06味精有机酸修改

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1、第六章第六章 味精的生产味精的生产 味精：又名味素，味精：又名味素，L-谷氨酸的单钠盐谷氨酸的单钠盐。具有一分子结晶水，分子量。具有一分子结晶水，分子量187.13。分子式为：分子式为：NaC5H8O4N.H2O -氨基酸戊二酸一钠。白色透明有光泽氨基酸戊二酸一钠。白色透明有光泽的八面柱状结晶体，易溶于水不溶于纯的八面柱状结晶体，易溶于水不溶于纯酒精等有机溶剂。具有强烈肉鲜味，酒精等有机溶剂。具有强烈肉鲜味，120以上逐渐失去结晶水而改变化学性以上逐渐失去结晶水而改变化学性质质。主要化学性质n1.与酸作用生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐与酸作用生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐n2.与碱作用生成谷氨酸二钠盐与碱

2、作用生成谷氨酸二钠盐n3.长时间受热引起分子内失水生成焦谷长时间受热引起分子内失水生成焦谷氨酸钠。氨酸钠。强力味精n定义：又名特鲜味精或新味精，它由味定义：又名特鲜味精或新味精，它由味精配以适量的精配以适量的I+G混合制成混合制成n用途：调味用用途：调味用n G具有香覃味道具有香覃味道nI具有鲣鱼质鲜味具有鲣鱼质鲜味n一般比例：一般比例：99%味精：味精：I+G=98%：2%食用味精的安全性n1973年联合国食品添加剂标准委员会规年联合国食品添加剂标准委员会规定，摄入量为定，摄入量为0120mg/Kg体重，不适体重，不适合未满合未满12周即周即3个月的婴儿个月的婴儿n1987年年2月，月，WH

3、O/WTO根据联合国食根据联合国食品添加剂标准委员会对味精毒理性试验品添加剂标准委员会对味精毒理性试验规定使用味精不做限量规定使用味精不做限量n中国味精大鼠长期毒性试验总结中国味精大鼠长期毒性试验总结nSummary of Long Term Toxicity Experiment on Mouse for Monosodium Glutamaten中国发酵工业协会中国发酵工业协会 n摘要：味精是以淀粉或糖质为原料通过微生物发酵摘要：味精是以淀粉或糖质为原料通过微生物发酵法生产出来的一种谷氨酸的钠盐法生产出来的一种谷氨酸的钠盐,是自然界存在的氨基是自然界存在的氨基酸的一种酸的一种.对于它的安全

4、性对于它的安全性,在国际上在国际上,特别是日本曾做特别是日本曾做过大量工作过大量工作,以翔实的、科学的数据证实了食用味精是以翔实的、科学的数据证实了食用味精是安全的安全的.联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂法联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂法规委员会第规委员会第1919届会议也宣布结论届会议也宣布结论:对味精每人每天摄对味精每人每天摄入量不需作任何规定入量不需作任何规定.时隔时隔1010多年多年,至今还有一部分消至今还有一部分消费者对味精的安全性存在疑虑费者对味精的安全性存在疑虑.为了进一步证实为了进一步证实 味精味精的营养与安全的营养与安全,中国发酵工业协会组织味精行业中国发酵工业

5、协会组织味精行业,在中在中国中医研究院的大力支持下国中医研究院的大力支持下,对我国味精产品进行了对我国味精产品进行了,通过试验通过试验,再一次证实了食用味精再一次证实了食用味精是安全的是安全的.关键词：味精关键词：味精,大鼠大鼠,毒性试验毒性试验,安全安全一、味精工业的发展史 1866年，德国人雷哈生利用硫酸水解小麦面筋，最先分离出谷氨酸。1908年，日本人池田菊苗和铃木合作从海带汁液中提取谷氨酸成功。1910电日本味之素公司用水解法生产出谷氨酸。1936年，美国人从甜菜废液中提取谷氨酸。1946年，美国发明发酵法生产“-酮戊二酸，并发表了用酶法或化学法将此酮酸转换为L谷氨酸的研究报告。一、味

6、精工业的发展史1957年，日本协和发酵公司开始以糖质原料，采用发酵法生产谷氨酸成功，并于1957年投入工业化生产。1959年，美国也开始采用发酵法生产味精。1962年，日本味之素公司采用以丙烯腈为原料，化学合成DL谷氨酸，再经化学分割生成L谷氨酸钠，后来由于石油价格提高，加上消费者对化学合成味精不放心的心理，影响市场销售，而告全部停产。1965年，日本协和公司采用醋酸发酵生产谷氨酸1977年，用糖蜜为原料发酵法生产谷氨酸。一、味精工业的发展史我国1923年。上海天厨味精厂首先采用盐酸水解面筋生产味精1932年，沈阳味精厂开始用豆粕水解生产味精。1958年，我国有关研究所和工厂开始研究发酵法制备

7、谷氨酸的工艺。1964年，上海天厨味精厂首先以黄色短杆菌617为生产菌株，采用发酵法生产谷氨酸中型试验获得成功，继而投入工业化生产。一、味精工业的发展史1964年，杭州味精厂与中国科学院微生物研究所等单位协作进行北京棒杆菌As1.299发酵法生产谷谷氨酸扩大试验1965年获得成功并投入工业化生产。同时，天津味精厂与天津工业微生物研究所等单位也研制成功用发酵法制谷氨酸。沈阳味精厂也相继用发酵法生产味精。一、味精工业的发展史（2001年资料）：全年商品味精产量713666.81吨，比上年增长9.45工业总产值(现价)90245004万元，比上年增长10.69年产100味精2万吨以上厂有10家，比上

