第五章
噬菌体与杂菌的防治
发酵工业中存在噬菌体和杂菌的污染，其产生的危害P113 ①噬菌体会使产生菌的菌体发生自溶而危害生产。 ②其他杂菌或消耗大量营养，破坏原有营养条件，导致生产菌营养不足。 ③产生代谢产物改变环境的理化条件，抑制生产菌形成产物。 ④破坏发酵产物或将其当营养消耗而造成目的产物损失。 ⑤污染直接影响发酵产物的产量，甚至导致倒灌而一无所获。污染还会使发酵液难于过滤杂质而影响产品质量。
并灌法：即将其它灌批发酵16~18h的发酵液，以等体积混合后分别发酵，利用其活力旺盛的种子，不进行加热灭菌，亦不需另行补种，便可正常发酵。 噬菌体污染的异常现象：“二高三低”即pH高、残糖高；OD值低、温度低、谷氨酸产量低。 1.二级种子0~3h：泡沫大、pH高，种子基本不长；6h以后感染噬菌体，泡沫多、pH偏高，种子生长较差；轻度感染或后期感染常看不出异常变化，可用快速检测法，半小时就能确定是否污染噬菌体。甚至8~9h感染，即产生OD值不长、pH上升、泡沫大、耗糖慢、不产酸等典型噬菌体污染现象。
2.发酵前期（0~12h）污染噬菌体：①吸光度开始上升后下降、不升或回降，甚至4~8h内OD值竟然下降到零以下。②pH足渐上升，升到8.0以上，不在下降；排气CO2一反常态，CO2迅速下降，相继出现OD值下跌、pH上升、耗糖慢等异常现象。③耗糖缓慢或停止，也有时出现睡眠病现象，发酵缓慢，周期长，提取困难。④产生大量泡沫；发酵液黏度大，可拔丝；发酵液发红、发灰；有刺激性气味。⑤谷氨酸产量甚少，或增长极为缓慢。⑥镜检时可发现菌体数量显著减少。⑦平板检察有噬菌斑；摇瓶检查发酵液清晰；快速检测法OD420 2》OD650 1.⑧二级种子营养要求足渐加多，种龄延长；发酵周期足罐延长；提取困难，收率低。⑨送往提取车间的发酵液，发红、发灰、残糖高、有刺激性臭味，泡沫大、粘度大、难中和。⑩精制中和时，色素深、泡沫大，碱加不进去，过滤也有困难，过滤时间增加；成品色重、透光性差，收率低。
噬菌体污染的防止措施： 以环境净化为中心的综合治理：定期检查噬菌体、严禁活菌体排放、杀灭环境中的噬菌体、杀灭压缩空气中的噬菌体、严格无菌操作、避免噬菌体侵入设备。 污染噬菌体后的挽救措施：并罐法（噬菌体不能侵染产酸期细胞）、菌种轮换（不交叉感染）、放罐重消法（高温灭菌）、低温灭菌法
预防措施：空气净化（1.减少滤前空气的尘粒，2.减少滤前空气的油水含量3.保证压缩空气的温度4.妥善装填过滤介质5.选用高效滤材）、培养基和设备灭菌（1.合理调配培养基2.保证灭菌温度和时间3.保证设备无积污和渗漏4.保证流动蒸汽质量5.尽量减少泡沫6.正确进行空气保压）、发酵设备安装（1.防止轴封渗漏2.合理安排罐内装置3.合理安装管路4.阀门的链接）、培养物的移接（1.严格进行斜面和摇瓶菌种的无菌操作2.严格进行种子罐的无菌操作）
补救措施：补加种子、补加糖、直接放罐 染菌原因分析
从染菌时间分析：早期：培养基灭菌不彻底 中后期：设备渗漏、空气系统 从染菌类型分析：芽孢杆菌：灭菌不彻底、球菌、酵母等：设备渗漏 从染菌幅度分析：个别罐：参照上面 大面积罐：空气系统、种子
第六章 谷氨酸的提取
谷氨酸提炼：将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取出来,再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐叫谷氨酸提炼。
等电点法：利用谷氨酸是两性电解质的性质，将发酵液加硫酸调pH至谷氨酸的等电点，使谷氨酸沉淀析出。
