第三章谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养1.
谷氨酸产生菌生产谷氨酸的原理
谷氨酸产生菌生产谷氨酸的原理谷氨酸（Glutamic acid）是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药和化妆品等领域。
而谷氨酸的生产主要依靠谷氨酸产生菌（Glutamic acid-producing bacteria）进行，这些菌类具有独特的环境适应能力和代谢特点。
在本文中，我们将探讨谷氨酸产生菌生产谷氨酸的原理。
一、菌类的选择谷氨酸产生菌主要包括大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和谷糖激酶杆菌等。
这些菌类具有较高的谷氨酸产量和生长速率，且可在不同环境条件下生存繁殖。
其中，大肠杆菌是最常用的谷氨酸产生菌之一，其在发酵过程中能够高效地转化底物为谷氨酸。
二、底物的利用在谷氨酸的生产过程中，菌类利用底物进行代谢并产生谷氨酸。
底物主要有葡萄糖、乳糖和淀粉等，其中葡萄糖是最常用的底物之一。
菌类通过发酵作用将底物转化为有机酸和酶，进而产生谷氨酸。
三、酶的作用谷氨酸产生菌在代谢底物的过程中产生多种酶，其中谷氨酸合成酶是关键的催化剂。
谷氨酸合成酶能够有效地将底物转化为谷氨酸，并通过多重反应途径提高谷氨酸的产生效率。
此外，谷氨酸氨基转移酶也参与了谷氨酸的生产过程，促进了反应的进行。
四、环境条件的调控谷氨酸产生菌的生长和代谢活动受到环境因素的影响。
适宜的温度、pH值和氧气含量等因素有助于提高菌株的生长速率和谷氨酸产量。
此外，营养物质的浓度和微量元素的供应也对谷氨酸产生起到重要的调控作用。
五、代谢途径的优化为了提高谷氨酸的产量，科研人员进行了一系列的研究，并优化了菌株的代谢途径。
通过基因工程和突变育种等手段，改造或选择出高效的菌株，提高了谷氨酸的合成速率和产量。
同时，控制底物的供应和代谢产物的积累，避免不必要的能量消耗，也有助于提高谷氨酸的生成效率。
综上所述，谷氨酸产生菌通过代谢底物和产生特定的酶，在适宜的环境条件下，利用谷氨酸合成酶等关键酶催化，最终实现了谷氨酸的生产。
科研人员通过优化代谢途径和改造菌株，不断提高谷氨酸的产量和合成效率，为谷氨酸的工业化生产做出了重要贡献。
谷氨酸发酵中菌种选育与改良课件
通过基因工程技术，对谷氨酸发酵菌种进行遗传改良，提高菌种的发酵性能和产量。
详细描述
基因工程技术通过基因克隆、基因突变、基因转化等技术手段，对谷氨酸发酵菌种的基因进行修饰和改造，以提 高菌种的发酵性能和产量。例如，通过基因工程技术对谷氨酸棒状杆菌进行遗传改良，实现了谷氨酸的高产和高 转化率。
案例二：代谢工程技术应用案例
能的突变菌种。
代谢工程技术在菌种改良中的应用
代谢流分析
通过代谢流分析技术，了解菌种在发酵过程中的代谢变化，为菌 种改良提供理论依据。
酶活性调节
通过调节酶的活性，优化菌种的代谢途径，提高菌种的发酵效率 。
细胞代谢工程
通过细胞代谢工程手段，对菌种细胞进行整体调控，实现菌种的 高效表达。
诱变育种在菌种改良中的应用
初筛
根据菌种的形态、生长特 性等初步筛选出具有潜在 优良性状的菌株。
复筛
对初筛得到的菌株进行发 酵性能测定，选择性能优 良的菌株。
菌种性能评估
1 2
发酵产酸能力
评估菌种在发酵过程中的产酸能力，包括谷氨酸 产酸量、发酵周期等。
耐温、耐盐性能
评估菌种在不同温度和盐浓度下的生长和代谢能 力。
3
抗杂菌能力
总结词
通过物理、化学或生物诱变方法，对谷 氨酸发酵菌种进行突变处理，筛选具有 优良性能的突变株。
VS
详细描述
诱变育种通过物理、化学或生物诱变方法 ，如紫外线、化学诱变剂、转座子等，对 谷氨酸发酵菌种进行处理，诱发基因突变 ，筛选具有优良性能的突变株。例如，通 过化学诱变剂处理谷氨酸棒状杆菌，筛选 出高产谷氨酸的突变株。
总结词
通过代谢工程技术，对谷氨酸发酵菌种的代谢途径进行调控，优化菌种的代谢效率和产物产量。
3谷氨酸产生菌的特征育种和扩大培养.