8、年新增2家。它们依次是：河南莲花味精集团、山东菱花集团、江苏菊花味精集团、山东三九味精集团、广州奥桑味精食品公司、沈阳红梅集团、浙江蜜蜂集团、武汉味全食品公司、杭州味精厂、山东铃兰味精集团。二、谷氨酸合成的机制n（一）合成途径n谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA)，然后进入三羧酸循环，生成酮戊二酸。-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。（二）合成条

9、件细胞内氨基酸合成特点：1、某一类氨基酸往往有一个共同的前体2、氨基酸合成与EMP、TCA循环有密切关系3、一种氨基酸可能是另一种氨基酸的前体因此，要使细胞内积累大量氨基酸，必须：1、解除氨基酸代谢途径中的反馈抑制2、防止所合成的目标氨基酸降解或用于合成其它组分3、若集中氨基酸有一个共同前体，应切断其它氨基酸的合成途径4、增加细胞的通透性，使合成的氨基酸及时排出体外，降低胞内浓度。以谷氨酸合成为例：措施1：限制细胞内-酮戊二酸脱氢酶复合物的活性措施2：增加细胞通透性，使谷氨酸排出体外，解除反馈抑制 加入biotin、油酸盐、饱和脂肪酸、青霉素等 菌种选育n1、选育营养缺陷型菌株选育营养缺陷型菌

10、株n2、利用基因工程获得高产菌株利用基因工程获得高产菌株n3、选育调节突变型菌株选育调节突变型菌株n谷氨酸生产菌特征谷氨酸生产菌特征谷氨酸生产菌能够在体外积累菌体最大生长需要量谷氨酸生产菌能够在体外积累菌体最大生长需要量300300多多倍的谷氨酸，研究发现：大量积累并非是当初设想的倍的谷氨酸，研究发现：大量积累并非是当初设想的由于特异代谢途径导致，而是：由于特异代谢途径导致，而是：代谢调节控制；代谢调节控制；细胞膜通透性的特异调节；细胞膜通透性的特异调节；发酵条件的适合；发酵条件的适合；高产谷氨酸菌种的生理生化特征n1.异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱n2.还原型辅酶还

11、原型辅酶II进入呼吸链能力弱或缺进入呼吸链能力弱或缺陷陷n3.酮戊二酸氧化能力缺欠或微弱酮戊二酸氧化能力缺欠或微弱n4.柠檬酸合成酶、乌头激酶、异柠檬酸柠檬酸合成酶、乌头激酶、异柠檬酸脱氢酶活力弱脱氢酶活力弱n5.谷氨酸脱氢酶活力强谷氨酸脱氢酶活力强n6.二氧化碳固定反应酶活力强二氧化碳固定反应酶活力强n7.分解利用谷氨酸的能力弱分解利用谷氨酸的能力弱n8.耐高糖、耐高谷氨酸耐高糖、耐高谷氨酸n9.谷氨酸对谷氨酸反馈控制作用丧失谷氨酸对谷氨酸反馈控制作用丧失n10.具有向环境泄露谷氨酸的能力具有向环境泄露谷氨酸的能力控制细胞膜透性的几种方法n(1)化学控制法:控制磷脂的合成(包括生物素缺陷型/

12、油酸缺陷型/甘油缺陷型/添加表面活性剂型);阻碍细胞壁的合成(添加青霉素)n(2)物理控制法:温度敏感型突变株生物素对谷氨酸合成途径的影响：n1.生物素对糖酵解的影响生物素对糖酵解的影响n 主要影响糖酵解的速度主要影响糖酵解的速度.在生物素充在生物素充足的情况下足的情况下,丙酮酸以后的氧化活性增强丙酮酸以后的氧化活性增强,但糖降解速度显著提高但糖降解速度显著提高,打破糖降解速度打破糖降解速度与丙酮酸氧化之间的平衡与丙酮酸氧化之间的平衡,使丙酮酸趋向使丙酮酸趋向合成乳酸合成乳酸.n 限量时糖降解速度与丙酮酸氧化速度平限量时糖降解速度与丙酮酸氧化速度平衡衡2.生物素可以使生物素可以使NAD/NAD

13、H2含含量减少量减少n在生物素缺乏菌中,葡萄糖氧化能力弱,特别是醋酸琥珀酸的氧化能力显著减弱.n研究发现:生物素缺乏菌中,NAD/NADH2含量减少到含量减少到1/2-1/43.生物素对乙醛酸循环的影响：异柠檬酸裂解生物素对乙醛酸循环的影响：异柠檬酸裂解酶的活性丧失，高效率移动酶的活性丧失，高效率移动n乙醛酸循环的关键酶是异柠檬酸裂解酶,该酶受葡萄糖/琥珀酸组阻遏,为醋酸诱导.控制生物素的亚适量,丙酮酸氧化能力减弱,醋酸生成速度慢;n琥珀酸氧化能力降低而积累的琥珀酸反馈抑制该酶的活性,并阻遏该酶的形成,使乙醛酸循环基本封闭.n异柠檬酸-酮戊二酸-谷氨酸方向n4.生物素对氮代谢的影响生物素对氮代

