谷氨酸发酵工艺

诱变育种：康传利以TWQ080为出发菌，经过紫外线（UV）的硫酸
二乙酯（DES）逐级诱变处理，以高浓度糖、高浓度谷氨酸和琥珀
酸为唯一碳源的平板进行了耐高温驯化，驯化过程不断提高培养温
度，经过多次驯化，育得一株耐高温菌株GW46-4。再经种子培养基 及培养条件优化，发酵条件优化，最后得出的菌株较之前的产酸率 70.5g/L提高到114.2g/L。
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杂交育种:陈宁、张克旭以温度敏感型突变菌株TMG0106（产酸率
为35g/L）和产酸较高的天津短杆菌TG961（产酸率为40g/L）为亲
株，通过原生质体融合技术，成功地选育了产酸率较高的融合子 CN1021，产酸率高达93g/L，并且该菌株系温度敏感型菌株，可用 于谷氨酸强制发酵。
随着味之素公司商品味精的问世，味精工业也逐渐开始发展。先期的 味精工业大都利用物理和化学方法生产谷氨酸，产量较低
• 1946 年，美国科学家Lockwood 发现好气性荧光杆菌能够在以葡萄糖
为碳源的培养基上积累α -酮戊二酸，然后通过化学法或酶法可将α 酮戊二酸转化成L-谷氨酸，这为微生物法发酵生产谷氨酸奠定了基础 • 1956 年，日本协和发酵公司分离培育出一株可以利用葡萄糖合成谷 氨酸的细菌—谷氨酸棒杆菌，并对利用其生产谷氨酸进行了工业化研 究 • 1957 年开始，微生物发酵法生产味精正式商业化。
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谷氨酸应用
食品
L-谷氨酸单钠，俗称 味精，是重要的鲜味 剂
医药用品
防治肝昏迷的特效药 如谷氨酸片、谷氨酸 钾注射液
谷氨酸
农业应用
植物生长调节剂。谷 氨酸可调节植物的代 谢，降低柑橘果实的 酸度，增加含糖量
工业应用
γ-聚谷氨酸是一种生 物可降解材料，可用 于食品包装
温度
通风
在谷氨酸发酵过程中，发酵 前期以低通风量为宜；发酵 中、后期以高通风量为宜
pH值
在发酵前期将pH值控制在 7.5~8.0左右较为合适。 而在发酵中、后期将pH值控制 在7.0~7.6左右对提高谷氨酸产 量有利。
泡沫
在发酵过程中由于强烈的通风 和菌体代谢产生的CO2，使培养 液产生大量的泡沫，不仅使氧 在发酵液中的扩散受阻，影响 菌体的呼吸和代谢。给发酵带 来危害，必须加以消泡
曹艳. 利用代谢酶学和模型技术改善谷氨酸发酵的稳定性和糖酸转化率 [D]. 江南大学, 2013.
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指微生物所处生长素浓度比其正常成长需要的浓度略低，
但却对大量合成工艺需求产品有益的现象。在微生物发酵过程
中，生物素作为生长因子主要影响细胞膜通透性和菌体的代谢 途径。 生物素浓度对菌体生长和谷氨酸积累均有影响。大量
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合成途径
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。
添加表面 活性剂
油酸营养缺陷型丧失了合成油酸 的能力,通过控制油酸使磷脂合成 量减少到正常量的1/2左右
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发酵条件的控制
谷氨酸发酵前期(0~12h):30-32℃。 对数生长期:菌体浓度迅速增大 （12h），糖耗快，维持温度30-32℃ 在发酵中、后期:是谷氨酸大量积累 的阶段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸 脱氢酶的最适温度在32-36℃。
细胞膜通透性调节
青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁 后期的合成,细胞膜在失去保护, 在渗透压的作用下受损,向外泄露 谷氨酸
生物素营 养缺陷型
生物素是脂肪酸生物合成最初反 应的关键酶乙酰 CoA羧化酶的辅酶, 参与了脂肪酸的合成, 进而影响脂 肪酸的合成
添加青霉 素
控制磷脂 合成
油酸营养 缺陷型
在脂肪酸合成时对生物素有拮抗 作用,导致磷脂合成不足,形成不 完整的细胞膜
精厂几乎全部使用生物素缺陷型谷氨酸棒杆菌。40年来,由于我国味精 工业在菌种选育、发酵工艺优化、提取工艺和废水处理等各方面的研 究工作,使我国味精工业不断向前发展,味精产量年平均增长率为17%。 与20世纪60年代相比,产酸率由50g/L提高到目前的120一140g/L。
菌种选育的方法一般包括自然选育、诱变育种和杂交育种。
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前景展望
目前人们在谷氨酸发酵生产工艺上，无论是理论研究
方面还是生产实践方面都已达到相当成熟的水平。行业协
