食品制造中的细菌及其应用（4）
录入时间:2010-11-5 10:02:59
来源：中国食品商务网
1.3 氨基酸发酵
1.3.1 概述
氨基酸是组成蛋白质的基本成分，其中有8种氨基酸是人体不能合成但又必需的氨基酸，称为必需氨基酸，人体只有通过食物来获得。另外在食品工业中，氨基酸可作为调味料，如谷氨酸钠、肌苷酸钠、鸟苷酸钠可作为鲜味剂，色氨酸和甘氨酸可作为甜味剂，在食品中添加某些氨基酸可提高其营养价值等等。因此氨基酸的生产具有重要的意义。表7-1列出部分氨基酸生产所用的菌株。
自从60年代以来，微生物直接用糖类发酵生产谷氨酸获得成功并投入工业化生产。我国成为世界上最大的味精生产大国。味精以成为调味品的重要成员之一，氨基酸的研究和生产得到了迅速发展。随着科学技术的进步，对传统的工艺不断地进行改革，但如何保持传统工艺生产的特有风味，从而使新工艺生产出的产品更具魅力，是今后研究的课题。
1.4 谷氨酸发酵
1） 谷氨酸生产菌
谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、乳糖发酵短杆菌(Brevibacterium lactofermentum)、黄色短杆菌(Brevibacterium flavum)。我国使用的生产菌株是北京棒杆菌(Corynebacterium pekinenese n.sp.)AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum n.sp)AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6~13（Brevibacterium flavum T6~13）等。
在己报道的谷氨酸产生菌中，除芽孢杆菌外，虽然它们在分类学上属于不同的属种，但都有一些共同的特点，如菌体为球形、短杆至棒状、无鞭毛、不运动、不形成芽孢、呈革兰氏阳性、需要生物素、在通气条件下培养产生谷氨酸。
2） 生产原料
发酵生产谷氨酸的原料有淀粉质原料：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；氮源料：尿素或氨水。
3）工艺流程
味精生产全过程可分五个部分：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。
表7-1 部分氨基酸及其生产所用菌株
|
生成的氨基酸 |
使用的菌株 |
|
谷氨酸 |
谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌或黄色短杆菌
北京棒杆菌（AS1.299）或钝齿棒杆菌（AS1.542或B9） |
|
缬氨酸 |
北京棒杆菌（AS1.586(ile-)*）乳糖发酵短杆菌(thr-) |
|
DL丙氨酸 |
凝结芽孢杆菌(Bacillus cuagulans) |
|
(met-)脯氨酸 |
链形寇氏杆菌(kurthia catenoform)(ser-)
黄色短杆菌(ile+SGR)* |
|
赖氨酸 |
黄色短杆菌(AECR)
乳糖发醇短杆菌(AECR+ser-或AECR+Ade-+Gu)
氨酸棒杆菌(AECR+Leu或AECR+met或AECR+Ala) |
|
谷苏氨酸 |
大肠杆菌(met-+var) 、大肠杆菌 W(DAP_+met+ile_) |
|
谷氨酸 |
棒杆菌(Cit_) 、黄色短杆菌(Cit-或Arg-) |
|
亮氨酸 |
黄色短杆菌(ile-+met-+Tar) |
|
酪氨酸 |
棒杆菌(Phe-+Pu-) |
*营养缺陷型，R：抗性。
菌种的扩大培养
↓
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
4） 发酵生产工艺
①培养基成分
碳源：碳源是构成菌体和合成谷氨酸的碳架及能量的来源。由于谷氨酸产生菌是异养微生物，因此只能从有机物中获得碳素，而细胞进行合成反应所需要能量也是从氧化分解有机物过程中得到的。实际生产中以糖质原料为主。培养基中糖浓度对谷氨酸发酵有密切的关系。在一定的范围内，谷氨酸产量随糖浓度的增加而增加。
氮源：氮源是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料。碳氮比对谷氨酸发酵有很大影响。大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌体。谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，一般发酵工业碳氮比为100：0.2~2.0，谷氨酸发酵的碳氮比为100：15~21。
无机盐：是微生物维持生命活动不可缺少的物质。其主要功能是：构成细胞的组成成分；作为酶的组成成分；激活或抑制酶的活力；调节培养基的渗透压；调节培养基的pH；调节培养基的氧化还原电位。起着调节微生物生命活动的作用。发酵时，使用的无机离子有K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等阳离子和PO43-、SO42-、Cl－等阴离子，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%。
生长因子：凡是微生物生命活动不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有机物质都称为生长因子。生长因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和B族维生素的一种，又叫维生素H或辅酶R。糖质为碳源的谷氨酸产生菌几乎都是生物素缺陷型，也就是说这些细菌本身都不能合成生物素。生长素的作用是影响代谢途径；影响细胞的渗透性。
生长因子含量的多少，与生产有着十分密切的关系。实际生产中通过添加玉米浆、麸皮、水解液、糖蜜等作为生长因子的来源，来满足谷氨酸产生菌必须的生长因子。
② 培养基
a 斜面培养基
葡萄糖 0.1% 牛肉膏 1.0% 蛋白胨 1.0% 氯化钠 0.5% 琼脂 2.0% pH 7.0~7.2
121℃灭菌30min(传代和保藏斜面不加葡萄糖)。
b 一级种子、二级种子及发酵培养基
一级种子 葡萄糖 2.5% 尿素 0.6% KH2PO4 0.1% MgSO4.7H2O 0.04% 玉米浆 2.3~3.0ml pH 7.0
二级种子 水解糖 3.0% 尿素 0.6% 玉米浆 0.5~0.6ml K2HPO4 0.1~0.2% MgSO4.7H2O 0.04% pH 7.0
发酵培养基 水解糖12~14% 尿素 0.5~0.8% 玉米浆 0.6ml MgSO4.7H2O 0.06% KCl 0.05% Na2HPO4 0.17% pH 7.0
③ 发酵条件的控制
a 温度
谷氨酸发酵前期(0~12h)是菌体大量繁殖阶段，在此阶段菌体利用培养基中的营养物质来合成核酸、蛋白质等，供菌体繁殖用，而控制这些合成反应的最适温度均在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℃，故发酵中、后期适当提高罐温对积累谷氨酸有利。
b pH值
发酵液的pH影响微生物的生长和代谢途径。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7.5~8.0左右较为合适，而在发酵中、后期将pH值控制在7.0~7.6左右对提高谷氨酸产量有利。
c 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。
d 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。消泡的方法有机械消泡(耙式、离心式、刮板式、蝶式消泡器)和化学消泡(天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等化学消泡剂)两种方法。
e 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。一般低糖(10%~12%)发酵，其发酵时间为36~38h，中糖(14%)发酵，其发酵时间为45h。
上一篇：食品制造中的细菌及其应用（3）
下一篇：食品制造中的细菌及其应用（5）
