谷氨酸发酵
谷氨酸发酵
谷氨酸发酵是利用微生物的糖代谢和氨基酸 代谢来生产谷氨酸。 一. 谷氨酸生物合成代谢途径 以葡萄糖为碳源的代谢途径分两阶段： （一）由葡萄糖转变成-酮戊二酸 主要经历EMP、TCA。 （二）由-酮戊二酸转变成谷氨酸 由谷氨酸脱氢酶进行还原氨基化。
二. 谷氨酸生产菌的主要生化特点 在正常情况下，机体各代谢中间物形成一种 平衡，故-酮戊二酸不会大量积途 径加以控制，使其代谢途径不同于常，筛选优良 菌株是非常关键的，一般应具有特殊的生化特点： （一） -酮戊二酸脱氢酶活力极低或缺失 阻止-酮戊二酸转变成琥珀酸而大量积累。
2
（二）谷氨酸脱氢酶活力高且不被低浓度产物谷氨 酸抑制，加快谷氨酸的合成。
（三）细胞膜对谷氨酸的通透性好，使生成的谷氨 酸及时分泌到细胞外，减少细胞内谷氨酸浓度， 避免抑制作用产生。一般采取生物素亚适量，控 制细胞膜的合成，其饥饿状态造成膜通透性好。 （四）减弱乙醛酸循环也是提高以葡萄糖为碳源生 产谷氨酸转化率的方法之一。
2分子乙酰CoA 进入TCA生成 ATP = 20个
异柠檬酸裂解酶
乙醛酸
苹果酸合酶
乙酰辅酶A
琥珀酸
1
三. 环境条件对谷氨酸发酵的影响
有了优良菌株，还要控制一定条件，造成适于谷氨酸 高产的特定环境： 1. 供氧量要适中：供氧不足，丙酮酸转变成乳酸, -酮 戊二酸生成减弱；供氧过多，NADH过度被氧化，使 -酮戊二酸还原氨基化减弱。 2. 氨量（氨水或尿素）适中：不足时，还原氨基化减 弱；过量时，形成谷氨酰胺，使谷氨酸产量下降。 3. pH：中性或弱碱性有利。 4. 磷酸盐：适量，过高促进EMP和Val生成。 5. 生物素：亚适量，提高细胞膜的通透性。
(完整版)谷氨酸发酵
1）生物素营养缺陷型⏹作用机制: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.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏.⏹控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换.2）油酸营养缺陷型⏹作用机制: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.⏹控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换.（3）添加表面活性剂⏹添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨酸.⏹机理:两者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.⏹关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在下进行分裂,形成产酸型细胞.（4）添加青霉素⏹机理: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.⏹控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换.谷氨酸发酵强制控制工艺⏹为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取“强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法.⏹控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。
谷氨酸发酵⏹ 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h.措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短.⏹ 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h.措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃⏹ 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成.措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃.⏹ 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低.措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐.发酵周期一般为30h.二、谷氨酸发酵的生化过程⏹（1）是代谢控制发酵的典型代表⏹（2）是目前代谢控制发酵中，在理论与实践上最成熟的……⏹整个过程可简单的分为2 个阶段:➢第1阶段是菌体生长阶段;➢第2阶段是产酸阶段,谷氨酸得以大量积累。
(完整版)谷氨酸发酵
1）生物素营养缺陷型⏹作用机制: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.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏.⏹控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换.2）油酸营养缺陷型⏹作用机制: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.⏹控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换.（3）添加表面活性剂⏹添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨酸.⏹机理:两者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.⏹关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在下进行分裂,形成产酸型细胞.（4）添加青霉素⏹机理: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.⏹控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换.谷氨酸发酵强制控制工艺⏹为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取“强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法.⏹控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。
谷氨酸发酵⏹ 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h.措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短.⏹ 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h.措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃⏹ 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成.措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃.⏹ 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低.措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐.发酵周期一般为30h.二、谷氨酸发酵的生化过程⏹（1）是代谢控制发酵的典型代表⏹（2）是目前代谢控制发酵中，在理论与实践上最成熟的……⏹整个过程可简单的分为2 个阶段:➢第1阶段是菌体生长阶段;➢第2阶段是产酸阶段,谷氨酸得以大量积累。
论述谷氨酸发酵的原理
