作时控制压力在0.1 MPa 以下。使用前先用0.2% 的NaOH 溶液清洗，再用自来水、蒸馏水
清洗方可进行截留。
2.3.1 降解程度检测
将降解后的小分子聚谷氨酸配制成浓度为20 mg/mL 的溶液 2 mL，之后用琼脂糖凝胶电泳测定分子量。所用的标准蛋白分子量依次为14.4 KDa，20.2 KDa，26.0 KDa，35.0 KDa，45.0 KDa，66.2 KDa，94.0 KDa。
具体操作如下：
（1）制备琼脂糖凝胶
制备1﹪琼脂糖凝胶：称取 0.7 g 琼脂糖置于锥形瓶中，加入 70 mL 1× TAE，瓶口倒扣小烧杯。微波炉加热煮沸 3 次至琼脂糖全部融化，摇匀，即成 1﹪琼脂糖凝胶液。
胶板制备：取电泳槽内的有机玻璃内槽洗干净、晾干，放入制胶玻璃板。取透明胶带将玻璃板与内槽两端边缘封好，形成模子。将内槽置于水平位置，并在固定位置放好梳子。将冷却到 65 ℃左右的琼脂糖凝胶液混匀小心地倒入内槽玻璃板上，使胶液缓慢展开，直到整个玻璃板表面形成均匀胶层。室温下静置直至凝胶完全凝固，垂直轻拔梳子，取下胶带，将凝胶及内槽放入电泳槽中。
(2) 制备样品和上样
样品的处理：γ-PGA 样品（浓度约为20 mg/mL）与样品缓冲液按1:1 的比例混合，在100 ℃水浴处理2~5 min，Marker 的处理方法相同。用移液枪将样品加入样品孔中，上样量为15 μL。将蛋白质样品加至样品孔的底部，并随着染料水平的升高而升高移液枪枪头。避免带入气泡，气泡易使样品混入到相邻的加样孔中。
电泳条件：电压为75 V，电流一般为50 mA，电泳至溴酚兰接近胶边缘，结束电泳。
(3) 确定分子质量
2.3.4 粘度的测定
取经纯化后的γ-PGA．用蒸馏水按0 g / L、0.3 g / L、0.6 g / L、0.9 g / L、
1.2 g / L、1.5 g / L、2 g / L 的浓度成不同梯度稀释，调节pH值为7，用SNB—1 数字型粘度计，25 "C，3号转子，12 r / min 测定。
2.3.5 pH 稳定性的测定
取经纯化后的γ-PGA，用超纯水配制成一定浓度的γ-PGA 溶液，分别调节不同的pH值观察粘度变化。
3. 实验设计
3.1 通过微生物发酵、提取得到80-100 万分子量的聚谷氨酸产物的设计
3 .2 单因素实验确定γ-PGA 降解工艺参数范围的设计
3.2.1 温度对γ-PGA 降解效果的影响
通过翻阅相关文献，在用酸水解γ-PGA 时，温度越高，使得提供给肽键断裂能量就越多，随机断裂肽链越频繁，降解效果越好。通过选择不同的温度梯度，并且控制单一条件变量，从而考察在pH 值为7 的条件下水解8 h，聚谷氨酸在不同温度60，80，100 ℃下，对γ-PGA 降解效果的影响，记录数据。
3.2.2 pH 值对γ-PGA 降解效果的影响
通过查阅相关文献，可以知道不同pH 值条件下γ-PGA 降解趋势相差很大。选择不同的pH 值在3，7，11，于以上最佳温度培养下水解8 h，以考察不同pH 值对γ-PGA 降解效果的影响，记录数据，并做成图表。
3.2.3反应时间对γ-PGA 降解效果的影响
通过以上条件的设计，选择出最佳的温度以及pH，并在此条件下分别水解4，8，12 h，以考察不同反应时间对γ-PGA 降解效果的影响，记录数据，并做成图表。
3.3正交实验优化γ-PGA 降解工艺的设计
根据以上三个单因素实验，我们能确定并选择出合适的γ-PGA 降解工艺参数范围。为确定降解工艺中各个参数的效应和交互作用，选择出最优水平组合，我们以低聚谷氨酸的获得量为评价指标，选择采用L9(33) 正交表，以此进行正交试验，优化γ-PGA 降解工艺体系物性参数，确定影响γ-PGA 降解效果的各因素的主次顺序，得出最佳的因素水平组合。正交实验因素与水平设
计见表3。
表 3 因素与水平设计正交表
因子 A B C
水平温度（℃）pH 反应时间（h）
1 60 3.0 4
2 80 7.0 8
3 100 11.0 12
4. 设计分析
5 总结体会
我本次课程设计选择的题目是《不同分子量聚谷氨酸制备条件研究》，起初选到这个题目不知道从何入手，通过参阅大量的文献，逐步有些思路，国内对其研究最近几年比较火，而国外对其研究已经逐渐趋于成熟，故激起了我很大的兴趣，所以对于课题也就逐渐有了自己的想法。
首先对于聚谷氨酸的合成一般通过微生物发酵产生，而对于人来说，吃得好才能生长的好，才能有足够的精力投入生产实践当中；以此为契机，要想让微生物能够更好更快的生产聚谷氨酸，故从培养基入手，而微生物生长繁殖所必须的营养条件无非就是碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水；看问题要抓关键，抓主流，若一一入手，不但操作繁琐，而且也分散精力，故本设计就从碳源、氮源、外界条件Ph 以及补充谷氨酸入手，从而能够寻找到最佳的培养基成分及理化性质、以及最佳配比。
其次，磨刀不误砍柴工，只要有思路，有想法，课设就会很顺利，才不会在大量的文献中迷失自我，找不到重点，分不清主次，因此找准关键至关重要。
最后，感谢朱瑞艳老师对我们的悉心教导，老师的严谨治学的态度诲人不倦的精神和丰富的学识，以及这次的课程设计让我受益匪浅，它是我学识和眼界的一次的拔高，而它将激励我在今后的学习、生活、工作中更加严谨细致。此外，还要感谢我的同学在我设计过程中提供的帮助和支持，再次对朱老师和帮助过我的同学致以最诚挚的谢意！
参考文献
[1] 魏艳, 张丹, 蔡恒. 适用于野生型枯草芽孢杆菌转化有机溶剂方法的建立和优化[J].
生物学通报, 2011.15(12):51-64.
[2] 王辉, 董超, 史延茂. 多聚谷氨酸发酵的响应面法优化[J]. 食品研究与开发2011(12).
[3] 吕莹, 郝紫徽, 李虹聚. γ-谷氨酸的分离提纯[J]. 食品与发酵工业, 2005(02).
[4] 惠明, 田青. Bacillus subtilis B53 合成聚谷氨酸的分批发酵分析[J]. 河南工业大学学
报, 2007,28(1):13-16.
