2023學(xué)年完整公開課版谷氨酸

子情境：谷氨酸發(fā)酵過(guò)程控制谷氨酸的性質(zhì)中文名稱：谷氨酸

英文名稱：glutamicacid

其它名稱：L-2-Aminoglutaricacid,H-Glu-OH,L-glutamicacid,L(+)-glutamicacid,H-L-Glu-OH,S-2-Aminopentanedioicacid

分子式：C5H9NO4

分子量：147.13076

CASRN：56-86-0

熔點(diǎn)：205℃

谷氨酸主要用途

食品工業(yè)：谷氨酸鈉俗稱味精，是重要的鮮味劑，對(duì)香味具有增強(qiáng)作用谷氨酸主要用途

日用化妝品：谷氨酸作為營(yíng)養(yǎng)藥物可用于皮膚和毛發(fā)

醫(yī)藥行業(yè)：谷氨酸作有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，醫(yī)學(xué)上主要用于治療肝性昏迷，還用于改善兒童智力發(fā)育。

農(nóng)業(yè)：谷氨酸，可制成柑桔增甜劑；還可作為微肥的載體，在氮磷鉀基本滿足的條件下，作為葉面噴灑的微肥具有投入少、效益高等特點(diǎn)。谷氨酸生產(chǎn)水平與市場(chǎng)分析生產(chǎn)水平谷氨酸棒狀桿菌-生物素敏感型高產(chǎn)菌株：采用生物素亞適量工藝，發(fā)酵32h，產(chǎn)酸達(dá)140g/L以上，糖酸轉(zhuǎn)化率達(dá)62%以上，國(guó)內(nèi)同類研究的領(lǐng)先水平。谷氨酸棒狀桿菌-谷氨酸溫度敏感型突變株：在最佳發(fā)酵條件下，發(fā)酵24h，產(chǎn)酸達(dá)到160g/L，糖酸轉(zhuǎn)化率達(dá)72%，國(guó)際同類研究的先進(jìn)水平。市場(chǎng)分析我國(guó)味精工業(yè)的產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一位，2007年全國(guó)味精產(chǎn)量達(dá)190萬(wàn)噸。味精工廠的味精平均銷售價(jià)格為7,800元/噸，成本為7,000元/噸。按照上述產(chǎn)量計(jì)算，我國(guó)味精工業(yè)中純味精的總產(chǎn)值約150億元，加上相當(dāng)于上述總值30%的副產(chǎn)品（主要是飼料蛋白、化肥、液態(tài)肥料）的產(chǎn)出，我國(guó)味精工業(yè)年生產(chǎn)總值約為200億元人民幣。

谷氨酸的代謝通路、關(guān)鍵酶

關(guān)鍵酶：α-酮戊二酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶課程項(xiàng)目項(xiàng)目一：發(fā)酵條件的控制項(xiàng)目二：生物量的測(cè)定項(xiàng)目三：還原糖的測(cè)定項(xiàng)目四：谷氨酸的測(cè)定項(xiàng)目五：生物素的測(cè)定項(xiàng)目一：發(fā)酵條件的控制影響谷氨酸積累的主要因素

