阅读说明：本技术 新型谷氨酸发酵与味精生产方法 (Novel glutamic acid fermentation and monosodium glutamate production method ) 是由 孙钦波 刘元涛 李树标 于 2019-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于味精制备技术领域,公开了新型谷氨酸发酵与味精生产方法,其包括如下步骤：步骤1)制备优化发酵培养基,步骤2)谷氨酸发酵,步骤3)提取谷氨酸,步骤4)制备味精。本发明在味精制备过程中不使用硫酸,杜绝了废液中硫酸铵的产生,极大地降低废液处理难度,制得成品味精质量高,味精雪白透亮,品相好。(The invention belongs to the technical field of monosodium glutamate preparation, and discloses a novel glutamic acid fermentation and monosodium glutamate production method, which comprises the following steps: step 1) preparing an optimized fermentation medium, step 2) fermenting glutamic acid, step 3) extracting glutamic acid, and step 4) preparing monosodium glutamate. The invention does not use sulfuric acid in the process of preparing monosodium glutamate, avoids the generation of ammonium sulfate in waste liquid, greatly reduces the difficulty of waste liquid treatment, and obtains the finished monosodium glutamate with high quality, snow white and transparent monosodium glutamate and good appearance.)

新型谷氨酸发酵与味精生产方法

技术领域

本发明属于味精制备技术领域，具体提供了新型谷氨酸发酵与味精生产方法。

背景技术

味精，学名谷氨酸钠，化学名α-氨基戊二酸一钠，是一种由钠离子与谷氨酸根离子形成的盐，其中谷氨酸是一种氨基酸，而钠是一种金属元素。生活中常用的调味料味精的主要成分就是谷氨酸钠。味精是日常生活中常用的调味剂，能够增加食物的鲜味，有利于提高人体对食物的消化率。此外，谷氨酸钠又有着十分重要的功能，被广泛应用于食品、医药、工业及农业等领域。

目前味精的生产过程中存在两大问题：一方面是在发酵过程中，随着谷氨酸的含量逐渐增加，代谢途径反馈抑制加剧，这样会抑制谷氨酸的产生；另一方面，味精的提取通常采用等电-离交法，通过加入浓硫酸调节等电点使谷氨酸结晶出来，而生产过程中产生的硫酸铵废液，给废液处理带来了极大地困难，对环境、水源造成了直接的危害。

发明内容

申请人之前的专利技术“氨基酸的高效绿色制造工艺”的基础上，继续对产品工艺进行改进和优化，将谷氨酸制备成味精产品，在此基础上，提出了新型谷氨酸发酵与味精生产方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

新型谷氨酸发酵与味精生产方法，其包括如下步骤：

步骤1）制备优化发酵培养基，步骤2）谷氨酸发酵，步骤3）提取谷氨酸，步骤4）制备味精。

进一步地，所述优化发酵培养基包括分开使用的发酵培养基A和发酵培养基B；

所述发酵培养基A按照如下方法制得：取各原料：葡萄糖，酵母浸膏，K₂HPO₄，MgSO₄·7H₂O，2-羟基乙胺，CeCl₃，MnSO₄·H₂O，FeSO₄·7H₂O，VB₁，生物素；将各原料搅拌均匀后，调节pH，灭菌，制得发酵培养基A；

所述发酵培养基B按照如下方法制得：

取各原料：琥珀酸，尿素，壳聚糖；将各原料搅拌均匀后，调节pH，灭菌，制得发酵培养基B。

进一步地，所述步骤2）谷氨酸发酵，具体包括：将产谷氨酸的黄色短杆菌按8-10％接种量将种子液接入装有60L发酵培养基A的100L发酵罐中进行发酵培养，发酵培养24h，然后添加10L发酵培养基B，继续发酵培养24h，收集发酵液；整个发酵培养过程中，控制发酵温度30-36℃，通风比1∶0.7-0.9，搅拌转速200-400r/min，溶氧维持在20-30％，流加葡萄糖溶液维持残糖不低于1.0％，流加消泡剂消泡。

进一步地，所述步骤3）提取谷氨酸，具体包括：取发酵液，采用高速碟片离心机离心，收集滤液和菌体蛋白沉淀；往滤液中添加0.5-2%的絮凝剂，静置6-12h，板框过滤，收集液体；然后经过陶瓷膜进行过滤，收集滤液；将滤液引入脱色罐，活性炭的添加量为0.5-1%，脱色时间为30-120min，过滤收集脱色液；将脱色液经过脱色膜进行二次脱色，收集脱色清液；将脱色清液通过顺序式模拟移动床进行色谱分离得到提取液；将提取液经四效浓缩、离心、流化床喷雾干燥，即得。