[5] Murao S. On the polyglutamic acid fermentation. Koubunshi, 1969, 16:1204-1212.
[6] Shi Feng, Xu Zhinan, Cen Peilin Microbial production of natural poly amino
acid[J].2007(03)
[7] 王传海, 何都良, 郑有飞. 保水剂新材料γ-聚谷氨酸的吸水性能和生物学效应的初步
研究[J]. 中国农业气象, 2004, 27(02):291-293.
[8] Cromwick A-M, Birrer GA, Gross RA. Effects of pH and aeration on poly(γ-glutamic
acid)formation by bacillus licheniformis in controlled batch fermentor cultures. Biotechnol.
Bioeng, 1996,50:222-227.
[9] Kubota H, Nambu Y , Endo T, Alkaline hydrolysis of Poly(γ-glutamic acid) produced by
microorganism. J. Polym. Sci. Chem. 1996, 34:1347-1351.
[10] Kunioka M. Biosynthesis and chemical reactions of poly(γ-glutamic acid) from
microorganisms. Appl. Microbiol. Biotechnol, 1997, 47:469-475.
[11] Murao S. On the polyglutamic acid fermentation. Koubunshi, 1969, 16:1204-1212.
[12] 梁金钟, 李艳华, 范洪臣. 玉米原料高产γ-聚谷氨酸优良菌株的选育及发酵条件优化,
中国生物工程学报, 2007, 27(12):46-51.
[13] 施庆珊, 李诚斌, 王春华等. 一种不需要谷氨酸的产聚γ-谷氨酸的筛选和鉴定. 微
生物学报, 2007,34(2):307-311.
[14] 王军, 郁丽琴. γ-聚谷氨酸的合成、化学修饰及其应用进展[J].
[15] 董怀海. 大豆分离蛋白的提取及其改性方法. 西部粮油科技, 2001, 26 (1): 34-35.
[16] Ashiuchi M, Kamei T, Baek D.H, et al. Isolation of Bacillus subtilis (Chungkook-jang) a
poly-γ-glutamate producer with high genetic competence.. Appl. Microbiol. Biotechnol, 2001a, 57:764-769.
[17] 吕莹, 郝紫薇, 李虹等. 聚γ-谷氨酸的分离提纯[J].食品与发酵工
业,2005,31(2):133-134.
[18] 黄金, 陈宁, γ-聚谷氨酸的性质与生产方法[J]. 氨基酸和生物资源, 2004, 26(4):44-48.
[19] 徐艳萍, 王树英, 李华钟. 聚γ-谷氨酸高产突变株的选育及摇瓶发酵条件[J]. 无锡轻
工大学学报, 2004,23(5):6-10.
[20] 陈咏竹, 田天丽, 卢锦. γ-多聚谷氨酸产生菌高效诱变育种的研究[J]. 四川大学学报,
2005,42(2):389-393.
谷氨酸的发酵工程
谷氨酸发酵过程控制 【摘要】谷氨酸是构成蛋白质的20种常见α氨基酸之一。作为谷氨酰胺、脯氨酸以及精氨酸的前体。谷氨酸的质量受到发酵的条件、菌种、温度、pH、接种量和种龄等因素的影响。如果控制不好这些因素整个发酵过程发酵液受污染、出现菌体的生长缓慢和代谢产物的积累很少、发酵周期延长甚至所得产品不是最终产品。本文通过综述发酵培养基、培养条件的控制及发酵过程温度、pH、接种量和种龄的控制，以及消泡等多方面因素，来提控制高谷氨酸发酵过程的参数来提高发酵的质量以些方法。 【关键词】谷氨酸、发酵、控制 1.谷氨酸概述 谷氨酸学名：2-氨基-5-羧基戊酸。构成蛋白质的20种常见α氨基酸之一。作为谷氨酰胺、脯氨酸以及精氨酸的前体。L-谷氨酸是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺乳动物非必需氨基酸，在体内可以由葡萄糖转变而来。D-谷氨酸参与多种细菌细胞壁和某些细菌杆菌肽的组成。符号：E。 1.1谷氨酸用途 1）下游产品开发 将有一定反应活性的双功能基试剂氯乙醇和L—谷氨酸直接酯化保护羧基，用三光气活化成其相应的N—羧酸酐，可直接得到侧链具有一定反应活性的聚L—氯乙基谷氨酸酯。谷氨酸可生产许多重要下游产品如L—谷氨酸钠、L—苏氨酸、聚谷氨酸等。 2）食品业 谷氨酸是在食品工业中应用较多的氨基酸。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，能显着提高食品的风味和有增香作用。谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。 3）日用化妆品等 谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种。如：N—酰基谷氨酸钠系列产品是由谷氨酸缩合而成的性能优良的阴离子表面活性剂，广泛用于化妆品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等产品中。谷氨酸作为营养药物可用于皮肤和毛发。用于生发剂，能被头皮吸收，预防脱发并使头发新生，对毛乳头、毛母细胞有营养
谷氨酸生产工艺
生物工程专业综合实训 （2016 年 11 月
谷氨酸生产工艺 摘要： 谷氨酸做为一种人体所必须的氨基酸，在生命的生理活动周期中具有很大的作用。不仅参与各种蛋白质的合成，组成人体结构，还做为味精可以给我们带来味蕾上的享受。现代生产谷氨酸的工艺主要是利用微生物发酵提取而来。不同的发酵方法和不同的发酵条件会造成产量的很大不同。本次谷氨酸的生产工艺，主要是掌握发酵方法和发酵条件的控制，还有各种仪器的使用方法。通过测得的数据来观察菌种的生长变化，同时谷氨酸发酵工艺各个工段的原理和使用方法。关键词：谷氨酸；发酵；工艺；等电点。
引言 谷氨酸是一种酸性氨基酸，是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。 谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。 谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。甘氨酸具有甜味，和味精协同作用能显着提高食品的风味。谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。