pH

泡沫

氮源

生物素

溶氧

發(fā)酵過(guò)程控制溫度碳源影響谷氨酸積累的主要因素

溫度電極的校正1通過(guò)發(fā)酵控制軟件調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度

2繪制發(fā)酵過(guò)程中溫度變化曲線

3任務(wù)一：專業(yè)技能谷氨酸發(fā)酵過(guò)程控制谷氨酸發(fā)酵過(guò)程控制任務(wù)二：發(fā)酵液pH的控制pH電極的校正

1通過(guò)發(fā)酵控制軟件調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH

2繪制發(fā)酵過(guò)程中pH變化曲線

3谷氨酸發(fā)酵過(guò)程控制溶氧電極的校正

1通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速控制溶氧

2通過(guò)調(diào)節(jié)通氣量控制溶氧

3任務(wù)三：發(fā)酵液中溶解氧的控制通過(guò)調(diào)節(jié)罐壓控制溶氧

4任務(wù)四：無(wú)菌取樣無(wú)菌取樣操作

1處理染菌的措施

2谷氨酸發(fā)酵過(guò)程控制pH、溫度、泡沫、溶氧影響發(fā)酵原因pH溫度泡沫溶氧影響產(chǎn)物生成速度影響發(fā)酵液性質(zhì)影響產(chǎn)物種類影響產(chǎn)物特性降低生產(chǎn)能力引起原料浪費(fèi)影響菌的呼吸引起染菌氧是微生物體內(nèi)的一系列經(jīng)細(xì)胞色素氧化酶催化產(chǎn)能反應(yīng)的最終電子受體，也是合成某些代謝產(chǎn)物的基質(zhì)。影響因素多影響酶的活性，影響細(xì)胞膜的通透性，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄；影響培養(yǎng)基中某些組分的解離影響谷氨酸積累的主要因素氮源：碳氮比一般控制在100：15-30。國(guó)內(nèi)谷氨酸發(fā)酵糖濃度為125-150g/L，但一般采用流加糖工藝。隨著生物素添加量的不斷增加，發(fā)酵產(chǎn)酸先增大后減小。碳源氮源生物素影響谷氨酸積累的主要因素典型好氧發(fā)酵

中后期pH7.0~7.6一般采用植物油消泡泡沫影響發(fā)酵嚴(yán)重染菌溶氧pH溫度泡沫

發(fā)酵罐控制軟件操作系統(tǒng)

打開總電源啟動(dòng)計(jì)算機(jī)─>計(jì)算機(jī)進(jìn)入Windows─>按任務(wù)條上的“開始”按鈕─>程序─>發(fā)酵罐控制系統(tǒng)─>tophawkm進(jìn)入軟件。本軟件有總貌圖和分罐圖兩個(gè)主要畫面。

發(fā)酵罐控制軟件操作系統(tǒng)

發(fā)酵罐控制軟件操作系統(tǒng)

在參數(shù)設(shè)定中可以設(shè)定谷氨酸發(fā)酵所需要的溫度、pH、消泡、溶氧、轉(zhuǎn)速等控制。項(xiàng)目二：生物量的測(cè)定采用分光光度計(jì)測(cè)菌體濁度。方法：吸取樣品菌液，用蒸餾水稀釋一定倍數(shù)，以蒸餾水作為空白對(duì)照，采用752分光光度計(jì)于1cm光程測(cè)定OD620nm.要求：熟練掌握分光光度計(jì)的使用。項(xiàng)目三：還原糖的測(cè)定1.3，5－二硝基水楊酸比色2.生物傳感器法要求：還原糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作分光光度計(jì)的使用生物傳感器的使用哪種方法更簡(jiǎn)便，理由？項(xiàng)目四：谷氨酸的測(cè)定測(cè)OD值計(jì)算谷氨酸濃度：步驟：取樣品液1mL，加入pH5.4，2mol/L醋酸緩沖液1mL和茚三酮顯色液1mL，混勻后于100℃沸水浴中加熱15min，自來(lái)水冷卻。放置5min后，加3mL60％乙醇稀釋，搖勻后測(cè)定OD570nm（生成的顏色在60min內(nèi)穩(wěn)定）。將樣品測(cè)定的OD570nm與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照，可確定樣品中氨基酸含量。

項(xiàng)目五：生物素的測(cè)定1.生物素添加的原因：生物素亞適量時(shí)，菌體代謝失調(diào),細(xì)胞膜通透性增強(qiáng),細(xì)胞內(nèi)的谷氨酸能及時(shí)排出,有利于谷氨酸的積累。2.生物素測(cè)定的條件：采用高效液相色譜法測(cè)定發(fā)酵液中生物素的含量。色譜柱為SymmetryC18,流動(dòng)相為V(甲醇):V(pH2.5磷酸緩沖溶液)=14:86,檢測(cè)波長(zhǎng)為210nm,柱溫為35℃。知識(shí)拓展：思考：

采取何種方法可以改善谷氨酸的生產(chǎn)菌種來(lái)提高谷氨酸產(chǎn)量？

如何測(cè)量發(fā)酵液中氮的含量？補(bǔ)氮的措施應(yīng)是如何？

如果是測(cè)量糖化酶發(fā)酵過(guò)程中的生物量，應(yīng)該用哪種方法？