进一步地，所述步骤4）制备味精，包括如下步骤：

将脱色清液通过顺序式模拟移动床进行色谱分离得到提取液；将提取液经四效蒸发器浓缩至原体积的三分之一，再滴加浓度为10-20%的氢氧化钠溶液，调节pH值为6.9-7.1，最后采用流化床喷雾干燥，包装，即得。

优选地，所述发酵培养基A的制备方法为：取各原料：葡萄糖50-100g/L，酵母浸膏10-30g/L，K₂HPO₄ 1-5g/L，MgSO₄·7H₂O 20-200mg/L，2-羟基乙胺10-50mg/L，CeCl₃1-20mg/L，MnSO₄·H₂O 1-10mg/L，FeSO₄·7H₂O 1-10mg/L，VB₁ 5-50mg/L，生物素1-10μg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6-7，121℃灭菌，自然冷却，制得发酵培养基A。

优选地，所述发酵培养基A的制备方法为：

取各原料：葡萄糖80g/L，酵母浸膏20g/L，K₂HPO₄ 2g/L，MgSO₄·7H₂O 50mg/L，2-羟基乙胺40mg/L，CeCl₃10mg/L，MnSO₄·H₂O 3mg/L，FeSO₄·7H₂O 3mg/L，VB₁10mg/L，生物素7μg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6.5，121℃灭菌15min，自然冷却，制得发酵培养基A。

优选地，所述发酵培养基B的制备方法为：

取各原料：琥珀酸1-10g/L，尿素1-5g/L，壳聚糖20-100mg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH，灭菌，制得发酵培养基B；

优选地，所述发酵培养基B的制备方法为：

取各原料：琥珀酸5g/L，尿素2g/L，壳聚糖80mg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6.5，121℃灭菌15min，自然冷却，制得发酵培养基B。

优选地，所述絮凝剂由壳聚糖和海藻酸钠按照2:1的质量比混合制得。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：

本发明发酵培养基采用两部分组成，发酵培养基A侧重于菌株增殖的提升，发酵培养基B侧重于谷氨酸的合成和分泌。

前期细胞增殖时，2-羟基乙胺可以促进磷脂酰乙醇胺细胞壁组分的合成，从而提高菌株增殖速率，后期菌株增殖放缓，以产酸为主，2-羟基乙胺还能够作为阳离子表面活性剂，使得细胞壁疏松，提高细胞通透性，促进谷氨酸释放到胞外。

CeCl₃稀土盐能够促进菌株增殖，提高谷氨酸相关合成酶的活力，提高谷氨酸的产量；但是过高的浓度会造成菌株增殖放缓和死亡，谷氨酸产量相应下降。

发酵中后期，菌株增殖速度放缓，以产酸为主，壳聚糖上的氨基与细菌细胞壁中带负电荷的磷壁酸或脂多糖结合，并螯合金属阳离子,从而改变细胞壁的通透性，促进谷氨酸分泌到胞外。

发酵培养基中添加了琥珀酸，三羧酸循环有一定促进作用，而对乙醛酸循环途径具有抑制作用，从而导致中间代谢物更多地流向三羧酸循环途径，进而促进谷氨酸产量的增加。

本发明通过“色谱+多级膜耦合分离纯化技术”为核心的综合化绿色分离提取技术，大幅度降低提取过程酸碱使用量和用水量，降低提取过程的能耗，降低提取过程的高氨氮废水的生成量。

本发明在味精制备过程中不使用硫酸，整个流程提高收益约20%；同时，生产过程杜绝了废液中硫酸铵的产生，极大地降低废液处理难度，彻底解决环保问题；本发明生产方法制得成品味精质量高，味精雪白透亮，品相好。

说明书附图

图1：CeCl₃稀土盐对菌体浓度的影响；

图2：CeCl₃稀土盐对谷氨酸含量的影响；

图3：2-羟基乙胺对菌体浓度的影响；

图4：2-羟基乙胺对谷氨酸含量的影响；

图5：2-羟基乙胺对糖酸转化率的影响。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

新型谷氨酸发酵与味精生产方法，其包括如下步骤：

1）优化的谷氨酸发酵培养基，其包括发酵培养基A和发酵培养基B；所述发酵培养基A首先添加，然后间隔24h添加发酵培养基B。

所述发酵培养基A的制备方法为：取各原料：葡萄糖80g/L，酵母浸膏20g/L， K₂HPO₄2g/L，MgSO₄·7H₂O 50mg/L，2-羟基乙胺40mg/L，CeCl₃10mg/L，MnSO₄·H₂O 3mg/L，FeSO₄·7H₂O 3mg/L，VB₁10mg/L，生物素7μg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6.5，121℃灭菌15min，自然冷却，制得发酵培养基A；

