4谷氨酸发酵机制
(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。
谷氨酸发酵机制
• (3)谷氨酸合成酶(Gs)催化的反应
α-酮戊二酸 + 谷氨酰胺
NADPH2 NADP GS
2谷氨酸
二、谷氨酸生物合成的理想途径
• 由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径
※第二节 谷氨酸生物合成的调节机制
一、优先合成与反馈调节
1、优先合成 2、反馈调节
二、糖代谢的调节 三、氮代谢的调节 四、其它调节
一、优先合成与反馈调节
④ -酮戊二酸脱氢酶在谷氨酸产生菌中 先天性地丧失或微弱。
⑤磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的调节。磷酸
烯醇式丙酮酸羧化酶受天冬氨酸的反馈抑制， 受谷氨酸和天冬氨酸的反馈阻遏。
磷酸烯醇式丙酮酸 ④ 丙酮酸
葡萄糖
①柠檬酸合成酶 ②磷酸烯醇式
丙酮酸羧化酶 ③丙酮酸羧化酶 ④丙酮酸激酶CO2来自③ ②草酰乙酸 Asp
苹果酸
乙酰CoA
①
柠檬酸
乙酰CoA
⑥
乙醛酸
异柠檬酸
延胡索酸
α-酮戊二酸
琥珀酸
谷氨酸
谷氨酸生产菌的育种思路
在菌体的代谢中，谷氨酸比天冬氨酸优先合成。 谷氨酸合成过量后，谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活 力和阻遏柠檬合成酶的合成。使代谢转向天冬氨酸 的合成；天冬氨酸合成过量后，反馈抑制磷酸烯醇 式丙酮酸羧化酶的活力，停止草酰乙酸的合成。所 以在正常情况下，谷氨酸并不积累。
(1) 、优先合成
在菌体的代谢中，谷氨酸比天冬 氨酸优先合成。谷氨酸合成过量后， 谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻 遏柠檬合成酶的合成。使代谢转向天 冬氨酸的合成；天冬氨酸合成过量后， 反馈抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的 活力，停止草酰乙酸的合成。所以在 正常情况下，谷氨酸并不积累。
黄色短杆菌中，谷氨酸、天冬氨酸生物合 成的调节机制
氨基酸发酵机制及过程概述
葡萄糖和琥珀酸等对异柠檬酸裂解酶起着阻遏作用。
(1)以糖质为原料的谷氨酸发酵中生物素对 DCA循环的影响
在生物素亚适量条件下，琥珀酸氧化力降低， 积累的琥珀酸会反馈抑制异柠檬酸裂解酶活性，并 阻遏该酶的生成，DCA循环基本处于封闭状态， 异柠檬酸高效率地转化为α–酮戊二酸，再生成谷 氨酸。 在生物素充足的条件下，异柠檬酸裂解酶活性 增大，通过DCA循环提供能量，进行蛋白质的合 成，不仅异柠檬酸转化生成谷氨酸的反应减弱使得 谷氨酸减少，而且生成的谷氨酸在转氨酶的催化作 用下又转成其它氨基酸，也不利于谷氨酸积累。
7.醋酸或正石蜡原料发酵谷氨酸的推测途径 在醋酸发酵谷氨酸或石油发酵谷氨酸时，却只能 经乙醛酸循环供给四碳二羧酸，四碳二羧酸经草酰 乙酸又转化为柠檬酸。
二、谷氨酸生物合成的代谢调节机制
分解代谢： 从环境中摄取营养物质，把它们转 微生物 的代谢
化为自身物质，以此来提供能源和 小分子中间体；
合成代谢：合成代谢将分解代谢产生的能量和
6乙酰CoA +2NH3+3O 2谷氨酸 +2CO2+6H2O 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3mol葡萄糖可以生成2mol的谷氨酸，谷氨 酸对葡萄糖的质量理论转化率为：
(3)实际转化率：处于二者之间，即54.4%～ 81.7%。 CO2固定反应、乙醛酸循环的比率等对转化率影 响较大。 乙醛酸循环活性越高，谷氨酸越不易生成与积累。