选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株；
选育强化能量代谢的突变株； 选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株；
3.5 应用生物工程新技术选育谷氨酸产生菌
3.5.1 应用原生质体融合技术选育谷氨酸产生 菌
原生质体(protoplast)是指动植物和微生物细胞去
除细胞壁以后的一种细胞结构，Brenner等1958年
(3) 耐高糖、高谷氨酸突变株 选育在含20%葡萄糖和含15%味精平板上生长良好的 突变株。
3.4.3 选育不分解利用谷氨酸的突变株
选育以谷氨酸为唯一碳源菌体不能生长或生长微
弱的突变株。
平板法 选育不能生长或生长微弱的菌株。 摇瓶法 选育OD值净增极小的菌株。
3.4.4 选育细胞膜渗透性好的突变株
乙醛酸
⑤
↓ 琥珀酸 透过细胞膜 ←
柠檬酸 ↓ 顺乌头酸 ↓ 异柠檬酸
⑥
α-酮戊二酸
⑦
L-谷氨酸
↓ L-谷氨酸
NH4
+
②
③ 图3-3 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径
3.4.2 选育耐高渗透压的菌株
(1) 耐高糖突变株
选育在含20~30%葡萄糖平板上生长良好的突变株。
Hale Waihona Puke (2) 耐高谷氨酸突变株选育在含15~20%味精平板上生长良好的突变株。
（3）选育抗核苷酸类抗生素突变株，如抗德夸菌 素突变株。
谷氨酸产生菌的代谢控制育种小 结：
选育耐高渗透压的菌株；
选育不分解利用谷氨酸的突变株；
选育细胞膜渗透性好的突变株； 选育强化CO2固定反应的突变株； 选育减弱乙醛酸循环的突变株； 选育强化三羧酸循环中从柠檬酸到α-酮戊二酸代谢的突变株；
学习手册-谷氨酸发酵种子扩大培养
学习手册《子情境：谷氨酸发酵种子扩大培养》引导文-单元设计-技能考核标准-实训指导书子情境：引导文谷氨酸发酵种子扩大培养材料一：谷氨酸的性质完成下列信息！材料二：谷氨酸主要用途简介：（一）食品工业：谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。
阅读材料谷氨酸具有哪些性质？----------------------------------------------------（二）日用化妆品：谷氨酸作为营养药物可用于皮肤和毛发。
N—酰基谷氨酸钠系列产品是由谷氨酸缩合而成的性能优良的阴离子表面活性剂，广泛用于化妆品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等产品中。
焦谷氨酸钠（味精脱水生成的产物）具有极强的吸湿性，能保持皮肤湿润，防止干燥，并增强皮肤和毛发的柔软和弹力。
日本己有以谷氨酸钠（或谷氨酸）为原料生产的高级人造革、化妆品和洗涤剂等产品。
（三）医药行业：谷氨酸作有较高的营养价值，医学上主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。
（四）农业：谷氨酸与某些激素配合，可制成柑桔增甜剂；还可作为微肥的载体，在氮磷钾基本满足的条件下，作为叶面喷洒的微肥具有投入少、效益高等特点。
谷氨酸钠既是西红柿保护性杀菌剂，又是防治果树腐烂病的特效杀菌剂。
氨基酸铜是目前生产上良好的杀菌剂，有机铜比无机铜的应用效果好。
材料三：谷氨酸生产水平与市场分析生产水平：谷氨酸棒状杆菌-生物素敏感型高产菌株：采用生物素亚适量工艺，发酵32h，产酸达140g/L以上，糖酸转化率达62%以上，国内同类研究的领先水平。
谷氨酸棒状杆菌-谷氨酸温度敏感型突变株：在最佳发酵条件下，发酵24h，产酸达到160g/L，糖酸转化率达72%，国际同类研究的先进水平。
市场分析：我国味精工业的产量稳居世界第一位，2007年全国味精产量达190万吨。
