谷氨酸发酵主要影响因素及其控制
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。
谷氨酸发酵 实验报告(1)
兰州大学生命科学学院发酵工程实验谷氨酸发酵实验摘要：谷氨酸棒杆菌在合适的培养基中经摇瓶培养能快速生长，为发酵实验准备菌种。
还原糖的消耗和谷氨酸的生成是衡量谷氨酸发酵是否正常的重要标志，所以在发酵过程中，要求每两个小时测定一次还原糖的含量，并据此作出发酵的糖耗曲线。
关键字：种子的制备、发酵罐、谷氨酸棒杆菌、PH的调节引言：了解发酵工业菌种制备工艺和质量控制，为发酵实验准备菌种。
了解发酵罐罐体构造和管道系统，掌握对发酵罐及其管道系统的灭菌方法。
了解发酵罐的操作，完成谷氨酸发酵的全过程。
还原糖的消耗和谷氨酸的生成是衡量谷氨酸发酵是否正常的重要标志，在发酵后期当还原糖降至1％以下时，表明谷氨酸发酵已经完成。
所以在发酵过程中，要定时测定还原糖的含量，要求每两个小时测定一次，并据此作出发酵的糖耗曲线。
掌握还原糖和总糖的测定原理，学习用比色法测定还原糖的方法。
学习使用茚三酮比色法检测发酵液中谷氨酸浓度的方法。
谷氨酸棒杆菌通常在0-12小时为生长期，12小时后为产酸期，所以应该从12小时以后开始检测谷氨酸的含量，每两个小时取一次样。
原理:谷氨酸棒杆菌在合适的培养基中经摇瓶培养能快速生长，得到大量健壮的种子。
谷氨酸棒杆菌生长速度较快，接种量一般在1-2%。
谷氨酸发酵是有氧发酵，发酵罐由蒸汽管道、空气管道、加料出料管道等组成，在实验之前必须先对发酵罐进行空消。
谷氨酸产生菌是代谢异常化的菌种，对环境因素的变化很敏感，在适宜的培养条件下，谷氨酸产生菌能够将50％以上的糖转化成谷氨酸，而只有极少量的副产物。
如果培养条件不适宜，则几乎不产生谷氨酸，仅得到大量的菌体或者由发酵产生的乳酸、琥珀酸、а－酮戊二酸、丙氨酸、谷氨酰胺、乙酰谷氨酰胺等产物。
生产上的中间分析只测定一些主要数据，只能显示微生物代谢的一般概况而不能反映细微的生化变化。
因此，进一步完善生化分析项目，从生化角度对发酵进行控制，从而确定最适宜的工艺条件是提高发酵水平的重要课题之一。
谷氨酸发酵过程控制—谷氨酸棒杆菌三角瓶液体培养
2、培养条件 ①温度 种子培养应选择最适温度。 ②通气量 足够的通气量可以提高种子质量。
3、接种量 接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中生长繁
殖的速度。接种量过大会引起溶氧不足，影响产物合 成；接种量过小会延长培养时间，降低发酵罐的生产 率。
通 常 接 种 量 ： 细 菌 1-5% ， 酵 母 菌 5-10% ， 霉 菌 715%，有时20-25%。
请阅读引导文，并回答以下问题：
1、由斜面接种至液体培养基，采用什么接种工具？ 2、无菌操作接种应该在什么环境下进行？ 3、谷氨酸棒杆菌摇瓶种子培养条件和培养时间？
❖ 由斜面接种至液体培养基，采用的接种工具:接种环。 ❖ 接种环境：必须在一个无杂菌污染的环境中进行严格的
无菌操作。
摇瓶培养条件和时间： 培养时间12h; 设置摇床转速100rpm; 培养温度33-34℃。
谷氨酸发酵条件控制-谷氨酸棒杆菌三角瓶液体培养
谷氨酸的生产工艺流程： 一级种子扩大培养
摇瓶培养（三角瓶培养）的目的：
产生大量繁殖活力强的菌体，培养基组分应以少含 糖分，多含有机氮为主，培养条件有利于长菌。
1、培养基 种子培养基要满足以下要求： （1）营养成分适合种子培养的需要； （2）选择有利于孢子发芽和菌体生长的培养基； （3）营养上要易于被菌体直接吸收和利用； （4）营养成分要适当丰富和完全，氮源和维生素 含量要高； （5）营养成分要尽可能与发酵培
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
谷氨酸发酵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、纯齿棒状杆菌等。
谷氨酸除用于制造味精外，还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射液等。
我国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相比还存在一定差距。