论述谷氨酸发酵的原理
谷氨酸发酵是一种利用微生物如大肠杆菌（Escherichia coli）进行合成谷氨酸的生物工艺过程。
原理如下：
1. 微生物选择：在谷氨酸发酵中，经常选择大肠杆菌作为发酵菌。
大肠杆菌具有高产谷氨酸的能力，并且生长速度较快，适应性强。
2. 培养基准备：谷氨酸发酵的培养基需提供适合微生物生长和发酵所需的营养物质，如碳源、氮源、矿物盐和辅助因子等。
常用的碳源包括葡萄糖、淀粉等，氮源则可以是氨基酸、蛋白质等。
此外，还可添加特定的辅助因子如磷酸、镁离子等。
3. 发酵过程：将所选的微生物接种到预先准备好的培养基中，进行发酵过程。
在发酵过程中，微生物利用碳源和氮源进行生长和代谢，并分泌出所需的酶以转化底物产生目标产物谷氨酸。
4. 发酵控制：为了提高谷氨酸的产量和质量，发酵过程需要进行严格的控制。
这包括控制发酵温度、pH值、氧气供给和搅拌速度等。
适当调节这些因素可以提高微生物的生长速度和代谢产物的积累。
5. 谷氨酸提取和纯化：发酵结束后，需将谷氨酸从发酵液中提取出来，并进行纯化。
一般通过离心、过滤和浓缩等步骤，将目标产物分离提取。
接下来，通过
晶体化、离子交换层析等方法，进行纯化和分离，得到高纯度的谷氨酸。
总之，谷氨酸发酵的原理是利用适宜的菌种和培养基，通过微生物的生长和代谢过程，合成谷氨酸。
发酵过程需要进行严格的控制，以提高产量和质量，最终通过提取和纯化得到高纯度的谷氨酸。
谷氨酸发酵PPT课件
2.1.3 谷氨酸发酵的代谢途径
葡萄糖生成丙酮酸后，一部分氧化脱 羧生成乙酰CoA，一部分固定CO2生成草 酰乙酸或苹果酸，草酰乙酸与乙酰CoA在 柠檬酸合成酶催化下缩合成柠檬酸，再经 氧化还原共轭的氨基化反应生成谷氨酸。
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（一）谷氨酸发酵的代谢途径
谷氨酸的合成主要途径是α-酮戊二酸的还原性氨基化，是通过谷氨酸脱氢酶 完成的。α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体，它来源于三羧酸循环，是三羧酸 循环的一个中间代谢产物。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径如图2-2所示，至 少有16步酶促反应。
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1磷酸果糖激 酶；2果糖-1,6二磷酸酯酶；3 柠檬酸合成酶； 4异柠檬酸脱氢 酶； 5反丁烯二 酸酶；6乙酰 CoA羧化酶；7 糖原磷酸化酶； 8糖原合成酶
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图2-2 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径 第12页/共72页
(1) 葡萄糖首先经EMP及HMP两个途径生成丙酮酸。其中以EMP途径为主，生物素充足时HMP所占 比例是38％；控制生物素亚适量，发酵产酸期，EMP所占的比例更大，HMP所占比例约为26％。
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(2) 生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰 CoA，另一部分经CO2固定反应生成草酰乙酸化酶。
(1)优先合成
所谓优先合成，就是对于一个分支合成途径 来讲，由于催化某一分支反应的酶活性远远大于催 化另一分支反应的酶活性，结果先合成酶活性大的 那一分支的终产物。当该终产物达到一定浓度时， 就会抑制该酶，使代谢转向合成另一分支的终产物。 谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后， 就会抑制和阻遏自身的合成途径，使代谢转向合成 天冬氨酸。
谷氨酸发酵的工艺流程
谷氨酸发酵的工艺流程
《谷氨酸发酵的工艺流程》
谷氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药和化工等领域。
发酵工艺是生产谷氨酸的主要方法之一，下面将介绍谷氨酸发酵的工艺流程。
1. 选择菌株：选择适合发酵生产的菌株是谷氨酸发酵工艺的第一步。
通常采用属于放线菌属或棒状杆菌属的菌株进行发酵。
这些菌株具有较高的谷氨酸产量和较好的耐受性。
2. 发酵培养基的配制：发酵培养基是支撑谷氨酸发酵的重要基础。
一般包括碳源、氮源、无机盐、生长因子等组成成分。
常用的碳源包括葡萄糖、麦芽糖等，氮源包括氨基酸、尿素等。
3. 发酵条件控制：发酵过程中的温度、pH值、氧气供应等条件都会影响谷氨酸的产量。
通常采用恒温发酵，温度一般控制在28-32摄氏度。
同时控制好培养基的pH值，通常在6.5-7.5之间。
氧气供应也是非常重要的，通过控制搅拌速度和通气量来保证充足的氧气供应。
4. 发酵过程监测：在发酵过程中需要对微生物生长、培养基中各种成分的消耗和产物的生成进行持续监测。
通过检测微生物生长曲线和培养基中各成分的浓度变化来掌握发酵情况，及时调整发酵条件以提高产量。
5. 发酵产物的提取与精制：发酵结束后，需要对发酵产物进行
提取和精制。
通常采用离心、过滤等方法将微生物分离，然后通过酸碱调节、浓缩、结晶等工艺步骤来得到纯净的谷氨酸产物。
通过以上工艺流程，谷氨酸发酵生产可以实现高效、稳定的产量，并且能够得到高纯度的产物，满足市场需求。
氨基酸类药物的发酵生产—谷氨酸的发酵生产
生物素的来源：氨基酸生产上可以作为生物素来源的原料 有玉米浆、麸皮水解液、糖蜜及酵母水解液等，通常选取 几种混合使用。例如，许多工厂选择纯生物素、玉米浆、 糖蜜这三种物质来配制培养基。各种原料来源及加工工艺 不同，所含生物素的量不同。玉米浆含生物素500μg/kg， 麸皮含生物素300μg/kg，甘蔗糖蜜含生物素1500μg/kg。
操作简单 周期长，占地面积大。
直接常温等电点法工艺流程
发酵液
起晶中和点（pH4-4.5) 育晶（2h）
盐酸
菌体及细小的 谷氨酸晶体
等电点搅拌pH3-3.22 静置沉降4-6h 离心分离
成品
母液
干燥
湿谷氨酸晶体
2、离子交换法
可用阳离子交换树脂来提取吸附在树脂上的谷氨 酸阳离子，并可用热碱液洗脱下来，收集谷氨酸 洗脱流分，经冷却、加盐酸调pH 3.0～3.2进行结 晶，之后再用离心机分离即可得谷呈棒形或短杆形； 革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢；不能运动； 需氧性的微生物； 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
有机氮丰富有利于长菌，因此谷氨酸发酵前期要 求一定量的有机氮，通常在基础培养基中加入适 量的有机氮，在发酵过程中流加尿素、液氨或氨 水来补充无机氮。
（3）无机盐
磷酸盐 ：工业生产上可用K2HPO4·3H2O、KH2PO4、 Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O等磷酸盐，也可用磷酸。 过高：代谢转向合成缬氨酸。 过低：菌体生长缓慢。
发酵工程应用实例 谷氨酸发酵
（2） pH值
1） pH值对谷氨酸产生菌生长的影响 2） pH值对谷氨酸积累的影响
发酵液的pH影响微生物的生长和代谢途径。 • 发酵前期如果pH偏低，则菌体生长旺盛，长菌而不产酸；如果pH偏高，则菌
体生长缓慢，发酵时间拉长。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。
2.形态上共同特点（芽孢杆菌除外）:
（1）革兰氏阳性 （2）菌体为球形、短杆至棒状 （3）不形成芽孢 （4）没有鞭毛，不能运动 （5）都是生物素缺陷型 （6）都是需氧型微生物
二、谷氨酸合成途径
1.谷氨酸合成的方式
（1）氨基转移作用 -酮戊二酸 + 氨基酸
谷氨酸 + -酮酸
（2）还原氨基化作用 -酮戊二酸 + NH4+ + NADPH2
其他
⑤添加青霉素
• 机理: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.