味精工厂的味精平均销售价格为7,800元/吨，成本为7,000元/吨。
按照上述产量计算，我国味精工业中纯味精的总产值约150亿元，加上相当于上述总值30%的副产品（主要是饲料蛋白、化肥、液态肥料）的产出，我国味精工业年生产总值约为200亿元人民币。
第三章谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养
第七节、菌种保藏技术 保藏原理：挑选优良品种，抑制微生物的代 谢活性，创造休眠环境。 保藏要求：保持菌种优良特性，经济方便。
保藏后使用前需再次检测和确定保藏菌种的 形态学和生化特征(如代谢产物的产生、酶 活力、遗传特征及生化指标)。
保藏方法
(1) 低温冷冻保藏； (2) 转接培养或斜面传代保藏； (3) 矿物油保藏； (4) 土壤或陶瓷珠等载体干燥保藏。
（2）传代保藏
斜面培养基，平行传代，普通冰箱，三个 月以下保存，供试验用。
（3）矿物油保藏
将琼脂斜面培养物直立浸入矿物油中于4~6℃下 保藏，简便有效，可用于丝状真菌、酵母、细菌 和放线菌的保藏。特别用于难以冷冻干燥的丝状 真菌和难以在固体培养基上形成孢子的担子菌。 保存时间1~2年。
（4）载体保藏 麦壳，砂土灭菌后可用作载体,培养好的微生物细 胞或孢子用无菌水制成悬浮液,注入灭菌的沙土管 中混合均匀，或直接将成熟孢子刮下接种于灭菌 的沙土管中，使微生物细胞或孢子吸附在沙土载 体上，将管中水分抽干后熔封管口或置干燥器中 于4～6℃或室温进行保存的一种菌种保藏方法。 多用于产抗生素菌种。 •保藏时间2~10年。
4.节杆菌属(Arthrobacterium)
二、现有谷氨酸生产菌的主要特征
细胞形态短杆形、棒形； 革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢，不能运动； 需氧型微生物； 生物素缺陷型； 脲酶强阳性； 不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶 等；
发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜 渗透性改变； 二氧化碳固定反应酶系强； 异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循 环弱； α-酮戊二酸氧化能力微弱； 柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、 谷氨酸脱氢酶活性强； 具有向环境泄露谷氨酸的能力； 不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，产谷 氨酸8%以上；
三谷氨酸生产菌及扩大培养
举例：通过基因工程构建谷氨酸生产 菌B44
• 在谷氨酸生产中，依其代谢途径，把不必要的代谢 途径 (经诱变阻断了a一酮戊二酸到琥珀酰CoA和乙 醛酸两条代谢途径) 切断后，同时诱变出细胞渗漏型 甘油缺陷 B 4 ，以便让谷氨酸有效外漏，解除因代 谢途径改变后细胞内代谢产物谷氨酸过度积累而产 生的反馈抑制，谷氨酸产量有一定提高( 经诱变筛选 得到的营养缺陷型突变株 B 4比其出发菌株 B l提高 产酸率 18.6 ％ 和对糖的转化率提高 12.3 ％) 。
二、谷氨酸发酵不同阶段的菌体形态
从谷氨酸发酵中菌体形态的变化来 看,大致可以分为长菌型细胞、转移期细 胞和产酸型细胞3种不同时期的细胞形态。
三、谷氨酸发酵感染噬菌体后的菌体 形态
发酵前期感染噬菌体后，菌体细胞明显减少, 细胞不规则，发圆、发胖，缺乏“Ｖ”字形排列， 有明显的细胞碎片，严重时出现拉丝、拉网， 互相堆在一起，几乎找不到完整的菌体细胞,类 似蛛网或鱼翅状。 在发酵中、后期感染噬菌体后，菌体细胞 形态不规则，边缘不整齐，有的边缘似乎有许 多毛刺状的东西，有细胞碎片 。
