查摇床的皮带或齿轮是否松动。⑤控制好一级种子下瓶的时机,除进行OD (光密度) 的检测外还可进行湿菌体或用血球计数器计数检测,镜检菌体的形态和同步性,同时要尽量缩短一级种子的冷冻时间,为下一步的扩大再培养提供活力强、同步性好、数量多、无污染的一级菌种。 2 流加糖的控制
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。根据菌种的耗糖能力、生物素,在采用适量法的工艺条件下,总投糖含量为18%左右的转化率较高,投糖超过20%的转化率就有低于58.0%的危险(转化率低于58.0%对淀粉的单耗和成本造成升高的影响),投糖量过低虽然可以提高转化率,但产酸低、影响设备利用率和能源的消耗。 2.1 初糖浓度
一般情况下,大罐初糖12%~14%、菌种10 h左右达到平衡,初糖15%~16%、菌种12 h 左右达到平衡,12 h 的转化率为55.0%左右;初糖16.0%以上菌种要在14 h 左右达到平衡,12 h 的转化率一般为52%左右。总之,初糖含量的设计要考虑对菌种生长和转化率的影响也要考虑到发酵培养基的平衡,在发酵周期30 h 左右、流加糖含量为36.0%左右的条件下,初糖设计含量为14%~16%是比较适当 的。如果流加糖含量提高至50.0%以上,初糖质量分数设计在13%~14%即可。 2.2 流加时间
选择适当的时机是相当重要的,对发酵的产量有很大影响。补糖的时机不能单纯以培养时间作为依据,要根据糖的耗用速度、值变化、残糖的高低、菌体活力、菌体形态是否转型等因素判断比较符合实际。补糖的时间原则是控制微生物的中间代谢,使之向有利于产物积累的方向发展。能控制菌体量的增加、糖的消耗速度与发酵单位增长三者之间的关系,就可获得更长的生物合成期,以利于谷氨酸的积累。其控制要点是谷氨酸生产菌转型期和乳酸峰值期相结合进行糖流加。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,通过耗氧及需氧情况的计算显示,发酵残糖在5.0%~2.0%时是流加糖的最佳时机。在流加过程中流加速度主要根据残糖量控制,根据生产经验残糖控制量为2.0% ~1.0%、流加糖占总投糖的60%~70%时产酸和转化率较为理想。糖液质量直接影响谷氨酸发酵生长、耗糖速度,进而影响产量和酸糖转化率, 控制好糖液的质量是发酵成功的基础,糖液的质量应该是具有高DE 值(97%以上) 和高DX 值(95.0%以上),复合二糖3.0 以下,三糖、四糖以上的糖含量不超过0.5%[1]。 2.3 流加方式
连续流加比间歇流加控制效果好,这样可以避免一次性大量流加而引起菌体的代谢受到环境突然改变的影响。如此在恒定状态下微生物所处的环境条件,如培养物浓度、产物浓度、pH 值以及微生物细胞的浓度、生长速率等可以始终维持不变,以达到产生大量代谢产物的目的。对谷氨酸发酵而言,其控制要点有以下3 个方面:①流加糖质量分数在45%~50%之间,糖色泽不增加,糖不被分解,蒸发过程中损
失尽量减小,蒸发温度不宜过高,时间不宜过长,避免产生焦糖和色素,浓缩前后的糖DE 值(或DX 值) 与透光率差距不能过大;②流加糖消毒灭菌温度不宜过高,而且要迅速降温至30 ℃~45 ℃,保压备用;③流加过程中残糖控制量不宜忽高忽低,宜根据糖耗速率控制流加数量,保持残糖含量稳定。 3 生物素的控制
在生物素用量的控制中不但要考虑到培养基中原料(包括玉米浆、糖蜜纯生物素) 的生物素总量,同时还要考虑到糖液因玉米淀粉和生产工艺的变化造成的营养素(生物素和维生素) 的变化,适时地根据发酵耗糖、产酸及发酵的容氧情况调整培养基中生物素配比,控制生物素用量,充分满足生长、耗糖、合成谷氨酸的需要,并且不能出现负面的影响。在采用生物素适量法工艺控制中,发酵培养基的总生物量控制在10.0 μg/L 以上,与生物素用量相配套的二级种子到大罐的接种量达到10.0%以上,湿菌体量控制1.0 mL/10 mL 以上;大罐初糖采用14%~16%的中高糖发酵,大罐前期(对数生长、转型期、发酵期) 的通风量已达到0.35 m3/s~0.45 m3/s,大罐最大湿菌体量达到0.9 mL/10 mL~1.0 mL/10 mL;在低糖(36.0%左右) 流加的情况下周期缩短到28 h~30 h,产酸可达到12.0%左右,转化率达到59.0%以上。适量法成功的经验说明,生物素量的设计不是孤立的一个条件,要与其他的工艺条件相配合。 4 发酵环境条件控制 4.1 温度控制
发酵罐温度根据发酵时间进程,在不同阶段按最适宜的微生物生长环境设定温度值。 4.2 pH 值控制
发酵罐pH 值程序控制根据生产实践长期摸索的规律,确定一条优化设定曲线,采用液氨流加,控制发酵液的pH 值。考虑到pH 值过程的非线性特性,为了提高控制效果,采用了有约束力的非线性补偿控制方法,pH 值的跟踪性能与抗干扰性能都较强,最大稳态误差pH 值不超过0.1。 4.3 压力控制
发酵罐压力的稳定不仅可以有效地防止染菌,减小供风阻力的波动,也有助于气液两相氧气分压的平衡和DO 值的稳定。该系统与空气流量控制系统虽然有明显的关联性,但通过调整控制器的有关参数,可以将这2 个变量分别控制稳定。 4.4 溶解氧控制
在发酵过程中恰当控制溶解氧, 改变代谢分布,可以增大谷氨酸产率,减少杂酸的生成。溶解氧最优控制水平为10%左右。在一般情况下,当发酵罐内有富余的空气且搅拌电机转速适中时,通过对搅拌电机转速控制可以得到良好的溶解氧动态过程,而在空气量不足或搅拌电机达到一定转速后,DO 变化受到限制,这时可以通过溶解氧和风量调回路得到继续改善 (三).产物的分离和提取 1.1浓缩等电工艺流程
浓缩等电工艺源自日本味之素公司糖蜜发酵谷氨酸的提取技术, 国内最早由河南莲花味精集团将其嫁接于淀粉糖原料发酵工艺上(图2), 该工艺没有采用/离交技术0, 优点是硫酸、液氨消耗低, 排放高浓度废水总量仅占发酵液体积的50% 左右。
211 清洁工艺流程
“清洁工艺”是由江南大学和山东菱花集团合作开发并于2000年成功产业化的开环式清洁工艺(图3)。通过絮凝除菌、多效蒸发浓缩、脱硫酸铵和造粒干燥等工序, 从离交尾液中回收菌体蛋白、无机和有机肥, 蒸发冷凝水回用, 既无废水又无废气。
图三
3 无废低耗工艺的构建与关键技术研究 311 无废低耗工艺的构建
吸取上述提取技术及高浓废水治理技术的优点而摒弃其缺点, 实现高收率、高质量、低物耗及资源综合利用等优势的集成, 是构建谷氨酸提取无废低耗工艺的目标。基于此目标构建的谷氨酸提取无废低耗