14、谢的影响n 生物素限量的情形下，几乎没有异柠檬酸生物素限量的情形下，几乎没有异柠檬酸裂解酶的活性，琥珀酸氧化能力弱，苹果酸裂解酶的活性，琥珀酸氧化能力弱，苹果酸和草酰乙酸反应停滞，完全氧化能力降低，和草酰乙酸反应停滞，完全氧化能力降低，ATP形成减少，蛋白质合成减少，使菌体合成形成减少，蛋白质合成减少，使菌体合成谷氨酸谷氨酸n5.对谷氨酸合成机制的影响对谷氨酸合成机制的影响n 影响膜的合成，排放降低了反馈抑制，确保影响膜的合成，排放降低了反馈抑制，确保谷氨酸优先合成谷氨酸优先合成谷氨酸合成控制生物素的本质n在谷氨酸的发酵中，控制生物素的本质在谷氨酸的发酵中，控制生物素的本质是调节细胞膜的渗透性

15、。是调节细胞膜的渗透性。n 生物素作为脂肪酸生物合成最初反应生物素作为脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰辅酶的关键酶乙酰辅酶A羧化酶的辅酶，参羧化酶的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而控制磷脂的与脂肪酸的生物合成，进而控制磷脂的合成。细胞膜是由磷脂双分子层组成，合成。细胞膜是由磷脂双分子层组成，生物素的降低减少了磷脂合成，细胞变生物素的降低减少了磷脂合成，细胞变形，有利于谷氨酸的渗出。形，有利于谷氨酸的渗出。发酵的控制n一、控制碳氮比是关键控制碳氮比是关键n一般发酵工业的碳氮比例为一般发酵工业的碳氮比例为100：0.5-2.0n谷氨酸发酵的碳氮比为谷氨酸发酵的碳氮比为100：20-30n 当碳氮

16、比低于当碳氮比低于100：20时，菌体大量繁时，菌体大量繁殖，少量生成谷氨酸殖，少量生成谷氨酸n当碳氮比例高于当碳氮比例高于100：30时，菌体大量时，菌体大量生成谷氨酰胺生成谷氨酰胺二、氧n氧。谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅氧。谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在发酵后期，加大通气量成量。尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。有利于谷氨酸的合成。三、温度n菌种生长的最适温度为菌种生长的最适温度为3032。当。当菌体生长到稳定期，适当提高温度

17、有利菌体生长到稳定期，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到提高到3437 四、pH值n谷氨酸产生菌发酵的最适谷氨酸产生菌发酵的最适pH在在7.08.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利用，但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的代谢产物的积累，培养液的pH会不断变会不断变化。如随着氮源的利用，放出氨，化。如随着氮源的利用，放出氨，pH会会上升；当糖被利用生成有机酸时，上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会会下降。下降。五、磷酸盐n它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸

18、发酵不能过高，否则会转向缬氨酸发酵 发酵转换n定义：当发酵条件、环境因素发生变化时，必然会影响控制代谢有关酶的合成及其活性，从而导致发酵转换方向，产生其他代谢产物几种主要的代谢转换n1、氧、氧n乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸酮戊二酸酮戊二酸n2、NH4n酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺n3、PH值值n谷氨酰胺、乙酰谷氨酰胺谷氨酰胺、乙酰谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸n4、磷酸、磷酸n缬氨酸缬氨酸谷氨酸谷氨酸n5、生物素、生物素n乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸n还有氧化还原电位、氯化铵、醇类等含还有氧化还原电位、氯化铵、醇类等含量均可以影响代谢途径量均可以影响代谢途径味精生产的工艺

19、流程n味精生产一般可以分为制糖、发酵、提味精生产一般可以分为制糖、发酵、提取、精制、包装五个工序取、精制、包装五个工序制糖工序工艺流程n淀粉淀粉调浆调浆水解水解冷却冷却中中和、脱色和、脱色压滤压滤糖液糖液发酵工序工艺流程n菌种菌种斜面活化斜面活化一级种子培养一级种子培养n二级种子培养二级种子培养发酵发酵发酵液发酵液谷氨酸发酵过程中形态变化n变化趋势：变化趋势：A.长菌型细胞长菌型细胞，体现为短杆，体现为短杆或棒状，细胞排列单个、成对或八字形。或棒状，细胞排列单个、成对或八字形。nB.转移型细胞，细胞伸长膨大，生物素转移型细胞，细胞伸长膨大，生物素缺乏，产酸速度加快，即有长菌型也有缺乏，产酸速度

20、加快，即有长菌型也有产酸型细胞产酸型细胞nC.产酸型细胞，多为磷脂不足的异常状产酸型细胞，多为磷脂不足的异常状态，呈现伸长、膨大、不规则、缺乏八态，呈现伸长、膨大、不规则、缺乏八字型排列，类似花生状字型排列，类似花生状发酵周期、细胞形态、生物素n以发酵周期以发酵周期3036小时计算小时计算n发酵发酵710小时，细胞长菌期，生物素小时，细胞长菌期，生物素丰富丰富n发酵发酵1020小时，转型期，生物素开始小时，转型期，生物素开始减少到耗尽，开始产酸，完成由谷氨酸减少到耗尽，开始产酸，完成由谷氨酸非积累型向积累型转变非积累型向积累型转变n发酵发酵20小时以后，产酸期，产酸速度加小时以后，产酸期，产酸

