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
谷氨酸产生菌生产谷氨酸的原理谷氨酸（Glutamic acid）是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药和化妆品等领域。
而谷氨酸的生产主要依靠谷氨酸产生菌（Glutamic acid-producing bacteria）进行，这些菌类具有独特的环境适应能力和代谢特点。
在本文中，我们将探讨谷氨酸产生菌生产谷氨酸的原理。
一、菌类的选择谷氨酸产生菌主要包括大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和谷糖激酶杆菌等。
这些菌类具有较高的谷氨酸产量和生长速率，且可在不同环境条件下生存繁殖。
其中，大肠杆菌是最常用的谷氨酸产生菌之一，其在发酵过程中能够高效地转化底物为谷氨酸。
二、底物的利用在谷氨酸的生产过程中，菌类利用底物进行代谢并产生谷氨酸。
底物主要有葡萄糖、乳糖和淀粉等，其中葡萄糖是最常用的底物之一。
菌类通过发酵作用将底物转化为有机酸和酶，进而产生谷氨酸。
三、酶的作用谷氨酸产生菌在代谢底物的过程中产生多种酶，其中谷氨酸合成酶是关键的催化剂。
谷氨酸合成酶能够有效地将底物转化为谷氨酸，并通过多重反应途径提高谷氨酸的产生效率。
此外，谷氨酸氨基转移酶也参与了谷氨酸的生产过程，促进了反应的进行。
四、环境条件的调控谷氨酸产生菌的生长和代谢活动受到环境因素的影响。
适宜的温度、pH值和氧气含量等因素有助于提高菌株的生长速率和谷氨酸产量。
此外，营养物质的浓度和微量元素的供应也对谷氨酸产生起到重要的调控作用。
五、代谢途径的优化为了提高谷氨酸的产量，科研人员进行了一系列的研究，并优化了菌株的代谢途径。
通过基因工程和突变育种等手段，改造或选择出高效的菌株，提高了谷氨酸的合成速率和产量。
同时，控制底物的供应和代谢产物的积累，避免不必要的能量消耗，也有助于提高谷氨酸的生成效率。
综上所述，谷氨酸产生菌通过代谢底物和产生特定的酶，在适宜的环境条件下，利用谷氨酸合成酶等关键酶催化，最终实现了谷氨酸的生产。
科研人员通过优化代谢途径和改造菌株，不断提高谷氨酸的产量和合成效率，为谷氨酸的工业化生产做出了重要贡献。
4谷氨酸发酵机制
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。
谷氨酸的生产工艺ppt课件
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四、培养基
碳源；
氮源； 碳氮比； 磷酸盐； 金属离子和无机盐。
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碳源
碳源一般都是淀粉原料，如玉米、小麦、甘 薯、大米等，其中甘薯和淀粉最为常用； 淀粉原料要先通过制糖工艺水解成微生物可 直接利用的葡萄糖，然后经过中和、脱色再 投放到发酵罐； 糖蜜原料作为碳源，如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。 糖蜜因富含生物素，在发酵前需要经活性炭、 树脂吸附和亚硝酸法吸附或破坏生物素。
积累并非是当初设想的由于特异代谢途径导 致，而是： 代谢调节控制； 细胞膜通透性的特异调节； 发酵条件的适合。
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葡萄糖
6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 果糖-1，6-二磷酸 6-磷酸葡萄糖酸
5-磷酸核糖
NAD+
NADH2
⑨
3-磷酸甘油醛 丙酮酸 CO2
② ③
乳酸
乙酰辅酶A
磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶 柠檬酸 顺乌头酸
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氮源
作用：合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料； 氮源比碳源对谷氨酸发酵影响更大，约85％ （30%~80%）的氮源被用于合成谷氨酸，另外 15％（3%~5%）用于合成菌体； 大多数氨基酸产生菌都不能分泌胞外水解蛋白 酶，因此常用的有机氮源有玉米浆、豆饼、毛发、 棉籽饼、麸皮等蛋白质原料的水解液； 有机氮源也是氨基酸发酵中重要的生长因子来 源，对氨基酸合成途经具有调控作用。
