发酵工艺实例介绍

为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？ 生物素：乙酰羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。控
制生物素含量，可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨酸 的分泌和反馈调节。
生物素含量高时，细胞膜致密，阻碍分泌，并引起反馈抑 制，加适量青霉素可提高产量。
青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，引起肽聚糖结构 中肽桥无法交联，造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物 外渗，降低了谷氨酸的反馈抑制，提高了产量。
脂肪酸＋甘油磷酸 磷脂＋蛋白质 生物膜
因此，脂肪酸是组成细胞膜类脂的必要成分。 生物素限量，不利于脂肪酸的合成，有利于
谷氨酸透过细胞膜分泌至体外。
使胞内代谢产物迅速排出的方法
. 用生理学手段——
缺损
直接抑制膜合成或使膜受
如: 发酵中，控制生物素亚适量可大量分 泌；
当培养液中生物素含量较高时采用适量 添加青霉素的方法；
.无机盐：磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中 磷酸盐对发酵有显著影响。
不足：糖代谢受抑制，菌体生长不足。 过多：.细胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。
.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩 合生成缬氨酸的前体物—— －乙醛乳酸， 使缬氨酸在发酵液中蓄积。
. 生长因子：生物素 作用：影响细胞膜通透性和代谢途径。
. 利用膜缺损突变株 —— 油酸缺陷型、甘油缺陷型
如:用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程 中，有限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使 细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。 甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型 菌株低，易造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺 陷型菌株，就是在生物素或油酸过量的情况下， 也可以获得大量谷氨酸。
谷氨酸脱氢酶
（）还原氨基化反应: －酮戊二酸
谷氨酸
回补反应
COOH
COOH
COOH
苹
果
酸
酶
CHOH
苹
果
酸
脱氢酶
CO
CO
CH3
NADPH CO2
NADP+ CH2 NAD+ COOH
NADHCH2 COOH
.谷氨酸生产菌的生化特征 （）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。 （） －酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸 脱氢
酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。 （）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化
的能力弱。 （）菌体本身利用谷氨酸的能力低。
.谷氨酸产生菌（全是细菌）
棒杆菌属 北京棒杆菌 .
钝齿棒杆菌 .
谷氨酸棒杆菌 .
短杆菌属
黄色短杆菌 .
产氨短杆菌 .
小杆菌属
嗜氨小杆菌 .
节杆菌属
球形节杆菌 .
共同点： ）革兰氏阳性。 ）不形成芽孢。 ）没有鞭毛，不能运动。 ）需要生物素作为生长因子。 ）在通气条件下产谷氨酸（需氧微生
（）作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶 乙酰
的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影 响
磷酯的合成。 （）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。 因为：
生物素：族维生素的一种，又称维生素 或辅酶。是合成脂肪酸所必需的。
脂肪酸的生物合成：
利用乙酰（直接原料是丙二酸单酰）在 乙酰羧化酶（辅基为生物素）催化下合成。
物）。
三、谷氨酸发酵的工艺控制 （一）培养基