主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化率和提取率低，易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等。
一、菌种的选育主要通过基因突变、基因工程、细胞工程得到优良的菌种。
可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。
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，以提高细胞膜对谷氨酸的通透性，如生物素缺陷型菌种的选育。
1.谷氨酸生产菌的生化特征1. α-酮戊二酸氧化能力微弱: α-酮戊二酸脱氢酶丧失或活性低.2. 谷氨酸脱氢酶活性强.3. 还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力缺陷或微弱.4. 异柠檬酸裂解酶活力微弱.5. 不利用谷氨酸.6. 耐高糖耐高谷氨酸 .7. CO2固定能力强.8 .解除谷氨酸反馈抑制.9. 具有向胞外分泌谷氨酸的能力.2.谷氨酸产生菌棒杆菌属：北京棒杆菌钝齿棒杆菌谷氨酸棒杆菌短杆菌属：黄色短杆菌产氨短杆菌小杆菌属：嗜氨小杆菌节杆菌属：球形节杆菌3.共同点：1. α-酮戊二酸氧化能力微弱: α-酮戊二酸脱氢酶丧失或活性低.2. 谷氨酸脱氢酶活性强.3. 还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力缺陷或微弱.4. 异柠檬酸裂解酶活力微弱.5. 不利用谷氨酸.6. 耐高糖耐高谷氨酸 .7. CO2固定能力强.8 .解除谷氨酸反馈抑制.9. 具有向胞外分泌谷氨酸的能力.谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)是好氧细菌，可用于微生物发酵工程生产谷氨酸来制取谷氨酸钠（味精），谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中（溶氧）；在温度为摄氏30到37度，pH为7到8的情况下，经28到32小时，培养液中会生成大量的谷氨酸。
谷氨酸发酵影响因素及控制
生物素对菌体细胞膜通透性的影响
谷氨酸发酵采用的菌种都是生物素缺陷型，而生物 素又是菌体细胞膜合成的必须物质，因此，可以通 过控制生物素的浓度，来实现对菌体细胞膜通透性 的调节。
生物素对细胞膜合成的影响主要是通过对细胞膜的 主要成分——磷脂中的脂肪酸的生物合成来实现的， 当限制了菌体脂肪酸的合成时，细胞就会形成一个 细胞膜不完整的菌体。生物体内脂肪酸的合成途径 如下：
谷氨酸发酵是典型的代谢控制发酵 发酵过程中，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。
整个发酵过程可简单的分为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
。
第二节 影响谷氨酸产量的因素及发酵条件控制
NH4+不足：不利于-酮戊二酸的还原氨基化， -酮戊二酸积累，引起反馈调节
影响因素3：NH4+浓度
NH4+的供给方式（流加）： （1）液氨 （2）0.8%尿素
影响因素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。
我国使用的生产菌株：
北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense) AS1.299
北京棒杆菌D110
钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum) AS1.542
棒杆菌(Corynebacterium sp.)S-914 黄色短杆菌T6~13
生产菌株特点
在己报道的谷氨酸生产菌中，除芽孢杆菌外 ，虽然它们在分类学上属于不同的属种，但都有 一些共同特点: 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. 需要生物素作为生长因子 6. 在通气条件下才能产生谷氨酸。
谷氨酸发酵过程控制—发酵罐溶氧的控制
在谷氨酸发酵过程中为什么需要通氧？ 谷氨酸发酵的生产菌是好氧菌吗？谷氨酸发酵过程中通入的氧Fra bibliotek微生物都能利用吗？
溶氧对发酵的影响和及其控制