举例：通过基因工程构建谷氨酸 生产菌B44
结果： 经基因工程改造后的 B 4 4对糖的转化 率有所提高，谷氨酸产量有较大的提高， 这主要是增大磷酸果糖激酶剂量，解除了E MP途径中的磷酸果糖激酶的限制， 以致 解除了磷酸果糖激酶对已经改造的谷氨酸 整个代谢途径的限制，故物流代谢增强。 以致B44对糖的转化率有所提高，谷氨酸 产量有较大的提高。
（2） 一级种子（摇瓶）
培养基：葡萄糖2%，尿素0.5%，玉米浆 2.5%， K2HPO4 0.1%
培养条件：于1000ml三角瓶中，装液200-250ml,32℃培 养12小时。 培养基特点：有利于菌体的生长，所使用的原料已经基 本接近于发酵培养基
谷氨酸生产菌的选育
生化121
•
22号
谷氨酸生产菌的选育方法，主要是
采用常规的诱变育种及遗传工程技 术构建工程菌株。
诱变育种
利用各种诱变剂处理微生物细胞， 提高基因的随即突变频率，扩大变 异幅度，通过一定的筛选方法，获 取所需要优良菌株的过程，称为诱 变育种。
诱变育种包括诱变和筛选两个部分：首 先，以合适的诱变剂处理大量而均匀分
（5）摇瓶筛选 将突变株接入摇瓶发酵培养集中，进 行摇瓶发酵，比较菌株的谷氨酸产量，选出谷氨酸高 产菌株。
(6)原生质体制备 将DES突变株的斜面菌接入一级种子 培养集中，32摄氏度振荡培养5h，加入青霉素G，使青 霉素G的浓度为0.6U/ml，继续培养3h，离心弃去上清 液，用高渗稳定液洗涤2次，将菌体与高渗稳定液混合， 于装有玻璃珠的无菌三角瓶充分振荡，制成菌体的高渗 悬液，调节菌体浓度为（1-3）× 个/ml。然后，加入 溶菌酶，使其浓度为200-800U/ml，恒温32摄氏度振荡 处理，镜检观察原生质体的形成情况，当95%以上的细 胞变为原生质体时，离心弃去上清液，用高渗稳定液洗 涤2次，最后制成原生质体的高渗悬液。取1ml原生质体 悬液，用无菌水稀释后涂布于完全培养基上恒温28摄氏 度培养72h，以霉检前的菌悬液为对照，根据在平板上 形成的菌落数计算原生质体形成率，计算公式如下：原 生质体形成率=
体再生→香豆素和氯化锂平板筛选
→谷氨酸为唯一碳源平板筛选→摇 瓶筛选→UV突变株→稳定性试验 →生产条件试验
谷氨酸菌诱变选育操作步骤
（1）菌悬液的制备 将出发菌株AS1.299斜面菌接入一 级种子培养集中，32摄氏度振荡培养8h，离心去清夜， 加入7.0缓冲液稀释菌体泥制菌悬液。
（2）硫酸二乙酯诱变 在菌悬液中加入硫酸二乙酯， 使硫酸二乙酯浓度为1%（体积分数），在电磁搅拌下 处理20—30分钟，处理后加入硫代硫酸钠终止反应。
天津科技大学氨基酸发酵工艺学
第四章 谷氨酸发酵控制 第三节 pH值对谷氨酸发酵的影响
一、 pH值对谷氨酸发酵的影响 二、发酵过程pH 值的变化及控制
第四章 谷氨酸发酵控制 第四节 供氧对谷氨酸发酵的影响
一、溶解氧与谷氨酸的需氧量 二、供氧对谷氨酸发酵的影响 三、供氧与其他发酵工艺条件的关系 四、氧对发酵影响的微生物生理学考察
S9114 华南理工大学 FD415 上海复旦大学 TG961 天津科技大学
第三章 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养
第三节 谷氨酸生产菌在发酵过程中的形态变化
一、种子的菌体形态
斜面和一、二级种子培养在不同培养条件下,细胞形态基本相似。斜面培养的 菌体较细小,一、二级种子比斜面菌体大而粗壮,革兰氏染色深。多为短杆至棒杆状, 有的微呈弯曲状,两端钝圆,无分枝;细胞排列呈单个、成对及"V"字形,有栅状或不规 则聚块;分裂的细胞大小为0.7～0.9*1.0～3.4um。由于生物素充足,繁殖的菌体细胞 均为谷氨酸非积累型细胞。
第一章 淀粉水解糖的制备 第二节 淀粉水解糖的制备方法