. 碳源：淀粉水解糖、糖蜜、 乙醇、烷烃
（）淀粉水解糖的制备 （）糖蜜原料
.氮源：铵盐、尿素、氨水 ＝： ，实际高达：
因为：）用于调整。 ）分解产生的从发酵液中逸出。
产酸阶段： 不足：使 酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。 过量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。
草酰乙酸
柠檬酸
苹果酸
异柠檬酸
延胡索酸 琥珀酸
谷氨酸
α 酮戊二酸
透过细胞膜
谷氨酸
（）:丙酮酸，
（）－磷酸果糖 －磷酸甘油酸
丙酮酸
: －酮戊二酸还原氨基化必需的供氢体。
（）循环:生成谷氨酸前体物质 －酮戊二酸。
（）固定反应:补充草酰乙酸。
（）乙醛酸循环:使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得
到补充，维持循环的正常运转。
：除去各种盐类。 :除去蛋白质、残糖和色素等非电解质。
（二）味精制造
谷氨酸溶于水 活性炭脱色 加中和 谷氨酸 单钠（味精粗品） 除铁 过滤 活性炭脱色
减压浓缩 结晶 离心分离 干燥 成品
我国味精技术进展情况
制糖工艺进展：酸法水解→酶酸法水解→双酶法水解。 发酵工艺进展：亚适量生物素水平（产酸4～6g／dl）
章发酵工艺实例介绍 节味精 一、概述 早期—从天然的食物材料中取得
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二、谷氨酸的生物合成机理 . 谷氨酸 （ 氨基戊二酸）
第一代鲜味剂 谷氨酸单钠盐——味精
.谷氨酸的生物合成
葡萄糖
中间产物
a－酮戊二酸
NH4＋
谷氨酸
谷氨酸 脱氢酶
抑制
:
葡萄糖
葡萄糖
葡萄糖酸
甘油醛
核糖
丙酮酸
乙酰
→高生物素水平（产酸12～15g／dl）。 提取工艺进展：等电点法（少数锌盐法）→等电离交法
→低温连续等电点法（少数厂家采用）。 精制工艺进展：全粉炭脱色、硫化碱除铁→颗粒炭脱
色、树脂除铁。
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（四）溶解氧的控制 大小由通风量和搅拌转速决定。 发酵产酸阶段，通风量要适量。
不足：发酵液值偏低，生成乳酸和琥珀酸，谷氨酸 少。
过大：通过呼吸链被氧化，影响 酮戊二酸还原 氨基化，使 酮戊二酸蓄积。
环境条件引起谷氨酸合成的代谢转换
控制 因子
氧 (不足)乳酸或琥珀酸
产物
谷氨酸(充足)
α酮戊二酸(过量)
±
<
>
谷氨酸是酸性氨基酸，含个羧基个氨基，与 阴离子交换树脂要比与阳离子交换树脂强，但阴 离子机械强度差，价格贵，因而用阳离子交换树 脂。
理论上讲发酵液上柱的值应低于， 但实际上控制在 之间，因、交换能 力>谷氨酸，优先交换，置换出使值低于， 使谷氨酸成为阳离子，但不能>。
.电渗析法 膜分离过程，利用的是电位差。 二次电渗析法：
（）锌盐法
谷氨酸＋锌离子 液
谷氨酸锌沉加淀酸
溶
谷氨酸结晶
（）盐酸盐法： 在浓盐酸中生成并析出谷氨酸盐酸盐。
这是用盐酸水解面筋生产谷氨酸的原理。 （）钙盐法：
高温谷氨酸钙溶解度大，与菌体等不溶性杂质 分开，降温，析出谷氨酸钙沉淀，加 直接得 到味精。
.离子交换法
用阳离子交换树脂吸附谷氨酸形成的阳 离子，再用热碱（ ℃ ）洗脱，收集相应 流分，加盐酸结晶。
控制细胞膜的渗透性
() 通过生理学手段控制细胞膜渗透性
青霉素
生物素
细胞膜渗透性
谷氨酸
() 通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透性
油酸
油酸缺陷型
源自文库
谷氨酸
工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸， 应采用的最好方法是（ ） ．加大菌种密度 ．改变碳源和氮源比例 ．改变菌体细胞膜通透性 ．加大葡萄糖释放量
（二）的影响及其控制 作用机理：主要影响酶的活性和菌的代
谢。 在氮源供应充分和微酸性条件下，谷氨
酸发酵转向谷氨酰胺发酵。 控制在中性或微碱性。 方法：流加尿素和氨水。
（三）温度的影响及其控制
菌体生长达一定程度后开始产生氨基酸，菌体 生长最适温度和氨基酸合成的最适温度不同。 菌体生长阶段： ℃ 产酸阶段： ℃
(不足)α酮戊二酸 谷氨酸(适量) 谷氨酰胺(过量)
生物 谷氨酸 (限量) 素
乳酸或琥珀酸(充足)
(酸性)乙酰谷氨酰胺
谷氨酸(中性或微碱性)
磷酸 (适量)谷氨酸 盐
缬氨酸
三、下游过程 （一）谷氨酸的提取方法
.等电点沉淀法 （）水解等电点法 （）低温等电点法 （）低温连续等电点法
. 不溶性盐沉淀法