21、速度加快，快，OD值稳定，产酸直线上升值稳定，产酸直线上升提取工序工艺流程n冷冻等电法冷冻等电法 锌盐法锌盐法 等电离交法等电离交法n发酵液发酵液冷却调酸冷却调酸投晶种投晶种育育晶晶继续育晶继续育晶继续搅拌、低温育继续搅拌、低温育晶晶沉淀沉淀离心分离离心分离湿谷氨酸湿谷氨酸精制工序工艺流程n谷氨酸谷氨酸中和中和除铁除铁沉淀沉淀脱色脱色二次脱色、除铁二次脱色、除铁过滤过滤脱色脱色浓缩结晶浓缩结晶离心分离离心分离振振动干燥动干燥成品成品产品质量标准n味精的卫生标准味精的卫生标准GB27201996，涉及砷、，涉及砷、铅、锌、味精含量铅、锌、味精含量n味精系列标准：味精系列标准：QB150092，规

22、定了，规定了MSG不低于不低于80%的各种味精的各种味精n标 准 号标 准 号：G B/T 8 9 6 7-2 0 0 0标准名称：谷氨酸钠标准名称：谷氨酸钠(99%味精味精)三废处理与环境保护nGB194312004 味精工业废水排放标准nCOD Chemical Oxygen DemandnBOD Biochemical oxygen demandnSS suspended solid 三、味精生产工艺（一）一）味精生产的原料味精生产的原料1 淀粉原料：玉米、大米、木薯等淀粉原料：玉米、大米、木薯等2 氮素原料：尿素、氨水、碳酸氢铵等氮素原料：尿素、氨水、碳酸氢铵等3 辅助原料：工业盐酸：

23、提取时调节等电点辅助原料：工业盐酸：提取时调节等电点烧碱：离子交换法生产谷氨酸时用于作洗脱剂烧碱：离子交换法生产谷氨酸时用于作洗脱剂硫化钠：除铁硫化钠：除铁硫酸镁：用于发酵培养基硫酸镁：用于发酵培养基二、味精生产（一）味精生产的原料4 酶制剂：用于酶法水解淀粉。包括酶制剂：用于酶法水解淀粉。包括淀粉酶和糖化酶淀粉酶和糖化酶5 活性炭；具有大的比表面积、发达的空隙结构、良好活性炭；具有大的比表面积、发达的空隙结构、良好的吸水性能和较高机械强度。用于脱色脱臭。的吸水性能和较高机械强度。用于脱色脱臭。6 离子交换树脂：不溶于酸、碱、有机溶剂的物质，化离子交换树脂：不溶于酸、碱、有机溶剂的物质，化学性

24、质稳定，具有网状结构和离子交换能力的固体高分学性质稳定，具有网状结构和离子交换能力的固体高分子化合物。在网状结构骨架上有许多可以被交换的活性子化合物。在网状结构骨架上有许多可以被交换的活性基团。包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。基团。包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。7 盐盐二、味精生产（二）、谷氨酸产生菌分类：谷氨酸产生菌分类：短杆菌科（短杆菌科（Breuibacteriacear）短杆菌属短杆菌属 真细菌目真细菌目 棒杆菌属棒杆菌属 棒状杆菌科（棒状杆菌科（Corynebacteriaceae）小杆菌属小杆菌属 节杆菌属节杆菌属二、味精生产（三）生产工艺（三）生产工艺 1菌种保藏：菌种

25、保藏：斜面保藏、石蜡油封藏、真空冻干保藏、液氮（斜面保藏、石蜡油封藏、真空冻干保藏、液氮（-196）超低）超低温保藏温保藏2、菌种扩培：、菌种扩培：斜面活化斜面活化 一级种子培养（一级种子培养（1000ml）二级种子培养二级种子培养（50L-1200L）3、发酵：发酵罐（几十、发酵：发酵罐（几十几百立米）几百立米）二、味精生产（三）生产工艺 4 提取：提取：等电点法：谷氨酸在等电点（等电点法：谷氨酸在等电点（pH4.22）溶解度最低）溶解度最低离子交换法：利用谷氨酸两性性质，与阳离子或阳离子树脂交离子交换法：利用谷氨酸两性性质，与阳离子或阳离子树脂交换，洗脱。换，洗脱。金属盐法：谷氨酸与金属盐

26、生成难溶于水的沉淀析出分离，金属盐法：谷氨酸与金属盐生成难溶于水的沉淀析出分离，pH2.4时重新以结晶形式析出。时重新以结晶形式析出。盐酸水解盐酸水解-等电点法：等电点法：离子交换膜电渗析法：利用渗透膜对各种离子物质的选择透性离子交换膜电渗析法：利用渗透膜对各种离子物质的选择透性不同将谷氨酸分离。不同将谷氨酸分离。三、氨基酸合成机理和菌种选育例1：用瓜氨酸、精氨酸选育鸟氨酸生产菌种 P274例2：用苏氨酸 蛋氨酸 高丝氨酸选育赖氨酸生产菌种 例3：用甘油选育谷氨酸生产菌种。第二节 有机酸的发酵生产主要包括：乳酸、苹果酸、己酸、柠檬酸、衣康酸、核苷酸重点讲解：乳酸 柠檬酸 核苷酸（I+G）简介n

