柠檬酸谷氨酸发酵机制
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。
发酵工程章节复习资料
发酵⼯程章节复习资料第⼀章绪论1、发酵及发酵⼯程的概念1、传统发酵最初发酵是⽤来描述酵母菌作⽤于果汁或麦芽汁产⽣⽓泡的现象，或者是指酒的⽣产过程。
2、⽣化和⽣理学意义的发酵指微⽣物在⽆氧条件下，分解各种有机物质产⽣能量的⼀种⽅式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电⼦受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在⽆氧条件下被微⽣物利⽤产⽣酒精并放出CO2。
3、⼯业上的发酵泛指利⽤微⽣物制造或⽣产某些产品的过程包括：1. 厌氧培养的⽣产过程，如酒精，乳酸等。
2. 通⽓（有氧）培养的⽣产过程，如抗⽣素、氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
发酵⼯程（Fermentation Biotechnology）: 应⽤微⽣物学等相关的⾃然科学以及⼯程学原理，利⽤微⽣物等⽣物细胞进⾏酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的⼀门科学。
2、发酵⼯程技术的发展⼤致可分为哪⼏个阶段，每段的技术特点是什么？1. ⾃然发酵时期:嫌⽓性发酵⽤于酒类酿造，好⽓性发酵⽤于酿醋、制曲。
2. 纯培养技术的建⽴：⼈⼯控制环境条件使发酵效率迅速提⾼。
3.通⽓搅拌好⽓发酵过程技术的建⽴：从分解代谢转为⽣物合成代谢，可以利⽤微⽣物合成积累⼤量有⽤的代谢产物。
4.⼈⼯诱变育种与代谢控制发酵⼯程技术的建⽴：遗传⽔平上控制微⽣物代谢。
5. 发酵动⼒学、发酵⼯程连续化、⾃动化⼯程：以数学、动⼒学、化⼯原理等为基础，通过计算机实现发酵过程的⾃动化控制的研究，使发酵过程的⼯艺控制更为合理。
6. 微⽣物酶反应⽣物合成与化学合成反应结合⼯程技术：可⽣产许多过去不能⽣产的有⽤物质。
3、发酵⼯业的应⽤范围1. 酿酒⼯业（啤酒、葡萄酒、⽩酒）2. ⾷品⼯业（酱、酱油、⾷醋、腐乳、⾯包、乳酸）3. 抗⽣素⼯业（青霉素、链霉素、⼟霉素）4. 有机酸⼯业（柠檬酸、葡萄糖酸）5. 酶制剂⼯业（淀粉酶、蛋⽩酶）6. 氨基酸⼯业（⾕氨酸、赖氨酸）7. 核苷酸发酵⼯业(肌苷酸、肌苷)8. 有机溶剂⼯业（酒精、丙酮）9. 维⽣素⼯业(VB2、VB12)10.⽣物能源⼯业（沼⽓、⽣物柴油）11.环境保护产业（废⽔⽣物处理）12.⽣理活性物质发酵⼯业（激素）13. 冶⾦⼯业(微⽣物探矿、⽯油脱硫)14.微⽣物菌体蛋⽩发酵⼯业（酵母、单细胞蛋⽩）4、发酵⼯业的特点与化学⼯程相⽐，发酵⼯程具有以下特点：1、发酵过程是极其复杂的⽣物化学反应，与微⽣物细胞息息相关2、通常在常温常压下进⾏，反应安全，需求条件也⽐较简单3、发酵醪（包括固相、液相、⽓相，还含有活细胞体或菌丝体），属⾮⽜顿流体，其特性影响因素很多，对发酵⼯程都有关联4、具有严格的灭菌系统，以防⽌杂菌污染如空⽓除菌系统、培养基灭菌系统、设备的冲洗灭菌等5、反应以⽣命体的⾃动调节⽅式进⾏，因此数⼗个反应过程能够像单⼀反应⼀样，在同⼀发酵罐内进⾏6、后处理阶段，为了适应菌体与发酵产物的特点，需采取⼀些特殊的⼯艺措施并选⽤合适的设备。
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
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。
发酵工程工艺原理：6 发酵机制2
巴斯德效应简述二氧化碳固定反应对于提高柠檬酸产率的意义，并从能荷的角度檬酸产率的意义柠檬酸的代谢途径及其反馈调节情况？什么机制可以造成柠檬酸积累？线粒体顺乌头酸酶在催化时有柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸存在两个丙酮酸羧化酶基本上不受代谢调节的控制，这个反应的平衡保TCA环的起始酶：柠檬酸合成酶是一种调节酶。