离子交换法：先将发酵液稀释至一定难度，用盐酸将发酵液调至一定的pH采用阳离子交换树脂吸附谷氨酸，然后用洗脱剂将谷氨酸从树脂上洗脱下来，达到浓缩和提纯谷氨酸的目的。 利用离子交换树脂对发酵液中谷氨酸与其它离子吸附能力的差别，将这些离子选择性地吸附到树脂上，然后用洗脱剂洗脱，从而得到谷氨酸的过程。
金属盐法：利用谷氨酸与Zn2+、Ca2+、Co2+等金属离子作用生成难溶于水的谷氨酸的目的。 离子交换膜电渗析法：根据渗透膜对各种离子物质的选择透性不同而将谷氨酸分离，如电渗析和反渗透法。
结柱现象：谷氨酸以结晶形式析出，把树脂粘结成团。
等电点-离子交换法：是发酵液经等电点法提取谷氨酸以后，再采用单柱或双柱法，将等电点母液通过离子交换树脂柱进行交换，然后用碱液洗脱树脂上的谷氨酸，收集高流分，将其与下一批发酵液合并，再用等电点法提取谷氨酸。
浓缩连续等电点法：将发酵液和硫酸同时加入等电点罐中，始终保持罐内pH在3.0~3.2，发酵液在等电点罐中采用低温等电点法结晶，待析晶完全后，以晶体及母液作为“种子”，维持一定的温度和pH，然后一边连续添加新发酵液，一边从等电点罐底部放出已结晶的谷氨酸，使进出料量保持一致，放出的物料在育晶罐中进行育晶，让晶体长大，育晶结束后进行分离，得到谷氨酸晶体。
溶液酸碱性与谷氨酸的离子状态:酸性:GA+;HOOC(CH2)2CH(NH+3)COOH、等电点GA+_、中性GA_、碱性GA2- P128
除了温度和溶液的pH对谷氨酸的溶解度有影响外，溶液中杂质的存在也影响其溶解度。如谷氨酸发酵液中含有的残糖、其他氨基酸、菌体、胶体物质等杂质。当发酵液中有其它氨基酸存在时，会导致氨基酸的溶解度增加。
谷氨酸发酵液的性质：谷氨酸发酵属于细菌发酵，培养基主要成分是葡萄糖、铵离子和磷酸盐等，因此发酵液叫稀薄、不粘稠。在谷氨酸发酵过程中，谷氨酸产生菌将糖质原料转化为谷氨酸和其他代谢产物。发酵结束放罐时，发酵液中除了含有目的产物谷氨酸外，还有菌体和培养基的残留物以及其它代谢产物等。从外观上看，发酵结束时整个发酵液呈浅黄色浆状，表面浮有少许泡沫，温度34~36，ph6.5~7.5，近中性。
发酵液主要成分：谷氨酸、无机盐、菌体和培养基残留物、发酵副产物。
主要提取方法:(1)等电点法、(2)离子交换法、(3)等电-离交法、(4)连续等电点法、(5)金属盐法 、(6)盐酸水解-等电点法 、(7)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸
等电点法：直接常温等电点法、水解等电点法、低温等电点法（产率最高，用得最多）、等电-离子交换法和浓缩连续等电点法等。
谷氨酸结晶：α-型结晶和β-型结晶。生产使用α-型晶体。 影响谷氨酸晶体的主要因素
?菌体的影响?谷氨酸浓度对晶体的影响?温度对结晶的影响④加酸速度对结晶的影响 ⑤起晶方式对结晶的影响⑥搅拌对温度的影响⑦残糖对结晶的影响⑧其他氨基酸和谷氨酰胺对结晶的影响⑨杂菌和噬菌体对结晶的影响⑩水解糖液质量对晶型的影响11发酵液放罐PH对晶型的影响
离子交换法提取谷氨酸的原理
当pH＞3.2时，谷氨酸以GA-存在 当pH＞3.2时，谷氨酸以GA+存在 可以用阳离子树脂提取谷氨酸 阳离子树脂吸附顺序：
Ca2+＞ Mg2+ ＞ K+ ＞ NH4+ ＞ Na+ ＞丙氨酸＞亮氨酸＞谷氨酸＞天冬氨酸
1、谷氨酸是一种酸性氨基酸，也是两性电解质，其等电点为PH3.22.当PH>3.22时，谷氨酸的羧基离解，带负电荷，呈阴离子状态。带负电的谷氨酸用GA-表示。 离子交换法提取谷氨酸，就是利用阳离子交换树脂对谷氨酸阳离子的选择性吸附，以使发酵
液中妨碍谷氨酸结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性杂质得以分离，后经洗脱达到浓缩提取谷氨酸的目的。
