食品制造中的細菌及其應用（4）
錄入時(shí)間:2010-11-5 10:02:59
來(lái)源：中國食品商務(wù)網(wǎng)
1.3 氨基酸發(fā)酵
1.3.1 概述
氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有8種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱(chēng)為必需氨基酸，人體只有通過(guò)食物來(lái)獲得。另外在食品工業(yè)中，氨基酸可作為調味料，如谷氨酸鈉、肌苷酸鈉、鳥(niǎo)苷酸鈉可作為鮮味劑，色氨酸和甘氨酸可作為甜味劑，在食品中添加某些氨基酸可提高其營(yíng)養價(jià)值等等。因此氨基酸的生產(chǎn)具有重要的意義。表7-1列出部分氨基酸生產(chǎn)所用的菌株。
自從60年代以來(lái)，微生物直接用糖類(lèi)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸獲得成功并投入工業(yè)化生產(chǎn)。我國成為世界上最大的味精生產(chǎn)大國。味精以成為調味品的重要成員之一，氨基酸的研究和生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對傳統的工藝不斷地進(jìn)行改革，但如何保持傳統工藝生產(chǎn)的特有風(fēng)味，從而使新工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品更具魅力，是今后研究的課題。
1.4 谷氨酸發(fā)酵
1） 谷氨酸生產(chǎn)菌
谷氨酸棒桿菌(Corynebacterium glutamicum)、乳糖發(fā)酵短桿菌(Brevibacterium lactofermentum)、黃色短桿菌(Brevibacterium flavum)。我國使用的生產(chǎn)菌株是北京棒桿菌(Corynebacterium pekinenese n.sp.)AS1.299、北京棒桿菌D110、鈍齒棒桿菌(Corynebacterium crenatum n.sp)AS1.542、棒桿菌S-914和黃色短桿菌T6~13（Brevibacterium flavum T6~13）等。
在己報道的谷氨酸產(chǎn)生菌中，除芽孢桿菌外，雖然它們在分類(lèi)學(xué)上屬于不同的屬種，但都有一些共同的特點(diǎn)，如菌體為球形、短桿至棒狀、無(wú)鞭毛、不運動(dòng)、不形成芽孢、呈革蘭氏陽(yáng)性、需要生物素、在通氣條件下培養產(chǎn)生谷氨酸。
2） 生產(chǎn)原料
發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的原料有淀粉質(zhì)原料：玉米、小麥、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最為常用；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；氮源料：尿素或氨水。
3）工藝流程
味精生產(chǎn)全過(guò)程可分五個(gè)部分：淀粉水解糖的制��；谷氨酸生產(chǎn)菌種子的擴大培養；谷氨酸發(fā)酵；谷氨酸的提取與分離；由谷氨酸制成味精。
表7-1 部分氨基酸及其生產(chǎn)所用菌株
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生成的氨基酸 |
使用的菌株 |
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谷氨酸 |
谷氨酸棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌或黃色短桿菌
北京棒桿菌（AS1.299）或鈍齒棒桿菌（AS1.542或B9） |
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纈氨酸 |
北京棒桿菌（AS1.586(ile-)*）乳糖發(fā)酵短桿菌(thr-) |
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DL丙氨酸 |
凝結芽孢桿菌(Bacillus cuagulans) |
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(met-)脯氨酸 |
鏈形寇氏桿菌(kurthia catenoform)(ser-)
黃色短桿菌(ile+SGR)* |
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賴(lài)氨酸 |
黃色短桿菌(AECR)
乳糖發(fā)醇短桿菌(AECR+ser-或AECR+Ade-+Gu)
氨酸棒桿菌(AECR+Leu或AECR+met或AECR+Ala) |
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谷蘇氨酸 |
大腸桿菌(met-+var) 、大腸桿菌 W(DAP_+met+ile_) |
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谷氨酸 |
棒桿菌(Cit_) 、黃色短桿菌(Cit-或Arg-) |
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亮氨酸 |
黃色短桿菌(ile-+met-+Tar) |
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酪氨酸 |
棒桿菌(Phe-+Pu-) |
*營(yíng)養缺陷型，R：抗性。
菌種的擴大培養
↓
淀粉質(zhì)原料→糖化→中和、脫色、過(guò)濾→培養基調配→接種→發(fā)酵→提取(等電點(diǎn)法、離子交換法等)→谷氨酸→谷氨酸-Na→脫色→過(guò)濾→干燥→成品
4） 發(fā)酵生產(chǎn)工藝
①培養基成分