但在黑曲霉中，糖酵解代谢的调节正常情况下，柠檬酸、激酶有抑制作用，而关系，正是由于细胞内浓度升高，使磷2.培养物的最大活力时发现，锰缺乏Aa 氧和pH值对柠檬酸发酵的影响很大。
氧是发酵过程（EMP途径和丙酮酸脱氢）标准呼吸链产生ATP积累，侧呼吸链不产广东肇庆星湖生物科技股份有限公司生产氨基酸的大国为日本和德国。
日本的味之素、协和发酵及德国的迪高沙是世界氨基酸生产的三巨头。
它们能生产高品质的氨基酸,可直接日本在全球很多国家建立了合资的氨基酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍生物。
中国目前的情况：谷氨酸、赖氨酸、其他氨基酸。
河南莲花味精、山东菱花味精、江苏菊花味精、广东奥桑味精、沈阳红梅味精川化味之素3．氨基酸的用途二、谷氨酸发酵机制继续选育各种生化突变菌株：转化率提高，或可在富含生物素的培养基中保持较高产酸水平工艺。
工艺生物工程新技术的应用：体外DNA重组的基因工程和原生质体融合技术和固定化细胞技术使改进发酵工艺：开拓原料，改进流加工艺，通过电子计算机控制发酵条件。
1、控制发酵的环境条件2、控制细胞渗透性3、控制旁路代谢4、消除终产物的反馈抑制与阻遏作用进：通：或者诱导或激活这些酶，从而使来自各节：大的代谢支流，使碳架物质相对集中地流堵：径。
出：。
2谷氨酸发酵机制总结
(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（2～5μg/L），在发酵产酸期， EMP所占的比例更大，HMP所占比例约为 26％。
(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或苹果 酸，催化CO2固定反应的酶有丙酮酸羧化酶、 苹果酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶。
细胞所处的能量状态用ATP、ADP和AMP之 间的关系来表示，称为能荷(energy charge)。能 荷计算公式为：
从上式可以看出，能荷是细胞所处能量状态 的一个指标。当细胞内的ATP全部转化为 AMP时， 能荷值为0；当AMP全部转化为ATP时，能荷值 为1。可见能荷值在0和1之间变动。已知大多数 细胞的能荷处于0～0.95之间，处于一种动态平 衡。
（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。
图2-1 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径
(5)α-酮戊二酸脱氢酶的调节 在谷氨酸产生菌中，α-酮戊二酸脱氢酶 活性微弱。
(6)谷氨酸脱氢酶的调节 谷氨酸对谷氨酸脱氢酶存在着反馈抑 制和反馈阻遏。
在谷氨酸产生菌正常代谢中，谷氨酸 比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量时， 谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻遏柠 檬酸合成酶催化柠檬酸的合成，使代谢转 向天冬氨酸的合成。天冬氨酸合成过量后， 天冬氨酸反馈抑制和反馈阻遏磷酸烯醇式 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。
谷氨酸发酵机制
理想的发酵按如下反应进行:
• C6H12O6+NH3+1.5O2──C6H9O4N+CO2+3H2 O
谷氨酸发酵的代谢途径:
谷氨酸生产菌的育种思路 :
第二章 谷氨酸发酵机制
谷氨酸生产菌的具体育种思路
1.切断或减弱支路代谢 2.解除自身的反馈抑制 3.增加前体物的合成 4.提高细胞膜的渗透性 5.强化能量代谢 6.利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌 株
谷氨酸发酵机制
谷氨酸的生物合成途径:
在谷氨酸发酵中，生成谷氨酸的主要酶反应有以下 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.