一、谷氨酸简介 谷氨酸一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。 谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。L －谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。 L－谷氨酸又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。 谷氨酸产生菌主要是棒状类细菌，这类细菌中含质粒较少，而且大多数是隐蔽性质粒，难以直接作为克隆载体，而且此类菌的遗传背景、质粒稳定尚不清楚，在此类细菌这种构建合适的载体困难较多。需要对它们进行改建将棒状类细菌质粒与已知的质粒进行重组，构建成杂合质粒。受体菌选用短杆菌属和棒杆菌属的野生菌或变异株，特别是选用谷氨酸缺陷型变异株为受体，便于从转化后的杂交克隆中筛选产谷氨酸的个体，用谷氨酸产量高的野生菌或变异菌作为受体效果更好。供体菌株选择短杆菌及棒杆菌属的野生菌或变异株，只要具有产谷氨酸能力都可选用, 但选择谷氨酸产量高的菌株作为供体效果最好。这样就可以较容易地在棒状类细菌中开展各项分子生物学研究。有了合适的载体及其转化系统后，就可通过DNA体外重组技术进行谷氨酸产生菌的改造。这对以后谷氨酸发酵的低成本、大规模、高质量有较大的发展空间。
年产2万吨谷氨酸发酵生产的初步设计
年产2万吨谷氨酸发酵生产的初步设计
第一章总论 一、设计项目： （1）设计课题：年产2万吨谷氨酸发酵工厂的初步设计 （2）厂址：某市 （3）重点工段：糖化 （4）重点设备：糖化罐 二、设计范围： （1）厂址选择及全厂概况介绍（地貌、资源、建设规模、人员）；（2）产品的生产方案、生产方法、工艺流程及技术条件的制定；（3）重点车间详细工艺设计、工艺论证、设备选型及计算；（4）全厂的物料衡算； （5）全厂的水、电、热、冷、气的衡算； （6）车间的布置和说明； （7）重点设备的设计计算； （8）对锅炉、电站、空压站等提出要求及选型； （9）对生产和环境措施提出可行方案。 三、要完成的设计图纸： （1）全厂工艺流程图一张； （2）重点车间工艺流程图一张； （3）重点车间设备布置立面图一张；
（4）重点车间设备布置平面图一张； （5）重点设备装配图一张。 四、设计依据： （1）批准的设计任务书和附件可行性报告，以及可靠的设计基础资料。 （2）我国现行的有关设计和安装的设计规范和标准 （3）广东轻工职业技术学院食品系下达的毕业设计任务书 五、设计原则： （1）设计工作要围绕现代化建设这个中心，为这个中心服务。首先要有加速社会主义四个现代化早日实现的明确指导思想，做到精心设计，投资省，技术新，质量好，收效快，收回期短，使设计工作符合社会主义经济建设的总原则。 （2）要学会查阅文献，收集设计必要的技术基础资料，要善于从实际出发去分析研究问题，加强技术经济的分析工作。（3）要解放思想，积极采用技术，力求设计上具有现实性和先进性，在经济上具有合理性，尽可能做到能提高生产率，实现机械化和自动化，同时兼顾社会和环境的效益。 （4）设计必须结合实际，因地制宜，体现设计的通用性和独特性相结合，工厂生产规模、产品品种的确定，要适应国民经济的需求，要考虑资金的来源，建厂的地点、时间、三废综合
发酵工艺流程
发酵工艺标准操作流程 (SOP) 一生产前准备 每次生产前按品种配方将所需原料称重准备齐全,并确认生产原料库存量,保证原料库存量足够下次生产所需、 二生产前检查 1检查蒸汽、压缩空气、冷却水进出的管路就是否畅通,所有阀门就是否良好,并关闭所有阀门、 2检查电路、控制柜、开关的状态,确保控制柜运行正常、 3检查空压机油表油表及轴承、三角带、气缸等就是否正常,确保空压机运行正常、 4检查发酵罐搅拌减速机的油量及密封轴降温水就是否正常、 三总过滤器灭菌 当蒸汽总管路上的压力为0、2-0、25MPa时,打开总过滤器进气阀输入蒸汽,同时打开出气阀的跑分阀、排气阀、排污阀,当三个阀均排出蒸汽时,调整进气阀、排污阀,稳定总过滤器压力0、15-0、2MPa,此时打开压力表下跑分,计时灭菌2-2、5小时、灭菌结束后启动空压机,当空气输入管道压力大于总过滤器压力时,关闭蒸汽阀,打开空气阀,将空气出入总过滤器,然后调整进气阀与排污阀,稳定总过滤器压力在0、15-0、2MPa,保持通气在15-20小时,当出气阀跑分与排污阀放出的空气为干燥空气时,完成灭菌、 四分过滤器灭菌 1当蒸汽管路压力为0、2-0、25MPa时,打开蒸汽过滤器的进气阀与排污阀,当蒸汽管路中无蒸汽凝结液后,再将蒸汽输入空气管路,然后打开分过滤器的进气阀、排污阀及出气阀上的跑分,当所有阀门均有蒸汽排出后,调整进气与排污阀,就是压力稳定在0、11-0、15MPa,计时灭菌30-35分钟、灭菌结束后,关闭蒸汽过滤器进出气阀、排污阀,并立即将空气输入预过滤器,使空气通过预过滤器进入到分过滤器,再调整分过滤器排污阀使压力稳定在0、11-0、15MPa,备用、
谷氨酸生产工艺计算
工艺计算 第一节：物料平衡计算 凡引入某一系统或设备的物料重量Gm ,必需等于用于转化形成产物所消耗的物量Gp 和物料损失之和Gt Gm=Gp+Gt 一、物料衡算目的： （1）确定生产设备的容量、个数和主要设备尺寸； （2）工艺流程草图设计 （3）水、蒸汽、热量、冷量衡算； （4）控制生产水平。 二、方法 1．给出物料衡算流程示意图 2．选定计算基准 a.按每批投料量进行计算； b.按每吨产品消耗的原料量计算； c.按时间计算。 3．确定工艺指标及消耗定额以及相关的基础数据； 4．列出各工艺阶段的物料衡算表并绘出物料流程图。 三、实例（以年产商品味精10000t为实例） (一)、生产规模及产品规格 （1）99%规格的味精占80%，即8000t/a; （2）80%的味精占20%，即2000t/a； 折算为100%味精为： 8000×99%+2000×80%=9520（t/a） (二)、生产工作制度 全年生产日320天；2~3班作业，连续生产。 （三）、主要工艺技术参数 原料及动力单耗表