一、淀粉水解糖的生产意义和水解糖的质量要求 二、淀粉水解的方法及其比较
1、酸解法 2、酶酸法 3、酸酶法 4、双酶法
第一章 淀粉水解糖的制备
第三节 双酶法制糖工艺
淀粉双酶法制糖工艺主要包括:淀粉的液化和糖化两个步骤。 液化是利用液化酶使淀粉糊化,粘度降低,并水解到糊精和低聚糖 的程度。糖化是用糖化酶将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖 的过程。
各种微生物在一定条件下,都有一个最适的生长温度范围。 谷氨酸产生菌的最适生长温度为30～40℃,产生谷氨酸的最适 为35～37℃。若温度过高,菌体容易衰老。生产上表现为OD值 增长慢,pH值高,耗糖慢,发酵周期长,谷氨酸生成少。应及时降 温,采用小通风,流加尿素以少量多次;必要是时可补加玉米浆,以 促进生长。适当提高温度可加快发酵速率。
谷氨酸的菌株选育及发酵生产
谷氨酸的菌种选育及发酵生产谷氨酸是构成蛋白质的20种常见α氨基酸之一，是一种酸性氨基酸。
它是谷氨酰胺、脯氨酸以及精氨酸的前体物质。
L-谷氨酸是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺乳动物非必需氨基酸，在体内可以由葡萄糖转变而来。
D-谷氨酸则参与多种细菌细胞壁和某些细菌杆菌肽的组成。
谷氨酸的生物合成途径大致是这样的：葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成磷酸烯醇式丙酮酸，其进一步转换为丙酮酸，丙酮酸经氧化生成乙酰辅酶A(乙酰CoA)，然后进入三羧酸循环（同时，丙酮酸也固定二氧化碳产生草酰乙酸进入三羧酸循环），生成三羧酸循环中间产物α-酮戊二酸。
α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。
当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。
因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。
菌种的选育：在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。
研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。
因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，如生物素缺陷型菌种的选育。
生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。
生物素缺陷型菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。
而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之一。
因此，磷脂的合成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不完整，提高细胞膜对谷氨酸的通透性。
由于谷氨酸的分泌受细胞膜控制，而影响细胞膜的谷氨酸通透性主要是细胞膜的磷脂含量。
因此，提高细胞膜谷氨酸通透性，必须从控制磷脂含量着手或者使细胞膜受损伤。
磷脂由不饱和脂肪酸、甘油、磷酸和侧链组成，因此，可通过选育这几种物质的缺陷型。
1．选育耐高渗透压菌株耐高糖（20-30%）、耐高谷氨酸（15-20%）、耐高糖、高谷氨酸（20%+15%）2．选育不分解利用谷氨酸菌株以谷氨酸为唯一碳源菌体不能生长或生长微弱3.选育细胞膜渗透性好的菌株（1）生物素缺陷型生物素是脂肪酸生物合成中乙酰CoA羧化酶的辅酶，该酶催化乙酰CoA合成丙二酰CoA。
谷氨酸发酵种子扩大培养任务单.
