食品製造中的細菌及其應用（4）
錄入時間:2010-11-5 10:02:59
來源：中國食品商務網
1.3 氨基酸發酵
1.3.1 概述
氨基酸是組成蛋白質的基本成分，其中有8種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱為必需氨基酸，人體隻有通過食物來獲得。另外在食品工業中，氨基酸可作為調味料，如穀氨酸鈉、肌苷酸鈉、鳥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養價值等等。因此氨基酸的生產具有重要的意義。表7-1列出部分氨基酸生產所用的菌株。
自從60年代以來，微生物直接用糖類發酵生產穀氨酸獲得成功並投入工業化生產。我國成為世界上最大的味精生產大國。味精以成為調味品的重要成員之一，氨基酸的研究和生產得到了迅速發展。隨著科學技術的進步，對傳統的工藝不斷地進行改革，但如何保持傳統工藝生產的特有風味，從而使新工藝生產出的產品更具魅力，是今後研究的課題。
1.4 穀氨酸發酵
1） 穀氨酸生產菌
穀氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、乳糖發酵短杆菌(Brevibacterium lactofermentum)、黃色短杆菌(Brevibacterium flavum)。我國使用的生產菌株是北京棒杆菌(Corynebacterium pekinenese n.sp.)AS1.299、北京棒杆菌D110、鈍齒棒杆菌(Corynebacterium crenatum n.sp)AS1.542、棒杆菌S-914和黃色短杆菌T6~13（Brevibacterium flavum T6~13）等。
在己報道的穀氨酸產生菌中，除芽孢杆菌外，雖然它們在分類學上屬於不同的屬種，但都有一些共同的特點，如菌體為球形、短杆至棒狀、無鞭毛、不運動、不形成芽孢、呈革蘭氏陽性、需要生物素、在通氣條件下培養產生穀氨酸。
2） 生產原料
發酵生產穀氨酸的原料有澱粉質原料：玉米、小麥、甘薯、大米等。其中甘薯和澱粉最為常用；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
味精生產全過程可分五個部分：澱粉水解糖的製取；穀氨酸生產菌種子的擴大培養；穀氨酸發酵；穀氨酸的提取與分離；由穀氨酸製成味精。
表7-1 部分氨基酸及其生產所用菌株
|
生成的氨基酸 |
使用的菌株 |
|
穀氨酸 |
穀氨酸棒杆菌、乳糖發酵短杆菌或黃色短杆菌
北京棒杆菌（AS1.299）或鈍齒棒杆菌（AS1.542或B9） |
|
纈氨酸 |
北京棒杆菌（AS1.586(ile-)*）乳糖發酵短杆菌(thr-) |
|
DL丙氨酸 |
凝結芽孢杆菌(Bacillus cuagulans) |
|
(met-)脯氨酸 |
鏈形寇氏杆菌(kurthia catenoform)(ser-)
黃色短杆菌(ile+SGR)* |
|
賴氨酸 |
黃色短杆菌(AECR)
乳糖發醇短杆菌(AECR+ser-或AECR+Ade-+Gu)
氨酸棒杆菌(AECR+Leu或AECR+met或AECR+Ala) |
|
穀蘇氨酸 |
大腸杆菌(met-+var) 、大腸杆菌 W(DAP_+met+ile_) |
|
穀氨酸 |
棒杆菌(Cit_) 、黃色短杆菌(Cit-或Arg-) |
|
亮氨酸 |
黃色短杆菌(ile-+met-+Tar) |
|
酪氨酸 |
棒杆菌(Phe-+Pu-) |
*營養缺陷型，R：抗性。
菌種的擴大培養
↓
澱粉質原料→糖化→中和、脫色、過濾→培養基調配→接種→發酵→提取(等電點法、離子交換法等)→穀氨酸→穀氨酸-Na→脫色→過濾→幹燥→成品
4） 發酵生產工藝
①培養基成分
碳源：碳源是構成菌體和合成穀氨酸的碳架及能量的來源。由於穀氨酸產生菌是異養微生物，因此隻能從有機物中獲得碳素，而細胞進行合成反應所需要能量也是從氧化分解有機物過程中得到的。實際生產中以糖質原料為主。培養基中糖濃度對穀氨酸發酵有密切的關係。在一定的範圍內，穀氨酸產量隨糖濃度的增加而增加。
氮源：氮源是合成菌體蛋白質、核酸及穀氨酸的原料。碳氮比對穀氨酸發酵有很大影響。大約85%的氮源被用於合成穀氨酸，另外15%用於合成菌體。穀氨酸發酵需要的氮源比一般發酵工業多得多，一般發酵工業碳氮比為100：0.2~2.0，穀氨酸發酵的碳氮比為100：15~21。
無機鹽：是微生物維持生命活動不可缺少的物質。其主要功能是：構成細胞的組成成分；作為酶的組成成分；激活或抑製酶的活力；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。起著調節微生物生命活動的作用。發酵時，使用的無機離子有K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等陽離子和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%。
生長因子：凡是微生物生命活動不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有機物質都稱為生長因子。生長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。糖質為碳源的穀氨酸產生菌幾乎都是生物素缺陷型，也就是說這些細菌本身都不能合成生物素。生長素的作用是影響代謝途徑；影響細胞的滲透性。
生長因子含量的多少，與生產有著十分密切的關係。實際生產中通過添加玉米漿、麩皮、水解液、糖蜜等作為生長因子的來源，來滿足穀氨酸產生菌必須的生長因子。
② 培養基
a 斜麵培養基
葡萄糖 0.1% 牛肉膏 1.0% 蛋白腖 1.0% 氯化鈉 0.5% 瓊脂 2.0% pH 7.0~7.2
121℃滅菌30min(傳代和保藏斜麵不加葡萄糖)。
b 一級種子、二級種子及發酵培養基
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 發酵條件的控製
a 溫度
穀氨酸發酵前期(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養物質來合成核酸、蛋白質等，供菌體繁殖用，而控製這些合成反應的最適溫度均在30~32℃。在發酵中、後期，是穀氨酸大量積累的階段，而催化穀氨酸合成的穀氨酸脫氫酶的最適溫度在32~36℃，故發酵中、後期適當提高罐溫對積累穀氨酸有利。
b pH值
發酵液的pH影響微生物的生長和代謝途徑。發酵前期如果pH偏低，則菌體生長旺盛，長菌而不產酸；如果pH偏高，則菌體生長緩慢，發酵時間拉長。在發酵前期將pH值控製在7.5~8.0左右較為合適，而在發酵中、後期將pH值控製在7.0~7.6左右對提高穀氨酸產量有利。
c 通風
在穀氨酸發酵過程中，發酵前期以低通風量為宜；發酵中、後期以高通風量為宜。實際生產上，以氣體轉子流量計來檢查通氣量，即以每分鍾單位體積的通氣量表示通風強度。另外發酵罐大小不同，所需攪拌轉速與通風量也不同。
d 泡沫的控製
在發酵過程中由於強烈的通風和菌體代謝產生的CO2，使培養液產生大量的泡沫，不僅使氧在發酵液中的擴散受阻，影響菌體的呼吸和代謝。給發酵帶來危害，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)和化學消泡(天然油脂、聚酯類、醇類、矽酮等化學消泡劑)兩種方法。
e 發酵時間
不同的穀氨酸產生菌對糖的濃度要求也不一樣，其發酵時間也有所差異。一般低糖(10%~12%)發酵，其發酵時間為36~38h，中糖(14%)發酵，其發酵時間為45h。
上一篇：食品製造中的細菌及其應用（3）
下一篇：食品製造中的細菌及其應用（5）