2、溶液中的阴阳离子只能分别与各自对应的同性树脂进行交换。溶液中的某一离子能否与离子交换树脂上的可交换离子进行交换，主要取决于该离子的相对浓度，以及该离子对交换树脂的亲和力。各种阳离子或阴离子对树脂具有不同的亲和力。 3、一般阳离子交换树脂常以NaOH、NH4OH、NaCl等为洗脱剂，阴离子交换树脂以HCl、NaOH、NH4OH、NaCl等为洗脱剂 离子交换过程 P145
阳离子交换树脂提取氨基酸的离子交换过程可分为五个步骤： ?溶液中的谷氨酸离子（GA+）通过溶液向树脂表面扩散。 ?谷氨酸离子（GA+）穿过树脂表面向树脂内部扩散。
?谷氨酸离子（GA+）与树脂上活性基团的可交换离子H+进行离子交换。 ④交换下来的H+从树脂内部向树脂表面扩散。 ⑤H+从树脂表面扩散到溶液中。
一般来说，谷氨酸离子（GA+）的扩散速度较慢，而谷氨酸离子（GA+）与树脂上活性基因的可交换离子H+的交换速度较快。因此，整个离子交换过程的速度主要取决于扩散速度。 离子交换过程的选择性：首先，溶液中的阴阳离子只能分别与各自对应的同性树脂进行交换，即阳离子只能与阳离子交换树脂进行交换，阴离子只能与阴离子交换树脂进行交换。其次，溶液中的某一离子能否与离子交换树脂上的可交换离子进行交换，主要取决于该离子的相对浓度，以及该离子对交换树脂的亲和力。各种阳离子或阴离子对树脂具有不同的亲和力。离子的亲和力随离子的化合价数和原子序数的增加而增加，而随水合离子半径的增加而减少。 离子对树脂的亲和力大小顺序：p146 强酸性阳离子交换树脂： 弱酸性阳离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂 弱碱性阴离子交换树脂
各种氨基酸对阳离子交换树脂的亲和力大小，可以根据氨基酸的等电点值（PI)来判断，PI越大的氨基酸，其跟阳离子交换树脂的交换能力也越大；反之，则越小。例如，氨基酸的PI比酸性氨基酸大，因此碱性氨基酸和酸性氨基酸共存时，前者比后者容易与阳离子交换树脂发生交换。只是因为当溶液的PH小于氨基酸的PI时，溶液中的氨基酸就成为阳离子；反之，则成为阴离子。
磺酸型强酸性阳离子树脂对各种氨基酸的吸附顺序是：精氨酸﹥赖氨酸﹥组氨酸﹥苯丙氨酸﹥亮氨酸﹥蛋氨酸﹥缬氨酸﹥丙氨酸﹥甘氨酸﹥谷氨酸﹥丝氨酸﹥苏氨酸﹥天冬氨酸 各种离子对强酸性阳离子交换树脂的亲和力大小顺序为：Ca2+＞ Mg2+ ＞ K+ ＞ NH4+ ＞ Na+ ＞丙氨酸＞亮氨酸＞谷氨酸＞天冬氨酸
732#强酸性阳离子交换树脂亲和力大小一次：Ca2+>Mg2+>K+>NH+>Na>碱性氨基酸>中性氨基酸>谷氨酸>天冬氨酸。自上而下为R-金属离子层，R-NH4+离子层及R—谷氨酸离子层等。 产生结柱的原因：1、上柱液的谷氨酸含量太高；2、洗脱剂的浓度太高；3、由于树脂破碎或菌体等杂质干扰堵塞而影响了上柱液或洗脱液的流速，结果引起谷氨酸结晶析出。
第七章 谷氨酸制味精
精制：谷氨酸加水溶解，用碳酸钠或氢氧化铵中和，经脱色，除铁、钙、镁等离子，再经蒸发浓缩、结晶、分离、干燥、筛选等单元操作，得到高纯度的晶体或粉体味精。 整晶：起晶后随着浓缩的进行，不仅晶种的晶粒稍有长大，同时出现了细小的新晶核（伪晶），这时应加入与料液温度接近的蒸馏水进行整晶，即融掉新形成的微晶型。 育晶：通过补料而促使晶粒长大的过程成为育晶。
精炼：将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的谷氨酸提取出来，再进一步中和、除铁、脱色，加工精制成为谷氨酸一钠盐（俗称味精），这一过程叫做精炼