1、谷氨酸棒杆菌摇床培养
（1）谷氨酸棒杆菌无菌接种技术
（2）谷氨酸棒杆菌摇床培养技术
四、实训要求
1、对无菌接种及谷氨酸棒杆菌生长条件的查阅，了解无菌操作接种技术及谷氨酸棒杆菌生长最适温度、最适pH等内容。
2、掌握无菌操作接种技术及摇瓶培养技术。
2、将实训内容进行总结、分析，写出实训报告。
技能要求
子情境：谷氨酸发酵种子扩大培养
情境
教学要求
实训设备
教学场所
课时
子
情
境
：
谷
氨
酸
发
酵
种
子
扩
大
培
养
1.无菌操作接种
超净工作台
工业发酵实训室
2
2.摇床培养
震荡培养箱
工业发酵实训室
任务工单
《子情境：谷氨酸发酵种子扩大培养》
任务单-技能要求
任务单
子情境：谷氨酸发酵种子扩大培养
一、实训目标
通过对谷氨酸棒杆菌无菌接种、震荡培养箱培养等训练内容，能熟练掌握超净工作台无菌接种、培养箱摇瓶培养等技能。
二、使用器材及药品
斜面菌种：谷氨酸棒杆菌
器材：接种针、酒精灯、超净工作台、恒ห้องสมุดไป่ตู้震荡培养箱等
谷氨酸生产的培养基和发酵工艺控制的主要技术参数
谷氨酸生产的培养基和发酵工艺控制的主要技术参数摘要：谷氨酸非人体所必需氨基酸，但它参与许多代谢过程，因而具有较高的营养价值，谷氨酸能与血氨结合生成谷酰胺，接触组织代谢过程中所产生的氨毒害作用，另外谷氨酸单钠盐有很强烈的鲜味，是重要的调味品。
关键词：谷氨酸发酵影响因素工艺控制谷氨酸发酵主要原料有淀粉、甘蔗蜜糖、甜菜蜜糖等，国内多以淀粉为原料生产谷氨酸。
谷氨可通过谷氨酸生产菌在代谢过程中合成，这是一个复杂的过程，第一步是将原料淀粉水解成糖，即糖化作用，第二步是将糖在谷氨酸菌的作用下发酵成谷氨酸。
由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径：一、谷氨酸的生物合成途径主要有EMP途径、HM途径、TCA途径、乙醛酸循环、伍德—沃克反应等。
谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA)，然后进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸。
α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。
当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。
因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。
二、谷氨酸生产菌的生化特征有：1、有催化固定CO2的二羧酸合成酶；2、a —酮戊二酸脱氢酶的活性很弱，这样有利于a —酮戊二酸的蓄积；3、异柠檬酸脱氢酶活力很强，而异柠檬酸裂解酶的活性不能太强，这样有利于谷氨酸前提物a —酮戊二酸的合成，满足合成谷氨酸的需要；4、谷氨酸脱氢酶的活力高，这样有利于谷氨酸的合成；5、谷氨酸生产菌经呼吸链氧化++H NADPH 的能力要求弱；6、菌体本身进一步分解转化和利用谷氨酸的能力低下，利于谷氨酸的蓄积。
三、谷氨酸发酵工艺谷氨酸生产菌能在菌体外大量积累谷氨酸是由于菌体代谢调节处于异常状态，只有具特异性生理特征的菌体才能大量积累谷氨酸，这样的菌体对环境条件是敏感。