所述发酵培养基B的制备方法为：取各原料：琥珀酸5g/L，尿素2g/L，壳聚糖80mg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6.5，121℃灭菌15min，自然冷却，制得发酵培养基B；

2）发酵工艺：将黄色短杆菌GDK-9种子液（OD_600nm为13.5）按8％接种量接入装有60L发酵培养基A的100L发酵罐中进行发酵培养，发酵培养24h，然后添加10L发酵培养基B，继续发酵培养24h，收集发酵液；整个发酵培养过程中，控制发酵温度35℃，通风比1∶0.7，搅拌转速300r/min，溶氧维持在20％，流加质量百分比浓度为20％的葡萄糖维持残糖不低于1.0％，流加消泡剂消泡；

3）谷氨酸提取分离工艺：

取发酵液，采用高速碟片离心机以4000rpm的速度离心5min，收集滤液和菌体蛋白沉淀；往滤液中添加1%（质量体积比，100ml滤液中添加1g絮凝剂）的絮凝剂（壳聚糖和海藻酸钠按照2:1的质量比混合制得），混匀，然后静置12h，板框过滤，收集液体；然后经过陶瓷膜进行过滤，收集滤液；将滤液引入脱色罐，活性炭的添加量为0.5%（质量体积比，100ml滤液中添加0.5g），脱色时间为60min，过滤收集脱色液；将脱色液经过脱色膜进行二次脱色，收集脱色清液；

4）味精制备工艺：

将脱色清液通过顺序式模拟移动床进行色谱分离得到提取液；将提取液经四效蒸发器浓缩至原体积的三分之一，再滴加浓度为15%（w/v）的氢氧化钠溶液，调节pH值为6.9，最后采用流化床喷雾干燥，即得。

实施例2

新型谷氨酸发酵与味精生产方法，其包括如下步骤：

1）优化的谷氨酸发酵培养基，其包括发酵培养基A和发酵培养基B；所述发酵培养基A首先添加，然后间隔24h添加发酵培养基B。

所述发酵培养基A的制备方法为：取各原料：葡萄糖100g/L，酵母浸膏25g/L，K₂HPO₄ 1g/L，MgSO₄·7H₂O 70mg/L，2-羟基乙胺20mg/L，CeCl₃5mg/L，MnSO₄·H₂O 2mg/L，FeSO₄·7H₂O 2mg/L，VB₁5mg/L，生物素5μg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6.5，121℃灭菌15min，自然冷却，制得发酵培养基A；

所述发酵培养基B的制备方法为：取各原料：琥珀酸7g/L，尿素2g/L，壳聚糖50mg/L；将各原料搅拌均匀后，调节pH为6.5，121℃灭菌15min，自然冷却，制得发酵培养基B；

2）发酵工艺：将黄色短杆菌GDK-9按8％接种量将种子液（OD_600nm为13.5）接入装有60L发酵培养基A的100L发酵罐中进行发酵培养，发酵培养24h，然后添加10L发酵培养基B，继续发酵培养24h，收集发酵液；整个发酵培养过程中，控制发酵温度35℃，通风比1∶0.7，搅拌转速300r/min，溶氧维持在20％，流加质量百分比浓度为20％的葡萄糖维持残糖不低于1.0％，流加消泡剂消泡；

3）提取分离工艺：

取发酵液，采用高速碟片离心机以5000rpm的速度离心4min，收集滤液和菌体蛋白沉淀；往滤液中添加1.5%（质量体积比，100ml滤液中添加1.5g絮凝剂）的絮凝剂（壳聚糖和海藻酸钠按照3:2的质量比混合制得），混匀，然后静置9h，板框过滤，收集液体；然后经过陶瓷膜进行过滤，收集滤液；将滤液引入脱色罐，活性炭的添加量为0.5%（质量体积比，100ml滤液中添加0.5g），脱色时间为90min，过滤收集脱色液；将脱色液经过脱色膜进行二次脱色，收集脱色清液；

4）味精制备：

将脱色清液通过顺序式模拟移动床进行色谱分离得到提取液；将提取液经四效蒸发器浓缩至原体积的三分之一，再滴加浓度为10%（w/v）的氢氧化钠溶液，调节pH值为7.1，最后采用流化床喷雾干燥，即得。