27、L-乳酸是乳酸是食品工业的重要调味剂、防腐剂；聚L型乳酸是用于制造生物塑料；乳酸制成饮料用于降低血压，这主要是乳酸杆菌胞壁所具有的叫“前列腺I2”的物质在扩张血管、防止血液凝固等方面起重要作用。我国每年生产3000多吨，出口占80%以上。n苹果酸（羟基丁二酸）：在医药上可以治疗苹果酸（羟基丁二酸）：在医药上可以治疗肝功能不全，并是混合氨基酸注射液的组分肝功能不全，并是混合氨基酸注射液的组分之一，有广泛的应用潜力。无锡轻工用黄曲之一，有广泛的应用潜力。无锡轻工用黄曲霉霉UVT3于于500L发酵罐发酵，发酵罐发酵，68克克/升；广东升；广东微生物研究所用糖质原料直接发酵生产已进微生物研究所用糖质原

28、料直接发酵生产已进入工业化生产。南京药学院用黄色短杆菌固入工业化生产。南京药学院用黄色短杆菌固定化细胞使富马酸连续转化为苹果酸。中科定化细胞使富马酸连续转化为苹果酸。中科院用聚丙烯酰氨凝胶固定化皱褶假丝酵母院用聚丙烯酰氨凝胶固定化皱褶假丝酵母 ，上海微生物所细胞固定化技术上海微生物所细胞固定化技术 ，酶法转化生，酶法转化生产技术居世界前列。产技术居世界前列。n己酸：生产己酸的微生物已有己酸菌克氏梭己酸：生产己酸的微生物已有己酸菌克氏梭菌（菌（Clostridium kluyveri）和）和 Doseridium sp.W等。己酸合成所需碳源有己醇、乙酸。中等。己酸合成所需碳源有己醇、乙酸。中间

29、代谢产物丁酸。其代谢产物已经应用于白间代谢产物丁酸。其代谢产物已经应用于白酒工业生产，是提高白酒质量的重要因素。酒工业生产，是提高白酒质量的重要因素。己酸与乙醇的酯化反应合成己酸乙酯是浓香己酸与乙醇的酯化反应合成己酸乙酯是浓香型白酒的主体香气。己酸发酵已经用于浓香型白酒的主体香气。己酸发酵已经用于浓香型曲酒的生产。所用菌种为游离乳酸菌，但型曲酒的生产。所用菌种为游离乳酸菌，但产率不高。中科院成都微生物所从宜宾五粮产率不高。中科院成都微生物所从宜宾五粮液酒窖泥分离己酸菌。用固定化技术生产产液酒窖泥分离己酸菌。用固定化技术生产产量达量达15克克/升。升。n柠檬酸：好氧或兼性好氧生物体内代谢柠檬酸：

30、好氧或兼性好氧生物体内代谢枢纽枢纽三羧酸循环的成员之一。黑曲三羧酸循环的成员之一。黑曲霉是现在工业上最有竞争力的菌种。竞霉是现在工业上最有竞争力的菌种。竞争力强的酵母菌有解脂假丝酵母、季也争力强的酵母菌有解脂假丝酵母、季也蒙毕赤酵母等。蒙毕赤酵母等。n衣康酸（衣康酸（Itaconic Acid）：又名亚甲基）：又名亚甲基丁二酸或甲叉丁二酸，是一种用途广泛丁二酸或甲叉丁二酸，是一种用途广泛的不饱和二元酸，分子式的不饱和二元酸，分子式C5H6O4，分，分子量为子量为130。常温下为白色晶体，易溶。常温下为白色晶体，易溶于水。是一种聚合物生产重要中间产物于水。是一种聚合物生产重要中间产物体。广泛用于

31、合成纤维、离子交换剂、体。广泛用于合成纤维、离子交换剂、润滑油、添加剂。利用土曲霉和衣康酸润滑油、添加剂。利用土曲霉和衣康酸曲霉生产。曲霉生产。有机酸 生产菌种研发单位应用领域乳酸乳酸菌固定化米根霉江苏微生物研究所四川食品发酵设计研究院天津大学上海工微研究所食品医药农业化工苹果酸黄曲霉 黄色短杆菌 假丝酵母无锡轻工业大学广东微生物所南京药学院上海工微所中科院微生物所 治疗肝功能不全食品添加剂己酸乙酸菌克氏梭菌成都微生物所食品增香柠檬酸黑曲霉 食品、化工、医药衣康酸衣康酸曲霉土曲霉酵母 合成工业添加剂等核苷酸产氨短杆菌枯草杆菌 食品、医药、农业乳酸的生产n1780 年瑞典化学家Scheele 最