葡萄糖生物合成谷氨酸理想途径:
• 在谷氨酸发酵时,糖酵解经过EMP及HMP两 个途径进行,生物素充足菌HMP所占比例是 38%,控制生物素亚适量的结果,发酵产酸 期,EMP所占的比例更大,HMP所占比例约为 26%
三）乙醛酸循环的作用
• 由于三羧酸循环的缺陷，在谷氨酸发酵的菌体生长期，需要异柠檬酸裂 解酶催化反应，走乙醛酸循环途径。 乙醛酸循环中生成的四碳二羧酸可返回三羧酸循环，乙醛酸循环途径可 看作三羧酸循环的支路和中间产物的补给途径。 若二氧化碳固定反应完全不起作用，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的催化作用 下，脱氢脱羧全部氧化成乙酰CoA，通过乙醛酸循环供给四碳二羧酸。 当以葡萄糖为碳源时，二氧化碳固定反应与乙醛酸循环的比率对谷氨酸 产率有影响，乙醛酸循环活性越高，谷氨酸生成收率越低。因此，在糖质原 料发酵生产谷氨酸时，应尽量控制通过二氧化碳固定反应供给四碳二羧酸。
第二章 谷氨酸发酵机制
第三节 谷氨酸发酵中如何控制细胞膜 的渗透性
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
第三篇第三章谷氨酸发酵机制
§第六章谷氨酸的发酵机制GA发酵作为重点：（1）是代谢控制发酵的重点（2）是目前代谢控制发酵中，在理论与实践上最成熟的……第一节 GA的生物合成途径一、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：主导反应: GHDα-KGA+NH4++NADPH2 GA+H2O+NADPC6H12O6HMP 3-磷酸甘油醛乳酸丙酮酸乙酰辅酶ACO2CO2草酰乙酸柠檬酸苹果酸异柠檬酸延胡索酸NADPCO2琥珀酸 NADPHα—KGANADPHNH4+ NADP谷氨酸第二节 GA生物合成的调节机制一、优先合成与反馈调节1、优先合成1）优先合成（perference synthesis）a D→EC a酶活性远大于b酶活性GA 比Asp优先合成，GA过量后，阻遏和抑制自身的合成途径，使代谢转向Asp2、CO2固定反应的酶类受Asp的反馈抑制，GA 和Asp的反馈阻遏3、α—KGA脱氢酶在GA生产菌中先天丧失或微弱4、柠檬酸合成酶（TCA关键酶）：受能荷调节和GA的反馈阻遏和乌头酸的反馈抑制5、GDH（谷氨酸脱氢酶）受GA的反馈抑制和阻遏6、异柠檬酸脱氢酶：受α—KGA的反馈抑制。
异柠檬酸脱氢酶催化的异柠檬酸脱羧生成α—KGA和谷氨酸脱氢酶催化的α—KGA 还原氨基话生成的GA的反应是一对氧化还原共轭反应，细胞内α—KGA和异柠檬酸的量需维持平衡，当α—KGA过量时对异柠檬酸脱氢酶发生抑制作用，停止合成α—KGA由菌体的代谢可知，在正常情况下，GA并不积累。
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：1.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。
谷氨酸摇瓶发酵
谷氨酸摇瓶补料发酵班级：生物工程091班姓名：XXX学号：XXXXXXXXXXXXX指导老师：XX谷氨酸摇瓶补料发酵摘要：本实验以天津短杆菌为菌种，在不同培养基条件下研究摇瓶补料发酵生产谷氨酸。
试验中以OD值检测天津短杆菌的生长状况，以残糖量和谷氨酸生成量控制补料情况。
实验结果表明：在相同培养条件（培养温度32℃，培养箱转速240rpm）下，蛋白胨培养基最高产酸为19g/L，玉米浆70%梯度培养基的最高产酸量为12g/L，根据以上结果可以看出，蛋白胨培养基的产酸量高于梯度培养基。
关键词：谷氨酸补料发酵 OD值残糖量生物素前言：1866年德国H.ittthausen用硫酸水解小麦面粉，分离到一种酸性氨基酸，依据原料的取材将它命名为谷氨酸。
1872年Hasiwitz 和Habermaan用酪蛋白水解也制得谷氨酸。
1908年日本池田菊苗在探讨海带汁鲜味时，提取了谷氨酸，开始制造“味之素”。
1901年日本味之素公司用水解面筋法生产谷氨酸。
1936年美国从甜菜废液（斯蒂芬废液）中提取谷氨酸。
1954年多田、中山两人报告了采用微生物直接发酵谷氨酸的研究。