• 控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉 素后倍增的菌体不能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换.
（三）发酵条件的控制
（1）发酵温度
• 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
• 这个阶段主要是菌体生长，几乎不产酸，一般为12h左右。
3. 谷氨酸发酵
当菌体生长基本停滞就转入谷氨酸合成阶段，此时菌体浓度基本不变， 糖与尿素分解后产生的α－酮戊二酸和氨主要用来合成谷氨酸。这一阶 段，为了提供谷氨酸合成所必需的氨及维持谷氨酸合成最适的pH7.2～ 7.4，必须及时流加尿素，又为了促进谷氨酸的合成需加大通气量，并 将发酵温度提高到谷氨酸合成最适的温度34～37℃。
谷氨酸发酵实验报告
一、实验目的1. 了解谷氨酸发酵的基本原理和过程。
2. 掌握谷氨酸发酵实验的操作方法。
3. 通过实验验证谷氨酸发酵过程中还原糖的消耗和谷氨酸的生成情况。
4. 分析发酵条件对谷氨酸发酵的影响。
二、实验原理谷氨酸发酵是一种典型的微生物发酵过程，主要利用谷氨酸棒杆菌在适宜的培养基和条件下，将糖类物质转化为谷氨酸。
发酵过程中，还原糖的消耗和谷氨酸的生成是衡量发酵是否正常的重要指标。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 谷氨酸棒杆菌菌种- 葡萄糖- 酵母提取物- 牛肉膏- 磷酸氢二钠- 氯化钠- 琼脂- pH试纸- 还原糖检测试剂盒- 谷氨酸检测试剂盒- 恒温摇床- 恒温水浴锅- 721分光光度计2. 实验仪器：- 烧杯- 玻璃棒- 移液管- 试管- 离心机- 电子天平四、实验步骤1. 培养基制备：- 称取酵母提取物10g、牛肉膏5g、葡萄糖20g、磷酸氢二钠2g、氯化钠1g，加入100mL蒸馏水溶解，定容至1000mL。
- 将培养基分装至锥形瓶中，121℃高压灭菌15分钟。
2. 菌种活化：- 将谷氨酸棒杆菌菌种接种于装有适量培养基的锥形瓶中，37℃恒温培养24小时。
3. 发酵实验：- 将活化后的菌液以1%的接种量接种于装有100mL培养基的锥形瓶中，置于恒温摇床中，37℃、150r/min振荡培养。
- 每隔2小时取样，测定还原糖和谷氨酸的含量。
4. 数据处理：- 根据还原糖和谷氨酸的测定结果，绘制糖耗曲线和谷氨酸生成曲线。
- 分析发酵条件对谷氨酸发酵的影响。
五、实验结果与分析1. 糖耗曲线：实验过程中，还原糖含量随时间逐渐降低，说明谷氨酸棒杆菌在发酵过程中不断消耗葡萄糖。
2. 谷氨酸生成曲线：实验过程中，谷氨酸含量随时间逐渐增加，说明谷氨酸棒杆菌在发酵过程中不断合成谷氨酸。
3. 发酵条件对谷氨酸发酵的影响：- 温度：37℃时，谷氨酸发酵效果较好。
- pH值：pH值在6.5-7.0时，谷氨酸发酵效果较好。
谷氨酸发酵的因素级控制
pH发生变化的主要原因是培养基中营养 成分的利用和代谢产物的积累。 如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断 生成谷氨酸时，培养液的pH就会下降。 而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导 致培养液的pH上升。
pH：前期pH（7.5~8.0），中后期pH7.0~7.6。 通过采用流加尿素，氨水或液氨等办法调节 pH，补充氮源。
pH值 值
1） pH值对谷氨酸产生菌生长的影响
谷氨酸产生菌象其它微生物一样, 有最适生长 pH值范围, 当高于或低于这个值时:(1) 菌体内 的酶受到抑制, 菌体新陈代谢受阻, 生长停滞; (2) 菌体细胞膜所带电荷发生改变, 从而改变 细胞膜的渗透性, 影响菌体对营养的吸收和代 谢产物的排出; (3) 影响培养基组分和中间代 谢产物的离解, 从而影响菌体对这些物质的利 用。
1.1氨酸生产菌种
谷氨酸生产菌为谷氨酸棒杆菌、乳糖发 酵短杆菌、黄色短杆菌。革兰氏阳性菌， 菌体为球形、短杆至棒状，不同形状芽 孢，没有鞭毛，不能运行，需要生物素 作为生长因子，在通气条件下才能生产 谷氨酸。
1.2生产原料
玉米、小麦、甘薯、大米等，其中 甘薯和淀粉最为常用。大米进行浸泡磨 浆，再调成15°Bé，调PH6.0，加细菌 a-淀粉酶在85℃进行液化，液化30min 后，加糖化酶在60℃条件下糖化24h， 过滤后可供配制培养基。
生物素亚适量时,菌体代谢失调, 细胞膜通透性增强,细胞内的谷氨酸 能及时排出,有利于谷氨酸的积累, 发酵液内由菌体细胞排除谷氨酸能 达总氨基酸92%左右。因此,要根据 发酵时期来控制生物素的含量。
供氧
过量：NADPH的再氧化能力会加强，使 α-KGA的还原氨基化受到影响，不利于 GA 的生成。 供氧不足：积累大量的乳酸，使发酵液 的pH值下降，不利于GA的产生，同时， 一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖酸 转化率，降低了产物的提出率。
谷氨酸发酵及工艺流程
pH控制
•发酵过程中产物的积累导致pH下降，而氮源的流 加导致pH的升高，发酵中当pH值进行控制既8h前 pH7.0-7.6；8h后pH7.2-7.3，,20-24h期间pH7.07.1,24-35h期间pH6.5-6.6.尿素流加总量为4%
糖液流加
•从第10h开始每隔4h补糖一次，每次补入1%的水解 糖液，在发酵26h前补入4%的水解糖液。
清洗仪器
• 放罐：到放罐标准后，及时放罐。经过发酵约35h 后，后残糖在1%以下且糖耗缓慢或残糖＜0.5%， 菌量增长（OD）值缓慢时，便可放罐，放罐操作 同取样。排放液需灭菌处理才可进入下水道 • 清洗：放罐后，将发酵罐清洗干净，关闭所有电 源 • 粗提：用浓硫酸将发酵液pH调至谷氨酸的等电点 （pH3.15），用等电点法进行谷氨酸的粗提。