生产过程的总物料衡算 (一)生产能力 以年产商品MSG1000t 为实例。折算为100%MSG9520t/a。 日产商品MSG：1000/320=31.25(t/d)（其中99%的MSG25t，80%的MSG62.t） 日产100%MSG：9520/320=29.75（t/d） （二）总物料衡算（以淀粉质原料为例） （1）1000kg纯淀粉理论上产100%MSG量： 1000×1.11×81.7%×1.272=1153.5（kg） （2）1000kg纯淀粉实际产100%MSG： 1000×1.11×98%×50%×86%×92%×1.272=547.4（kg） （3）1000kg工业淀粉（含量86%的玉米淀粉）产100%MSG量： 547.4×86%=470.8（kg） （4）淀粉单耗 ①1t 100%MSG消耗纯淀粉量：1000/547.4=1.827(t) ②1t 100%MSG实际消耗工业淀粉量：1000/470.8=2.124(t) ③1t 100%MSG理论上消耗纯淀粉量：1000/1153.5=0.8669（t） ④1t 100%MSG理论上消耗工业淀粉量：0.8669/86%=1.008（t） （5）总收率：可以按以下两种方法计算。 ①实际产量（kg）/理论产量×100%=547.4/1153.5×100%=47.45% ②（98%×50%×86%×92%）/81.7%×100%=47.45% （6）淀粉利用率： 1.008/ 2.124×100%=47.45% （7）生产过程总损失：100%－47.45%=52.55% 物料在生产过程中损失的原因： ①糖转化率稍低。 ②发酵过程中部分糖消耗于长菌体以及呼吸代谢；残糖高；灭菌损失；产生其他产 物。 ③提取收率低，母液中Glu含量高。 ④精制加工过程损耗及产生焦谷氨酸纳等。 （8）原料以及中间品的计算 ①淀粉用量：29.75 ×2.124=63.19（t/d）
2m3谷氨酸发酵罐设计
江西科技师范学院 生物工程专业《化工原理课程设计》说明书 题目名称2m3 产谷氨酸发酵罐的设计 专业班级2009 级生物工程（1）班 学号 学生姓名唐盼阙素云周婷 指导教师常军博士 2011 年10 月31 日
目录 一、设计方案的确定1 谷氨酸的生产工艺流程1 生产原料1 发酵菌株1 培养基的制备2 二、发酵罐主体设计计算2 发酵罐主要条件及主要技术指标2 罐体选型、几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算3发酵罐的选型3 发酵罐容积的确定 3 发酵罐装液量的确定3 冷却装置的设计3 罐体选料4 罐体壁厚4 封头壁厚计算5 夹套直径5 挡板的设计5 搅拌器的设计5 搅拌器的计算5 搅拌轴功率的计算 6 管道设计8 通风管管径计算8 进出物料管8 冷却水进出口管径 8 管道接口8 仪表接口8 三、其他附件选型9 四、附录及图纸10 附录1计算结果汇总表10 附录2计算结果汇总表10 五、总结11 六、参考文献及资料12
一、设计方案的确定 谷氨酸的生产工艺流程 谷氨酸的生产主要包括以下工作：谷氨酸发酵的原料处理和培养基的配制； 子培养；发酵工艺条件的控制；谷氨酸提取；谷氨酸的精制。 发酵法生产谷氨酸的工艺流程如下： 图1 谷氨酸生产工艺流程图 生产原料 谷氨酸生产时发酵原料的选择原则：首先考虑菌体生长繁殖的营养；考虑到有利于谷氨酸的大量积累；还要考虑原料丰富，价格便宜；发酵周期短，产品易提取等因素。目前谷氨酸生产上多采用尿素为氮源，采用分批流加，以生物素为生长因子。国内大多数厂家用淀粉为发酵原料，主要有玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀粉最为常用。少数厂家用糖蜜为发酵原料，主要有甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。 发酵菌株 现有谷氨酸生产菌分属于棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属。目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。目前国内各味精厂所使用的谷氨酸生产菌主要有（1）纯齿棒状杆菌及其 （2）天津短杆菌T613及其诱变株FM-415、CMTC6282、诱变株B9、B9-17-36、F-263等菌株； S9114等菌株；（3）北京棒杆菌及其诱变株D110等菌株。本实验选择北京棒杆菌。
(完整版)谷氨酸发酵
1）生物素营养缺陷型 ?作用机制:生物素是脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶,参与 了脂肪酸的合成,进而影响脂肪酸的合成.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏. ?控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵 初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换. 2）油酸营养缺陷型 ?作用机制:油酸营养缺陷型丧失了合成油酸的能力,通过控制油酸使磷脂合成量减少 到正常量的1/2左右. ?控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换. （3）添加表面活性剂 ?添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨 酸. ?机理:两者在脂肪酸合成时对生物素有拮抗作用,导致磷脂合成不足,形成不完整的细 胞膜. ?关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在 下进行分裂,形成产酸型细胞. （4）添加青霉素 ?机理:青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁后期的合成,细胞膜在失去保护,在渗透压的作 用下受损,向外泄露谷氨酸. ?控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不 能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换. 谷氨酸发酵强制控制工艺 ?为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取 “强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法. ?控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料 中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。谷氨酸发酵 ? 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h. 措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短. ? 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧 下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h. 措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃ ? 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成. 措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃. ? 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低. 措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐. 发酵周期一般为30h. 二、谷氨酸发酵的生化过程
