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摘要：谷氨酸发酵生产是谷氨酸产生菌分解、代谢营养物质并合成其生命所需的谷氨酸的生化过程。影响谷氨酸产生菌生长、繁殖、温度及合成产物的因素很多，他们最终通过人为控制以满足谷氨酸合成和代谢,从而提高产品管理和减少消耗。本文分析了谷氨酸发酵中温度自控对菌种繁殖的研究。
关键词：谷氨酸发酵；温度；菌种繁殖
谷氨酸的制造，从最初的小麦面筋水解到随后的分离和提取，特别是谷氨酸发酵的成功生产，是替代发酵行业的一项重大创新。发酵工业生产谷氨酸迄今经历了根本性的变化,现国际上采用温度敏感型菌种进行谷氨酸发酵生产产酸率高达18-21ddl转化率超过65%的糖酸。中国的谷氨酸发酵产业与世界其他国家相比，虽然总产量是世界第一，但生产技术相对落后，污染严重。
一、高产、纯正、优良的菌种是保证发酵成功的前提
在菌株的保存和培养过程中，就像在任何有机发酵生产中一样，菌株是发酵成功或失败的内在原因;在生产过程中，应选择高产、纯正、优良的菌株，并应进行以下控制:
1.严格的保存温度和干燥的环境符合不变异、退化或污染物种的条件。贮存的菌株应进行分离、纯化和筛选。应配备专用制冷设备，周围环境应清洁无污染。对于细菌的储存，液体菌株可以在-80℃的冰箱中储存。
2.生产中使用的菌种应使用以尽量减少传代次数，而斜面菌种通常用于生产2-3代。
3.严格要求菌株培养、摇瓶试验和生产试验的反应性原料，应当符合基本规范，由生产厂家规定;有机坂料更换批号在烧瓶中进行摇匀试验，每批应保留一份样品，以备下一批对照之用。
4.严格按照摇瓶室的温度和无菌水平进行一级品种子的培养，条件允许时可将无菌空气送至摇瓶室。为保证振动台的速度和振幅，经常检查摇床皮带或齿轮是否松动。
二、发酵工艺的影响和控制
1. 根据发酵操作说明书优化发酵模型的设计方案，设计的数据依据是发酵罐的类型、容积、细菌的生产水平、空气和蒸汽的动态配置、糖液的含量。在设计中，应根据以往的生产工艺水平，确定最佳酸产量、定容量和转化率。大罐的最大接种量应根据种子罐的最大利用率来设计。按总定容设计接种后的加糖量，计算大罐接种后加入的加糖量和消毒后加入的冷凝含量。在设计流加糖的比例时，不仅要使流加糖比例尽可能小，还要考虑流加糖的含量，以满足总糖输入的需要。总之，在设计一个好的发酵模型时，有很多因素需要考虑。一个设计良好的发酵模型可以充分发挥菌株、设备、动力和材料的潜力。
2.发酵培养基主主要成分的设计。发酵培养基是谷氨酸菌赖以生长、繁殖的营养和能源，合成大量的谷氨酸需要足够量的碳源和氮源，生长繁殖所需要的生长因子一又是需要人为的控制达到既能满足生长又能使细胞结构和功能起特异性变化，因而在培养基的设计上，要考虑到菌种营养的最大需要，又要考虑到碳源氮源的平衡,要考虑菌种生长和合成对营养需要的比例,尽量使菌种将碳源最大量的用于合成产物,在这之中碳源和生物素配比的设计又是对产酸和转化率影响最大的关键设计。（1）碳源是谷氨酸细菌合成的碳和能量来源,不同阶段的浓度谷氨酸发酵文化都有很大的影响,在设计初糖液比例将糖含量、糖含量、总糖、流加糖、初糖和流加糖的比例的确定都需要根据应变能的生产比例,生物素,发酵周期及时调整。a在一定范围内,谷氨酸生产糖的数量增加,过高的糖酸转化率一般投糖消费量按照工艺条件下的生物素的好方法,18.0%的总量大约高转化率的糖,大于20%的糖酸转化率可能低于58.0%这样的转化率低于成本，投糖量太少,能够提高转化率,但产酸低设备的利用率和能耗受到影响。b初糖浓度影响前期的生长和繁殖速度，在很大程度上影响转化率。由于渗透压的增加不利于细菌的生长和繁殖，物种平衡和转化的延迟，以及酸和糖的早期转化较低，早期糖摄入量过低太快，开始添加糖还为时过早。