发酵培养基的制备
• 发酵培养基：按下列培养基配方制发酵培养基， 并按70%装液量装于小型发酵罐中，离位灭菌， 121℃实罐灭菌20min，冷却备用。 • 葡萄糖10%，玉米浆0.1-0.15%，Na2HPO4 0.17%， KCL 0.12%，MgSO4 0.04%，用NaOH溶液调pH7.20 于110℃灭菌20min冷却备用。 • 流加试剂:将40%尿素溶液、1%水解糖液、4%水解 糖液分别装入流加瓶中,121℃15min备用
发酵过程中，需注意完成下列工作
• 注意发酵罐运转是否正常，检查各控制参数是否在适合的范围内，遇 有故障及时排除。 • 每两小时取样一次，每次取样80ml，取样时，用量筒准确取流出的培 养液80ml，对号倒入三角瓶中，封口，来丌及测定的样液要立即放入 冰箱保存 • 每2小时记录发酵过程温度、pH、OD、通风、转速的测定数值，并 记录操作情况。 • OD值测定方法：均匀取样5ml于编号试管中，用空白发酵液稀释至一 定浓度，在722分光光度计上测定A600，根据菌体浓度不吸光度之间 关系的标准曲线换算出菌体浓度；其余发酵于2000r/min条件下离心 分离10min，上清夜入编号三角瓶，用于测糖 • 还原糖测定：用菲林快速定糖法。 • 菌体形态观察：革兰氏染色，油镜观察菌形、革兰氏染色结果以及有 无杂菌污染
任务1-4-1(2)谷氨酸发酵工艺
生物素
（2）磷盐。磷在微生物细胞中含量较 高，它是合成核酸、核蛋白、磷脂、 各种核苷酸和辅酶的重要元素。 如果培养基中不加或少加磷酸盐，则 菌体生长缓慢，糖耗慢，最终菌体生 长不足。 如磷盐过多，糖的降解都通过EMP和 TCA，菌体增殖快。
4.发酵条件控制不当引起的发酵异常
通风量 发酵前期通风量不足，影响不大； 中后期供氧不足，则谷氨酸生成少。 温度 发酵前期、中期温度过高，细胞易 衰老；温度过低，发酵周期长。 pH
7 泡沫的控制
生产上为了控制泡沫，除了在发酵罐内安 装机械消泡器外，还在发酵时加入消泡剂。 目前谷氨酸发酵常用的消泡剂有： 花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敌和 硅酮等。 天然油脂类的消泡剂的用量较大，一般为 发酵液的0.1%～0.2%(体积分数)， 泡敌的用量为0.02%～0.03%(体积分数)。
2 pH的控制
一般发酵前期pH控制在7.5-8.5左右，发酵中、后期 pH控制在7.0～7.2，调低pH的目的在于提高与谷氨 酸合成有关的酶的活力。 谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下可积累谷氨酸， 而在酸性条件下则容易形成谷酰胺和N-乙酰谷酰胺。
尿素被谷氨酸生产菌细胞的脲酶所分解放出氨，因 而发酵液的pH会上升。
发酵罐
四、发酵异常现象及处理
1.污染杂菌和感染噬菌体引起的发酵异常 （1）污染杂菌 污染杂菌后，OD值增长快，糖耗也快，且发酵液 泡沫增多，但谷氨酸生成量少。 处理： 如果发酵前期发现杂菌污染，可将培养基重新灭菌， 并酌加培养基成分，重新接种后再发酵。 如果发酵中期发现染菌，而pH、OD值和糖耗等尚 属正常，此时可加大风量，按常规继续发酵。 如果发酵后期染菌，一般对发酵影响不大。
2、一级种子培养
培养基：葡萄糖 2.5 ％ ，尿素 0.5％， 硫酸镁 0.04％， 磷酸氢二钾 0.1％，玉米 浆 2．5—3．5％(按质增减) 硫酸亚铁、硫酸 锰各2ppm，PH 6.5—6.8 种不同酌情增减) 。 (培养基成分可因菌
第四章谷氨酸发酵的代谢与控制
第四章谷氨酸发酵的代谢与控制⏹氨基酸是生物体不可缺少的营养成分之一，因此，氨基酸的生产和应用受到了人们的重视。
⏹氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵，也就是说发酵的关键在于其控制机制是否能被解除，能否打破微生物的正常代谢调节，人为地控制发酵。
⏹谷氨酸参与许多代谢过程，具有较高的营养价值。
谷氨酸发酵目前研究得较为透彻。
4.1谷氨酸合成途径谷氨酸产生菌菌体内形成谷氨酸的方式：（1）还原氨基化作用NH4+和供氢体存在的条件下，α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下形成谷氨酸（2）氨基转移作用在氨基转移酶的催化作用下，除甘氨酸外，任何一种氨基酸都可与α-酮戊二酸作用，使α-酮戊二酸转化成谷氨酸。
4.2谷氨酸生物合成的调节机制4.2.1 优先合成与反馈调节4.2.2生物素的调节⏹生物素是羧化和转羧化反应的辅酶，在代谢过程中起CO2载体的作用。
⏹生物素充足: 糖酵解速度显著提高，打破了糖降解速度与丙酮酸氧化速度之间的平衡，丙酮酸趋于生成乳酸的反应，因而会引起乳酸的溢出。
生物素限量:丙酮酸的有氧氧化减弱，则乙酰辅酶A的生成量减少，乙酸浓度降低，琥珀酸氧化能力降低而积累。
导致乙醛酸循环基本上封闭。
4.3谷氨酸发酵的代谢控制育种⏹菌体生长期：为获得能量和产生生物合成反应所需的中间产物，需要异柠檬酸裂解酶反应，走乙醛酸循环途径。
⏹谷氨酸生成期：为了积累谷氨酸，最好没有异柠檬酸裂解酶反应，封闭乙醛酸循环。
⏹依据谷氨酸生物合成途径及代谢调节机制，谷氨酸发酵的代谢控制育种可从如下五个方面着手：进、通、节、堵、出。
4.3.1 “进”（1）选育耐高渗透压的菌株1）耐高糖选在20-30%葡萄糖的平板上生长好的突变株2）耐高谷氨酸选育在15-20%谷氨酸的平板上生长好的突变株3）耐高糖、高谷氨酸选育在20%葡萄糖加15%谷氨酸的平板上生长好的突变株。
