《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
生长因子：
目前以糖质原料为碳源的谷氨酸产生菌均为生物素缺 陷型，以生物素为生长因子 生物素的作用主要是影响谷氨酸产生菌细胞膜对谷氨酸 的通透性 用量：菌体生长所需的“亚适量”；一般5g/L 生物素过量，不产或少产谷氨酸； 生物素不足，菌体生长不好，谷氨酸产量也低。
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
菌种
孢子 制备
种子 制备 提取和精制
发酵
发酵液的预处理
成品包装
现代抗生素工业生产工艺
培养基
Media for Cell Growth & Final production
Fermentation 发酵培养基 Components Range % 组 成 Glucose 0.5-1.0 Starch 0.5-5.0 Corn steep liquor 5.0-8.0 玉米浸提液 Soy flour 1.0-5.0 Phosphate 0.1-1.0 Ammonium sulphate 0.5-1.0 and fed periodically Oil 1.0 and fed continuously Corn syrup fed continuously 玉米糖浆 连续加料
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
第八章 现代发酵工业主 要产品的工艺过程
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
第一节 抗生素
抗生素：是生物在其生产活动过程中所产生， 并能在低微浓度下有选择性地抑制或杀灭其他 微生物或肿瘤细胞的有机物。
历史
1928年，英国弗莱明发现青霉素
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
生产前期研究
产生菌的筛选 抗菌性试验 提取、精制、鉴定 毒性试验 药理和临床试验
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
lawn of test bacteria 测试菌苔 filter papers soaked with test compounds 含药物滤纸
抑制细胞膜功能 ： 多粘菌素，短杆菌素等； 抑制蛋白质合成 ： 四环素，链霉素，卡那霉素， 庆大霉素，红霉素等 抑制核酸合成 ： 丝裂霉素，博来霉素，利福霉 素，放线菌素等； 抑制生物能作用：抗霉素等
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
种子罐培养
接种量: 0.8-1.0% 温度: 32℃ 时间 :7 - 8小时 通风量: 50L: 1 :0.5
250L : 1 : 0.3
500L: 1 : 0.25
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
2、发酵控制
1）培养基
碳源：多用淀粉水解糖 ◇ 在一定范围内，谷氨酸的产量随糖浓度增加而增加； 但过高，由于渗透压增大，对菌体生长和发酵均不利。
agar plate 琼脂培养基
zones of inhibition (no growth) 抑菌圈
Agar diffusion assay
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
分析仪器
现代分析仪器： • 核磁共振
•
• • •
毛细管电泳
气相色谱 高效液相色谱 质谱 自 动 、灵 敏、准 确
• 若淀粉水解过分，葡萄糖发生复合反应生成龙胆
二糖、异麦芽糖等非发酵性糖，同时葡萄糖发生分
解反应，生成5-羟甲基糠醛，并进一步分解生成有
机酸和黑色素等物质，对菌体生长和谷氨酸发酵均
有抑制作用。
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
氮源
◇尿素
◇ 玉米浆、麸皮水解液 ◇液氨
◇碳酸氢铵
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
谷氨酸的发酵生产
主要菌株：棒状杆菌属
杆菌属
(Corynebacterium)，短
(Brevibacterium)，小杆菌属
（Microbacterium），节杆菌属
(Arthrobacter)
国内常用菌株：北京棒杆菌 AS1.299 、7338、
◆ 30～80%的氮用于合成谷氨酸
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
C/N
C / N = 100 ： 15 ～ 30
（比 一般高；100 ：0.2 -2.0 )
在发酵的不同阶段控制不同的C/N
在长菌阶段，如NH4+过量会抑制菌体生长；
在产酸阶段，如NH4+不足，谷氨酸的积累减少。
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
谷氨酸合成的理想途径
由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
谷氨酸积累机理：
