L-赖氨酸是构成蛋白质的一种必须氨基酸，哺乳动物不能自行合成，且在谷物食品中含量极低，在加工过程中损失严重，所以被称为第一限制性氨基酸。目前，在L-赖氨酸的应用领域其生产方法多为发酵法，主要以糖蜜、葡萄糖等原料为碳源；现阶段比较典型的菌种为大肠杆菌和谷氨酸棒状杆菌等[1]，发酵方式采用半连续发酵的方式，通过流加糖和硫铵来控制赖氨酸的发酵过程，达到最大化累积赖氨酸的目的。

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生产菌利用葡萄糖等营养成分代谢产L-赖氨酸的原理方程式为

在夏季运行工况下，空冷岛冷却能力下降，机组背压较高，煤耗较高，通常采取对空冷单元喷淋除盐水的方式，来降低机组背压。但这样会消耗大量的除盐水，一方面影响经济效益，另一方面对空冷翅片管束的防腐和使用寿命造成不利影响。由于内蒙古火电装机容量过剩，夏季运行工况下，机组通常为一运一停。将相邻两台机组的空冷散热器连通起来，一台机组停运时，将停运机组的空冷散热器为另一台在运机组的乏汽散热，从而可有效利用闲置的设备，增加运行机组的空冷岛散热能力，降低春、夏、秋季节运行的机组背压。

3C6H12O6+4NH3+4O2=2C6H14O2N2+6CO2+10H2O

在发酵过程的产酸期内，由葡萄糖生物转化为赖氨酸，可见糖液的过程控制对赖氨酸发酵的重要性，控制的好坏将直接影响到产酸浓度、糖酸转化率等发酵指标。本文通过研究糖液是否参与实消、糖液连消温度和时间及以残糖浓度为目标值反馈控制糖液流加3个过程因素来分析糖液的过程控制对赖氨酸发酵的影响，分别从发酵技术指标和发酵生产过程中问题排查两个角度来确定过程控制参数，保证赖氨酸发酵的质量和产量，提高产品的收益。

1 赖氨酸发酵工艺

由图3可知，A罐的Lys浓度(赖氨酸浓度)从发酵初期就低于B罐，且有随着发酵的进行浓度差不断扩大的趋势，尤其体现在18～36 h代谢旺盛期内，浓度差在发酵到30 h时最大，分别为14.1 g/dL和16.7 g/dL。在发酵末期(45～48 h间)，两罐中菌体活力殆尽，基本不再产酸。在发酵终点放罐前测得两罐酸浓度分别为17.95 g/dL和19.44 g/dL，相差1.49 g/dL。

在特定的消毒时间内，保证发酵所需要的杀菌温度是连消工艺的关键，但在工业生产过程中，往往存在过度消毒的问题。对糖液而言，过度消毒易产生美拉德反应，造成部分糖液的损耗及成分变化，改变菌种生存环境，进而影响菌体增值及代谢活力，最终体现在罐内发酵液的酸浓度上，可见，相对低温的糖液连消将有更高的产酸浓度和糖酸转化率。在大生产过程中，看待问题需要一分为二，在糖液质量不好，尤其是存放时间较长，罐内存在或疑似存在杂菌的情况下，针对糖液的连消温度，仍建议选用相对较高的连消温度。如因杀菌不彻底造成发酵罐内染菌，将会出现发酵周期严重缩短、产酸率大幅降低、糖酸转化率大幅降低的情况，造成严重的经济损失。

消毒后的糖液需要以流加的方式进入发酵罐内，选择合适的补糖速率，可将罐内糖浓度控制在一定的阀值内，创造菌体所需要的生长环境，有效控制菌体增值和代谢[5]。为了准确控制糖流加过程，获得良好的发酵指标，研究了以残糖量(RS)为目标值，整个发酵周期内糖流加量与菌密度(OD值计)的变化趋势，其结果详见图4。

  