4.3.2“通”⏹选育解除α-酮戊二酸到谷氨酸反馈调节的突变株1）选育抗谷氨酸结构类似物突变株，如抗谷氨酸氧肟酸等2）选育抗谷氨酰胺的突变株⏹选育强化CO2固定反应的突变株强化二氧化碳固定反应能提高菌种的产酸率1）选育以琥珀酸或苹果酸为唯一碳源的培养基上生长快、大的菌株2）选育氟丙酮酸敏感性突变株⏹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1）选育抗氟乙酸、氟化钠、氟柠檬酸等突变株2）选育强化能量代谢的突变株抗呼吸链抑制剂突变株，如抗丙二酸的突变株抗氧化磷酸化解偶联剂突变株，如抗2，4-二硝基苯酚的突变株。
谷氨酸发酵
1）生物素营养缺陷型⏹作用机制: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.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏.⏹控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换.2）油酸营养缺陷型⏹作用机制: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.⏹控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换.（3）添加表面活性剂⏹添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨酸.⏹机理:两者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.⏹关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在下进行分裂,形成产酸型细胞.（4）添加青霉素⏹机理: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.⏹控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换.谷氨酸发酵强制控制工艺⏹为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取“强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法.⏹控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。
谷氨酸发酵⏹ 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h.措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短.⏹ 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h.措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃⏹ 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成.措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃.⏹ 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低.措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐.发酵周期一般为30h.二、谷氨酸发酵的生化过程⏹（1）是代谢控制发酵的典型代表⏹（2）是目前代谢控制发酵中，在理论与实践上最成熟的……⏹整个过程可简单的分为2 个阶段:第1阶段是菌体生长阶段;第2阶段是产酸阶段,谷氨酸得以大量积累。
谷氨酸发酵
乳酸菌。
5.麦汁预冷却和冷却
预冷却：分离煮沸过程中产生的热凝固物。
回旋沉淀槽是最常用的预冷却方法。
冷却：通过麦汁冷却器，迅速冷却至发酵所
需的温度，同时析出冷凝固物（指温度在70℃以 上为溶解状态，但降至70℃以下开始析出的物质 ）的过程。
五、啤酒发酵工艺
。
接种 试管倾斜放置等斜面凝固 超净台 开启三十分钟后，通风5分钟后方可进行操作。 从冷冻的菌体中用接种针挑取一定的菌种 ，Z 字型接种到试管斜面
上。
一、谷氨酸菌种的制备
培养 将试管放入28度 恒温培养箱中培养，每天注意观察记录。
扩大培养 斜面生长大约三天左右。菌种开始长出，然后接种到250ml锥 形瓶液体培养基中 ，28℃ 150转 摇床培养。
麦芽粉 ，比例为4g麦芽粉对应10ml麦芽汁，保证麦芽汁浓 度在8~12。。将麦芽粉和水混匀， 在电炉上加热至 70℃保 持半小时左右。静置取上清液， 加入2%琼脂粉，加热煮 沸，搅拌均匀。 灭菌
• 将培养基液分装入 若干个试管中，注意不能超过试管体积 的三分之一，然后用绵花塞住。放入高压灭菌锅 121℃、 20分钟灭菌处理。
2. 糖化制成麦汁
糖化：利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条
件下，将麦芽中不溶性高分子物质（淀粉、蛋白质 、半纤维及其中间分解产物），逐步分解成低分子 可溶性物质的过程。
过程包括：淀粉分解、蛋白质分解、B-葡聚糖分
解、酸的形成和多酚物质的变化。
3.麦汁过滤
目的：糖化结束后，应在最短的时间内，将
糖化醪液中的原料溶出物和非溶性的麦槽分离， 以得到澄清的麦汁和良好的浸出物收得率。
啤酒中所含的成分很多，除水外，还有其它近 600种成分，其中主要有： 1、酒精 2、浸出物 3、二氧化碳 4、挥发性成分
第五章谷氨酸的发酵控制
（3）消泡的方法
①物理方法：如改变温度 ②机械消泡：如耙式消泡器 优点：节省消泡剂，减少污染。 缺点：不能从根本上消除引起泡沫稳定的因素。
（3）消泡的方法
③化学消泡：加入消泡剂
优点：消泡效果好，作用快，用量少。
