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第八章 代表性发酵工业产品的工艺过程本章主要内容 第一节 青霉素的生产工艺流程 第二节 谷氨酸的生产工艺 第三节啤酒的酿造工艺本章主要内容 第一节 青霉素的生产工艺流程第一节 青霉素的生产工艺流程 第二节 谷氨酸的生产工艺 第三节啤酒的酿造工艺第一节 青霉素的生产工艺流程第一节 青霉素的生产工艺流程青霉素青霉素又被称为青霉素G、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾等。青霉素结构-内酰胺类抗生素是分子中含有-内酰胺环的一类天然和半合成抗生素的总称。COOHCH3CH3OSNRCOOHOR1NSR2青霉素的理化性质1、稳定性固体青霉素盐的稳定性与其含水量和纯度有很大的关系2、溶解度青霉素游离酸在水中溶解度很小，易溶于有机溶剂如醋酸乙酯、苯、氯仿、丙酮和乙醚中，而其钾盐、钠盐易溶于水和甲醇，可溶于乙醇。3、降解反应青霉素是很不稳定的化合物，遇酸碱或加热易分解而失去活性，并发生分子重排。4、紫外吸收5、过敏反应青霉素发酵工艺1.发酵工艺流程（a）最早发现的产生青霉素的原始菌种是点青霉菌，生产能力很低，不能满足工业生产要求，所以被淘汰。现在主要采用的是产黄青霉菌。（b）为了提高产黄青霉的青霉素产量使用的诱变剂如：二环氧丁烷、甲磺酸乙酯、乙烯亚胺、亚硝酸、X射线等。（1）菌种）菌种（2）孢子制备）孢子制备将沙土孢子先在用甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的培养基进行斜面培养，经传代活化。最适生长温度2526C，培养68天，得单菌落，再传斜面，培养7天，制得斜面孢子。再移植到优质小米或大米固体培养基上，25C，相对湿度45%-50%，生长7天，制得小米孢子。孢子成熟后进行真空干燥，低温保存备用。（3）种子罐培养工艺）种子罐培养工艺一级种子发酵：发芽罐，孢子萌发，形成菌丝。培养基：葡萄糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油消沫剂等；接种量：200亿孢子/t培养基空气流量：1：3（m3/m3min）；搅拌转速：300-350 r/min；pH：自然；温度：271；时间：40h。二级种子罐：二级种子罐：繁殖罐，大量繁殖。培养基：培养基：葡萄糖、玉米浆，玉米油，消沫剂等；接种量：接种量：10；空气流量：空气流量：1:1-1.5（m3/m3min）；搅拌转速：搅拌转速：250-280r/min；pH：自然；温度：温度：251；时间：时间：10-14h；（4）生产罐培养工艺）生产罐培养工艺三级罐：三级罐：生产罐；培养基培养基：花生饼粉，葡萄糖，尿素，硝酸铵，硫代硫酸钠，苯乙酰胺，CaCO3,玉米油，硅油.温度控制温度控制变温控制：不同阶段不同温度。生长阶段：较高温度，缩短生长时间；生产阶段适当降低温度，以利于青霉素合成。前期控制26左右，后期降温控制22。pH控制控制合成适宜pH6.46.6左右，避免超过7.0直接加酸或碱：自动控制流加葡萄糖：恒速；变速，依赖pH变化快慢。pH下降：补加CaCO3、通氨、尿素或提高通气量pH上升：补加糖、生理酸性物质（硫酸铵、油脂）恒速补糖，用酸或碱控制方式根据pH补糖溶氧控制溶氧控制30饱和度，产率急剧下降；饱和度，产率急剧下降；10，造成不可逆的损害。，造成不可逆的损害。临界溶氧浓度：临界溶氧浓度：30。通气比：通气比：1:0.81.5 vvm。适宜的搅拌速度：保证气液混合，提高溶氧适宜的搅拌速度：保证气液混合，提高溶氧各阶段供养比较一级种子阶段二级种子阶段发酵阶段空气流量（m3/m3min）1：31:1-1.51：0.81.5搅拌转速（r/min）300-350250-280150-200菌丝生长速度与形态、浓度菌丝生长速度与形态、浓度发酵稳定期，湿菌浓度可达15%20%，丝状菌干重约3%，球状菌干重在5%左右。