实施例3

一、CeCl₃稀土盐对菌体浓度、谷氨酸含量以及糖酸转化率的影响。

发酵培养基为：葡萄糖80g/L，酵母浸膏20g/L， K₂HPO₄ 2g/L，MgSO₄·7H₂O 50mg/L，CeCl₃ 0-40mg/L，MnSO₄·H₂O 3mg/L，FeSO₄·7H₂O 3mg/L，VB₁10mg/L，生物素7μg/L；

发酵工艺同实施例1，100L发酵罐中含有70L发酵培养基。

设置CeCl₃的添加浓度为0，2.5,5,10,20,40mg/L，如图1-2所示，随着CeCl₃添加量的增加，菌体浓度和谷氨酸含量均有所提升，当添加量为10mg/L时，菌体浓度和谷氨酸含量达到峰值，然后出现下降趋势，但是整个过程中，糖酸转化率没有明显改变（附图未显示）；说明CeCl₃稀土盐能够促进菌株增殖，提高谷氨酸相关合成酶的活力，提高谷氨酸的产量，但是过高的浓度会造成菌株增殖放缓和死亡，谷氨酸产量相应下降。

二、通过上述实验确定CeCl₃添加量为10mg/L，在此基础上，研究2-羟基乙胺对菌体浓度、谷氨酸含量以及糖酸转化率的影响。设置2-羟基乙胺的浓度为2.5，5,10,20,40,80,160mg/L，如图3-5所示，随着2-羟基乙胺添加量的增加，菌体浓度随之增加，相应地，谷氨酸含量和糖酸转化率也有所提升，当添加量为40mg/L时，菌体浓度和谷氨酸含量达到峰值，继续增加2-羟基乙胺的浓度，产生明显的抑菌效果，菌株密度下降明显；原因是，2-羟基乙胺可能促进磷脂酰乙醇胺细胞壁组分的合成，从而提高菌株增殖速率，但是浓度过大会导致抑菌现象，后期菌株增殖放缓，以产酸为主，2-羟基乙胺还能够作为阳离子表面活性剂，使得细胞壁疏松，提高细胞通透性，促进谷氨酸释放到发酵液，从而提高了谷氨酸产量和糖酸转化率。

三、通过上述实验确定CeCl₃添加量为10mg/L、2-羟基乙胺的添加量40mg/L，在此基础上，研究发酵培养基B对菌体浓度、谷氨酸含量以及糖酸转化率的影响。

对照组1采用发酵培养基A进行发酵，不采用发酵培养基B，100L发酵罐中含有70L发酵培养基A；发酵工艺参照实施例1。

对照组2：发酵培养基B中不添加琥珀酸，其余同实施例1。

对照组3：发酵培养基B中不添加壳聚糖，其余同实施例1。

对照组4：发酵培养基A中添加5g/L的琥珀酸，其余同对照组1。

实验组为实施例1。

具体结果见表1。

表1

组别	菌浓度OD<sub>600nm</sub>	谷氨酸产量g/L	糖酸转化率％
				对照组1	53.9	137.4	59.1
对照组2	54.2	141.2	61.8
				对照组3	54.5	145.8	62.6
对照组4	53.8	137.9	59.2
				实验组	55.3	150.7	64.1

结论：对照组1采用单一发酵培养基发酵，谷氨酸产量和糖酸转化率明显低于实验组，菌体浓度差异并不大；对照组4在对照组1的基础上添加了琥珀酸，对菌体浓度并没有影响，谷氨酸产量和糖酸转化率也没有明显差异，可能原因是，发酵前期以菌体增殖为主，产酸较少，琥珀酸对菌体增殖并没有明显的刺激作用；实验组和对照组3选用发酵中期添加琥珀酸，此时，菌体增殖放缓，以产酸为主，琥珀酸对三羧酸循环有正向促进作用，而对乙醛酸循环途径起抑制作用，从而导致谷氨酸产量的增加；梯度试验发现，琥珀酸添加量过大（大于10g/L），并不会对谷氨酸产量带来进一步的提升，综合成本考虑，选择低于10g/L的添加量较为合适。对照组2和实验组在发酵中后期添加壳聚糖，能够改变细胞壁的通透性，促进谷氨酸分泌到胞外，从而提升谷氨酸产量和糖酸转化率；但是壳聚糖添加量（超过100mg/L）过大会导致抑菌现象发生，进而造成菌株死亡。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，或在实施案例之外的树种实施本方法，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改，改进或范围的扩大，均属于本发明要求保护的范围。