缺点：可能会影响菌体生长或代谢产物的生成； 增加染菌机会；添加过量会影响氧的传递。
④发酵工业上采用机械消泡与化学消泡结合 的方法。
１．高初糖发酵
如，在高初糖谷氨酸发酵中，高玉米浆用量和高生物 素用量可以明显降低高初糖对菌体细胞的抑制作用；
且在接种量１０％，玉米浆用量为０．５５％，生物 素用量为１０μｇ／Ｌ，初糖１９０ｇ／Ｌ的谷氨酸发酵 中，流加５００ｇ／Ｌ的浓糖，３０ｈ的产酸率达到１４ ５．８ｇ／Ｌ，糖酸转化率达到６０．３２％。
<24
180 2500 200
10
11.5
270 600～ 120 1800
1200 53
1200 8300 1300
第二节 主要发酵参数分段控制原则及其特点
一、中初糖流加高浓度糖液的 生物素“超亚适量”工艺
1. 流 程 图
2．谷氨酸发酵记录表
3.培养基的配方
（1）二级种子培养基 葡萄糖 300kg；KH2PO4 12kg；MgSO4· 2O 6kg；糖 7H 蜜100kg；玉米浆 200kg；纯生物素150mg；消泡剂 1.5kg；定容7000L，实消，121℃保温 10min。
3.无机盐
(3)钾 钾是许多酶的激活剂。 对谷氨酸发酵的影响： 谷氨酸发酵产物生成所需要的钾盐比菌体生长需要 量高，钾盐少利于长菌体，钾盐充足利于产谷氨酸。菌 体生长需钾约为1.0～1.5mmol／L，谷氨酸生成需钾约 为2.0～10.0mmol／L。
药品生产技术《谷氨酸发酵工艺流程》
一、谷氨酸简介谷氨酸一种酸性氨基酸，分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。
为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点。
大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。
分子式C5H9NO4、分子量。
谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反响。
谷氨酸可生产许多重要下游产品如L—谷氨酸钠、L—苏氨酸、聚谷氨酸等。
氨基酸作为人体生长的重要营养物质，不仅具有特殊的生理作用，而且在食品工业中具有独特的功能。
谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。
谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。
谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种，作为营养药物可用于皮肤和毛发。
用于生发剂，能被头皮吸收，预防脱发并使头发新生，对毛乳头、毛母细胞有营养功能，并能扩张血管，增强血液循环，有生发防脱发成效。
用于皮肤，对治疗皱纹有疗效。
脑组织只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，故谷酰胺可作为脑组织的能量物质，改良维持大脑机能。
谷氨酸作为神经中枢及大脑皮质的补剂，对于治疗脑震荡或神经损伤、癫痫以及对弱智儿童均有一定疗效。
在工业上，聚谷氨酸可降解塑料，是环境友好材料。
谷氨酸发酵是典型的代谢控制发酵。
谷氨酸的大量积累不是由于生物合成途径的特异，而是菌体代谢调节控制和细胞膜通透性的特异调节以及发酵条件的适合。
谷氨酸产生菌主要是棒状类细菌，这类细菌中含质粒较少，而且大多数是隐蔽性质粒，难以直接作为克隆载体，而且此类菌的遗传背景、质粒稳定尚不清楚，在此类细菌这种构建适宜的载体困难较多。
需要对它们进行改建将棒状类细菌质粒与的质粒进行重组，构建成杂合质粒。
受体菌选用短杆菌属和棒杆菌属的野生菌或变异株，特别是选用谷氨酸缺陷型变异株为受体，便于从转化后的杂交克隆中筛选产谷氨酸的个体，用谷氨酸产量高的野生菌或变异菌作为受体效果更好。
供体菌株选择短杆菌及棒杆菌属的野生菌或变异株，只要具有产谷氨酸能力都可选用, 但选择谷氨酸产量高的菌株作为供体效果最好。
谷氨酸发酵过程控制—谷氨酸发酵系统设备及工艺流程介绍
发酵工艺流程及发酵系统设备
4、泡沫的控制 发酵罐泡沫来源： 发酵过程强烈通风和菌体代谢产生CO2，使培养液产生 大量泡沫。 泡沫的危害： 氧在发酵液中的扩散受阻，影响菌体的呼吸和代谢。 消泡方法： 机械消泡：耙式、离心式、刮板式、蝶式消泡器 化学消泡：天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等
子情境：谷氨酸发酵过程控制-谷氨酸发酵系统 设备及工艺流程介绍
通过引导文的学习，请回答以下问题
❖ 1、谷氨酸发酵的工艺流程？ ❖ 2、发酵培养基配制需要考虑哪些因素？ ❖ 3、为什么需要对谷氨酸发酵条件进行控制？ ❖ 4、谷氨酸发酵过程需要控制哪些发酵参数？
发酵工艺流程及发酵系统设备
1、谷氨酸发酵工艺 流程：
发酵工艺流程及发酵系统设备
1、培养基的配制 谷氨酸发酵培养基组成包括碳源、氮源、无机盐和生 长因子等。
①碳源 谷氨酸生产菌均不能利用淀粉，只利用葡萄糖、果糖等， 有些菌种还能利用醋酸、正烷烃等做碳源。 在一定范围内，谷氨酸产量随葡萄糖浓度的增加而增加， 但葡萄糖浓度过高，造成渗透压过大，对菌体生长不利， 谷氨酸对糖的转化率降低，国内谷氨酸发酵糖浓度为125150g/L。
知识拓展
谷氨酸发酵过程中，生产菌种的特性、培养基、 发酵温度、pH值、通风和发酵产生的泡沫都是 影响谷氨酸积累的主要因素。在实际生产中，只 有针对存在的问题，严格控制工艺条件，才能达 到稳产、高产的目的。
2、谷氨酸发酵条件
①pH 发酵液的pH影响微生物的生长和代谢 途径。 发酵前期如果pH偏低，则菌体生长旺 盛，长菌而不产酸；如果 pH偏高，则 菌体生长缓慢，发酵时间拉长。谷氨 酸生产菌的最适pH一般在7.0-8.0。 •发酵前期：pH在7.5左右； •发酵中后期：7.2左右对提高谷氨酸产 量有利。