α -酮戊二酸脱氢酶 NH4 异柠檬酸脱氢酶 乙醛酸循环中的两个关键 酶——异柠檬酸裂解酶和 苹果酸合成酶。
谷氨酸 （胞内）
转移到胞外
（二）谷氨酸合成的理想途径
生物素充足菌EMP所占比例约为62％； 在发酵产酸期，EMP所占比例更大，约为74％。
4谷氨酸发酵控制
由于各种微生物所具有的酶系不同，所 能利用的碳源往往是不同的。目前所发现的 谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉，只有利 用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等单糖或双 糖，有些菌种能够利用醋酸、乙醇、正烷烃 等。由于国内绝大多数味精厂采用的碳源为 淀粉水解糖，因此这里主要介绍淀粉水解糖 作业碳源的发酵。
培养基中糖浓度对谷氨酸发酵有很大影 响。在一定范围内，谷氨酸产酸率随糖浓 度增加而增加，但当糖浓度过高时，由于 渗透压增大，对菌体生长和发酵均不利， 当工艺条件配合不当时，糖酸转化率相当 低。同时培养基浓度大，氧溶解的阻力也 增大，影响供氧效率。
由于双酶法（高温淀粉酶液化、糖化 酶水解）对原料中生物素等营养因子破坏 很少，因此采用双酶法制糖时，如果采用 生物素亚适量工艺进行谷氨酸发酵，尽量 采用精制淀粉。
4.1.2 氮源
氮源是合成菌体蛋白质、核酸等含氮物 质和合成谷氨酸氨基的来源。同时，在发酵 过程中一部分氨用于调节发酵液pH，形成谷 氨酸铵。因此，谷氨酸发酵需要的氮源比一 般的发酵工业要高，一般发酵工业碳氮比为 100: 0.2～2.0，而谷氨酸发酵的碳氮比为 100: 15～30。
磷酸盐对谷氨酸发酵影响很大。当磷 酸盐偏高时，菌体代谢转向合成缬氨酸； 但如磷酸盐过低，菌体生长也不好，造成 延长发酵时间，影响谷氨酸的合成。
②硫酸镁 Mg2+许多重要酶(如己糖磷酸化酶、异柠 檬酸脱氢酶、羧化酶等)的激活剂。如果Mg2+ 含量太少，就会影响其底物的氧化。一般革 兰氏阳性菌对Mg2+的最低要求为25mg/L；革 兰氏阴性菌为4～5mg/L。 MgSO4· 2O中含Mg2+ 9.87%，发酵培 7H 养基中添加0.5g/L MgSO4· 2O时，Mg2+浓 7H 度约为50mg/L。
第二章-谷氨酸发酵机制
第三节 谷氨酸发酵中细胞膜渗透性的控制
一、细胞膜的结构
谷氨酸发酵的关键在于发酵培养期间谷氨酸产生菌细胞 膜结构和功能上的特异性变化。
二、控制细胞膜渗透性的方法
根据细胞膜的结构特征，控制细胞膜通透性的 方法主要有两种类型： 一类是通过控制磷脂的合成来控制细胞膜通透性； 一类是通过控制细胞壁的合成间接控制细胞膜通 透性。
三、氮代谢的调节
• 控制谷氨酸发酵的关键之一就是降低蛋白质的合 成能力，使合成的谷氨酸不去转化成其他氨基酸 和合成蛋白质。生物素亚适量时，几乎没有异柠 檬酸裂解酶活力，琥珀酸氧化力弱，苹果酸和草 酰乙酸脱羧反应停止，完全氧化降低，ATP量减 少，蛋白质合成停滞，在铵离子适量存在时，菌 体积累谷氨酸。 • 生物素充足时，蛋白质合成增强，谷氨酸减少， 谷氨酸通过转氨作用生成其他蛋白质。
生物素对糖代谢的调节与能荷的调节是不同的，能 荷是对糖代谢流的调节，而生物素能够促进糖的 EMP途径、HMP途径、TCA循环。 在糖代谢中，生物素能催化脱羧和羧化反应。糖代 谢中依赖生物素的特异反应有：丙酮酸转化成草酰乙 酸；苹果酸转化为丙酮酸；琥珀酸与丙酮酸的互变； 草酰琥珀酸转化为a-酮戊二酸。
第二章
谷氨酸发酵机制
第一节 谷氨酸的生物合成途径
第二节 谷氨酸生物合成的调节机制
谷氨酸发酵机制
