氨基酸期末

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P113①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OD4202》OD6501.⑧二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PH3.22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.H2O1、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