1）谷氨酸产生菌丧失或仅有微弱的-酮戊二酸脱氢酶活力， 使-酮戊二酸不能继续氧化；但谷氨酸脱氢酶活力很强，同 时NADPH2再氧化能力弱，这样就使-酮戊二酸到琥珀酸的过 程受阻；在有过量铵离子存在时， -酮戊二酸经氧化还原 共轭的氨基化反应而生成谷氨酸。 2）谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通过控 制生物素亚适量，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。 3）生成的谷氨酸不形成蛋白质，而分泌泄漏于菌体外。 4）谷氨酸产生菌不利用菌体外的谷氨酸，而使谷氨酸成为最 终产物。
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
提供生长因子的农副产品原料：
玉米浆
Байду номын сангаас 麸皮水解液 糖蜜 酵母
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
2）温度
最适生长温度 30～34℃
谷氨酸产生的最适温度35～37℃ 可采用变温控制
《发酵工程》
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
• 当环境条件发生变化时，菌体的生物代谢也会 发生变化，谷氨酸发酵会向其他发酵转换，谷氨
酸积累减少，而其他副产物积累量增加。
适中
产生谷氨酸
溶氧
不足
过量
产生乳酸
产生-酮戊二酸
磷酸盐
适中
过量
产生谷氨酸
产生缬氨酸
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
压滤
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
菌种的扩大培养
普遍采用二级发酵 （一级种子罐）
斜 面 摇瓶
种 子 罐
发 酵 罐
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
斜面菌种：
30-32℃； 18-24小时
摇瓶种子：
目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基组成
以少含糖分、多含有机氮为主。
5）发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞膜渗透性的变化；
6） 二氧化碳固定反应酶系活力强； 7）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循环弱； 8）-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱； 9）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活力强； 10）具有向环境中泄漏谷氨酸的能力；
《发酵工程》
根据抗生素的化学结构分类 β -内酰胺类：青霉素类和头孢菌素类，它们含有 一个四元内酰胺环，为目前最受重视的一类。
氨基糖苷类 ：包括链霉素、庆大霉素含有氨基糖 苷类或氨基环醇。
大环内酯类 ： 红霉素、麦迪加霉素 四环类 ： 四环素、土霉素 多肽类 ：多粘菌素
蒽环类抗生素：阿霉素、柔红霉素属于抗癌类抗 生素。 喹诺酮类抗生素，如环丙沙星、诺氟沙星。
◇目前国内常用125-150g/L， 产酸55-70g/L；有的采用 高糖工艺（170 – 190g/L),产酸80g/L，但周期延长
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
淀粉水解糖质量对谷氨酸发酵的影响很大
• 如果淀粉水解不完全，有糊精存在，不仅造成浪
费，还会产生过多泡沫，影响发酵的正常进行。
90℃，间隙通空气，10～20 min； 碘液反应检查 100～105℃，5min
杀酶
压滤
调pH
pH 1.8
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
糖化 中和
0.28MPa，10-15min；无白色反应（无 水酒精检查） 调pH4.0-4.8，蛋白析出
脱色
活性碳吸附法；0.1-0.4%; 70℃
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
清洗 浸泡
常温；以手捏碎为佳 ( 1-5h)
以大米为原料的酶酸法制糖工艺：
粉碎
调浆
15 波美度左右 0.3% CaCl2, pH6.3-6.5; 保护淀粉酶活力
加保护剂
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
加酶 液化
-淀粉酶，0.25～0.3%
谷氨酸的生产流程
（一）淀粉水解糖的制备
目前的谷氨酸产生菌都不能直接利用淀粉，也 基本上不能利用糊精。 因此必须将淀粉水解成葡萄糖。
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
水解糖制备的方法：
1、酸解法 2、酸酶法 3、酶酸法 4、双酶法
以无机酸为催化剂、高温高压 先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖 化酶水解为萄糖 将淀粉乳先用-淀粉酶液化，再用酸水 解成葡萄糖 用淀粉酶和糖化酶结合将淀粉水解成 葡萄糖
二战期间，大规模发酵生产
世界上最早用于临床的抗菌素
《发酵工程》