谷氨酸发酵是建立在容易变动的代谢平衡上，是受多种条件支配的。
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谷氨酸生产菌的特征、育种 及扩大培养
1 谷氨酸生产菌的主要特征● 2
国内谷氨酸生产菌及其比较● 目录 contents
3 谷氨酸生产菌在发酵过程中的形态变化●
4 谷氨酸发酵的代谢控制育种策略●
5 利用生物工程技术选育谷氨酸生产菌●
6 菌种的扩大培养及种子的质量要求 ●
第一节. 谷氨酸生产菌的主要特征
（8）异柠檬酸裂解酶活力弱，乙醛酸循环 弱。 （9）α -酮戊二酸氧化能力微弱。 （10）NADPH2进入呼吸链能力弱。 （11）柠檬酸合成酶、乌头酸梅、异柠檬 酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力强。 （12）能利用醋酸，不能利用石蜡。 （13）具有向环境中泄露谷氨酸的能力。 （14）不分解利用谷氨酸，并能耐高浓度 的谷氨酸，产谷氨酸5%以上。
3
小杆菌属(Microbacterium)
形态与棒状杆菌相似。 发酵葡萄糖产酸弱，主 要产乳酸。 G+
4
节杆菌属(Arthrobacterium)
培养过程中，细胞形态变化较大
球菌 球菌。
G+ G+
杆菌，杆菌
G- , G-
二、谷氨酸棒状杆菌基因组研究进展
谷氨酸棒状杆菌ATCC 13032
GenBank NC004369
三、现有谷氨酸生成菌的主要特征
（1）细胞形态球形、棒状以及短杆状。 （2）G+，无芽孢、无鞭毛，不能运动。 （3）需氧型、生物素缺陷型微生物。 （4）脲酶强阳性 （5）不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白 以及明胶。 （6）发酵中菌体发生明显的形态变化，同 时发生细胞膜渗透性的变化。 （7）CO2固定反应酶系活力强。
一、现有谷氨酸生产菌的分类
现有谷氨酸生产菌主要是棒状杆菌属、短杆菌属、 小杆菌属及节杆菌属中的细菌。 1. 棒状杆菌属(Corynebacterium) 直到微弯的杆菌，一 端膨大呈棒状，折断 分裂形成“八”字形 或栅状排列。葡萄糖 发酵产酸，G+
2
短杆菌属(Brevibacterium)
短的不分枝直杆菌。 多数从葡萄糖发酵产酸， 不发酵乳糖。 G+
3、生理特征
★ 对氧的要求：好氧及兼性厌氧。 ★ 与温度的关系：菌株26~37 ℃ 培养生长 良好，75 ℃ 处理10min不再生长。 ★ pH的影响： pH6~10生长良好， pH5生长 微弱， pH4和pH11已不能生长。 ★ 还原硝酸盐：反映强烈。 ★ 不水解淀粉，不分解纤维素。 ★ 对尿素的耐力，5%以上生长受抑制。 ★ 脲酶试验：强阳性反应。 ★ 产酸物质的测定：G、果糖、甘露糖、 蔗糖、麦芽糖、水杨苷、七叶灵 ★ 生长因素试验：生物素是必需生长因子。 硫胺素是促生长作用。
第二节 国内谷氨酸生产菌及其比较
一、 北京棒杆菌(AS1299)的形态和生理特征
1、形态特征
短杆至小棒状，有时微弯曲，两端钝圆，不 分枝，呈多种形态。
单个、成对及“V”字形排列。 G+。胞内有横隔。不运动。无芽孢。
2、培养特征