在发酵中后期一般每天放一次，每次放掉总发酵液的10%左右。消泡消泡天然油脂：玉米油；化学消沫剂：泡敌。前期：主间歇搅拌，少加油中期：搅拌、加油、稍微降低通气量（必要时）策略：少量多次。后期：尽量少加消沫剂。青霉素的发酵过程控制十分精密，一般2小时取样一次，测定发酵液的pH、菌浓、残糖、青霉素效价等指标，同样取样做无菌检查，发现染菌立即结束发酵，视情况过滤提取，因为染菌后p波动大，青霉素在几个小时内就会被全部破坏。二、提炼工艺过程二、提炼工艺过程在提炼过程中要遵循下面四个原则：在提炼过程中要遵循下面四个原则：1、时间短、时间短2、温度低、温度低3、pH适中适中4、勤清洗消毒、勤清洗消毒（1）预处理）预处理青霉素的存在部位：发酵液浓度较低：1030Kg/m3含有大量杂质：菌体细胞、核酸、杂蛋白质、细胞壁多糖等、残留的培养基、色素、盐离子、代谢产物等目的：浓缩目的产物，去除大部分杂质，改变发酵液的流变学特征，利于后续的分离纯化过程。预处理：发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白（2）过滤）过滤鼓式真空过滤机过滤：一次滤液：pH6.2-7.2，略浑，棕黄或绿色，蛋白质含量0.5-2.0%。板框式过滤机过滤：硫酸调节pH4.5-5.0，加入0.07%溴代十五烷吡啶，0.07%硅藻土为助虑剂。二次滤液：澄清透明，用于提取（收率90）（3）溶剂萃取）溶剂萃取原理：青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。萃取剂：青霉素分配系数高的有机溶剂。工业上通常用：醋酸丁酯和醋酸戊酯。除去蛋白质：加0.05-0.1%去乳化剂PPB。萃取：23次。多级逆流萃取方式逆流萃取过程逆流萃取过程正相萃取：酸化正相萃取：酸化pH1.8-2.0，滤液：醋酸丁酯滤液：醋酸丁酯1：0.3，碟片式离心机分离（浓缩，碟片式离心机分离（浓缩1.5-2.1）反相萃取：反相萃取：pH6.8-7.4（磷酸盐、碳酸盐缓冲液）。把青霉素从丁酯中提取到缓冲液中。（磷酸盐、碳酸盐缓冲液）。把青霉素从丁酯中提取到缓冲液中。反复萃取反复萃取23次，达到结晶要求。次，达到结晶要求萃取条件：萃取条件：10下。萃取罐冷冻盐水冷却。下。萃取罐冷冻盐水冷却。（4）脱色和去热原质）脱色和去热原质1.萃取液中添加活性炭，除去色素。萃取液中添加活性炭，除去色素。2.过滤，除去活性炭。过滤，除去活性炭。（5）结晶）结晶直接结晶直接结晶加醋酸钠乙醇溶液反应：得到结晶钠盐。加醋酸钾乙醇溶液：得到青霉素钾盐。薄膜蒸发工艺图（5）结晶）结晶共沸蒸馏结晶（广泛）共沸蒸馏结晶（广泛）萃取液，再用0.5 M NaOH萃取pH6.4-6.8下得到钠盐水浓缩液。加3-4倍体积丁醇，16-26，真空0.67-1.3KPa）下蒸馏。水和丁醇形成共沸物而蒸出。钠盐结晶析出。结晶经过洗涤、干燥（60真空16h），磨粉，装桶，得到青霉素产品。第二节谷氨酸的发酵工艺第二节谷氨酸的发酵工艺中国味精业空间巨大中国味精业空间巨大2001年东南亚地区味精人均消费量：台湾：2000克韩国：1200克日本：1020克香港：1000克中国大陆：500克中国味精消费每年至少有160万吨160万吨的空间原料的预处理及淀粉水解糖的制取谷氨酸生产菌种子的扩大培养谷氨酸发酵谷氨酸的提取与分离由谷氨酸制成味精及味精成品加工原料的预处理及淀粉水解糖的制取谷氨酸生产菌种子的扩大培养谷氨酸发酵谷氨酸的提取与分离由谷氨酸制成味精及味精成品加工味精生产工艺流程味精的发酵工艺味精的发酵工艺一、谷氨酸生产一、谷氨酸生产二、谷氨酸的提取二、谷氨酸的提取三、谷氨酸制味精三、谷氨酸制味精一、谷氨酸的生产一、谷氨酸的生产（一）生产谷氨酸的原料（一）生产谷氨酸的原料淀粉淀粉：玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀粉最为常用。