(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。

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，EMP

Glucose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)