5 青霉素对细胞膜透性的影响 1 谷氨酸的生物合成方式 异柠檬酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的偶联反应
2 生物素对CO2暗固定途径的影响 异柠檬酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的偶联反应
利用温度敏感型突变株进行谷氨酸发酵的机膜透性的影响 2 生物素对CO2暗固定途径的影响 3 油酸对细胞膜透性的影响 1 生物素对糖酵解途径的影响 利用温度敏感型突变株进行谷氨酸发酵的机 制
1 生物素对糖酵解途径的影响 1 谷氨酸发酵的主要生化特点 1 谷氨酸发酵的主要生化特点
①EMP途径 ②HMP途径 ③TCA ④ CO2暗固定 ⑤乙醛酸循环
5.利用温度敏感型突变株进行谷氨酸 发酵的机制
• 温度敏感型突变株(temperature sensitive mutant，
用Ts表示) 。
第四章 谷氨酸发酵机制
4细胞膜透性调节 5.利用温度敏感型突变株进行谷氨酸发酵的机 制
• 1.1 谷氨酸的生物合成方式
• 异柠檬酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的偶联反应
2 生物素对CO2暗固定途径的影响 3 生物素对乙醛酸途径的影响 2 生物素对CO2暗固定途径的影响 3 生物素对乙醛酸途径的影响 3 生物素对乙醛酸途径的影响 3 生物素对乙醛酸途径的影响 3 油酸对细胞膜透性的影响 2 生物素对CO2暗固定途径的影响 2 生物素对CO2暗固定途径的影响 2 生物素对CO2暗固定途径的影响 异柠檬酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的偶联反应
2.1 谷氨酸发酵的主要生化特点 2.2 环境条件的调节(外在因素)
3.1 生物素对糖酵解途径的影响 3.2 生物素对CO2暗固定途径的影响 3.3 生物素对乙醛酸途径的影响
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。
谷氨酸的发酵和提取工艺综述
综述：谷氨酸的发酵与提取工艺第一部分谷氨酸概述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，在人体内，谷氨酸能与血氨结合生成谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨毒害作用，可作为治疗肝病的辅助药物，谷氨酸还参与脑蛋白代谢和糖代谢，对改进和维持脑功能有益。
另外，众所周知的谷氨酸钠盐即味精有很强烈的鲜味，是重要的调味品。
1996、1997、1998年味精年产量分别为55.0万吨、56.64万吨、59.03万吨。
尽管如此，我国人均年消耗味精量还只有400g左右，而台湾省已达2000g。
因此，中国将是世界上最大的潜在味精消费市场，也就是说，味精生产会稳步发展。
这也意味着谷氨酸的生产不断在扩大[1]。
谷氨酸生产走到今天就生产技术而言已有了长足进步,无论是规模还是产能都今非昔比,与此同时各厂家还在追求完美, 这是行业进步的动力,也是生存之所需。
实际上生产工艺是与时俱进的,没有瑕疵的工艺是不存在的。
如:配方及提取方法现在是多种多样,有单一用纯生物素的,也有用甘蔗糖蜜加纯生物素的, 还有加玉米浆干粉或麸皮水解液及豆粕水解液等等;提取方法有:等电-离交、等电-离交-转晶、连续等点-转晶等等[2]。
本综述简述谷氨酸生产的流程及发酵机制，着重介绍谷氨酸的提取工艺。
第二部分谷氨酸生产原料及其处理谷氨酸发酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃(液体石蜡)等。