糖蜜：糖蜜：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜（去除生物素的糖蜜）醋酸乙醇正烷烃（液体石蜡）氮源料醋酸乙醇正烷烃（液体石蜡）氮源料：尿素或氨水。国内：淀粉（多数厂家）糖蜜（少数厂家）国内：淀粉（多数厂家）糖蜜（少数厂家）1、谷氨酸发酵的主要原料、谷氨酸发酵的主要原料2、糖蜜的预处理2、糖蜜的预处理 原因：糖蜜（特别是甘蔗糖蜜）中含有过量的生物素，会导致光长菌体，不产谷氨酸的后果，影响谷氨酸的积累。目的：降低生物素的含量 方法：1.活性炭处理法：吸附2.水解活性炭处理法：用盐酸水解糖蜜后再吸附3.树脂处理法：通过脱色树脂交换柱（二）谷氨酸产生菌（二）谷氨酸产生菌1.种类：1.种类：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌。我国使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌。我国使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6 13等。13等。谷氨棒杆菌2.形态上共同特点（芽孢杆菌除外）:2.形态上共同特点（芽孢杆菌除外）:（1）革兰氏阳性（2）菌体为球形、短杆至棒状（3）不形成芽孢（4）没有鞭毛，不能运动（5）都是生物素缺陷型（6）都是需氧型微生物呈一端膨大的棒状，折断分裂形成“八”字状排列3、谷氨酸理论转化率3、谷氨酸理论转化率如果草酰乙酸全部由CO2固定获得，则1摩尔葡萄糖生成1摩尔的谷氨酸。C6H12O6+NH3+1.5O2C5H9O4+CO2+3H2O理论转化率=147/180=81.7%发酵过程参数测定还原糖的测定谷氨酸的测定菌体形态观察菌体浓度测定发酵过程参数的控制OD值pH温度搅拌速度发酵发 酵 液冷却接种三角瓶培养固体斜面培养上罐实消培养基的配制谷氨酸发酵的工艺流程简图谷氨酸发酵的工艺流程简图（三）谷氨酸发酵工艺（三）谷氨酸发酵工艺1.发酵培养基1.发酵培养基主要成分（1）碳源（2）氮源（3）无机盐（4）生长因子2.培养基灭菌2.培养基灭菌（1）灭菌条件实罐培养基灭菌条件：105110，灭菌5min连续灭菌条件：连消塔灭菌温度为110115,维持罐温度在105110约6min。（2）冷却：至30左右。3.种子的扩大培养3.种子的扩大培养 接种量：1%两级扩大培养的方法，其工艺流程为：保藏菌种斜面活化摇瓶种子培养（一级种子）种子罐（二级种子）发酵罐 谷氨酸发酵过程中,生产菌种的特性、生物素、发酵温度、pH值、通风和发酵产生的泡沫都是影响谷氨酸积累的主要因素在实际生产中,只有针对存在的问题,严格控制工艺条件严格控制工艺条件,才能达到稳产、高产的目的。（四）发酵条件的控制（四）发酵条件的控制（1）发酵温度（1）发酵温度谷氨酸发酵前期(012h)：30-32。对数生长期时菌体浓度迅速增大（12h），糖耗快，维持温度30-32在发酵中、后期：是谷氨酸大量积累的阶段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在32-36。（2）pH值（2）pH值1）pH值对谷氨酸产生菌生长的影响2）pH值对谷氨酸积累的影响发酵前期如果pH偏低，则菌体生长旺盛，长菌而不产酸；如果pH偏高，则菌体生长缓慢，发酵时间拉长。在发酵前期将pH值控制在7.58.0左右较为合适。而在发酵中、后期将pH值控制在7.07.6左右对提高谷氨酸产量有利。（3）通风（3）通风在谷氨酸发酵过程中，发酵前期以低通风量为宜；发酵中、后期以高通风量为宜。实际生产上，以气体转子流量计来检查通气量，即以每分钟单位体积的通气量表示通风强度。另外发酵罐大小不同，所需搅拌转速与通风量也不同。