对于初始含糖量超过16,0%的品种，应在14h左右达到平衡，12h的转化率一般约为52%;综上所述，在设计初生糖浓度时，应考虑对菌株生长、转化率和发酵介质平衡的影响;对于发酵周期约为30小时，添加糖浓度约为360.0%的情况下，初级糖的设计为14-16%更为合适。如果添加糖的含量增加到50%以上，则可以计算出初始糖的含量在13%到14%之间。c使用流加糖工艺可以避免初始糖浓度过高和溶解浓度过高的问题。流加糖工艺的关键技术在于开始流加的时机的选择、流加过程中的流加速度、流加期间残糖的含量及流加糖量占总投糖的比例。适当的流加时机对产酸影响很大,过早加糖可能刺激菌体生长,从而增加生长的耗糖量,也会产生底物对合成的抑制;流加过晚,不能保证生产菌在活性很强的时候有足够又不过多的合成和代谢底物,因而掌握开始流加时机非常重要。开始流加时机应以残糖量、耗糖速度、菌体的活力和转型情况为依据。
（2）生物素剂量的设计。生物素的控制直接影响生产细菌细胞的生长、繁殖、代谢、渗透性和产酸率;谷氨酸发酵过程中生物素用量的控制是必不可少的。目前,发酵生产的主要是起型菌株的生物素缺乏的严重依赖,在生长和繁殖的时期,与增长和低复制,细胞内一种缓慢溶解糖和素充当辅酶量低，影响糖代谢和谷氨酸合成进入合成阶段;但是过量的生物素会导致细菌长时间的生长和繁殖，大量的细菌和细菌体细胞膜的渗透性差。
三、谷氨酸发酵中温度自控对菌种繁殖的研究
对于微生物发酵生产如味精，发酵是整个生产过程的关键，温度是发酵过程中最关键的因素。任何微生物在繁殖过程中都有最有利的生长温度。从酶反应动力学的角度来看，温度的升高导致反应的加速，生产繁殖快加和产量的增加。然而，酶很容易被热灭活。温度越高，失活越快，细菌容易老化，影响生物一代。温度还通过影响发酵液的物理性质间接地影响发酵，如微生物在发酵液中的溶解和氧气，从而影响发酵。温度也会影响生物合成的方向，这与细菌的调节机制密切相关。通常，谷氨酸是由几个不同的温度控制要求的菌株生产的。通常，我们把发酵过程分为三个阶段。以t6-13为例。早期主要是细菌的产生阶段。如果发酵温度过高，细菌容易老化，影响产品的生产。如果早期温度控制过低，细菌繁殖缓慢，发酵周期延长。中期菌株生长处于稳定期，基本停止生长。谷氨酸合成加快。由于谷氨酸脱氢酶的最适温度高于细菌的生长和繁殖温度，因此在发酵后期提高温度有利于提高谷氨酸的产量。在味精发酵过程中，应随时检测温度。通常采用的人工操作方法会造成人为错误。采用计算机自动控制，可提高测控精度，减轻劳动强度，提高产量。因此，有必要对发酵温度进行计算机自动控制。为此我们根据味精发酵过程,设计了一套自控系统对整个发酵周期进行控制。该系统是一个闭环温度控制系统，由三部分组成:(1)温度测量设备(全温度检测、模拟转换和信号放大);(2)计算机控制及辅助设备(采集后的温度控制);(3)温度控制制造设备。经过调试，比较系统的温度控制曲线，不同温度控制方法的发酵实验结果如表1所示
表l不同控温方式的发酵比较
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如表1所示，采用计算机自动控制系统对味精发酵工艺进行了改进，满足了味精生产的技术要求，大大提高了工艺水平。与传统的人工控制相比，发酵周期平均缩短了3小时，设备周转率也相应提高。发酵转化率平均提高2.5%。味精产量增加，同时减少了罐次数量异常的可能性。
总之,通过温度控制系统对原手工条件下不同菌种各自发酵过程中的发酵温度进行最佳温度点实验,确定其最佳发酵温度,并根据实验结果调整生产中各菌种的最佳发酵温度控制条件,使各菌种在最适温度中生长,从而提高了产酸率和发酵率,促进了生产
参考文献：
[1]朱建.味精发酵中温度自控对菌种繁殖的研究[J].2018（29）：25~26.
[2]李素.分析谷氨酸发酵主要影响因素及其控制[J].，2018（34）：21~22.