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℃。
谷氨酸生产工艺
生物工程专业综合实训（2016 年 11 月谷氨酸生产工艺摘要：谷氨酸做为一种人体所必须的氨基酸，在生命的生理活动周期中具有很大的作用。
不仅参与各种蛋白质的合成，组成人体结构，还做为味精可以给我们带来味蕾上的享受。
现代生产谷氨酸的工艺主要是利用微生物发酵提取而来.不同的发酵方法和不同的发酵条件会造成产量的很大不同.本次谷氨酸的生产工艺,主要是掌握发酵方法和发酵条件的控制,还有各种仪器的使用方法。
通过测得的数据来观察菌种的生长变化,同时谷氨酸发酵工艺各个工段的原理和使用方法. 关键词：谷氨酸；发酵；工艺；等电点。
引言谷氨酸是一种酸性氨基酸，是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义.不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。
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应.医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷,还用于改善儿童智力发育。
食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。
过去生产味精主要用小麦面筋(谷蛋白）水解法进行,现改用微生物发酵法来进行大规模生产.不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。
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。
用于食品内，有增香作用。
甘氨酸具有甜味，和味精协同作用能显着提高食品的风味。
谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用.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.谷氨酸是里索逊1856年发现的,为无色晶体，有鲜味,微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。
大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。
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应。
医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷,还用于改善儿童智力发育。
第六章谷氨酸的提取
• （4）发酵液中尚有其它一些含量很少的发 酵副产物。
• 有机酸类有乳酸、酮戊二酸、琥珀酸等； 氨基酸类有天门冬氨酸、丙氨酸、缬氨酸、 脯氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、甘氨酸、组 氨酸和谷氨酰胺等。各种氨基酸含量小于1 ％。
• (5)谷氨酸发酵液中含有铵离子0.6-0.8％， 残糖1％以下。
• 一般地说，开始加酸中和至PH5左右，这 段时间加酸速度可以快一些，PH5以下，起 晶前后，加酸速度要慢，须倍加小心，发 现晶核时，应立即停止加酸，育晶2h，使 晶核成长壮大，继续缓慢加酸中和至 PH3．2，搅拌育晶。
• 目前工厂一般采用盐酸中和，若用硫酸中 和，要避免局部温度过高，防止形成β-型结 晶，更需缓慢加酸。同时要选用硫酸含量 高，含杂质少，减少溶解度，可提高收得 率。
• (1)从谷氨酸发酵液中提取腺嘌呤。腺嘌呤 是肌苷发酵的必要原料，同时它还可合成 ATP。腺嘌呤是发酵过程核酸降解产物， 利用其解离度不一，在732离子交换树脂中， 用氢氧化钠洗脱时出现两个峰，见图6-1。
可以分开收集。前者为谷氨酸，后者为腺 嘌呤。再精制就可制得腺嘌呤磷酸盐或腺 嘌呤盐酸盐。
(4)盐酸水解-等电点法
• 发酵液中除含有谷氨酸外，尚含有一定量 的谷氨酰胺，焦谷氨酸和菌体蛋白，这些 物质用等电点、离子交换、锌盐法提取是 无法回收的。
• 发酵液经浓缩后加盐酸水解，可回收部分 谷氨酸，从而使谷氨酸的提取收率和谷氨 酸质量得到提高。
(5)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸
• 根据渗透膜对各种离子物质的选择透性不 同而将谷氨酸分离，如电渗析和反渗透法。
• 因而在等电点时，谷氨酸的溶解度最小。 工业生产中等电点法提取谷氨酸就是根据 这一特性，将发酵液PH调至3．2，使谷氨 酸处于过饱和状态而结晶析出。
谷氨酸生产的培养基和发酵工艺控制的主要技术参数
谷氨酸生产的培养基和发酵工艺控制的主要技术参数摘要：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，谷氨酸能与血氨结合生成谷酰胺，接触组织代谢过程中所产生的氨毒害作用，另外谷氨酸单钠盐有很强烈的鲜味，是重要的调味品。
关键词：谷氨酸发酵影响因素工艺控制谷氨酸发酵主要原料有淀粉、甘蔗蜜糖、甜菜蜜糖等，国内多以淀粉为原料生产谷氨酸。
谷氨可通过谷氨酸生产菌在代谢过程中合成，这是一个复杂的过程，第一步是将原料淀粉水解成糖，即糖化作用，第二步是将糖在谷氨酸菌的作用下发酵成谷氨酸。
由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径：一、谷氨酸的生物合成途径主要有EMP途径、HM途径、TCA途径、乙醛酸循环、伍德—沃克反应等。
谷氨酸的生物合成途径大致是：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。
二、谷氨酸生产菌的生化特征有：1、有催化固定CO2的二羧酸合成酶；2、a—酮戊二酸脱氢酶的活性很弱，这样有利于a—酮戊二酸的蓄积；3、异柠檬酸脱氢酶活力很强，而异柠檬酸裂解酶的活性不能太强，这样有利于谷氨酸前提物a—酮戊二酸的合成，满足合成谷氨酸的需要；4、谷氨酸脱氢酶的活力高，这样有利于谷氨酸的合成；5、谷氨酸生产菌经呼吸链氧化的能力要求弱；6、菌体本身进一步分解转化和利用谷氨酸的能力低下，利于谷氨酸的蓄积。
三、谷氨酸发酵工艺谷氨酸生产菌能在菌体外大量积累谷氨酸是由于菌体代谢调节处于异常状态，只有具特异性生理特征的菌体才能大量积累谷氨酸，这样的菌体对环境条件是敏感。
谷氨酸发酵是建立在容易变动的代谢平衡上，是受多种条件支配的。
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。
谷氨酸生产菌代谢机理及研究现状
题目谷氨酸生产菌的代谢机理和研究现状谷氨酸（Glutamic acid），是人体非必须氨基酸。
里索逊于1856年发现谷氨酸，至今已成为世界上氨基酸产量最大的品种。
其用途非常广泛，尤其是其下游产品的开发应用。
食品行业主要用于味精，增鲜剂的生产，还可与其他氨基酸并用增强功能；医药行业，多用于预防和治疗肝性昏迷，保护肝脏，是肝病患者的辅助药物。
而谷氨酸在改善儿童智力发育，维持大脑机能，治疗脑震荡或神经损伤等都有一定疗效；在日常用品中，洗发水、生发剂、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等都可以见到谷氨酸的踪影；农业，谷氨酸还可以用于柑桔增甜剂、微肥的载体、杀菌剂（氨基酸铜）。
1 谷氨酸发酵生产及现状谷氨酸是第一个成功用于发酵生产的氨基酸。
氨基酸的制取始于1820年，而直到1866 年德国化学家里豪森才从小麦面筋里水解物里提取到一种碱性氨基酸-谷氨酸。
1957年，日本率先用微生物发酵法生产谷氨酸，从而结束了由水解或化学合成法而制取谷氨酸的时代[1] 利用发酵法生产，有原料成本低，反应条件温和，可大规模生产等优点，是目前氨基酸生产的主要方法。
我国虽然发酵法生产谷氨酸稍晚，但现已成为世界产量和消费最大的国家。
以味精生产为例，其主要生产流程如下：目前，我国的味精相关产品发展迅速，产量高居世界首位。
据调查，2000-2006 年味精行业平均每年增长17%我国味精年需求量为119万t，味精年人均占有量为769g,而台湾和港澳地区人均占有量为2500g，两者相差甚远。
农村味精市场发展较快，各类小食品、食品加工业冷藏盐渍食品和方便食品等不断增加，味精出口逐年扩大，销路日旺。
据调查预测，未来10年，中国味精相关产品产量将达到160万t。
味精市场空间较大，很有发展前景。
2 谷氨酸生产菌发酵机理2.1 谷氨酸生物合成途径谷氨酸代谢途径包括糖酵解途径（EMP）、磷酸己糖途径（HMP）三羧酸循环（TCA循环）、乙醛酸循环、伍德-沃克曼反应（CQ固定反应）等。
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℃。
谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌
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、纯齿棒状杆菌等。
谷氨酸的生物合成途径大致是：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。
在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。
研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。
因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，如生物素缺陷型菌种的选育。
生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。
生物素缺陷型菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。
而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之一。
因此，磷脂的合成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不完整，提高细胞膜对谷氨酸的通透性。
在发酵过程中，氧、温度、pH和磷酸盐等的调节和控制如下：①氧。
谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。
尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。
②温度。
菌种生长的最适温度为30～32 ℃。
当菌体生长到稳定期，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到34～37 ℃。
③pH。
谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0～8.0。
但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的pH会不断变化。
如随着氮源的利用，放出氨，pH会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。
④磷酸盐。
它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。
发酵结束后，常用离子交换树脂法等进行提取。
6谷氨酸提取
② 离子交换法 先将发酵液稀释至一定浓度，用盐酸 或硫酸将发酵液调至一定的pH，采用阳离 或硫酸将发酵液调至一定的pH，采用阳离 子交换树脂（732#）吸附谷氨酸，然后用 子交换树脂（732#）吸附谷氨酸，然后用 洗脱剂将谷氨酸从树脂上洗脱下来，达到 浓缩和提纯谷氨酸的目的。
③ 金属盐法 利用谷氨酸与Zn 利用谷氨酸与Zn2＋、Ca2＋等金属离 子作用生成难溶于水的谷氨酸金属盐而 沉淀析出。
谷氨酸的溶解度 谷氨酸的溶解度与温度有关。温度对谷 氨酸溶解度的影响如表6 氨酸溶解度的影响如表6-2所示。
表6-2 在等电点时不同温度条件下谷氨酸的溶解度
由表6-2可以看到，随着温度的降低，谷氨酸的 溶解度逐渐减小。因此，工业生产上采用等电点法提 取谷氨酸时，应在低温条件下进行，才能得到较高的 提取收率。
6 谷氨酸提取
6.1 概述
将谷氨酸产生菌在发酵液中积累的L 将谷氨酸产生菌在发酵液中积累的L-谷 氨酸提取出来，再进一步中和、除铁、脱 色并精制成谷氨酸单钠盐（俗称味精）的 过程叫提炼。目前生产上可分为谷氨酸提 取与精制二个阶段。
由糖质原料转化为谷氨酸的发酵过程 是一个复杂的生物化学反应过程。谷氨酸 是发酵目的产物，它溶解在发酵液中，而 在发酵液中还存在菌体、残糖、色素、胶 体物质以及其它发酵副产物。
表6-1 溶液的酸碱性与谷氨酸离子状态的关系 酸性 COOH CHNH3+ CH2 CH2 COOH GA+ 表示符号 谷氨酸 离子 存在 形式 等电点 COO－ CHNH3+ CH2 CH2 COOH GA± 中性 COO－ CHNH3+ CH2 CH2 COO－ GA－ 碱性 COO－ CHNH2 CH2 CH2 COO－ GA=
6.2.1.2 谷氨酸的主要化学性质 ① 成盐反应 谷氨酸分子中含有2个酸性的羧基和1 谷氨酸分子中含有2个酸性的羧基和1 个碱性的氨基，是一个既有酸性基团又有 碱性基团的两性电解质，与酸或碱作用都 可以生成盐。