国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，少数厂家是以糖蜜为原料进行谷氨酸生产的，这些原料在使用前一般需进行预处理。
(一)糖蜜的预处理谷氨酸生产糖蜜预处理的目的是为了降低生物素的含量。
因为糖蜜中特别是甘蔗糖蜜中含有过量的生物素，会影响谷氨酸积累。
故在以糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，常常采用一定的措施来降低生物素的含量，常用的方法有以下几种:(1)活性炭处理法; (2)水解活性炭处理法;（3）树脂处理法。
(二)淀粉的糖化绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷氨酸生产时，必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。
第四章谷氨酸发酵过程控制
5.工艺控制 （1）接种量4~5% （2）发酵4h添加0.2%吐温-60 （3）pH6.5左右 （4）温度 0~12h，30~33℃； 12~24h，33~34 ℃； 24~26h，34~35 ℃ （5）通风比1:0.3
（二）甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵工艺
1.菌株：S9114、F415 2.一级种子培养基： 葡萄糖2.5~3.5%，磷酸氢二钾0.15~0.2%，玉米浆 2.5%，酵母膏0.5%，硫酸镁0.04~0.05%，尿素 0.5%，Mn2+、Fe3+各2mg/L，pH6.7~7.0 3.二级或三级种子培养基 甘蔗糖蜜3~4%，磷酸氢二钾0.15%，硫酸镁0.04%， 尿素0.5%，pH6.7~7.0 4.发酵培养基 甘蔗糖蜜8%，磷酸0.075~0.09%，氯化钾0.08% ， 硫酸镁0.04~0.06%，尿素0.5%，消泡剂 0.03~0.04%，pH7.2~7.5
二、pH值对谷氨酸发酵的影响 1.pH值对谷氨酸发酵的影响 （1）酶的活性 （2）细胞膜所带电荷 （3）物质的离解 （4）代谢途径
2.发酵过程pH 值的变化及控制 pHቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变化反应谷氨酸发酵的重要指标 控制： 流加尿素、液氨、添加碳酸钙法。
三、供氧对谷氨酸发酵的影响 1.溶解氧与谷氨酸的需氧量 葡萄糖氧化的需氧量： 彻底氧化1：6 合成代谢产物：1：1.9 必须连续向发酵液通入氧。
3. 钾盐 酶的激活剂 钾含量低长菌体，多产谷氨酸。 4. 微量元素 四、生长因子
(1) 生物素 (2) 维生素B1
第二节 培养条件对谷氨酸发酵的影响 一、温度对谷氨酸发酵的影响 1.温度影响细胞中酶的活性,而影响代谢 速度、途径方向 2.酶是蛋白质，受热容易失活，温度愈高 失活愈快,菌体易衰老,影响发酵液的性 质来间接影响发酵。 3.影响基质和氧的溶解从而影响发酵 4.微生物最适的生长温度范围 谷氨酸产生菌：最适生长温度30~34℃ 最适产酸温度35~37℃
谷氨酸摇瓶发酵
谷氨酸摇瓶发酵生物工程xxx xxx xxxxxxxxx摘要根据谷氨酸的发酵机理，本实验通过摇瓶补料发酵生产谷氨酸，并对发酵过程中产谷氨酸量、发酵液OD值、残糖量进行连续的测定。
试验结果表明：四瓶发酵培养基中，只有添加有玉米浆的发酵培养基产谷氨酸，另外3瓶以酵母膏代替玉米浆成分的发酵液都不产谷氨酸。
关键词：谷氨酸发酵摇瓶培养前言1.1 谷氨酸发酵机制在谷氨酸发酵中，生成谷氨酸的主要酶反应有三种：（1）谷氨酸脱氢酶（GHD）所催化的还原氨基化反应；（2）转氨酶（AT）催化的转氨反应；（3）谷氨酸合成酶（GS）催化的反应。