（4）泡沫的控制（4）泡沫的控制在发酵过程中由于强烈的通风和菌体代谢产生的CO2，使培养液产生大量的泡沫，不仅使氧在发酵液中的扩散受阻，影响菌体的呼吸和代谢。给发酵带来危害，必须加以消泡。（5）发酵时间（5）发酵时间不同的谷氨酸产生菌对糖的浓度要求也不一样，其发酵时间也有所差异。低糖(10%12%)发酵，其发酵时间为3638h，中糖(14%)发酵，其发酵时间为45h。将谷氨酸发酵菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取处理，再进一步中和、除铁、脱色加工精制成谷氨酸单钠盐（俗称味精），这个过程叫提炼。从生产上分为谷氨酸提取与精制两个阶段。二、谷氨酸的提取二、谷氨酸的提取目前国内各味精厂提取谷氨酸的主要方法：1.等电点法2.离子交换法3.金属盐法4.盐酸水解等电电法5.离子交换膜电渗析法谷氨酸发酵液谷氨酸发酵液常温等电法等电结晶沉降分离脱色中和结晶冷冻等电法上清液（母液）离子交换谷氨酸晶体谷氨酸晶体冷冻结晶浓缩结晶谷氨酸钠晶体（味精）谷氨酸钠晶体（味精）谷氨酸的分离与味精的制备谷氨酸的分离与味精的制备（一）等电点法提取谷氨酸(简单、常用)（一）等电点法提取谷氨酸(简单、常用)原理：HOOCCH2CH2CH(NH2)COOH 谷氨酸（GA）HOOCCH2CH2CH(NH3+)COOH GA+HOOCCH2CH2CH(NH3+)COO-GAHOOCCH2CH2CH(NH2)COO-GA-OOCCH2CH2CH(NH2)COO-GA=谷氨酸在等电点是它呈电中性时所处的环境的PH值，用PI表示。谷氨酸在等电点时,绝大部分以偶极离子(GA）状态存在,其分子内部正负电荷相等,并含有等量的带不同电荷的阳离子(GA+)和阴离子(GA-),因此溶液中总静电荷等于零。由于谷氨酸分子之间相互碰撞,再通过静电引力的作用,结合成较大的聚合体而被沉淀析出,因而处于等电点时GA的溶解度最小。又由于温度对GA的溶解度影响很大,温度越低溶解度越小,生产上多采用04。等电点法提取工艺等电点法提取工艺操作简单，收率60。周期长，占地面积大HClpH4.5HClpH4.54.0 2h 慢加酸4.0 2h 慢加酸发酵液第一中和点停酸育晶等电点发酵液第一中和点停酸育晶等电点pH5.0pH5.0时慢加pH3.03.2低速搅拌结晶静止沉降湿谷氨酸离心分离谷氨酸低速搅拌结晶静止沉降湿谷氨酸离心分离谷氨酸20h20h母液等电点法提取谷氨酸注意三个方面：1.发酵液纯度高：谷氨酸/残糖比值高，胶体少，提前除菌体最好；2.发酵液处理要及时；3.加酸调pH、温度、育晶时间、搅拌服从结晶规律。原理：当氨基酸pH值大于3.22时羧基离解而带负电,它能被阴离子交换树脂吸附;当pH小于3.22时氨基离解而带正电,此时能被阳离子交换树脂吸附。离子交换法提取GA是利用阳离子交换树脂对GA阳离子的选择性吸附,以使发酵液中阻碍GA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,然后经洗脱达到浓缩提取GA的目的。（二）离子交换法提取谷氨酸（二）离子交换法提取谷氨酸味精生产工艺流程：1.原料的预处理及淀粉水解糖的制取；2.谷氨酸生产菌种子的扩大培养；3.谷氨酸发酵；4.谷氨酸的提取与分离；5.由谷氨酸制成味精及味精成品加工。三、谷氨酸到味精三、谷氨酸到味精淀粉质原料糖化中和、脱色、过滤培养基调配接种发酵提取(等电点法、离子交换法等)谷氨酸谷氨酸-Na脱色过滤干燥成品菌种的扩大培养谷氨酸制味精谷氨酸制味精谷氨酸用适量的NaCO3溶液中和后，再经过过滤、浓缩、离心分离等步骤、最终制成味精。1.谷氨酸的中和：把谷氨酸加入水中，成为饱和溶液，然后加碱（NaCO3）进行中和。2.中和液除铁、除锌：硫化钠法、树脂法除铁锌。3.谷氨酸中和液的脱色：活性炭脱色、离子交换树脂脱色。4.中和液的浓缩和结晶：工业中都是采用蒸发方法。第三节 啤酒的酿造工艺Thanks For Your Attention！