32、早在酸牛奶中发现乳酸,1847年,Blondeau 确认了一种发酵过程的最终产物是乳酸。1899年Boullanger 申请了由乳酸霉即现在的根霉(Rhizopus)或毛霉(Mucor)生产乳酸的专利,1911年斋藤确认根霉所产乳酸为L-型。乳酸发酵于本世纪50至60年代在生物化学方面取得了较大的进展,现在正着手在遗传工程方面改良乳酸产菌。自然界中可产生乳酸的微生物很多,但产酸能力强,可以应用到工业上的只有霉菌中的根霉属和细菌中的乳酸菌类。乳酸的种类（Latic acid）n乳酸,又名丙醇酸,学名-羟基丙酸,分子式为C3H6O3,其分子结构中含有一个不对称碳原子,因此具有旋光性。按其构型及旋光

33、性可分为L-乳酸、D-乳酸和DL-外消旋乳酸三类。由于人体只具有代谢L-乳酸的L-乳酸脱氢酶,因此只有L-乳酸能被人完全代谢,且不产生任何有毒、副作用的代谢产物,D-乳酸或DL-乳酸的过量摄入则有可能引起代谢紊乱甚至导致中毒，因此，从健康角度考虑，用L-乳酸代替目前在食品和医药工业中普遍使用的D-乳酸或DL-乳酸已是必然趋势。乳酸的应用n乳酸是世界上公认的三大有机酸之一,它的用途极其广泛。乳酸及其盐类和衍生物在食品、酿造、香料、医药、皮革、卷烟、化工和印染等工业有着广泛的应用。n由于L-乳酸对人体无毒无副作用，且易于消化吸收，可直接参与体内代谢，能促进消化，抑制肠道内有害细菌，且酸性柔和稳定，

34、有助于保护食品的口味，因此乳酸及其衍生物已逐渐取代其它有机酸，作为酸味剂、杀菌剂、乳化剂、保鲜剂等广泛应用于食品工业。乳酸的应用nL-乳酸的聚合物一聚L-乳酸(PLA)是无毒高分子化合物,具有生物相容性。在人体内可以被分解为L-乳酸,为人体所代谢,不会引起变态反应。因此,聚乳酸可用于生产缓释胶囊制剂,从而使血液循环中药物浓度相对降低,大大提高疗效,降低副作用。乳酸的生产方法n乳酸的生产方法主要有化学合成法、酶法和发酵法三种。化学合成法生产的产品是外消旋乳酸，即DL-乳酸，另外成本也高，而且由于该法所用的原料为乙醛和剧毒的氢氰酸，尽管美国食品和药物管理局（FDA）已将合成乳酸列为安全品，但发达国

35、家还是不能放心地使用合成法制得的乳酸，因而，合成法生产乳酸大大受到了限制；酶法虽然可以得到L-乳酸，但工艺比较复杂，应用到工业上还有待于研究；发酵法生产乳酸可以通过菌种和培养条件的选择获得L-乳酸，而且其原料来源广泛、生产成本低、产品光学纯度高，因此成为L-乳酸生产的重要方法。据有关报道，在全球生产的乳酸中，仅有10%是由化学合成法生产的，其余90%由发酵法生产。发酵法生产乳酸n发酵法制备乳酸是以淀粉、葡萄糖等糖类或牛乳为原料，接种微生物经发酵而生成乳酸。用于发酵生成乳酸的菌种主要有细菌和根霉。按乳酸菌发酵糖类经由的过程和生成产物的不同，可将乳酸发酵分为同型乳酸发酵（Homofermentat

36、ion）、异型乳酸发酵（Mixed acid fermentation）（包括6-磷酸葡萄糖酸途径和双歧发酵，两者均不需要氧的参与，前者生成乳酸和乙醇，后者生成乳酸、乙酸）。生产乳酸主要的细菌n细菌主要有以下四个属中的四十余种,乳杆菌属(Lactobactillus)、链球菌属(Streptococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)、片球菌属(Paediococcus)。也有用嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）生产L-2乳酸的报道 主要发酵生产乳酸的真菌n霉属中常用于发酵生产乳酸的菌种主要有米根霉(Rhi.oryzae)、行走根霉(Rhi.sto

37、lonifer)、小麦曲根霉(Rhi.ritici)和美丽根霉(Rhi.elegans)。根霉发酵生产乳酸属好氧异型发酵,其途径与细菌异型发酵不同,是通过糖酵解途径,发酵产生L-乳酸的同时产生乙醇、富马酸、琥珀酸、苹果酸、乙酸等其它产物。乳酸生产工艺n大米糊化糖化发酵（德氏乳杆菌，50度，中间补充碳酸钙）加入氢氧化钙调节PH值11-12沉淀蛋白质和菌体过滤上清液加入氯化镁及少量的石灰水处理上清夜浓缩结晶乳酸钙酸解、活性炭脱色吸滤除硫酸钙浓缩、离子交换成品乳酸发酵新方法n植物纤维物料是极为丰富且价廉的可再生资源。目前，乳酸发酵是以糖料、淀粉等粮食作物为原料，不仅消耗粮食资源，而且使乳酸成本居高不

38、下，从而限制了乳酸的应用，尤其是限制了聚乳酸在环保领域的应用。利用植物纤维原料发酵生产乳酸，不仅可以降低乳酸的生产成本，而且可以缓解粮食紧缺局面。另外，利用纤维素生产L-乳酸可以建立高效、成本低的L-乳酸分析及提纯方法有利于实现产品的工业化生产而且可以很容易得到光学纯度高的L-乳酸产品。柠檬酸的作用n食品工业：酸味、调pH值、改进甜度、络合金属离子、协同抗氧化、增进防腐、转化糖类n医药工业：柠檬酸纳盐输血抗凝；柠檬酸铁铵盐和钙盐用于治疗贫血、缺钙；n化学工业：洗涤剂工业等柠檬酸(Critic acid)发酵工艺：n（1）柠檬酸发酵工艺的发展分为3个阶段。本世纪20年代为第一阶段，由青霉和曲霉表