碳源：碳源是構成菌體和合成谷氨酸的碳架及能量的來(lái)源。由于谷氨酸產(chǎn)生菌是異養微生物，因此只能從有機物中獲得碳素，而細胞進(jìn)行合成反應所需要能量也是從氧化分解有機物過(guò)程中得到的。實(shí)際生產(chǎn)中以糖質(zhì)原料為主。培養基中糖濃度對谷氨酸發(fā)酵有密切的關(guān)系。在一定的范圍內，谷氨酸產(chǎn)量隨糖濃度的增加而增加。
氮源：氮源是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸及谷氨酸的原料。碳氮比對谷氨酸發(fā)酵有很大影響。大約85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌體。谷氨酸發(fā)酵需要的氮源比一般發(fā)酵工業(yè)多得多，一般發(fā)酵工業(yè)碳氮比為100：0.2~2.0，谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100：15~21。
無(wú)機鹽：是微生物維持生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)。其主要功能是：構成細胞的組成成分；作為酶的組成成分；激活或抑制酶的活力；調節培養基的滲透壓；調節培養基的pH；調節培養基的氧化還原電位。起著(zhù)調節微生物生命活動(dòng)的作用。發(fā)酵時(shí)，使用的無(wú)機離子有K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等陽(yáng)離子和PO43-、SO42-、Cl－等陰離子，其用量如下：
KH2PO4 0.05%~0.2%；
K2HPO4 0.05%~0.2%；
MgSO4.7H2O 0.005%~0.1%；
FeSO4.7H2O 0.0005%~0.01%；
MnSO4.4H2O 0.0005%~0.005%。
生長(cháng)因子：凡是微生物生命活動(dòng)不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有機物質(zhì)都稱(chēng)為生長(cháng)因子。生長(cháng)因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和B族維生素的一種，又叫維生素H或輔酶R。糖質(zhì)為碳源的谷氨酸產(chǎn)生菌幾乎都是生物素缺陷型，也就是說(shuō)這些細菌本身都不能合成生物素。生長(cháng)素的作用是影響代謝途徑；影響細胞的滲透性。
生長(cháng)因子含量的多少，與生產(chǎn)有著(zhù)十分密切的關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)添加玉米漿、麩皮、水解液、糖蜜等作為生長(cháng)因子的來(lái)源，來(lái)滿(mǎn)足谷氨酸產(chǎn)生菌必須的生長(cháng)因子。
② 培養基
a 斜面培養基
葡萄糖 0.1% 牛肉膏 1.0% 蛋白胨 1.0% 氯化鈉 0.5% 瓊脂 2.0% pH 7.0~7.2
121℃滅菌30min(傳代和保藏斜面不加葡萄糖)。
b 一級種子、二級種子及發(fā)酵培養基
一級種子 葡萄糖 2.5% 尿素 0.6% KH2PO4 0.1% MgSO4.7H2O 0.04% 玉米漿 2.3~3.0ml pH 7.0
二級種子 水解糖 3.0% 尿素 0.6% 玉米漿 0.5~0.6ml K2HPO4 0.1~0.2% MgSO4.7H2O 0.04% pH 7.0
發(fā)酵培養基 水解糖12~14% 尿素 0.5~0.8% 玉米漿 0.6ml MgSO4.7H2O 0.06% KCl 0.05% Na2HPO4 0.17% pH 7.0
③ 發(fā)酵條件的控制
a 溫度
谷氨酸發(fā)酵前期(0~12h)是菌體大量繁殖階段，在此階段菌體利用培養基中的營(yíng)養物質(zhì)來(lái)合成核酸、蛋白質(zhì)等，供菌體繁殖用，而控制這些合成反應的最適溫度均在30~32℃。在發(fā)酵中、后期，是谷氨酸大量積累的階段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脫氫酶的最適溫度在32~36℃，故發(fā)酵中、后期適當提高罐溫對積累谷氨酸有利。
b pH值
發(fā)酵液的pH影響微生物的生長(cháng)和代謝途徑。發(fā)酵前期如果pH偏低，則菌體生長(cháng)旺盛，長(cháng)菌而不產(chǎn)酸；如果pH偏高，則菌體生長(cháng)緩慢，發(fā)酵時(shí)間拉長(cháng)。在發(fā)酵前期將pH值控制在7.5~8.0左右較為合適，而在發(fā)酵中、后期將pH值控制在7.0~7.6左右對提高谷氨酸產(chǎn)量有利。
c 通風(fēng)
在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵前期以低通風(fēng)量為宜；發(fā)酵中、后期以高通風(fēng)量為宜。實(shí)際生產(chǎn)上，以氣體轉子流量計來(lái)檢查通氣量，即以每分鐘單位體積的通氣量表示通風(fēng)強度。另外發(fā)酵罐大小不同，所需攪拌轉速與通風(fēng)量也不同。
d 泡沫的控制
在發(fā)酵過(guò)程中由于強烈的通風(fēng)和菌體代謝產(chǎn)生的CO2，使培養液產(chǎn)生大量的泡沫，不僅使氧在發(fā)酵液中的擴散受阻，影響菌體的呼吸和代謝。給發(fā)酵帶來(lái)危害，必須加以消泡。消泡的方法有機械消泡(耙式、離心式、刮板式、蝶式消泡器)和化學(xué)消泡(天然油脂、聚酯類(lèi)、醇類(lèi)、硅酮等化學(xué)消泡劑)兩種方法。
e 發(fā)酵時(shí)間
不同的谷氨酸產(chǎn)生菌對糖的濃度要求也不一樣，其發(fā)酵時(shí)間也有所差異。一般低糖(10%~12%)發(fā)酵，其發(fā)酵時(shí)間為36~38h，中糖(14%)發(fā)酵，其發(fā)酵時(shí)間為45h。
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