谷氨酸发酵生产的菌种及原料制备

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体及动物的重要营养物质，氨基酸产品广泛应用于食品、饲料、医药、化学、农业等领域。以前氨基酸主要是由酸水解蛋白质制得，现在氨基酸的生产方法有发酵法、提取法、合成法、酶法等，其中最主要的是发酵法生产，用发酵法生产的氨基酸已有20多种。

谷氨酸是一种重要的氨基酸。我们吃的味精是以谷氨酸为原料生成的谷氨酸单钠的俗称，谷氨酸还可以制成对皮肤无刺激性的洗涤剂（十二烷基谷氨酸钠肥皂）、能保持皮肤湿润的润肤剂（焦谷氨酸钠）、质量接近天然皮革的聚谷氨酸人造革，以及人造纤维和涂料等。谷氨酸是目前氨基酸生产中产量最大的一种，同时，谷氨酸发酵生产工艺也是氨基酸发酵生产中最典型和最成熟的。我们就以谷氨酸为例简单介绍一下氨基酸的发酵生产。

（一）谷氨酸发酵生产的菌种

谷氨酸发酵生产菌种主要有棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属的细菌。除节杆菌属外，其他3属中有许多菌种适用于糖质原料的谷氨酸发酵。这些细菌都是需氧微生物，都需要以生物素为生长因子。我国谷氨酸发酵生产所用菌种有北京棒状杆菌ASl 299，钝齿棒状杆菌ASl 542、HU7251及7338、B9等。这些菌株的斜面培养一般采用由蛋白胨、牛肉膏、氯化钠等组成，pH为7.0～7.2的琼脂培养基，32℃培养24 h，冰箱保存备用。

（二）谷氨酸发酵生产的原料制备

谷氨酸发酵生产以淀粉水解糖为原料。淀粉水解糖的制备一般有酸水解法和酶水解法两种。国内常用的是淀粉酸水解工艺。干淀粉加水调成一定浓度的淀粉乳，用盐酸调至pH为1.5左右；然后直接用蒸汽加热，水解约25 min；冷却糖化液至80℃，用NaOH调节pH至4.0～5.0，使糖化液中的蛋白质和其他胶体物质沉淀析出；最后用粉末状活性炭脱色，在45℃～60℃下过滤，即得到淀粉水解液。

（三）菌种扩大培养

（1）一级种子培养。(www.xing528.com)

采用液体培养基，由葡萄糖、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰等组成，pH为6.5～6.8，在三角瓶内32℃振荡培养12 h，贮于4℃冰箱备用。

（2）二级种子培养。

培养基除用水解糖代替葡萄糖外，其他与一级种子培养基相仿。在种子罐内32℃通气搅拌培养7～10 h，即可移种或冷却至10℃备用。

（四）谷氨酸发酵生产

发酵初期，菌体生长迟滞，2～4 h后即进入对数生长期，代谢旺盛，糖耗快，这时必须流加尿素以供给氮源并调节培养液的pH至7.5～8.0，同时保持温度为30℃～32℃。该阶段主要是菌体生长，几乎不产酸，菌体内生物素含量由丰富转为贫乏，时间约12 h。随后转入谷氨酸合成阶段，此时菌体浓度基本不变，糖与尿素分解后产生的α-酮戊二酸和氨主要用来合成谷氨酸。这一阶段应及时流加尿素以提供氨及维持谷氨酸合成的最适pH 7.2～7.4，需要大量通气，并将温度提高到谷氨酸合成的最适温度34℃～37℃。发酵后期，菌体衰老，糖耗慢，残糖低，需减少流加尿素量。当营养物质耗尽、谷氨酸浓度不再增加时，及时放罐。发酵周期约为30 h。

（五）谷氨酸提取

谷氨酸提取有等电点法、离子交换法、金属盐沉淀法、盐酸盐法和电渗析法，以及将上述方法结合使用的方法。国内多采用的是等电点-离子交换法。谷氨酸的等电点pH为3.22，这时它的溶解度最小，因此将发酵液用盐酸调节到pH为3.22，谷氨酸就可结晶析出。晶核形成的温度一般为25℃～30℃，为促进结晶，需加入a型晶种育晶2 h。等电点搅拌之后静置沉降，再用离心法分离即可得到谷氨酸结晶。等电点法提取了发酵液中的大部分谷氨酸，剩余的谷氨酸可用离子交换法进一步分离提纯和浓缩回收。谷氨酸是两性电解质，故与阳性或阴性树脂均能进行交换。当溶液pH低于3.2时，谷氨酸带正电.能与阳离子树脂进行交换。目前，国内多用国产732型强酸性阳离子交换树脂来提取谷氨酸，然后在65℃左右，用NaOH溶液洗脱，pH为3～7的洗脱液返回等电点法提取。