39、面发酵生产（浅盘发酵）；第二阶段开始于30年代，曲霉的深层发酵得到发展；第三阶段是50年代至今，以黑曲霉深层发酵为主，并进行表面（液态表面）和固体发酵（曲法）n（2）深层发酵的优点：深层发酵的特点是微生物菌体均匀分散在液相中，利用溶解氧发酵时不产生分生孢子，全部菌体细胞用于合成柠檬酸代谢。其优点有：A、发酵体系为均一液体，传热传质好；B、设备占地面积小生产规模大；C、产酸率高，接近理论产率，只需要5070小时；D、发酵速率高；E、发酵密封，染菌几率低；F、可实现自动化控制；G、发酵副产物少，利于提取。n（3）深层发酵的影响因素：温度、PH值、种子的质量、中和剂n（4）柠檬酸提取工艺：发酵液 加

40、热除菌体 加碳酸钙中和 过滤 硫酸酸解 柠檬酸溶液 脱色 离子交换 浓缩结晶 干燥 成品苹果酸(Malic acid)开发和利用n又名羟基琥珀酸、羟基丁二酸n（1）菌种的选用：不同苹果酸发酵工艺采用不同的微生物，一步法用黄曲霉、米曲霉、寄生曲霉；两步法和混合发酵法采用华根霉、无根根霉、短乳杆霉。酶法转化有短乳杆菌、大肠杆菌、产氨短杆菌、黄色短杆菌。n（2）发酵工艺：分为四类，一步发酵法又称直接发酵法，用糖做原料，用霉菌直接发酵生产苹果酸；二步发酵法也是以糖为原料，先由根霉发酵生成富马酸，再由酵母或细菌转化成苹果酸；酶法转化是用富马酸或马来酸为原料，用微生物酶来转化成苹果酸。四为固定化细胞。n（

41、3）提取工艺：发酵液 酸解（加入无砷硫酸）过滤 中和（碳酸钙和氢氧化钙）过滤 酸解过滤 精制 真空浓缩 结晶 干燥 结晶成品n（4）应用：食品酸味剂、食品加工（调节PH值和葡萄酒生产除酒石酸盐）、食品加工剂加工（果皮中提取果胶物质做保护剂）、烟草加工（苹果酸衍生物改善烟的香味）、医药（糖浆配苹果酸呈水果味，利于药的吸收；配入复合氨基酸注射液中利于提高氨基酸的利用率；苹果酸钠治疗肝病）；日用化工（牙膏、香料）；化学工业（加入漆中防止表面结皮）1967年FDA宣布为安全食用酸。核苷酸类调味品n概述：在食品调味料方面，除“酸、咸、甜、苦”四种基本味外，第五滋味的鲜味正广泛应用。核苷酸是核酸核糖的基本

42、组成单位，由碱基、核糖、磷酸组成。n1913年日本科学家小玉新太郎在研究鳟鱼的成分时，发现一种比MSG更鲜的5肌苷酸钠。n1898年英国学者邦克（Bunker）从胰脏汁中发现5鸟苷酸钠。n1919年英国人利文（P.A.Levine）从酵母核糖核酸中分离5鸟苷酸钠的结晶。n1960年日本的一博士发现5鸟苷酸钠比5肌苷酸钠鲜34倍。n60年代将80%MSG加入812%的5肌苷酸钠和1.5-2%的5鸟苷酸钠，制成高鲜度的鲜味调料（相当于1520倍），第二代味精特鲜或强力味精应运而生。一般比例MSG：IMP：GMP为95：2.5：2.5，协同效应为6倍。呈味核苷酸的生产 n工业上生产途径有两条，即酶解

43、法，用青霉菌磷酸二酯酶水解或细菌自溶降解其自身的核糖核酸。其二是发酵法，又分为一步发酵法和二步发酵法，直接由碳源发酵生产或先发酵核苷，再经过化学磷酸法生产相应的核苷酸。细菌自溶工艺产量低，提取困难；一步法生产肌苷酸和黄苷酸，但鸟苷酸和腺苷酸难度大，一般用二步法。n2.1核糖核酸（RNA）酶解法生产呈味核苷酸：利用磷酸二酯酶水解核糖核酸制备5核苷酸。整个工艺包括从菌体中提取RNA、磷酸二酯酶的制备、RNA的酶解和单核苷酸的分离、纯化。整个工艺如下：n 桔青霉 孢子培养 发酵培养 过滤 粗酶液 n 酵母或霉菌 核酸提取液 核糖核酸 酶解 阳离子拄分离 流出液 不同pH值流出液 分离n菌体自溶法生产