饱和溶液当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶解度时，该溶液称为饱和溶液 过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液； 味精结构式：HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COONa.H2O
1、生产上要求使用含盐分少的碳酸钠或固体氢氧化钠进行中和而不用工业液碱 2、中和液的浓度选择21~23°Bé。中和温度选择60~70℃。中和液PH控制在6.0~6.6。纯碱浓度30~33°Bé.分析检测项目：pH、波美度、温度、谷氨酸钠。
3、色素产生的主要原因是在淀粉制糖、培养基制糖、培养基灭菌、发酵液浓缩等生产过程中各种成分的成分的化学变化产生有色物质。 4、生产上均以活性炭脱色为主。
5、常用的活性炭有粉末状活性炭和颗粒状活性炭，脱色的树脂常用弱酸性阳离子树脂122或通用1号，也可使用弱碱性阴离子交换树脂701或705.
6、粉末活性炭脱色的工艺条件：谷氨酸钠溶液的脱色温度以50~60℃为宜。控制溶液的Ph在6.2~6.4（用酸度计测定为pH6.7~7.0）.活性炭用量一般在2~5g/L。脱色时间搅拌30min。 7、粉末活性炭的脱色操作：一种是在全中和过程中加碳脱色，后除铁。另一种全中和液先除铁，用谷氨酸回调pH6.2~6.4，蒸汽加热至60℃，使谷氨酸全部溶解，再加入适量活性炭脱色。
8、起晶方法：自然起晶法、刺激起晶法、晶种起晶法（普遍被采用的方法）
9、结晶味精的操作过程主要可分：浓缩、起晶、整晶、育晶、养晶等几个阶段。但浓缩、整晶、育晶的过程往往穿插进行。
10、养晶：当结晶成长到大小符合要求，准备放罐之前，需加入适量蒸馏水进行养晶。养晶过程一方面溶解伪晶，另一方面起调节浓度作用。 11、40目晶种为6号；30目晶种为5号。
12、浓缩结晶：结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便，广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。
13、谷氨酸的中和p169 GA+ GA+_ GA-(6.0~6.6) GA-_ 14、中和液中为什么有铁离子？ 由于原辅材料不纯而夹带铁离子，还有铁制设备的腐蚀而游离出较多铁离子，使中和液中铁含量一般在10mg/L以上。
铁含量高时，还会使味精呈黄色，影响产品色泽。因此味精必须控制铁离子含量，99%味精含铁量在5mg/kg，80%味精含铁量在10mg/kg以下。
15、除铁离子的方法主要用硫化钠和树脂法两种。树脂除铁法采用较为广泛。 16、结晶的步骤：过饱和溶液的形成、晶核的形成、晶体生长
谷氨酸制味精的工艺流程：谷氨酸→中和→脱色→浓缩结晶→干燥→过筛→包装→成品 味精生产中异常现象及其处理：1.味粉浑浊现象：溶解后，溶液浑浊，透光率下降。
原因1）硫化钠过量2）消泡油过量3）L-谷氨酸消旋4）原材料质量差 解决措施1）控制原材料质量2）严格执行工艺要求3）控制硫化钠的用量2.味精中含有白片：现象：味精透明度低，有白色片状物质 原因：底料液面低于加热面。解决措施：严格控制料液液面 3.味精中含有焦谷氨酸钠 现象：纯度下降、鲜味降低、易吸潮
原因1）中和、脱色温度过高2）味精烘干温度高3）浓缩结晶温度高、时间长4）母液循环次数过多，焦谷氨酸钠积累 解决措施：控制各环节温度、pH 4.味精光泽度差
现象：味精发乌，无光泽。原因：1）浓缩结晶温度高2）贮晶槽浓度偏高、母液滞留结晶表面3）干燥温度高、结晶表面失水松花4）筛选震动筛频率过高，磨损晶体表面