会统计数据表明，2008年我国谷氨酸总产量约为160万吨 ，分别占亚洲和世界总产量的75%和72%。然而，谷氨酸 发酵生产工艺仍具有可观的提升空间，育种方面与现代基 因工程相结合，是未来谷氨酸源自文库酵的研究趋势与热点，相 信通过人们的努力，未来谷氨酸发酵生产工艺将会更加完 美。
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培养基配制
• 斜面活化培养基（g· L-1）：葡萄糖2，牛肉膏10，蛋白胨10，NaCl5
，琼脂20，pH7.0-7.2。种子培养基（g· L-1）：葡萄糖25，玉米浆40，尿素
2.5（单独灭菌加入），K2HPO41.5，MgSO40.6，FeSO40.005，MnSO40.005，
性的。
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谷氨酸的发现
• 首先是由德国科学家 Ritthausen 在利用硫酸水解小麦面筋时分离得 到的一种酸性氨基酸，依据其原料将其命名为谷氨酸 • 日本科学家相继从酪蛋白、海带汁中提取得到谷氨酸，并在 1909 年
对利用酸解蛋白质生产谷氨酸进行专利申请，开始进行工业化生产 ,
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发酵工艺
发酵法
氨基酸生产 方法
水解法 酶法转 化
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菌种选育
目前用于生产谷氨酸的菌株主要有谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium
glutamicum）和黄色短杆菌（Brevibacterium flavum），但国内的味
L/O/G/O
谷氨酸发酵工艺
Contents
1
简介 发酵工艺
2 3 4
发酵调控
前景展望
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简介
谷氨酸，化学名称2-氨基戊二酸，是一种氨基酸，所以
具有氨基酸的所有特性，谷氨酸的左旋体、右旋体和外 消旋体是根据化学构象的不同区分的。只有左旋体谷氨
酸，即L-谷氨酸对自然界的动植物及微生物是有生物活
合成谷氨酸需要菌体代谢异常化，实际所需要的生物素浓度比
菌体生长的需要量低，即为菌体生长需要的“亚适量”。
王欣. 谷氨酸生产菌种选育和高产条件的优化及生物素的测定 [D]. 济南: 山东轻工业学院, 201l, 2011.
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合成途径
柠檬酸合酶
α-酮戊二酸脱氢酶
异柠檬酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶
pH7.0-7.2。
• 种子培养基装液量：500mL三角瓶中装40mL或250mL三角瓶中装25mL。
• 摇瓶发酵培养基（g· L-1）：葡萄糖140，玉米浆15，尿素3（单独灭菌加入）
，K2HPO41.5，MgSO40.4，FeSO40.002，MnSO40.002，硫胺素 5×10-5
• 摇瓶发酵培养基装液量：250mL三角瓶中装10
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• 我国从1958年开始进行谷氨酸发酵的研究
• 1961年上海轻工业研究所筛选到一株可以合成谷氨酸的细菌—黄色短
杆菌No.617（Brevibacterium flavum No.617 ） • 1965年上海天厨味精厂利用该菌正式进行工业化生产
• 1962年中科院微生物研究所筛选到两株能够合成谷氨酸的细菌，分别
mL。
• 流加培养基：50%（w/v）葡萄糖溶液，0.1g· L-1生物素溶液按需要稀释
、单独灭菌后加入，自动流加25%（w/v）氨水调节pH并提供氮源。
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发酵的调控
（一）
菌体代谢调节控制 细胞膜通透性的特异调 节 发酵条件的控制
（二）
（三）
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L/O/G/O
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将其命名为钝齿棒杆菌AS1.542（Corynebacterium crenatumAS1.542 ）和北京棒杆菌AS1.299（Corynebacterium PekineseAS1.299），并
利用这两株菌在30m3发酵罐规模条件下实现了谷氨酸工业化生产
• 之后，微生物发酵法生产谷氨酸的方法在国内各味精厂大力推广，大 大地推动了我国氨基酸工业的发展。