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关于异常发酵液等电提取的探讨

河南省扶沟县 张立德

论文:
  目前,在谷氨酸发酵生产中,从发酵液中提取粗制谷氨酸,多采用盐酸和硫酸调一次冷冻等电点带菌提取工艺。其成功的机率和收率的搞低,直接取决于发酵液的优劣。
  生产实践证明,在谷氨酸发酵生产的进行中,多由于菌种、原料的质量,以及操作不严和设备条件的限制,常会存在一些潜在的隐患,使发酵呈现异常现象,不能及时地为后工段的等电点提取提供新鲜优质的发酵液。而在等电点提取中,我们常见的异常发酵液是其中含不利于等电点提取的有害物质较多。如生物蛋白、胶体物质含量较高、粘性增强、泡沫大、酮酸高、甚至呈现异臭,外观色泽呈现红褐色,严重的尚有絮状不深性悬浮物的存在。这样的异常发酵液若采用"常规法"提取谷氨酸,极易导致β-型结晶(即轻麸酸或空麸酸)的形成,直接影响着产品的质量和收行率。为了稳定生产,并使发酵生产的经济损失降低到最低限度,我们在提取方法上如何控制β-型结晶方面作了一些尝试,并获得了可喜的成效。现将其具体做法概述于下。
  1 具体作法
  1.1 对酮酸的控制
  在发酵过程中,常由于操作不严,罐压高溶氧量增大;或发酵中前期持续高温、菌体过早衰老,酿成谷氨酸脱氢酶活力下降,促使中间产物酮酸积累增多,若其含量达到0.2%以上时,酮酸即为二价铁离子结合成酮酸铁,使发酵液呈现红褐色或淡棕色,该发酵液提取难度较大,且易导致β-型结晶。为了避免β-型结晶的形成,我们在常常温条件下,首先将发酵液静置3~4h,利用发酵液中残存的乳酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的活力,将酮酸转化为乳酸和谷氨酸,借以降低发酵液中酮酸的含量。此法的反应机理是:如丙酮酸通过水合和氧化反应形成丙酮水合物和α-羟基丙醛在乳酸脱氢酶的作用下,再经过氧化反应生成乳酸。
  实践证明,此法虽有一定的效果,但不够稳定,如若在发酵过程中有轻微的染菌,仍达不到预定的目的和效果。于是,我们在静置的基础上,待发酵液中和至PH值4.2~3.8,在没有起晶以前,加入0.3%经淘洗的优质谷氨酸晶体或将起晶罐通过育晶2h,待晶粒稳定后(即α-型晶粒均匀、结构坚实,明亮)以6t/h的流速加5~6起晶液作晶种,使发酵液中的谷氨酸受到晶种的刺激之后,晶核可提早形成,且所需的过饱和度远较自然起晶所需的过饱和度低。这样即不易形成β-型结晶,反而会促使α-型结晶的形成。
  1.2对染菌发酵液的控制。
  在发酵过程中若污染杂菌和噬菌体,生产菌常因营养贫乏,生长发育不良,过早衰亡裂解形成"自深",使发酵液中的生物蛋白和胶体物质增高,粘度大,等电点提取极易形成β-型结晶,为此,我们根据发酵状况作了两方面的工作。
  (1)由于蛋白分子具有长肽链的结构,能使泡沫粘度增大,并阻碍从泡沫上脱除液体的作用变慢,使泡沫增厚,且在较长的时间内保持稳定性,不易消失。同时,泡沫在中和过程中,还会阻碍中和热的扩散,造成内环境温度升高不好控制而导致β-型结晶的形成。
  (2)由于蛋白质的种类不同,且具有没的等电点的特性,我们就根据发酵液中所含蛋白质的种类不同进行针对性的提取,如严重的染菌或大种量接种因菌体结构强大,以及发酵条件控制不当,菌体过早衰老自溶,菌体蛋白含量过高时,在等电点提取过程中,我们就随着PH值的变化,当PH值在4.2~3.5之间时,发酵液中即呈现有大量菌体蛋白析出,并悬浮着大量灰白色类似"豆腐脑"和"面筋"的絮状物。通过细致的观察或用手捻搓,其中常夹杂着或裹着大量的α-型的细小晶体。在此状况下,采取"超越谷氨酸等电点"的方法减慢下酸速度,或施用"连续中和"的方法,直至PH值变化为3.0~2.5~2.4。蛋白质即逐渐溶解,待晶体与悬浮物分离后,即停止下酸,转入空搅育晶。由此可知,菌体蛋白的等电点可能处于4.2~2.4之间。
  (3)对胶体物质的控制
  发酵液中的胶体物质,主要来源于水解糖的生产和发酵条件控制不当,或污染噬菌体,菌体过早裂解,生产菌原生质外溢积累而成。此类胶体在搅拌的状况下,多是以胶料的状态或呈淡红色、无定形块悬浮于发酵液中,我们在常规中和中,特别是在育晶过程中,常发现胶质把若干个细小α-型晶粒粘合地一起形成"晶簇"或"晶团",甚至还有的"晶簇"被胶膜 所包被形成了"胶束",此种现象也叫"拼晶"现象。在此状况下,我们试用谷氨酸"超越等电点"的方法,严格将PH值控制在4.2~3.5之间,甚至PH值在2.5~2.4之间,待胶膜逐渐溶斛、消失,或"晶簇"裸露、解体后,使析出的谷氨酸逐渐附着在晶粒或"晶簇的晶粒上,最终形成类似沙粒状的不规则结构,据测试其谷氨酸的含量在90%左右。

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