解决措施1）控制温度，防止失去结晶水。2）控制浓度，母液应分离干净3）控制好干燥温度和时间4）调整好震动频率，缩短物料停留时间
4、味精久放变黄：亚铁离子氧化、谷氨酸残糖含量高，结晶体发黄，吸潮后更黄。 解决措施1）除铁彻底2）提高谷氨酸质量3）加强工艺操作控制
第八章 谷氨酸清洁生产
一、谷氨酸发酵工业废水的性质
特点：1）有机物和菌体含量高2）酸度大3）高氨氮和高硫酸盐4）对好养和厌氧生物有直接和间接毒性
发酵废液的主要成分：1）无机盐2）菌体、蛋白质等固形物质悬浮物，其中湿菌体含量为50~80g/L3）微量的微生物代谢副产物，有机酸类乳酸、琥珀酸等，氨基酸类主要有天冬氨酸、脯氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、甘氨酸、组氨酸、谷氨酰胺等4）残糖10g/L
主要来自：培养基的残物、代谢产物和菌体等。此外，发酵液中还含有核苷酸类物质及其讲解产物，以腺嘌呤和尿嘧啶较为常见。
1、谷氨酸的提取与分离在发酵液中除含有溶解的谷氨酸外，还存在有菌体、残糖、色素、胶体物质和其他发酵物质。谷氨酸的分离提纯，通常是利用它的两性电解质、谷氨酸的溶解度、分子大小、吸附剂的作用以及谷氨酸的成盐作用等，将发酵液中的谷氨酸提取出来。 提取谷氨酸常用的方法：等电点法、离子交换法等，为了提高收率有的厂家采用等电点-离子交换提取工艺。目前提取谷氨酸的新技术有电渗析、浓缩等电点法、离子硅藻土过滤等电点法等。
味精废水主要污染负荷自于来:谷氨酸的提取与分离工艺，即离子交换尾液和离子交换树脂的洗涤及再生的废液，这一部分的废水包含高浓度的COD、硫酸根和氨氮。 味精生产主要污染物、污染负荷和排放量P202 目前生产上可以分为谷氨酸提取与精制两个阶段
废水处理的几点建议：1）综合利用后再进行废水处理2）造纸与味精行业废水联合处理3）不建议采用稀释法4）好氧、厌氧生物氧化方法均适用5）选择经济有效的方法
第九章 氨基酸发酵机制
1、变构酶：通过酶分子构象的变化来改变酶活性的一类酶。
2、关键酶：是参与代谢调节的酶的总称。作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。
3、同功酶：具有同一种酶的底物专一性，但分子结构不同的一类酶。 4、多功能酶：能够催化两种以上不同反应的一类酶。 5、静态酶：一般与代谢调节关系不大的一类酶。 6、潜在酶：指酶原、非活性性或与抑制剂结合的酶。
7、变构效应：调节物也称效应物或调节因子。它与变构酶的变构中心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种构象，使酶活性中心对底物的结合和催化作用受到影响，而从调节酶的反应速度及代谢过程。
调节酶：称关键酶与代谢调节关系密切（变构酶、同工酶、多功能酶 ） 静态酶、潜在酶 参与氨基酸合成的关键酶主要有12种：1.磷酸果糖激酶；2.柠檬酸合成酶；3.N-乙酰谷氨酸激酶；4.鸟氨酸转氨基甲酰酶；5.天冬氨酸激酶；6.高丝氨酸脱氢酶；7.苏氨酸脱氢酶；8.α-乙酰乳酸合成酶；9.DAHP(2-酮-3-脱氧-D-阿拉伯糖型庚糖酸-7-磷酸)；10.分支酶变位酶；11.预苯酸脱水酶；12.预苯酸脱氢酶。
关键酶所受的反馈调节因菌株而异。例如，天冬氨酸族氨基酸（Lys、Thr、Met)生物合成途径的主导关键酶天冬氨酸激酶在大肠杆菌中有3种同功酶，分别受苏氨酸、蛋氨酸和赖氨酸的反馈调节；而在谷氨酸棒杆菌中该酶确是单一的，不存在同功酶，该酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。
反馈阻遏与反馈抑制的比较
氨基酸期末