普通肉汁琼脂平板：菌落圆形， 24h白 色，48h淡黄色，中央隆起，表面湿润、 光滑，有光泽，边缘整齐且呈半透明状， 无黏性，不产生水溶性色素。
三、天津短杆菌(T613)的形态和生理特征
1、形态特征
典型的短杆状，有时微弯曲，两端稍 钝圆，不分枝。单个、成对及“V”字 形排列。折断分裂。 G+。不运动。无芽孢。
2、培养特征
★ 普通肉汁琼脂平板：菌落圆形，浅 黄色， 表面湿润、光滑，隆起，边缘 整齐，较薄，半透明，无黏性，不产生 水溶性色素。
3、生理特征
★ 对氧的要求：好氧及兼性厌氧。 ★ 与温度的关系：菌株26~37 ℃ 培养生长良好， 不耐高温，41 ℃ 生长较弱。 ★ pH的影响： Ph5~10均能生长，最适 pH6~7.5。 ★ 还原硝酸盐：反映强烈。 ★ 石蕊牛奶培养：7d后微产碱。 ★ 不水解淀粉，不分解纤维素。 ★ 对尿素的耐力，2.6%以上生长受抑制。 ★ 脲酶试验：强阳性反应。 ★ 产酸物质的测定：G、果糖、甘露糖、蔗糖、麦 芽糖迅速产酸。 ★ 生长因素试验：生物素是必需生长因素。硫胺 素明显促生长。
B9
大
短
后提取容 易，收率 较高，质 量较好
分泌色 素较多
2.5
菌种 细胞 大小 小
天津短杆菌(T613)与钝齿杆 菌(B9)的比较
二、钝齿棒杆菌(AS1542)的形态和生理特征
1、 形态特征 短杆至棒状，有时微弯曲，两端钝 圆，不分枝。单个、成对及“V”字形排 列。 折断分裂。 G+。胞内有横隔。不运动。无芽孢。
2、 培养特征
普通肉汁琼脂平板：菌落圆形，近草黄色， 表面湿润、光滑，无光泽，边缘顿齿状，较 薄，半透明，无黏性，不产生水溶性色素。
3、生理特征
★ 对氧的要求：兼性厌氧。 ★ 与温度的关系：菌株20~37 ℃ 培养生长良 好，不耐高温，42 ℃ 不生长。 ★ pH的影响： pH6~9生长良好， pH10生长微 弱， pH4~5已不能生长。 ★ 还原硝酸盐：反映强烈。 ★ 石蕊牛奶培养：7d后微产碱。 ★ 水解淀粉，不分解纤维素。 ★ 对尿素的耐力，2.6%以上生长受抑制。 ★ 脲酶试验：强阳性反应。 ★ 产酸物质的测定： G、果糖、甘露糖、蔗 糖、麦芽糖、水杨苷、七叶灵等迅速产酸。 ★ 生长因素试验：生物素是必需生长因子。
基因工程育种（重组DNA技术）
目前应用发酵法生产L-乳酸 常用的微生物仅有两大类:一 类为细菌,多采用乳酸菌,另 一类为根霉。根霉可以直接 利用淀粉质原料生产L-乳酸, 但是产酸量低,副产物多,转 化率低。Sauer等构建了包含 乳杆菌L-乳酸脱氢酶基因的 毕氏酵母,它利用木糖发酵, 初始浓度为100g/L，生产L乳酸达到58g/L，比利用葡萄 糖产生乳酸的水平高。
四、北京棒杆菌(7338)与钝齿棒杆 菌(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ9)的比较
菌种 7338 细 胞 细 胞 等电点 大小 形态 小 菌 落 生物素 生长因 颜色 用量 子 变 化 pH3.0-4.2 接近谷 乳 白 4-5ug/L 生物素 不大 氨酸结晶等电点 色 和硫胺 素 伸 长 不在该 pH 范围 草 黄 5-8ug/L 生物素 膨大 色 发酵 噬菌体 周期 类型 长 感染噬 菌体的 类型不 同， 不会 交叉感 染