44、核苷酸：关键是怎样分解rRNA！各种影响因素包括：温度、药物处理、限制营养、盐浓度、pH值等。工艺关键是确定合适的自溶条件，使菌体内5磷酸二酯酶达到较高水平，并且避免5核苷酸的进一步分解。例如：谷氨酸菌湿菌体浓度2%，温度为60度，作用时间20分钟.pH值910。n发酵转化法生产呈味核苷酸：微生物培养生产核苷是杰出成果，生产过程具有产率高、周期短、控制容易、产量大的优点。工艺流程如下：n肌苷菌种培养 扩大培养 发酵48小时 离子交换树脂分离 浓缩 冷冻结晶 干燥分离 肌苷 磷酸化 结晶 过滤 烘干 IMP呈味核苷酸的性质、应用、质量标准 nGMP、IMP在固态下稳定，液态的稳定性与溶液的酸碱度

45、有关。核苷酸类鲜味剂对酶的稳定性表现较差，很容易被分布在天然食品中的磷酸酯酶分解，转换为不具鲜味物质，是核苷酸增鲜剂在应用中常遇到的问题。n 食品烹饪过程中不单独使用核苷酸类鲜味剂，与味精配合使用。在常规储存、烘培、烹调加工不易破坏，生鲜动物食品中易分解失去鲜味，一般先将原料灭酶后加入，加入比例是味精的25%。磷酸酯酶具有分解力。D-葡萄糖酸n主要主要用于乳品工业的乳石沉淀。用于食品作为酸味剂和用来清洗铝制品容器和其他设备。如在碱液中加入葡萄糖酸钠易于清洗；作为酸化剂掺入发酵粉中使面团发酵快；葡萄糖酸内酯作为大豆蛋白凝固剂。一种有机弱酸，易溶于水。发酵微生物：n曲霉和葡萄糖酸杆菌、青霉（产黄青

46、霉）、假单胞菌等。工业上用的最多的是黑曲霉，生产葡萄糖酸的黑曲霉特征是：在高糖浓度和微酸条件下能够迅速氧化葡萄糖成为葡萄糖酸。生产工艺n2、发酵工艺：根据所用中和剂不同（氢氧化钠和碳酸钙）分为纳盐发酵和钙盐发酵工艺；根据菌不同有细菌发酵、真菌发酵、固定化细胞发酵。n（1）黑曲霉发酵工艺：发酵速度快，发酵容易控制，产品易提取。葡萄糖氧化酶活力高时要加大通风量、调节PH值66.5左右。温度3234度。中间补料工艺n（2）细菌发酵工艺：红茶菌饮料n3、提取与精制：依发酵工艺不同而异，产品包括葡萄糖酸、钠盐、钙盐、内酯等。赖氨酸发酵赖氨酸发酵n概述：是人体8种必须氨基酸之一，在谷类蛋白质中，必需AA比

47、例不平衡，赖氨酸的质量百分数低，故成为第一限制性AA。面粉中加入0.2%的赖氨酸，蛋白价由47%提升到71%。赖氨酸化学名为2，6二氨基乙酸。C6H14O2N2。产量仅次于谷氨酸和蛋氨酸。生产菌种n1、营养缺陷型变异菌株：谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸或亮氨酸加异亮氨酸的缺陷型；黄色短杆菌的高丝氨酸、苏氨酸缺陷型；乳糖发酵杆菌的高丝氨酸缺陷型；嗜醋酸棒杆菌的高丝氨酸缺陷型。n2、调节变异型菌种；抗S氨基乙基1半胱氨酸（AEC）的黄色短杆菌、非营养缺陷型的赖氨酸产生菌。n发酵原料：碳源多，利用无机氮迅速，需补充生长因子、无机盐n四、发酵工艺：与谷氨酸发酵类似n五、提取工艺：含发

48、酵液预处理、提取、精制。发酵液的处理 菌体分离 离子交换吸附与洗脱真空浓缩 中和结晶 重结晶干燥。其他AA发酵n苯丙氨酸做甜味剂、丙氨酸具有调味和甜味剂、天冬氨酸做合成甜味剂，精氨酸、鸟氨酸做消除疲劳的发泡饮料。发酵罐的灭菌技术n1、空消n2、实消n3、连消分批灭菌与连续灭菌n生产规模大时连续灭菌有优势：nUHTS方式灭菌，减少营养成分损失；n发酵罐利用率高；n蒸气负荷均匀n采用板式换热器，节约大量能量n适宜采用自动控制，劳动强度低。补料的控制n补料的原则：控制微生物的代谢，有利于发酵朝产物积累的方向进行。n补料的内容：C、N、无机盐、产诱导酶的底物复习题1.味精的定义及其基本特性2.谷氨酸发酵对碳氮比有何要求？3.谷氨酸发酵菌种的斜面培养原则是什么？4.谷氨酸发酵过程中生物素的变化有何规律？谷氨酸棒杆菌在发酵过程中形态有何变化？（谷氨酸发酵过程中，生物素含量与菌体形态及谷氨酸产量之间有何关系）5.生物细胞内氨基酸的合成有那些特点？要使细胞内积累大量的氨基酸，需要控制那些条件？如果要合成谷氨酸，可以采取哪些措施？6.呈味核苷酸的生产途径有哪些？核苷酸类鲜味物质应用中常遇到的问题是什么？实际操作中怎样解决？7.什么是第二代鲜味剂？主要成分有哪些？8、什么叫代谢转换？谷氨酸发酵过程中包括哪些主要代谢转换？9、谷氨酸发酵过程中可以通过哪些控制手段提高谷氨酸的产量？