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下图1所示，至少有16步酶促反应。
图1 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径当生物素缺乏时，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。
1.2 谷氨酸生产菌种的选择目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。
我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆菌、天津短杆菌等。
为革兰氏阳性菌，菌体为球形、短杆状和棒状，不同形状芽孢，没有鞭毛，不能运动，需要生物素作为生长因子，在通气条件下才能生产谷氨酸。
本实验选择天津短杆菌来摇瓶发酵生产谷氨酸。
1.3谷氨酸发酵过程控制谷氨酸发酵过程中，产生菌种的特性、生物素、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。
发酵初期，菌体生长迟滞，约2～4h后即进入对数生长期，代谢旺盛，糖耗快，这时必须流加尿素以供给氮源并调节培养液的pH 值至7.5～8.0，同时保持温度为30～32℃。
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
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是一种重要的氨基酸，在生物体内具有多种生理功能。
谷氨酸可以通过微生物发酵来进行生产，其原理涉及谷氨酸合成途径、微生物的选择和培养条件等方面。
谷氨酸的合成途径主要有六个步骤：1.氨基酸途径：谷氨酸的合成通常从谷氨酸和丙氨酸开始，通过谷氨酰酶催化谷氨酰胺的形成。
谷氨酰胺再通过转氨酶催化生成谷氨酸。
2.置换途径：谷氨酸可以通过谷氨酰胺一==缩素酶催化转化为谷氨酰胺乙酯，然后通过转移氨基团的方式产生谷氨酸。
3.酸碱反应途径：谷氨酰胺可以通过半酮酸和异烟酸一氧化酶的作用生成谷氨酸和甲酰胺。
4.脱羧途径：谷氨酰胺通过谷氨酰胺脱羧酶作用生成一氨基戊二酸。
一氨基戊二酸通过戊二酰胺酶的作用生成谷氨酸。
5.氨基化途径： 6.缩合途径：在微生物世界中，产谷氨酸的微生物种类较为丰富，常用的包括大肠杆菌、枯草杆菌、澳〜芽黴菌等。
这些微生物在制备谷氨酸过程中,通常以批次发酵或者连续发酵的方式进行。
在微生物的选种上，常规方法是在自然界中选择产谷氨酸的微生物株，并通过筛选和改良来提高其产谷氨酸的能力。
此外，还可以通过对遗传物质的改造来提高谷氨酸的产量。
例如，通过筛选产谷氨酸能力强的菌株，并通过杂交、基因重组等手段获取高产菌株。
还可以通过诱变技术来提高菌株的遗传稳定性和谷氨酸生产能力。
除了选择合适的菌株，培养条件对谷氨酸的产量也有很大的影响。
常用的培养基包括碳源、氮源、无机盐、维生素和培养基的pH等。
碳源主要是葡萄糖和淀粉，它们为微生物提供能量和生长的基础；氮源则是微生物合成氨基酸的必要条件，常用的氮源包括氨盐、尿素和蛋白质等；无机盐则是微生物生长和代谢的必需物质，对于提高谷氨酸产量也有重要的影响；维生素也是微生物生长过程中必不可少的物质，它们参与微生物的代谢反应，提高酶的活性和产酶能力；培养基的pH值也对微生物的生长和代谢有很大的影响。
除了基本的培养要素外，还需要采用适当的发酵技术和方法来进行谷氨酸的生产。
谷氨酸发酵主要影响因素及其控制
郜培,陆静波.溶氧浓度对谷氨酸发酵关键酶的影响[J].食品与发酵工业.2005,31(10):73.