聚谷氨酸发酵生产
课程设计说明书不同分子量聚谷氨酸制备条件研究 学院（系） 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
2013-2014 春季学期 生物工程专业课程设计 结题论文 不同分子量聚谷氨酸制备条件研究 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
摘要 . γ-PGA 是一种有极大开发价值和前景的多功能性生物制品，近年来被作为增稠剂，保湿剂，药物载体等而一直被广泛应用于工业领域。它是一种水溶性和可生物降解的新型生物高分子材料，可通过微生物合成。在生产低聚谷氨酸工艺当中，利用微生物发酵法生产聚谷氨酸具有很好的前景，但在利用微生物发酵法制备产物时，生产的聚谷氨酸具有较大的分子量，需要对其进行进一步的降解处理。本设计拟对微生物发酵生产的高分子量的聚谷氨酸进行降解，并优化其降解条件，从而得到不同分子量的低聚谷氨酸分子，并利用琼脂糖凝胶电泳和高效液相凝胶色谱检测其降解后的分子量，从而确定最佳降解条件。本设计主要分为三个部分对不同分子量的γ-PGA 的制备情况进行了研究。第一部分是通过微生物发酵，提取得到 80-100 万分子量的大分子聚谷氨酸产物的设计；第二部分根据聚谷氨酸分子特性，设计筛选可降解大分子聚谷氨酸的方法，并优化降解条件，得到不同分子量的低聚谷氨酸分子，并找到合适的方法进行分离纯化；第三部分是在前两部分的基础上，通过建立琼脂糖凝胶电泳和液相凝胶色谱检测不同分子量低聚谷氨酸的方法，从而设计出最佳的制备条件。 关键词：生物发酵法、聚谷氨酸、降解条件、检测方法
目录 第一部分文献综述 (3) 1.1 γ-聚谷氨酸简介 (3) 1.2 聚谷氨酸结构 (4) 1.3 聚谷氨酸性质： (4) 1.3.1 吸水特性 (4) 1.3.2 生物可降解性 (4) 1.3.3 γ-PGA 的水解特性 (5) 2. γ-PGA 的应用前景 (5) 2.1 γ-PGA 的应用 (5) 2.1.1 聚γ-PGA 是一种微生物絮凝剂 (5) 2.1.2 γ-PGA作为一种新型的高分子吸水性材料 (5) 2.1.3 γ-PGA作为新型的药物载体 (6) 3. γ-PGA 合成方法 (7) 3.1 化学法合成 (7) 3.1.1 传统的肽合成法 (7) 3.1.2 二聚体缩聚法 (7) 3.2 提取法合成 (7) 3.3 微生物生物合成法 (7) 3.3.1 代谢途径 (7) 4. 研究进展 (8) 5. 总结——本设计的前景分析以及研究意义 (8) 5.1 前景分析 (8) 5.2 研究意义 (9) 第二部分课程设计部分 (10) 1.材料 (10)
谷氨酸发酵生产工艺
目录1.谷氨酸发酵生产工艺简介 1.1工艺流程 1.2工艺参数 1.3工艺要求 2串级控制系统特点与分析 2.1串级系统特点 2.2串级控制结构框图及分析 3控制方案 3.1总体方案 3.2系统放图 3.3待检测点的控制系统流程图 4仪表的选型 4.1热交换器 4.2仪表清单 5控制算法选择 5.1控制规律 5.2调节器正反作用的选择 6总结 7参考文献 附图
串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。 例：加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统 1. 基本概念即组成结构
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 在该反应中，主要控制的指标是釜温。但由于测量元件的测量滞后，以及由于测量套管插入其内，在套管的外表面有反应发生，很容易造成釜温的假象。因此在升温-恒温控制的过程中需要热水和冷水的交换切换，以便使谷氨酸发酵充分反应，提高产品质量。 主、副变量，主、副控制器（调节器），主、副对象，主、副检测变送器，主、副回路。 作用在主、副对象上的干扰分别为一、二次干扰 系统特点及分析 * 改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。 * 能迅速克服进入副回路的二次扰动。 * 提高了系统的工作频率。 * 对负荷变化的适应性较强 串级控制系统的特点：
微生物发酵产聚谷氨酸工艺研究
微生物发酵产聚谷氨酸工艺研究 摘要：谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占有重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。以枯草芽孢杆菌纳豆亚种为出发菌株，考察不同碳氮源及NaCl 浓度、谷氨酸、种龄、接种量对微生物发酵产γ- 聚谷氨酸的影响，以提高γ- 聚谷氨酸的产量。方法：该菌菌种活化后，接入种子培养基，于37℃、200 r/min 震荡培养18 h，然后按2 %接种量接入不同发酵培养基进行发酵培养。γ- 聚谷氨酸分离纯化后，根据其产量筛选最适发酵培养基组成及发酵条件，并对产物进行分析测定。 关键词：γ- 聚谷氨酸；纳豆菌；发酵；优化培养 一、材料与方法 1.1 材料 1.1.1 菌种纳豆芽孢杆菌（Bacillus subtilis natto），系作者筛选，由本校微生物教研室罗兵教授鉴定确认，于实验室保存。 1.1.2 培养基斜面培养基：大豆蛋白胨10 g/L，牛肉膏5 g/L，NaCl 7.5 g/L，琼脂20 g/L。种子培养基：大豆蛋白胨20 g/L，葡萄糖30 g/L，谷氨酸钠25 g/L，NaCl 5 g/L。液体发酵培养基：大豆蛋白胨30 g/L，葡萄糖40 g/L，谷氨酸钠30 g/L，NaCl15 g/L，K2HPO4 2.0 g/L，KH2PO4 4.0 g/L，Mg-SO4 0.5 g/L，CaCl2 0.25 g/L 及少量生物素[1]。以上培养基pH 均为7.0-7.2，在121℃下高压灭菌20 min。 1.1.3 试剂γ-PGA 标准品为Sigma 公司产品；系列葡聚糖标准品（Shodex P-82 standard 标准品，分子量（Mr）分别为5900，11800，22800，47300，112000，212000，404000，788000）为SHOWA DENKO 公司产品；叠氮钠、硫酸钠、蛋白胨、葡萄糖、谷氨酸等均为国产分析纯。 1.2 方法 1.2.1 发酵方法菌种活化：取菌种一环，接于斜面培养基，37℃培养20 h。 种子培养：取一至两环活化菌种接入种子培养基中，37℃、200 r/min 震荡培养18 h。 发酵培养：将上述种子液按2%接种量接入发酵培养基（装液量为40/250 mL），37 ℃、250 r/min 震荡培养48 h，测γ-PGA 的产量。 1.2.2 提取方法发酵液于4 ℃、10000 r/min 离心15 min 去除菌体，取上清液用6 mol/L HCl 将pH 调至2.0-3.0，加入3 倍体积冰无水乙醇搅拌出现絮状沉淀，低温放置4 h 离心得沉淀（粗品）。然后溶于蒸馏水，用透析袋透析脱盐（除去无机小分子和离子），再经阴离子交换层析进一步提纯，即将透析过的