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1）生物素营养缺陷型⏹作用机制: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.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏.⏹控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换.2）油酸营养缺陷型⏹作用机制: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.⏹控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换.（3）添加表面活性剂⏹添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨酸.⏹机理:两者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.⏹关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在下进行分裂,形成产酸型细胞.（4）添加青霉素⏹机理: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.⏹控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换.谷氨酸发酵强制控制工艺⏹为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取“强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法.⏹控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。
谷氨酸发酵⏹ 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h.措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短.⏹ 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h.措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃⏹ 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成.措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃.⏹ 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低.措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐.发酵周期一般为30h.二、谷氨酸发酵的生化过程⏹（1）是代谢控制发酵的典型代表⏹（2）是目前代谢控制发酵中，在理论与实践上最成熟的……⏹整个过程可简单的分为2 个阶段:第1阶段是菌体生长阶段;第2阶段是产酸阶段,谷氨酸得以大量积累。
三、合成谷氨酸的生化途径（一）、GA 的生物合成途径⏹主要有：Glucose的酵解，EMPGlucose的有氧氧化，HMP丙酮酸的有氧氧化，TCA循环乙醛酸循环途径，DCA循环CO2固定反应α-酮戊二酸（α-KGA）的还原氨基化⏹这6条途径之间是相互联系和相互制约的，如图所示：（二）、GA生物合成的内在因素⏹从上图可以看出，菌体要在葡萄糖含量10%以上的培养基上，合成5%以上的谷氨酸，是一种不正常的现象，显然GA产生菌必须具备以下条件：谷氨酸生产菌的生化特征—内在因素⏹ 1 生物素缺陷型⏹谷氨酸产生菌大多数为生物素缺陷型,谷氨酸发酵时,通过控制生物素亚适量(贫乏量) ,引起菌种代谢失调, 使谷氨酸得到大量积累。
⏹ 2 具有CO2 固定反应的酶系⏹菌种能利用CO2 产生大量草酰乙酸, 有利于谷氨酸的大量积累。
3.α-KGA脱氢酶酶活性微弱或丧失⏹这是菌体生成并积累α-KGA的关键，从上图可以看出，α-KGA是菌体进行TCA循环的中间性产物，很快在α-KGA脱氢酶的作用下氧化脱羧生成琥珀酸辅酶A，在正常的微生物体内他的浓度很低，也就是说，由α-KGA进行还原氨基化生成GA 的可能性很少。
只有当体内α-KGA脱氢酶活性很低时，TCA循环才能够停止，α-KGA才得以积累，为谷氨酸的生成奠定物质基础。
4. GA产生菌体内的NADPH氧化能力欠缺或丧失⏹1）如上图所示，NADPH是α-KGA还原氨基化生成GA必须物质，而且该还原氨基化所需要的NADPH是与柠檬酸氧化脱羧相偶联的。
⏹（2）由于NADPH的在氧化能力欠缺或丧失，使得体内的NADPH有一定的积累，NADPH对于抑制α-KGA的脱羧氧化有一定的意义。
5. 产生菌体内乙醛酸循环（DCA）的关键酶——异柠檬酸裂解酶⏹该酶是一种调节酶，或称为别构酶，其活性可以通过某种方式进行调节，通过该酶酶活性的调节来实现DCA循环的封闭，DCA 循环的封闭是实现GA发酵的首要条件。
糖的代谢才能沿着α- 酮戊二酸的方向进行, 从而有利于谷氨酸的积累。
6.菌体有强烈的L-谷氨酸脱氢酶活性⏹α-KGA + NH4+ +NADPH == GA + NADP(NADH :烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADPH :烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)⏹L-谷氨酸脱氢酶，实质上GA产生菌体内该酶的酶活性都很强，α- 酮戊二酸易生成谷氨酸。