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。
3 L-谷氨酸脱氢酶活 性强
在有过量的NH4 +存在 下，通过强活性的L 谷氨酸脱氢酶的作用， α- 酮戊二酸易生成谷 氨酸。
流加糖浓度 流加糖速度
发酵温度
环境因素
溶氧 泡沫
生物素
流加糖浓度
流加糖浓度与GA、糖转化率的关系*
在流加糖速度为12ml/h的情况下， 随着流加糖浓度的增加，其产酸水平有所提高； 随着浓度的增加，转化率有所下降，糖的未利用率增加； 从设定的12ml/h的流速来看，选择30～35g/dl的流加糖浓度最佳。
38～39℃
乳酸或琥珀酸（丰富）←→谷氨酸（缺乏）
30～35g/dl 13～16ml/h
五 结束语
谷氨酸发酵过程中，生产菌种的特性、生物素、 发酵温度、NH4+浓度、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。 随着科技的不断发展，研究的不断深入，相信在 不远的未来，我们在发酵领域会取得更大的成 绩！！
Text Text
Text
发酵温度
温度与GA、糖转化率的关系*
从实验的数据来看，温度的控制在 38-39℃之间为最佳，该温度 下，转化率较高，低于37℃转化率受较大的影响，而高于40℃的 培养温度也使菌体受到伤害，影响转化率。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
硫是含硫氨基酸的组成成分，构成酶的活性基团。培养基 中的硫酸镁供应的硫已充足，不需另加。
3. 钾盐
许多酶的激活剂,钾盐少长菌体，钾盐足够产谷氨酸。 谷氨酸发酵产物生成期需要的钾盐比菌体生长期高。
菌体生长期需硫酸钾量约为0.1g/L,谷氨酸生成期需硫酸钾量
为0.2－1.0g/L.
4. 微量元素
添加方式：
铵盐、液氨等可采取流加方法，液氨作用快，采取连续流加， 尿素少量多次分批流加。 用硫酸铵等生理酸性盐为氮源时，由于铵离子被利用而残留 SO42-等酸根，使PH下降，需在培养基中加入碳酸钙以自动中 和pH。但添加碳酸钙易形成污染，生产上一般不用此法。
三、无机盐
功能
构成菌体成分、酶的组成成分、酶的激活剂或抑制剂、
斜面菌种的培养 目的：纯菌生长繁殖 措施：多含有机氮，不含或少含糖 一级种子培养
目的：大量繁殖活力强的菌体 措施：少含糖分，多含有机氮，培养条件有利于长菌。
二级种子培养
目的：获得发酵所需的足够数量的菌体
为发酵培养基的配制原则
供给菌体生长繁殖和谷氨酸生产所需要的适量的营养和能源 原料来源丰富，价格便宜，发酵周期短，对产物提取无妨碍等。
酶活
改变生物合成途径，使代谢产物发生变化
改变发酵液物理性质 影响菌种对营养物的分解与吸收
5.
6.
不同微生物的最适生长温度不同
同一种微生物，菌体生长和产物合成的最适温度不一定相同。
谷氨酸生产菌的最适生长温度为30-34℃,T6-13菌 株比较耐高温，斜面、一级、二级种子和发酵开始 温度可选用33-34 ℃,生产谷氨酸的最适温度为3537℃. 谷氨酸温度敏感菌株1021最适生长温度是30 ℃， 最适产谷氨酸温度38 ℃,发酵过程中采用分段控制。
（4）酵母
酵母浸膏、酵母浸出液、酵母粉
§2
一.
二.
培养条件对谷氨酸发酵的影响
温度
pH
三.
供氧
一.
发酵热
温度对谷氨酸发酵的影响
概念
发酵热指发酵过程中所产生的热量，是引起发酵培养
基温度变化的原因，包括生物热、 搅拌热、汽化热和辐 射热等。
Q总=Q生+Q搅-Q汽-Q辐
温度对谷氨酸发酵的影响
1. 2. 3. 4.