50吨L-谷氨酸生产车间设计
目录 年产50吨L-谷氨酸的工艺设计 1文献评述 1.1产品概述 1.1.1名称 学名：L-谷氨酸-水化合物； 商品名：L-谷氨酸。因L-谷氨酸起源于小麦，故俗称麸酸。 英文名：Monosodium L-glutamate 其它名称：L-2-Aminoglutaric acid, H-Glu-OH, L-glutamic acid, L(+)-glutamic acid, H-L-Glu-OH, S-2-Aminopentanedioic acid 1.1.2 产品规格及标准 结构式： 分子式C 6H 14 N 4 O 2 .C 5 H 9 NO 4 分子量321.33 1.1.3理化性质 L-谷氨酸为白色鳞片状晶体。无臭，稍有特殊的滋味和酸味。呈微酸性。微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮和冷醋酸中，不溶于乙醇和甲醇。247-249℃分解，200℃升华，相对密度1.538（20/4℃），旋光度[α]＋30-＋33°。 1.1.4产品用途 （1）食品业 氨基酸作为人体生长的重要营养物质，不仅具有特殊的生理作用，而且在食品工业中具有独特的功能。 （2）日用化妆品等 谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种，作为营养药物可用于皮肤和毛发。
聚谷氨酸是一种出色的环保塑料，可用于食品包装、一次性餐具及其它工业用途，可在自然界迅速降解，不污染环境。随着科学的进步，研究的深入，谷氨酸新的应用领域将越来越广。 （3）医药行业 谷氨酸还可用于医药，因为谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一，虽然它不是人体必须的氨基酸，但它可作为碳氮营养与机体代谢，有较高的营养价值。 2、工业生产方法的选择和论证 2.1L-谷氨酸生产方法的选择与确定 2.1.1传统工艺中L-谷氨酸的生产方法有两种：合成法和发酵法。 （1）合成法 丙烯腈与氢和一氧化碳在高温，高压和催化剂的作用下得到β-氰基丙醛（OHCCH2CH2CN），后者与氰化钾和氯化铵进行斯脱拉克（Straker）反应生成氨基腈。将氨基腈用氢氧化钠水解，得谷氨酸二钠，然后用硫酸中和，生成D，L-谷氨酸析出，将D，L-谷氨酸进行光学分离，即可分成L-谷氨酸和D- 谷氨酸，后者经消旋化再返回到中和工序。此法日本曾用之生产L-谷氨酸10年之久，于1973年停用。 （2）发酵法 此法是L-谷氨酸工业生产的主要方法。薯类，玉米，木薯等的淀粉水解糖或糖蜜，借助于微生物类，以铵盐，尿素等提供氮源，于大型发酵罐中，在通气搅拌下进行发酵30-50个小时，保持30-40度。PH值为7-8，发酵完毕。 表1.两种方法的比较 缺点优点 合成法需要高压，有易燃，有毒物质，设 备投资大，年产量小于5000吨L- 谷氨酸时不经济，生产工艺复杂 不用粮食，采用石油废气 发酵法需设置菌种实验室，生产过程需要 严格消毒灭菌原料来源广，设备腐蚀性小，劳动强度小，可自动化，连
味精的生产工艺流程简介教程文件
1味精的生产工艺流程简介 味精的生产一般分为制糖、谷氨酸发酵、中和提取及精制 等4个主要工序。 1．1液化和糖化 因为大米涨价，目前大多数味精厂都使用淀粉作为原材 料。淀粉先要经过液化阶段。然后在与B一淀粉酶作用进入糖 化阶段。首先利用一淀粉酶将淀粉浆液化，降低淀粉粘度并 将其水解成糊精和低聚糖，应为淀粉中蛋白质的含量低于原来 的大米，所以经过液化的混合液可直接加入糖化酶进入糖化阶 段，而不用像以大米为原材料那样液化后需经过板筐压滤机滤 去大量蛋白质沉淀。液化过程中除了加淀粉酶还要加氯化钙， 整个液化时间约30min。一定温度下液化后的糊精及低聚糖在 糖化罐内进一步水解为葡萄糖。淀粉浆液化后，通过冷却器降 温至60℃进入糖化罐，加入糖化酶进行糖化。糖化温度控制在60℃左右，PH值4．5，糖化时间18-32h。糖化结束后，将糖化罐加热至80 85℃，灭酶30min。过滤得葡萄糖液，经过压滤 机后进行油水分离(一冷分离，二冷分离)，再经过滤后连续消 毒后进入发酵罐。 1．2谷氨酸发酵发酵 谷氨酸发酵过程消毒后的谷氨酸培养液在流量监控下进入谷氨酸发酵罐，经过罐内冷却蛇管将温度冷却至32℃，置入 菌种，氯化钾、硫酸锰、消泡剂及维生素等，通入消毒空气，经一
段时间适应后，发酵过程即开始缓慢进行。谷氨酸发酵是一个 复杂的微生物生长过程，谷氨酸菌摄取原料的营养，并通过体 内特定的酶进行复杂的生化反应。培养液中的反应物透过细胞 壁和细胞膜进入细胞体内，将反应物转化为谷氨酸产物。整个 发酵过程一般要经历3个时期，即适应期、对数增长期和衰亡期。每个时期对培养液浓度、温度、PH值及供风量都有不同的 要求。因此，在发酵过程中，必须为菌体的生长代谢提供适宜的生长环境。经过大约34小时的培养，当产酸、残糖、光密度等指标均达到一定要求时即可放罐。 1．3 谷氨酸提取与谷氨酸钠生产工艺 该过程在提取罐中进行。利用氨基酸两性的性质，谷氨酸 的等电点在为pH3．0处，谷氨酸在此酸碱度时溶解度最低，可经长时间的沉淀得到谷氨酸。粗得的官司谷氨酸经过于燥后分 装成袋保存。 1．4谷氨酸钠的精制 谷氨酸钠溶液经过活性碳脱色及离子交换柱除去C a 、 Mg 、F e 离子，即可得到高纯度的谷氨酸钠溶液。将纯净的 谷氨酸钠溶液导入结晶罐，进行减压蒸发，当波美度达到295 时放入晶种，进入育晶阶段，根据结晶罐内溶液的饱和度和结 晶情况实时控制谷氨酸钠溶液输入量及进水量。经过十几小时 的蒸发结晶，当结晶形体达到一定要求、物料积累到80％高度时，将料液放至助晶槽，结晶长成后分离出味精，送去干燥和筛
聚谷氨酸