glu调节
化学控制法
2）添加表面活性剂或饱和脂肪酸
使用生物素过量的糖蜜原料发酵生产谷氨酸时，通过添加 作用机制： 表面活性剂（如吐温60）或是高级饱和脂肪酸及其亲水聚醇 在不饱和脂肪酸合成过程中作为抗代谢物对生物素有拮抗 酯类，同样能清除渗透障碍物，积累谷氨酸。 作用，通过拮抗脂肪酸的生物合成，导致磷脂合成不足，结 果形成磷脂不足的细胞膜，提高细胞膜对谷氨酸的渗透性。 关键： 必须控制好添加表面活性剂、饱和脂肪酸的时间与浓度
控制细胞膜渗透性的方法：
1、化学控制法 1）生物素缺陷型
谷氨酸发酵机制
通过控制发酵培养基中的化学成分，达到控制磷脂、细胞膜的形成或阻 碍细胞壁正常的生物合成，使谷氨酸生产菌处于异常的生理状态，以解除 细胞对谷氨酸向胞外漏出的渗透障碍。
作用机制： 生物素作为催化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，进而影响磷脂的 合成。当磷脂合成减少到正常量的一半左右时，细胞变形， 谷氨酸向膜外漏出，积累于发酵液中。 控制的关键：亚适量控制生物素
化学控制法
4）甘油缺陷型
作用机制：
甘油缺陷型不能合成-磷酸甘油和磷脂，必须由外界供给 甘油才能生长；在甘油限量供应下，由于控制了细胞膜中与 渗透性有直接关系的磷脂含量，使谷氨酸得以积累。
控制的关键： 必须控制添加亚适量的甘油或甘油衍生物
以上都是通过控制磷脂的合成，导致形成 磷脂合成不足的不完全的细胞膜
化学控制法
3）油酸缺陷型
作用机制：
油酸缺陷型菌株丧失了自身合成油酸的能力，也即丧失 脂肪酸合成能力，必须由外界供给油酸才能生长；油酸含 量的多少直接影响到磷脂合成量的多少和细胞膜的渗透性； 通过控制油酸，使磷脂合成量减少到正常量的一半左右时， 细胞变形，谷氨酸分泌积累于发酵液。 控制的关键：
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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，在蛋白质合成、能量代谢以及氨基酸代谢中具有重要作用。
谷氨酸产生菌是一类能够通过代谢途径合成谷氨酸的微生物。
它们通过不同的途径将简单的原料转化为谷氨酸，并且还可以从复杂的废弃物中合成谷氨酸。
以下将详细介绍谷氨酸产生菌生产谷氨酸的原理。
1.谷氨酸产生菌的分类和特征：
谷氨酸产生菌包括大肠杆菌、酵母菌、放线菌等，它们在合成谷氨酸的途径和机制上存在一定的差异。
不同的菌株和菌种具有不同的特征和优势，例如抗性强、高效产谷氨酸、适应性强等。
2.利用基因工程改造菌株：
利用基因工程技术改造谷氨酸产生菌株，通过改造代谢途径中的关键酶或调节元件，提高合成谷氨酸的效率。
例如，通过引入外源基因，增加或改善某些限制步骤的作用酶的功能，提高产量和速度。
3.谷氨酸产生菌的代谢途径：
谷氨酸产生菌通过将简单的原料转化为谷氨酸。
其代谢途径分为几个阶段：首先是途径的起始物质，通常是糖类、氨基酸或某些有机酸，然后将这些物质通过一系列的酶催化反应，逐步转化为谷氨酸。
4.谷氨酸产生菌的合成途径：
谷氨酸产生菌的合成途径可以分为两个主要方向：一个是从糖类合成谷氨酸的途径，另一个是从氨基酸合成谷氨酸的途径。
这两个途径在不同的菌株中可能以不同的方式存在。
从糖类合成谷氨酸的途径一般包括以下几个主要步骤：
（1）糖酵解：
糖类会被谷氨酸产生菌中的酵解酶分解为糖酵解产物，例如丙酮酸、乳酸、酒精等。
（2）酮酸的转化：
糖酵解产物通过转化酶的作用，将丙酮酸、乳酸等酮酸转化为苹果酸、柠檬酸等酮酸。
（3）酮酸的转变为α-酮酸：
酮酸通过转氨酶的作用，将酮酸转化为α-酮酸，使得氨基酸与α-酮酸发生反应生成谷氨酸。
从氨基酸合成谷氨酸的途径主要包括以下几个主要步骤：
（1）氨基酸的降解：
氨基酸通常会通过氨解酶的作用，将氨解离出来，生成氨。
进而通过特定路径生成谷氨酸。
（2）氨的转化：
菌株中的某些酶可以将氨转化为丙酮酸或柠檬酸等中间产物。
（3）途径的合成：
丙酮酸或柠檬酸等中间产物再进一步被合成酶催化反应，生成谷氨酸。
5.废弃物利用：
某些谷氨酸产生菌可以利用废弃物合成谷氨酸。
例如，利用稻草浸泡水，获得水解液，再利用谷氨酸产生菌将其中的碳源转化为谷氨酸。
总结：
谷氨酸产生菌通过不同的代谢途径将简单的原料转化为谷氨酸，并且可以从废弃物中合成谷氨酸。
通过基因工程技术改造菌株，提高谷氨酸的产量和速度，对谷氨酸的生产具有重要的意义。
谷氨酸产生菌因其特殊的代谢途径和机制，在工业生产中得到了广泛的应用。