第三类有亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸 ，不经过TCA循环，NADH产量
很少，过量供氧，反而起到抑制作用。肌苷发酵也有类似的结果。
不同发酵阶段的供氧需求P96
在菌体生长期，供氧不足时，菌体生长受到抑制，积累乳酸， 菌体收率少；但过高氧水平会造成浪费，抑制菌体生长，在 高氧水平下生长的菌体不能有效地合成谷氨酸。
好气微生物对培养液中溶解氧浓度的最低要求，在某一浓度以 下，微生物的呼吸速率随溶解氧降低而显著下降，此溶解氧浓度称 为临界溶解氧浓度。
在临界氧浓度以下，氧成为微生物的限制性基质，微生物 的耗氧速率符合Michaelis-Menfen方程。
从微生物生理学考察发酵供氧问题
氨基酸代谢氧的重要性：
经过好气性能量代谢产生菌体生长和氨基酸生物
微量元素是指微生物需要量十分微小，但又不可完全没有的元素
锰是某些酶的激活剂，羧化反应必需锰，如谷氨酸生物
合成途径中，草酰琥珀酸脱羧生成α-酮戊二酸是在锰存 在下完成的。
铁是细胞色素氧化酶、过氧化氢酶的成分，还是另外一
些酶的激活剂。
汞、铜离子具有明显毒性，抑制菌体生长和谷氨酸生
成，因此必须避免有害离子的污染。
合成的所需的ATP
氨基酸生物合成过程中产生的还原性辅酶需氧来
氧化。
各种氨基酸生物合成时需要的ATP与产生的还原
性辅酶的量不同，以此数据为基准，推断氨基酸 发酵通风量很有意义。
不同的代谢途径产生不同数量的NAD(P)H，再氧化所需要的溶 氧量不同。供氧大小是与产物的生物合成途径有关。
第一类包括谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等谷氨酸系氨基酸，它
氮源分类
有机氮（蛋白质、胨、氨基酸等，谷氨酸发酵的有机氮源
常用玉米浆、麸皮水解液、米糠水解液、豆饼水解液和糖 蜜等） 无机氮（尿素、液氨、氨水、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵 和硝酸铵等） 菌体利用无机氮比有机氮快速，铵盐、尿素、氨水等比硝 基氮优越，因为硝基氮需先经过还原才能被利用。
谷氨酸生成期，在细胞最大呼吸速率时，谷氨酸产酸量最大。 因此，在谷氨酸生成期要求充分供氧，以满足最大呼吸的需 氧量。
供氧与其他发酵工艺条件的关系
培养基营养丰富，糖浓度高，生物素含量高，需氧 量大。 培养基浓度大，氧的传递阻力大，需要增加供氧。
生物素浓度浓度增加，耗糖速度增大，需要增加供 氧。
在实际生产中用尿素或氨水作氮源时，由于一部分氨用于调pH,一些分解
而逸出，使实际用量增大，培养基中糖浓度的140g/L,总尿用量为 38.5g/L，碳氮比为100：32.8。
不同发酵阶段对氮源的要求
在长菌阶段，NH4＋过量会抑制菌体生长。 在产酸阶段，NH4＋不足会积累α－酮戊二酸。
氮源种类及添加方式
20 ug/g
发酵……
0.5 ug/g
供氧不足：发酵——乳酸、琥珀酸（长菌快耗 糖快，pH低，尿素消耗多）
发酵
供氧充足：糖完全氧化
2
维生素B1（硫胺素）
对某些谷氨酸菌种的发酵有促进作用。
溶于水，酸性溶液中稳定，易被氧化和受热破坏。
硫胺素主要存在于种子的外皮和胚芽中，如米糠和 麸皮。醇母菌、瘦肉、白菜和芹菜中含量丰富。
四、生长因子
概念：凡是微生物生长不可缺少的，微生物自身 不能合成的微量有机物质。 目前以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌株均为生 物素缺陷型，以生物素为生长因子，有些菌株以 硫胺素为生长因子，有些变异株为油酸缺陷型还 以油酸为生长因子。