聚谷氨酸 聚谷氨酸最早被发现存在于日本纳豆食品（经发酵过之小黄豆）所含具有高粘稠性的拉丝中，在国内简称为γ-PGA，是利用天然纳豆菌与谷氨酸经过液态发酵进行生物聚合，所产生可分解的高分子氨基酸聚合物。 聚谷氨酸在农业推广中的功能特性： 一、超强亲水性与保水能力 聚谷氨酸分子含有1000 个以上的超强亲水性基团（-COOH），能充分保持土壤中的水分，改进黏重土壤的膨松度及空隙度、改善砂质土壤的保肥与保水能力。用于漫淹土壤时，会在植株根毛表面形成一层薄膜保护根毛，是土壤中养分、水分与根毛亲密接触的最佳输送平台，有效提高肥料的溶解、储存、输送与吸收。尤其是在缺水、少水的干旱、半干旱地区或者应用滴灌和水肥一体化的地区使用聚谷氨酸，能极大的提高水肥的利用率，保持水分和养分有效的分布于根系周围，被植物更多的吸收利用，减少蒸发、渗漏等造成的水肥流失。 二、促进磷肥与中微量元素的吸收 聚谷氨酸具有多阴电性，能有效阻止硫酸根、磷酸根、草酸根、碳酸根等离子与钙离子、镁离子及微量元素的结合，避免产生低溶解性盐类与沉淀作用，因此更能促进中微量元素与磷肥等养分的吸收与利用。此外还能提高土壤中阳离子的交换能力，暂时储存吸附阳离子，例如钙离子、镁离子等中量元素及其他微量元素铁、锰、铜、锌等阳离子，再缓缓释放至土壤中来补充。 三、平衡土壤的酸碱值 对酸、碱具有极佳的缓冲能力，可有效平衡土壤酸碱值，避免因长期使用化学肥料所造成的酸性土质及土壤板块化。以胶东半岛为例，众多苹果果园存在土壤酸化的情况。在每亩施用聚谷氨酸发酵液约1升后，过段时间观察，聚谷氨酸可明显提高酸性土壤的pH值1-2个，改善因酸化造成的果树苦痘等病害，同时改善果实的品质。另外，对于海水倒灌造成的盐渍化和使用过量化学肥料造成的次生酸化也有很好的调节作用。 四、螯合土壤中有毒重金属 对于铅、铬、镉、铝、砷等重金属有极佳的螯合效果，可避免作物吸收过多土壤中有毒重金属，缓解土壤毒害。近些年来，某些地区土壤中重金属的污染逐步加剧，尤其是一些有色金属矿区，城市污水和工业污水集中排放区对于农田的污染主要表现为：重金属离子严重超标，被植物吸收之后，生产出的农产品也会含有过量的重金属离子，被人体吸收后造成严重的危害。而使用聚谷氨酸可以快速、高效的螯合，絮凝重金属离子，使其不被植物吸收，减少重金属毒害，进而提高作物品质，产生优质无害的农产品。 五、增强植物抗病及抗逆境能力 整合植物营养与土壤中的水活性成分，并增加抗盐、抗旱、抗逆、抗肥力流失的能力。聚谷氨酸本身对于植物根部有天然的促进作用，刺激根毛的新生和根系的生长，从而提升植物地下部分吸收养分的能力，在干旱、水涝和低温等逆境来临时，有效保证水分和养分的正常吸收，缓冲旱、涝、寒等逆境对植物根系造成的损伤。 六、减少肥料用量增加产量
谷氨酸发酵车间的物料衡算
工艺计算 生产方法：以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵，低温浓缩、等电提取。主要技术指标： 淀粉液化工艺参数： 糖化工艺参数：
培养基配方： 灭菌各参数：
一、谷氨酸发酵车间的物料衡算 首先计算生产1000kg 纯度为100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。 （一）、发酵液量 设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为180kg/ ，则发酵液量为： )(0.8% 124%99%95%601801000 3 1m V =????= 式中 180——发酵培养基终糖浓度（kg/） 60%——糖酸转化率 95%——谷氨酸转化率 99%——除去倒罐率1%后的发酵成功率 124%——味精对谷氨酸的精制产率 （二）、发酵液配制需水解糖量，以纯糖计算： )(136017011kg V G =?= （三）、二级种液量： ) (4.0%53 12m V V == （四）、二级种子培养液所需水解糖量： )(164022kg V G == 式中 40——二级种液含糖量（kg/） （五）、生产1000kg 味精需水解糖总量： )(137616136021kg G G G =+=+= （六）、耗用淀粉原料量： 理论上，100kg 淀粉转化生成葡萄糖量为111kg ，故耗用淀粉量为： )(6.1572%)111%5.98%80(G kg G =??÷=淀粉 式中 80%—淀粉原料含纯淀粉量 98.5%—淀粉糖化转化率 （七）、液氨耗用量： 二级种液耗液氨量：2.4V 2=0.96（kg ） 发酵培养基耗液氨量：20V 1=160（kg ） 共耗液氨量：160+0.96=161.0（kg ） （八）、磷酸氢二钾耗量：
氨基酸工艺学
1、味精是L-谷氨酸单钠的商品名称，含有一分子的结晶水，其分子式为NaC5H8O4N·H2O 2、国内味精厂所使用的谷氨酸生产菌株主要有北京棒杆菌AS1.299、钝齿杆菌AS1.542 和天津短杆菌T 6-13三类。 3、谷氨酸发酵中，谷氨酸产生菌只有一条生物合成途径中，生成谷氨酸的前体物为α-酮戊二酸。而在赖氨酸发酵中，存在两条不同的生物合成途径，即二氨基庚二酸途径和α-氨基己二酸途径 4、谷氨酸制味精过程中，中和操作时一般应先加谷氨酸后加碱，否则会发生消旋化，生成DL- 谷氨酸钠。 5、在谷氨酸发酵中，溶解氧的大小对发酵过程有明显的影响。若通气不足，会生成乳酸或琥珀 酸，若通气过量，会生成ɑ－酮戊二酸 6、从发酵液中提取赖氨酸，目前一般采用离子交换方法。影响提取得率最大的是菌体和钙离子 7、谷氨酸的晶型分为α-型结晶和β-型结晶两种，等电点提取谷氨酸时，首先必须形成一定数量 的晶核，然后才能进行育晶。谷氨酸起晶有自然起晶和加晶种起晶两种方法。 8在谷氨酸发酵中，生成谷氨酸的主要酶有谷氨酸脱氢酶（GHD）、转氨酶（AT）和谷氨酸合成酶（GS）三种。 9、L–谷氨酸在水溶液中的等电点是3.22，L–赖氨酸的等电点是6.96 10、在谷氨酸发酵过程中，对生物素的要求是亚适量，而在赖氨酸发酵生产中要求生物素过量。 11、游离的赖氨酸具有很强的呈盐性，因此，一般工业制造产品是以赖氨酸盐酸盐形式存在，其化学性质相当稳定。 二、单项选择题（共10小题，每小题2分，共20分） 得分评卷人 1、下列菌株中，_C_属于赖氨酸产生菌。 A．Hu7251 B．FM84-415 C．AS1.563 D．WTH-1 2、下列哪种氨基酸发酵是在供氧不足的条件下产酸最高？（D ） A．精氨酸B．赖氨酸C．苏氨酸D．亮氨酸 3、谷氨酸发酵产酸期的最适温度一般为（C ）。 A．30℃~32℃B．32℃~34℃C．34℃~37℃D．38℃~40℃ 4、在谷氨酸（AS1.299菌）发酵中后期，为有利于促进谷氨酸合成，pH值维持在___C__范围为好。A．pH6.2~6.4 B．pH6.8~7.0 C．pH7.0~7.2 D．pH7.3~7.6
各种氨基酸的生产工艺