直到1956年日本协和发酵公司的木下祝郎分离选育出一种新的细菌——谷氨酸棒状杆菌，能同化利用100g葡萄糖，可直接发酵并积累40g以上的谷氨酸。
随后进行了工业化研究，自1957年起发酵法制取味精，正式商业化生产。
20世纪60年代后，世界各国也兴起发酵法生产味精，以甘蔗或甜菜、糖蜜、淀粉、醋酸、乙醇为原料，由于石油价格上涨和石油制品的安全性，相继改用糖蜜、淀粉原料为主的发酵法生产味精。
谷氨酸发酵机制：谷氨酸的生物合成途径主要包括：EMP途径、HMP 途径、TCA循环、乙醛酸循环、CO2固定反应。
总反应途径为：糖经过EMP途径和HMP生成丙酮酸。
一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA；另一方面，经CO2固定作用生成草酰乙酸；两者合成柠檬酸进入TCA 循环，由三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶的催化下，还原氨基化合成谷氨酸。
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
调味品工艺学 谷氨酸发酵工艺
（4）PH的影响：加酸到PH为5左右可快些，PH为5以下开始起晶时加 酸要慢，发现晶核要立即停止加酸，育晶2h，使晶核缓慢增大，到 PH3.22左右时，搅拌育晶。
4、 谷氨酸制味精流程图：
谷氨酸
水（或渣水） 碳酸钠
中和 硫化碱 沉淀 谷氨酸回调ph 活性炭脱色
脱色
活性炭
硫化碱
过滤
活性炭二次脱色
硫化碱
6、
二、实验原理：
1、谷氨酸生物发酵机制：
（1）谷氨酸生产菌应具备的生化特点：
1）α—酮戊二酸氧化能力弱
2）谷氨酸脱氢酶活化能力强
3）细胞膜对谷氨酸的通透性强：可采用生物素亚适量或添加表面活性剂或高级饱和脂 肪酸或者是采用油酸缺陷性等。 2、生物素对谷氨酸发酵的作用机理： （1）生物素对糖代谢的调节 1）生物素对糖酵解途径的影响：生物素充足，糖酵解加速，趋向形成乳酸。 2）生物素对CO2固定途径的影响：生物素是羧化酶辅酶。 3）生物素对一乙醛酸途径的影响：生物素亚适量，异柠檬酸裂解酶能力低，琥珀酸 氧化能力低。 （2）生物素对细胞膜合成的影响：控制磷脂的省
脱色
过滤
GH15颗粒活性炭脱色
晶种
流加母液
蒸馏水
浓缩结晶
离心分离
母液
小结晶
结晶味精
干燥
过筛
粒状
干燥
搅拌粉碎
粉状味精
（1）中和的原理：
COOH ︱ CH2 ︱ +Na3CO3→ COO∣ CH2 2 ∣ +CO2↑+H2O
HC—NH3+
︱ COO-
HC — NH3+
∣ COO-Na+
中和液的ph<7
谷氨酸发酵生产工艺及提取方法
谷氨酸发酵机制以及杂菌噬菌体防治
2、利用生物素过量的糖蜜原料进行谷氨酸发酵时， 添加表面活性剂或饱和脂肪酸。
在生物素过量的条件下，添加表面活性剂或饱和脂肪酸 仍能进行谷氨酸发酵，其原因在于这些物质对生物素起拮抗 作用，抑制不饱和脂肪酸的合成，导致油酸合成量减少，磷 脂合成不足，使得细胞膜不完整，提高了细胞膜对谷氨酸的 通透性。常用的表面活性剂有吐温-60、吐温-40等。常用的 饱和脂肪酸有十七烷酸、硬脂酸等。
α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶作用下经
还原氨基化反应生成谷氨酸
谷氨酸生物合成 调节机制
CO2 乙酰-coA
Glc
CO2 丙酮酸 羧化酶 草酰乙酸 天冬氨酸 （Asp）
合成酶 柠檬酸 优先合成
反 馈 阻 遏
顺乌头酸 异柠檬酸 异柠檬酸 谷氨酸 Glu 脱氢酶 脱氢酶 α-酮戊二酸
反 馈 抑 制
α-酮戊二酸 脱氢酶
（一）空气的净化：
减少过滤前空气的尘 埃、贾少过滤前空气 的油水含量、保证压 缩空气的温度、妥善 填装过滤介质、选用 高效的过滤器材、保 证一定的气流速度
（二）培养基和设备的灭菌：合理的调配培养基、保证
灭菌温度和时间、保证设备无积污和渗漏、保证流动蒸汽质量、 尽量减少泡沫、正确的进行空气保压。
（三）发酵设备的安装：防
一种脂肪酸。 分子式C18H34O2
4、利用甘油缺陷型菌株进行谷氨酸发酵，限制发 酵培养基甘油的浓度。
甘油缺陷型菌株不能自身合成 α–磷酸甘油和磷脂，外界供给 甘油才能使其生长，因此可以通 过控制甘油添加量来控制细胞膜 对谷氨酸的通透性。 当甘油添加量过多时，磷脂正 常合成，菌体正常生长，不产酸 或产酸低； 当甘油添加量过少时，菌体生 长不好，产酸低，所以控制甘油 亚适量是控制的关键。