1.生物素
作用：细胞膜的谷氨酸通透性，菌体代谢途径。 ……生长……
(适用于采用酸性铵盐作为氮源的工艺)
尿素流加法(小试或中试)
优点:尿素的分解、利用及pH值的变化具有一定规律性，易控制。
依据
时期 外观表现 菌种
避免波动，力求稳定。
液氨或氨水添加法(主流)
作用快而明显 易于实现连续自动流加。
三
供氧对谷氨酸发酵的影响
临界溶解氧浓度
利用
4. 改变菌体代谢途径，使代谢产物发生变化。
例如 中性和微碱条件下积累谷氨酸，在酸性条件下形成谷 氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
谷氨酸发酵pH的控制
菌种（一般pH6.5-8.0）
黄色短杆菌672为PH7.0-7.5 AS1.299为pH6.0-7.5
T6-13为PH7.0-8.0。
们在菌体呼吸充足的条件下，产量才最大，如果供氧不足，氨基酸合成 就会受到强烈的抑制，大量积累乳酸和琥珀酸。这类氨基酸经过乙醛酸 循环和磷酸烯醇式丙酮酸羧化系统两个途径形成的，产生的NADH量最 多。
第二类包括异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸和天冬氨酸等天冬氨酸系氨基酸，
供氧充足可得最高产量，但供氧受限，产量受影响并不明显；其合成途 径是产生NADH的乙醛酸循环或消耗NADH的磷酸烯醇式丙酮酸羧化系 统，产生的NADH量不多，因而与供氧量关系不明显。
发酵阶段
前期7.3左右
偏低，菌体生长旺盛，消耗营养物质快，菌体正常代谢，繁殖菌体而不
产谷氨酸。
过高，抑制菌体生长，糖代谢缓慢，发酵时间延长。
中期pH7.2左右，发酵后期pH7.0，在将近放罐时，为了后工序提取
谷氨酸，pH6.5-6.8为好。
发酵过程pH值调节方法
添加碳酸钙法
合不当时，转化率低
糖浓度过高时，氧溶解阻力大，影响供氧效率。
发酵糖浓度选择
一般控制在125－150g/L，产酸55－70g/L
采用一次高糖发酵工艺（糖浓度170－190g/L），
产酸可达80g/L。由于渗透压大，影响菌体生长， 使发酵周期长，产酸不易稳定。
流加低浓度糖发酵工艺
二、氮源
系列代谢反应
缓冲作用
需要量：0.005－0.01mol/L.需三水磷酸氢二钾1-1.5g/L, 十二水磷酸氢二钠1.7-2.0g/L 来源：
磷酸盐。
玉米浆、糖蜜、淀粉水解糖等原料中还有少量的磷。
磷量对谷氨酸发酵影响：磷浓度过高时，菌体的代谢转向合 成缬氨酸，磷含量过低时，菌体生长不好。
谷氨酸发酵时温度控制
长菌：采用与种子扩大培养时 相应的温度，必要时可补加玉 米浆，以促进生长。
产酸：适当提 高温度，5-6h 升1℃
二 pH值对谷氨酸发酵的影响
一、pH对谷氨酸发酵的影响
1. 酶的活性 2. 影响微生物细胞膜所带电荷，改变细胞膜的渗透性 3. 影响物质分解速率，影响微生物对培养基物质的吸收
2. 硫酸镁
功能
叶绿素的组成成分。 镁离子是许多重要的酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱
氢酶、羧化酶等）的激活剂。如果镁离子太少会基质的 氧化速度降低，谷氨酸生成量降低。
G+对镁离子最低要求量是25ppm。G-为4－5ppm，添加七水 硫酸镁0.25-1g/L时，镁离子浓度为25-90mg/Kg
§3 泡沫的消除
(一) 泡沫对发酵的影响
泡沫过多会引起大量逃出发酵液而造成浪费和污染 泡沫上升到罐顶时，可能从轴封渗漏，造成浪费和污染 泡沫过多就会降低发酵罐的装填系数，降低设备利用率 泡沫过多影响通气搅拌效果 当泡沫稳定时，代谢气体不能及时排出，影响菌体的正