图1 糖液连消工艺流程图

2 糖液过程控制对菌种培养及生产L-赖氨酸的影响

式中：m0表示小波函数；ω表示角向量；hk1是有限长度实数数列；k1=0,1,…,2N-1，为调整系数；N是小波阶数；e-iωk1是小波基。

2.1 糖液参与实消过程对种子培养的影响

种子罐的实消采用不断通入饱和蒸汽进行灭菌的方法，灭菌温度控制在123 ℃左右，维持时间约30 min，属于典型的高温湿热灭菌，是容易造成美拉德反应的一种方式。美拉德反应是羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)间的非酶褐变反应[4]，会消耗种子培养基中的葡萄糖和氨基酸类物质，破坏营养成分，对微生物的生长和发酵具有抑制作用。在二级种子培养过程中，对糖液是否参加实消过程进行了分批实验，结果见图2所示。

  

注：底糖未实消，糖液在种子罐实消后流加入罐；底糖实消，糖液在种子罐实消前流加入罐。 图2 二级种子菌体生长变化曲线

由图2可以看出，在糖液未实消的情况下，菌体增殖快，在第9 h取样测定时，其OD值(代表菌密度)达到0.77，接近二级种子培养的阈值，可以停止培养，作为发酵罐的菌种备用；而糖液参与实消后，其菌体增殖速率明显变小，第9 h的取样结果仅为0.439，直至培养到15 h时，其OD值才达到0.79。由此可见，糖液实消对种子培养的营养成分造成破坏，明显抑制了种子的增殖生长，影响是消极的，因培养周期的延长，不仅增加了能耗和人工成本，也一定程度上影响种子的活力，对后期发酵产生不利影响，故在正常生产情况下，应在种子罐实消后再将糖液流加入罐。

由图4可以看出，从第6 h开始，残糖量基本在0.5～1.0 g/dL的区间内波动，菌密度在18 h左右趋于最大值，从21 h到发酵终点，OD值基本维持在0.9～1.0之间，为了保证菌体增值及代谢的碳源需求，糖流加主要分3个阶段：前期以增值需求为主，糖流加量较小，避免加糖过多，使得发酵液渗透压过大，影响菌种增值；中后期以产酸代谢为主，以保证残糖量在合理区间内较小波动为目标，合理流加糖液；末期，菌体活力殆尽，增值及代谢产酸较少，需严格控制添加量，根据检测结果及时停糖，尽量保证在停罐前耗完发酵液中的糖，即能减损又利于后端干燥工作的顺利进行。

葡萄糖作为大肠杆菌发酵最常用的碳源[3]，研究葡萄糖液在大生产过程中的运行指标，优化培养基中的碳源，能对种子培养和发酵过程中菌体生产进行有效控制；并采用葡萄糖反馈控制补料方式控制发酵过程中的残糖含量，可显著提高生物转化率和赖氨酸产量。本文主要从糖液是否参与实消、糖液连消温度及时间、糖液流加控制3个方面论述赖氨酸大生产过程中糖液对种子培养及发酵的影响。

2.2 糖液连消的温度和时间对发酵的影响

由前述糖液连消的工艺描述可知，其过程控制的关键参数为温度和时间，控制好连消过程中的温度和时间不仅达到很好的消毒效果，而且避免因过度消毒造成糖液成分的破坏，为了验证并比较不同连消温度对发酵产酸的影响，从而实现对糖液消毒过程的准确控制，在特定的维持时间下，分别在121 ℃～123 ℃及105 ℃～108 ℃温度范围内对糖液进行消毒，并测得对应的发酵产酸浓度，其结果见图3所示。

  

注：A罐(所用糖液连消温度为121 ℃～123 ℃)；B罐(所用糖液连消温度为105 ℃～108 ℃)。 图3 糖液连消温度对发酵产酸(赖氨酸浓度)的影响

发酵采用第三代大肠杆菌菌种，辅以低糖发酵、采用无毒甲基供体物、连续流加控制工艺[2]及底料连消技术，有效提高发酵产酸水平和糖酸转化率，降低生产成本。在指定的原料及辅料质量条件下，发酵产酸可达到19.0%～20.5%，转化率达到70%～71%的较高水平。