浅谈提高谷氨酸产率的方法
ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ1232010 3谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占有重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。
目前，我国许多工厂采用多种方法来提高谷氨酸产率，如选育高产菌种、改进发酵工艺、搞好发酵控制、引进微机控制、增加控制参数等。
这些方法对于提高谷氨酸产率非常有效。
一、发酵机理实验证明，谷氨酸产生菌的谷氨酸生物合成途径与一般微生物是一样的，就是糖经过酸解途径和单磷酸己糖途径生成丙酮酸。
一方面，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰－ＣｏＡ；另一方面，经二氧化碳固定作用生成草酸乙酸；两者合成柠檬酸进入三羧酸循环，由三羧酸循环的中间产物α－酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶催化下，还原氨基化合成谷氨酸。
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要的乙酰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。
二、发酵工艺1.高糖发酵工艺采用经诱变获得的ＦＭ８４－４１５细菌菌株，用一次性高糖（１８％）发酵，并配以复合生物素等工艺条件控制。
实验室摇瓶培养，可获得谷氨酸产率达１１．９％，糖酸转化率为５９．８％。
经过２０吨发酵罐试验生产，当初糖浓度为１９％时，谷氨酸产率达９％以上，糖酸转化率为５１．２％，平均发酵周期为３８小时左右，使用上述菌株及工艺，无需改动原有发酵设备，就能使谷氨酸发酵生产产率大大提高。
一种以淀粉为主要原料的微生物谷氨酸高糖发酵控制工艺，其发酵培养基成分由水解葡萄糖、各种生物素、磷酸二氢钾、硫酸镁、水等组成。
其特征为所述的工艺采用诱变菌株ＦＭ８４－４１５细菌菌株，其水解葡萄糖初糖浓度为１７％～２０％，并采用玉米浆、麸皮水解液和糖蜜等和复合生物素，总生物素量在０．８％～１．５％之间。
好氧发酵工艺及设备
0.25 ÷ 0.052 = 4.8 (s) 培养液中的溶解氧最多可用4.8秒，因此必须连续通气。
2. 亨利定律(Henry's law)
• 在等温等压下，某种气体在溶液中的溶解
度与液面上该气体的平衡压力成正比。这
包括氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、细胞膜及细 胞内的扩散。
氧分子在一系列的扩散中，各步均有一推动力（氧的分 压或浓度差）来克服各自的阻力。
------ 单位时间内单位体积培养液中微生物摄取
氧的量。记作 rO2 (mmol/L·h)
(耗氧速率)
rO2因微生物种类、代谢途径、菌体浓度、温 度、培养液成分及浓度的不同而异。
rO2值的范围一般在 25～100 mmol/L·h
比耗氧速率-----相对于单位质量的干菌体在单位时间内 所消耗的氧量。也称呼吸强度(respiratory intensity)；用 QO2表示 (mmol O2 /g ·h)
（二）微生物的耗氧------
供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系
• 氧是细胞的组成成分和各种产物的构成 元素，又是生物能量代谢的必需元素。 氧是好气性微生物氧化代谢的电子最终 受体，同时通过氧化磷酸化反应生成生 物体生命活动过程中所需要的能量。
如果细胞的代谢产物就是细胞、CO2和水时， Meteles根据细胞的主要元素组成，提出了预测 发酵过程中微生物需要氧数量的计算公式：
吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化，此时的溶氧浓度 称为呼吸临界氧浓度。
临界氧浓度与培养液的理化性质，发酵罐的结构有关。
QO2
在好氧微生物反应中，一