各种氨基酸的生产工艺 1、谷氨酸 (1)等电离交工艺方法一一从发酵液中提取谷氨酸，即将谷氨酸发酵液降温并用硫酸调PH值至谷氨酸等电点(pH3.0- 3.2)，温度降到10 以下沉淀，离心分离谷氨酸，再将上清 液用硫酸调pH至1.5上732强酸性阳离子交换树脂，用氨水调上清液pH10进行洗脱，洗 脱下来的高流分再用硫酸调pH1.0返回等电车间加入发酵液进行等电提取，离交车间的上柱后的上清液及洗柱水送去环保车间进行废水处理。 该工艺方法的缺点是：废水量大，治理成本高，酸碱用量大。 ⑵连续等电工艺一一将谷氨酸发酵液适当浓缩后控制40 C左右，连续加入有晶种的等电罐中，同时加入硫酸，控制等电罐中PH值维持在3.2左右，温度40 C进行结晶。 该工艺方法废的优点是：水量相对较少；缺点是：氨酸提取率及产品质量较差。 (3) 发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺——谷氨酸发酵液经灭菌后进入超滤膜进行 超滤，澄清的谷氨酸发酵液在第一调酸罐中被调整pH值为3.20?3.25，然后进入常温的 等电点连续蒸发降温结晶装置进行结晶，分离、洗涤，得到谷氨酸晶体和母液，将一部分母液进入脱盐装置，脱盐后的谷氨酸母液一部分与超滤后澄清的谷氨酸发酵液合并；另一部分在第二调酸罐中被调整 pH值至4.5?7,蒸发、浓缩、再在第三调酸罐中调pH值至 3.20?3.25后，进入低温的等电点连续蒸发降温结晶装置，使母液中的谷氨酸充分结晶出来，低温的等电点连续蒸发降温结晶装置排出的晶浆被分离、洗涤，得到谷氨酸晶体和二次母液。 (4) 水解等电点法 发酵液-一浓缩(78.9kPa , 0.15MPa 蒸汽)----盐酸水解(130 C, 4h ) 一过滤-- ---滤液脱色-----浓缩-----中和，调pH至3.0-3.2 ( NaOH或发酵液) 一-低温放置， 析晶---- 谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省 ⑸低温等电点法 发酵液-----边冷却边加硫酸调节PH4.0-4.5----- 加晶种，育晶2h-----边冷却边加硫酸 调至pH3.0-3.2——冷却降温——搅拌16h——4 C 静置4h——离心分离—— --谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省 ⑹直接常温等电点法 发酵液-----加硫酸调节PH4.0-4.5----- 育晶2-4h----- 加硫酸调至pH3.5-3.8------ 育 晶2h------加硫酸调至pH3.0-3.2------ 育晶2h------冷却降温------搅拌16-20h------ 沉淀2-4h ------- 谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、操作容易、生产周期短、酸碱用量省。 2、L-亮氨酸 (1) 浓缩段原料：蒸汽将一次母液通入浓缩罐内，通入蒸汽，温度120度，气压-0.09Mpa ，浓缩时间6h，结晶。 终点产物：结晶液(去一次中和段) (2 ) 一次中和段辅料：硫酸，纯水结晶液进入一次中和罐，通入硫酸，纯水，温度80，中和时间4h，过滤
(完整版)味精的生产工艺说明
味精的生产工艺说明 一、味精及其生理作用 1. 味精的种类 按谷氨酸的含量分类：99%、95%、90%、80%四种 按外观形状分类：结晶味精、粉末味精 2.味精的生理作用和安全性 （1）参与人体代谢活动：合成氨基酸 （2）作为能源 （3）解氨毒 味精的毒性试验表明是安全的。 二、味精的生产方法 味精的生产方法：水解法、发酵法、合成法和提取法。 1、水解 原理：蛋白质原料经酸水解生成谷氨酸，利用谷氨酸盐酸盐在盐酸中的溶解度最小的性质，将谷氨酸分离提取出来，再经 中和处理制成味精。 生产上常用的蛋白质原料——面筋、大豆及玉米等。 水解中和，提取 蛋白质原料——谷氨酸————味精 2、发酵法 原理： 淀粉质原料水解生成葡萄糖，或直接以糖蜜或醋酸为 原料，利用谷氨酸生产菌生物合成谷氨酸，然后中和、提取 制得味精。 淀粉质原料—→糖液—→谷氨酸发酵—→中和—→味精
3、合成法 原理：石油裂解气丙烯氧化氨化生成丙烯腈，通过羰化、 氰氨化、水解等反应生成消旋谷氨酸，再经分割制成L-谷氨酸， 然后制成味精。 丙烯→氧化、氨化→丙烯睛→谷氨酸→味精 4、提取法 原理：以废糖蜜为原料，先将废糖蜜中的蔗糖回收，再将废液用碱法水解浓缩，提取谷氨酸，然后制得味精。 水解、浓缩中和，提取 废糖蜜————→谷氨酸————→味精 二、味精的生产工艺图 三、原料来源
谷氨酸发酵以糖蜜和淀粉为主要原料。 糖蜜：是制糖工厂的副产物，分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜两大类。 淀粉：来自薯类、玉米、小麦、大米等 1、淀粉的预处理 （1）淀粉的水解 原料→粉碎→加水→液化→糖化→淀粉水解糖 （2）淀粉的液化 在 -淀粉酶的作用将淀粉水解生成糊精和低聚糖。 （3）淀粉的糖化 在糖化酶（如曲霉菌糖化剂）的作用下将糊精和低聚糖水解成葡萄糖。 喷射液化器出口温度控制在100-105℃，层流罐温度维持在95-100 ℃，液化时间约1h,然后进行高温灭酶。淀粉浆液化后，通过冷却器降温至60 ℃进入糖化罐，加入糖化酶进行糖化。糖化温度控制在60 ℃左右，pH值4.0-4.4，糖化时间48h.糖化结束后，将糖化罐加热至80-85 ℃，灭酶30min.过滤得葡萄糖液。
年产三万吨谷氨酸的发酵罐设计与选型
年产3万吨谷氨酸发酵罐设计 目录 第一章前言 第二章谷氨酸发酵罐的主要技术指标 第三章谷氨酸生产工艺流程及计算 3.1谷氨酸生产原料及处理 3.2谷氨酸生产工艺流程图 第四章谷氨酸发酵罐的总物料衡算 4.1谷氨酸生产的工艺技术指标 4.2谷氨酸发酵车间的物料衡算 4.3三万吨谷氨酸发酵车间的物料衡算结果表 第五章谷氨酸发酵罐的设计与选型 5.1谷氨酸发酵罐空管灭菌蒸汽用量 5.2发酵罐的选型 5.3生产能力、数量和容积的确定 5.4主要尺寸的计算 5.5冷却面积的计算 5.6搅拌器计算 5.7搅拌轴功率的计算 5.8设备结构的工艺计算 5.9设备材料的选择 5.10发酵罐壁厚的计算
5.11接管设计 5.12支座选择选用裙式支座 第六章发酵罐的设计图 第一章前言 谷氨酸是一种氨基酸, 其用途非常广泛,可用于食品、医学、化妆品等，它是非人体所必需氨基酸，但它参与许多代过程，因而具有较高的营养价值，在人体，谷氨酸能与血氨结合生成谷氨酰胺，解除组织代过程中所产生的氨毒害作用，可作为治疗肝病的辅助药物，谷氨酸还参与脑蛋白代和糖代，对改进和维持脑功能有益。另外，众所周知的谷氨酸钠盐即味精有很强烈的鲜味，是重要的调味品。 第二章谷氨酸发酵罐的主要技术指标 根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求：①结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，壁光滑，耐腐性好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；②有良好的气-液-固接触和混合性能以及高效的热量、质量、动量传递性能；③在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；④有良好的热量交换性能，以维持生物反应最是温度；⑤有可行的管道比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。 本论文设计原理是基于强化传质、传热等操作，将生物体活性控制在最佳状态，降低总的操作费用。另外，发酵罐部状态也是不可忽视的影响因素。 初步确定主要技术指标如表1所示。 表1主要技术指标