赖氨酸发酵采用间歇发酵方式。根据工艺要求，配置发酵配方，在发酵过程中通过流加糖和硫铵来补充碳源和氮源。并在发酵工程中通入无菌空气以满足发酵需求。最终通过培养得到富含赖氨酸的发酵醪液。

2.3 糖液流加控制对发酵的影响

其中，浓糖灭菌采用连续式消毒的方法进行，在线检测其温度、流量等过程参数，其工艺流程如图1所示。在温度123 ℃～125 ℃条件下，热水循环约1 h后，准备开始向连消系统进糖。浓糖依次经过换热板换、加热板换、维持罐、换热板换后进入浓糖流加罐内。连消期间，调节加热板换的蒸汽阀，将浓糖出口温度维持在指定消毒温度下，同时控制浓糖的流量，以达到在维持罐内的消毒维持时间。浓糖进料结束后，流加罐内浓糖作为二级种子培养及发酵培养的碳源使用。

  

图4 发酵周期内糖流加量与菌密度

虽然糖液参与实消对种子培养产生不利影响，但在实际大生产过程中，糖液实消也有积极意义的一面。当非正常生产情况下，尤其是在糖液流加罐疑似染菌、种子罐染菌原因不明等情况下，糖液实消有利于快速判断染菌是否由糖液系统引起，为准确定位染菌位置、分析排查染菌原因起到重要作用。

3 结论

(1)二级种子罐的糖液参与实消与较高温度的糖液连消都属于过度消毒范畴，在发酵培养参数指标方面：二级种子的培养时间由9 h延长至15 h，增加近67%，增加了能耗和人工成本，也导致种子活力降低，所以应在种子罐实消后再将糖液流加入罐；相对较高的糖液连消温度造成发酵终点产酸浓度低1.49 g/dL，以终点放料时罐内发酵液体积240 m3计，则一罐产酸量降低至少3.5 t，正常生产时宜选用较低温度的连消工艺。

目标具有极为重要的导向作用。对于校企合作的实施而言，合理职业体育教学目标的确立很关键，最好是由企业与学校共同完成，双方共同展开对于人才的培养。这样的话，对于学校而言，在日常的教学计划设置中，除了一些基础性的知识和综合性的知识以外，还应该切实做好实践技能的培训，这样的话，人才培养的针对性就更加理想了，利于学生毕业之后的就业上岗。

(2)赖氨酸发酵过程中最大的问题为染菌，在生产过程中出现染菌时，此时发酵指标不再是第一目标，不可避免的会出现过度消毒的情况，而文中所分析研究的内容能很好的为找到染菌原因，排查问题起到指导作用。

(3)合理选择糖液消毒方式及参数，准确控制糖液的流加过程，有利于菌体的稳定生长和较高效率的合成赖氨酸，从而保证发酵的产量和质量。

另外，对有些中小型项目，往往要求投资相对较大的细部结构工程单独列项计算，如铜片止水或者照明设施等。由于未提供细部结构指标组成，造成其他细部结构要么不再计列造成漏算，要么都算造成重算。当然，也有的专家要求所有细部结构都不单独列项，仍按综合指标计算，造成少算。

参考文献

[1] Kim Y H, Park J S, Cho J Y, et al. Proteomic response analysis of a threonine-overproducing mutant of Escherichia coli [J]. The Biochemical Journal, 2004, 381: 823-829.

[2] 周 勇,满 云,张伟国. L-赖氨酸高产菌发酵的研究[J]. 食品与微生物学报，2011，30(6)：924-927.

[3] 程立坤,赵春光,黄 静，等. 葡萄糖浓度对大肠杆菌发酵L-色氨酸的影响[J]. 粮食与发酵工业，2010，36(3)：5-9.

[4] 付 莉,李铁刚. 简述美拉德反应[J]. 食品科技，2006(12)：9-11.

[5] Eiteman M A, Altman E. Overcoming acetate in Escherichia coli recombinant protein fermentations [J]. Trends Biotechnol, 2006, 24(11):530-536.