灭菌的原因：在发酵过程中如混入其他微生物，将与 菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。如： 在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗 生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。
扩大培养
扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培 养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大 量的菌体。
接种
微生物发酵生产氨基酸
下表列出部分氨基酸生产所用的菌株
氨基酸 谷氨酸 缬氨酸 丙氨酸 脯氨酸 赖氨酸 苏氨酸 酪氨酸 使用的菌株 谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌 北京棒杆菌、乳糖发酵短杆菌 凝结芽孢杆菌 链形寇氏杆菌 、黄色短杆菌 黄色短杆菌 、乳糖发醇短杆菌 大肠杆菌 氨酸棒杆菌
发酵工程生产实例
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
谷氨酸发酵工艺流程
菌种的选择
只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的 谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。
培养基的配置
成
水 无机盐
分
氮源 碳源 生长因子
酸碱 度
豆饼水解液、 玉米浆中的 水
磷酸二氢钾 氧化钾 硫酸镁
尿素
豆饼水解 液、玉米 浆
生物素
pH 7-8
谷氨酸发酵工艺流程 灭菌
接种过程中要注意防止杂菌污染。
谷氨酸发酵工艺流程 发酵产物
发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。
发酵进程
在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、 产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培 养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得 到更多的发酵产物。
发酵条件
发酵生产中温度、pH、溶氧量等对发酵过程有 重大影响。
氨基酸制备的发展
氨基酸的制造是从1820年水解蛋白质开始。
1866年德国的立好生博士利用硫酸水解小麦面筋，分离出一种酸 性氨基酸，依据原料的取材，便将此氨基酸命名为谷氨酸。
随后，日本有一教授在探讨海带汁液的鲜味时，提取了谷氨酸， 并在1908年开始制造商品味之素——味精。1910年日本味之素公 司用水解法生产谷氨酸，与食盐配合出售。但是这种方法生产谷 氨酸耗粮太多，成本太高。 二次世界大战后不久，美国有人提出用发酵法生产谷氨酸的报告。
微生物
微生物种类及其代表
病毒界 (噬菌体、艾滋病毒) (细菌、放线菌、蓝藻) (酵母菌霉菌大型真菌) (草履虫变形虫衣藻)
微生物
原核生物界 真菌 界 原生生物界
病 毒
细菌
放线 菌
发酵与发酵工程
发酵——利用微生物，在适宜的条件下，将原 料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物 的过程。 发酵工程——采用现代化工程技术手段，利用 微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品， 或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技 术。
发酵工业的发展
原始发展阶段
发酵技术原始，技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道 其中的原理。
传统发酵工业阶段
人们才开始了解发酵现象的本质 ，采用开放式的发酵方式， 生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模一般不大。
现代发酵工业阶段
生产技术要求高；生产规模大；技术发展速度快；菌种的生 产能力大幅度提高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未 有的程度。
代谢产物
产 品
Thank you!
微生物概述
发酵工程
微生物发酵生产氨基酸
微生物
微生物——一切肉眼看不见或看不清的微小生 物。它们个体微小，结构简单，通常要用光学显 微镜和电子显微镜才能看清楚。包括细菌、病毒、 霉菌、酵母菌等。（但有些微生物是肉眼可以看 见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。）根据存在 的不同环境分为原核微生物、空间微生物、真菌 微生物、酵母微生物、海洋微生物等。
谷氨酸发酵工艺流程
培养基的配制 上罐实消 冷却接种 三角瓶培养 固体斜面培养 DO值 发 酵 发酵过程参数的控制 还原糖的测定 发酵过程 参数测定 发 酵 液 菌体形态观察 菌体浓度测定 谷氨酸的测定 pH 温度 搅拌速度
谷氨酸发酵工艺流程 发酵工艺流程包括了以下的基本步骤：
菌种的选育
培养基的配置 灭菌 扩大培养和接种 发酵过程 分离提纯
谷氨酸发酵工艺流程 分离提纯
发酵产物不同，分离提纯的方法会有所不同， 产物分离、提纯的一般方法是：
代谢产物：蒸馏、萃取、离然界分离的菌种 诱变育种
基因工程
生产用菌种
诱变育种 原 料
扩大培养 接种
发酵罐 发酵条件控制
分离 提纯
灭菌
培养基配置
微生物菌体
葡萄糖
中间产物
NH4＋
a－酮戊二酸
谷氨酸 脱氢酶
抑 制
谷 氨 酸
谷氨酸发酵工艺流程 生产原料
•淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀 粉最为常用； •糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；因含丰富的生物素，不 宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源。预处理方法：活性炭或 树脂吸附法和亚硝酸法吸附。 •氮源料：尿素或氨水。
生物技术产业阶段
利用构建的基因工程菌生产。
发酵工程
发酵工程
发酵工程
为什么要利用微生物来发酵？
繁殖非常迅速
培养易于控制 本身也容易改造
氨基酸
氨基酸——有氨基和羧基 的一类有机化合物的通称。是 生物功能大分子蛋白质的基本 组成单位，是构成动物营养所 需蛋白质的基本物质。氨基连 在α-碳上的为α-氨基酸。组 成蛋白质的氨基酸均为α-氨 基酸。
日本也相继开始了研究，1956年日本协和发酵公司分离出一种新 的细菌，它可以利用100克葡萄糖转化为40克以上的谷氨酸。1957 年发酵法味精正式商业性生产，这标志着氨基酸发酵工业的诞生。
氨基酸制备的发展
中国于1958年开始研究L-谷氨酸，随后报道了酮戊二 酸短杆菌2990-6的L-谷氨酸发酵及其代谢的研究结果。 1965年把北京棒状杆菌ASI299和钝齿棒状杆菌ASI542 先后应用于L-谷氨酸发酵工业生产，接着在选育其他 氨基酸的优良菌株方面也取得一定成果，逐渐形成了 中国的氨基酸发酵工业。 目前近20种氨基酸均可用微生物发酵法生产。但是， 微生物的细胞具有代谢自动调节系统，使氨基酸不能 过量积累。如果要在培养基中大量积累氨基酸，就必 须解除或突破微生物的代谢调节机制。氨基酸发酵就 是人为控制这种机制所取得的重大成果。