般取CL >CCr ，以保证反应 的正常进行。
氨基酸发酵工艺学要点
氨基酸发酵工艺学要点2淀粉生产的流程原料→清理→浸泡→粗碎→胚的分离→磨碎→分离纤维→分离蛋白质→清洗→离心分离→干燥→淀粉13在谷氨酸发酵中如何控制细胞膜渗透性。
①生物素亚适量②添加表面活性剂、高级饱和脂肪酸或青霉素③选育温度敏感突变株、油酸缺陷型或甘油缺陷型突变株15谷氨酸生产菌的育种思路（1）.切断或减弱支路代谢（2）解除自身的反馈抑制(3).增加前体物的合成 (4).提高细胞膜的渗透性 (5).强化能量代谢(6).利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株16现有谷氨酸生产菌主要有哪四个菌属。
棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中的细菌17谷氨酸发酵生产菌的主要生化特点。
现有谷氨酸生产菌的主要特征:（1）细胞形态短杆形、棒形；（2）革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢，不能运动；（3）需氧型微生物；（4）生物素缺陷型；（5）脲酶强阳性；（6）不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；（7）发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变；（8）二氧化碳固定反应酶系强；（9）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱；（10）α-酮戊二酸氧化能力微弱；（11）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活性强；（12）具有向环境泄露谷氨酸的能力；（13）不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，产谷氨酸8%以上；(14)还原性辅酶II进入呼吸链能力弱（15）利用醋酸不能利用石蜡22氨基酸生产菌菌种的来源有哪些。
（1）向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株。
（2）由自然界采集样品，如土壤、水、动植物体等，从中进行分离筛选。
（3）从一些发酵制品中分离目的菌株。
27谷氨酸发酵培养基包括哪些主要营养成分。
碳源谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖。
谷氨酸产量随糖浓度的增加而增加氮源无机氮源: (1)尿素(2) 液氨(3)氨水有机氮源:主要是蛋白质、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、豆饼水解液和糖蜜等。
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。
柠檬酸发酵的原理
柠檬酸发酵的原理
柠檬酸发酵是一种微生物发酵过程，利用某些特定菌种的代谢途径，将特定底物转化为柠檬酸。
该过程的原理涉及以下几个方面：
1. 底物选择：柠檬酸发酵的底物通常选择糖类物质，如蔗糖、葡萄糖等。
这些底物能够被发酵菌种代谢利用，产生有机酸。
2. 菌种选择：柠檬酸发酵常用的菌种是柠檬酸杆菌（Aspergillus niger）和柠檬酸假单胞菌（Yarrowia lipolytica）等。
这些菌种具有良好的柠檬酸合成能力。
3. 代谢途径：柠檬酸发酵的代谢途径主要包括三个关键步骤：
- 糖类底物酵解：底物被菌种内的酵解酶作用下分解为各种代谢物，如丙酮酸和乳酸等。
- 柠檬酸产生：丙酮酸在菌种内经过一系列酶催化反应，被转化为柠檬酸。
柠檬酸亦可通过川崎循环途径合成。
- 转运和排泄：合成的柠檬酸会通过菌体内部的膜通道或转运蛋白被转运至菌体外，最终被释放出来。
4. 发酵条件：柠檬酸发酵的条件包括温度、pH值、底物浓度和氧气供应等。
适宜的发酵条件能够提高菌种的活性和产酸效率。
综上所述，柠檬酸发酵利用特定菌种的代谢途径，将糖类底物转化为柠檬酸。
这一过程涉及底物的酵解、柠檬酸的合成以及其转运和排泄等关键步骤。
发酵条件的调控对于柠檬酸发酵过程的效果具有重要影响。