⏹该反应的关键是与异柠檬酸脱羧氧化相偶联，反应机制如下：⏹偶联反应α-KGA NADPH α-KGAGA NADP 异柠檬酸CO2固定反应对于产率的提高有着多么重要的作用。
提高GA的潜力⏹1）强化CO2固定反应，具体措施：Mn+，生物素.⏹（2）控制溶氧浓度是非常重要的⏹低的溶氧浓度，则丙酮酸向乳酸方向转化……⏹高的溶氧浓度，则NADPH 有被氧化的可能，……（五）GA发酵的外在因素⏹GA发酵是一个典型的代谢控制发酵，固然有其内在的菌体特性。
⏹但是正如任何事物发展的基本规律一样，外在因素仍然有重要的作用，对于GA的发酵也是一样。
1.供氧浓度⏹过量：NADPH的再氧化能力会加强，使α-KGA的还原氨基化受到影响，不利于GA 的生成。
⏹供氧不足：积累大量的乳酸，使发酵液的pH值下降，不利于GA的产生，同时，一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖酸转化率，降低了产物的提出率。
2. NH4+浓度⏹（1）影响到发酵液的pH值⏹（2）与产物的形成有关：⏹NH4+过量，菌体增殖阶段会抑制菌体生长，产酸阶段Glu会受谷氨酰胺合成酶作用转化为谷氨酰胺（Gln）⏹NH4+不足，不利于α-KGA的还原氨基化， -酮戊二酸积累，引起反馈调节NH4+与产物的形成3.磷酸盐⏹过量：⏹（1）促进EMP途径，打破EMP与TCA之间的平衡，积累丙酮酸，产生乳酸等……⏹（2）产生并积累缬氨酸（Val）环境条件4. 发酵液的碳氮比⏹发酵液中糖含量与谷氨酸的发酵有密切的关系。
在一定范围内, 谷氨酸的产量随糖含量的增加而增加, 但糖含量过高, 渗透压过大, 对菌体生长不利, 谷氨酸对糖的转化率低。
⏹发酵液中还原糖的含量一般应控制在10 %～13 % 。
环境条件⏹氮源是合成菌体细胞蛋白质、核酸和谷氨酸的氨基来源，大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌体。
⏹谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，一般发酵工业碳氮比为100：0.2-2.0，谷氨酸发酵的碳氮比为100：15-21。
⏹在谷氨酸发酵过程中,应正确控制碳氮比。
一般在菌体生长期碳氮比应大一些(氮低）,在产酸期,碳氮比应小些(氮高）。
在碳源和氮源的比为3∶1时，谷氨酸棒状杆菌会大量合成谷氨酸，但当碳源和氮源的比为4∶1时，谷氨酸棒状杆菌只生长而不合成谷氨酸。
环境条件5. 生物素⏹谷氨酸产生菌是营养缺陷型, 对生长繁殖、代谢产物的影响非常明显。
⏹当生物素过量时酵解途径中的丙酮酸转变为乳酸, 同时也使异柠檬酸转变为琥珀酸,菌体生长繁殖快,同时生物素又促进菌体细胞膜通透性障碍物的生物合成, 使菌体不能及时将细胞内的谷氨酸排出,谷氨酸合成途径受阻,发酵液中由菌种细胞排出的谷氨酸仅能占氨基酸总量的12%;⏹生物素亚适量时,菌体代谢失调,细胞膜通透性增强,细胞内的谷氨酸能及时排出,有利于谷氨酸的积累, 发酵液内由菌体细胞排除谷氨酸能达总氨基酸的92%左右。
因此,要根据发酵时期来控制生物素的含量。
环境条件6. 发酵温度⏹谷氨酸发酵前期应采取菌体生长最适温度,即30～32 ℃。
温度过低, 菌体生长繁殖慢;若温度过高,菌体易衰老, 生产中表现为DO 值增长慢, 耗糖慢, pH值高, 最终发酵周期长,产酸少。
⏹发酵中、后期菌体生长基本停止, 为积累大量谷氨酸, 应适当提高发酵温度,但温度过高,酶易失活,谷氨酸生成受阻。
环境条件7. pH值⏹1）pH值对谷氨酸产生菌生长的影响⏹谷氨酸产生菌象其它微生物一样, 有最适生长pH值范围, 当高于或低于这个值时:(1) 菌体内的酶受到抑制, 菌体新陈代谢受阻, 生长停滞; (2) 菌体细胞膜所带电荷发生改变, 从而改变细胞膜的渗透性, 影响菌体对营养的吸收和代谢产物的排出; (3) 影响培养基组分和中间代谢产物的离解, 从而影响菌体对这些物质的利用。
环境条件⏹2）pH值对谷氨酸积累的影响⏹谷氨酸脱氢酶是合成谷氨酸的主要酶,它的最适pH为7.0～7.2 ,当发酵液的pH值偏酸时(pH 5.0-5.8) ,谷氨酸脱氢酶受到抑制,代谢向着生成谷氨酰胺和乙酰谷氨酰胺的方向进行。
⏹在发酵后期由于耗用大量NH4+,pH值下降, 此时就要进行pH值调节,以保证发酵的正常进行。
环境条件⏹pH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
⏹如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的pH就会下降。
而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的pH上升。
pH：前期pH（7.5-8.0），中后期pH7.0-7.6。
通过采用流加尿素，氨水或液氨等办法调节pH，补充氮源。
环境条件8. 通风（同1.供氧浓度）⏹通风的实质就是供氧并使菌体和培养基充分混合。
谷氨酸产生菌为兼性好氧菌, 在有氧、无氧的条件下都能生长,只是其代谢产物不同。
在谷氨酸发酵过程中,通风必须适度。
⏹风量过大,氧气充足,在长菌阶段表现为耗糖慢, 菌体生长慢, pH值偏高, 产酸阶段, 供氢体被氧化,谷氨酸合成受阻,积累α- 酮戊二酸;⏹风量小, 供氧不足, 长菌阶段表现为菌体生长快,在产酸阶段,葡萄糖进入菌体后, 进行不完全氧化,产物由谷氨酸变为乳酸。
环境条件9. 泡沫谷氨酸发酵是好气性发酵, 因通风和搅拌产生泡沫是正常的, 但泡沫过多会带来一系列问题: (1) 泡沫形成泡盖时, 代谢产生的气体不能及时排出,妨碍菌体呼吸作用,影响菌体的正常代谢; (2) 泡沫过多, 发酵液会外溢,造成浪费和污染; (3) 泡沫过多,易冲上罐顶,造成染菌。