氧是一种难溶于水的气体。在25℃，1×105Pa条件下， 纯氧在水中的溶解度为1.26mmol/L，空气中的氧在纯水 中的溶解度更低（0.25mmol/L）。在28℃氧在在发酵液 中的溶解度只有0.22 mmol/L，而发酵液中的大量微生 物耗氧迅速（耗氧速率大于25~100 mmol/L.h），因此， 供氧对于好氧微生物来说是非常重要的。在对数生长期， 即使发酵液被空气饱和，若此时停止供氧，发酵液中溶 氧可在几分钟之内便耗尽。
10~15% ★合成的临界氧值：考察不同溶氧浓度对生产的影响， 便可求得合成的临界氧值。
注意： ●实际上，呼吸临界氧值不一定与产物合成临界氧值
相同。 ●生物合成临界氧浓度并不等于其最适氧浓度。 ●在培养过程中并不是维持溶氧越高越好。过高的溶
氧对生长可能不利。
（2）溶氧作为发酵异常的指标
生长过程从培养液中溶氧浓度的变化可以反映菌的 生长生理状况。
在发酵工业中，耗氧对于菌体生长和产物生成之 间的关系有三种类型： １、产物生成期的耗氧与菌体生长期的耗氧一致。 ２、产物生成期的耗氧超过菌体生长期的耗氧量。 ３、产物生成期的最适耗氧量低于菌体生长期的耗氧 量。
影响需氧的工艺条件
项目 菌种特 性
培养基 的性能
工艺条件
项目
工艺条件
好气程度 菌龄、数量
发酵溶氧变化异常，可及时预告生产可能出现的问题。
★操作故障或事故
★中间补料是否得当
★污染杂菌：溶氧会反常地迅速（一般2~5h)跌到零，并 长时间不回升。这比无菌试验发现染菌要提前几个小时。 但有时会出现染菌后溶氧反而升高的现象。
食品发酵中谷氨酸酶活性的测定与影响因素研究
食品发酵中谷氨酸酶活性的测定与影响因素研究食品发酵是一种利用微生物代谢产生的酶催化作用，将食材进行转化、降解和提醒的过程。
在食品发酵过程中，谷氨酸酶是一个重要的酶类，它能够促进谷氨酸的转化，影响食品的口感和营养价值。
本文将探讨食品发酵中谷氨酸酶活性的测定方法和影响因素。
首先，测定谷氨酸酶活性的方法有很多种，其中常用的方法有色谱法、比色法和生物传感器法等。
色谱法是一种比较准确的测定方法，但操作较为复杂，需要专业的仪器设备和技术。
比色法是一种简便、快速的测定方法，通过比色剂与酶反应产生的产物发生颜色变化，可以直接测定酶活性。
而生物传感器法则是利用生物材料的特殊性质来测定酶活性，具有灵敏度高、反应时间短等特点。
根据不同实验需求和设备条件，选择适合的测定方法进行研究。
其次，影响食品发酵中谷氨酸酶活性的因素有多方面的因素，如pH值、温度、基质浓度和金属离子等。
pH值是影响酶活性的重要因素之一，不同酶对pH值的适应性不同。
例如，在发酵过程中产生的酸碱度变化会影响谷氨酸酶的活性，从而影响最终食品的品质。
另外，温度也是影响谷氨酸酶活性的因素之一，适宜的温度可以提高酶活性，加快发酵反应。
而过高或过低的温度则会导致酶的变性，丧失催化作用。
此外，基质浓度也是影响谷氨酸酶活性的重要因素。
基质是酶作用的底物，适宜的基质浓度可以提高反应速率，但过高的基质浓度则会抑制酶的活性。
最后，金属离子也可以影响谷氨酸酶活性。
一些金属离子可以作为辅因子或抑制剂参与酶活性的调节。
不同金属离子对谷氨酸酶的影响程度各异，需要具体实验来验证。
综上所述，食品发酵中谷氨酸酶活性的测定与影响因素是一个复杂而重要的课题。
科学准确的测定方法和清晰的影响因素研究可以为食品发酵行业提供理论指导和实践参考。
随着科学技术的发展，相信在未来的研究中，我们能够更全面地了解谷氨酸酶活性的测定与影响因素，为食品发酵工艺的优化和创新提供更好的支持和保障。
谷氨酸发酵控制
一简述甜菜糖蜜添加吐温发酵的机理！！！吐温是一种表面活性剂，它是在菌体细胞不饱和脂肪酸合成的过程中，作为抗代谢物具有抑制作用，对生物素具有拮抗作用。
通过拮抗脂肪酸的生物合成，达到控制磷脂合成，导致磷脂合成不足。
结果形成磷脂合成不足的不完全的细胞膜，提高了谷氨酸向膜外漏出的渗透性。
二简述甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵的机理！！！添加青霉素可抑制谷氨酸生产菌细胞壁的后期合成，主要抑制糖肽转肽酶，影响细胞壁肽聚糖的生物合成。
因为青霉素的结构与革兰氏阳性的谷氨酸菌所特有的糖肽的D-Ala-D-Ala末端结构类似，因而它取代合成糖肽的底物而和酶的活性中心结合，是五肽末端的丙氨酸不能被肽酶移去，谷氨酸桥一头无法与它前面的丙氨酸相接，因此交联不能形成，网状的结构连接不起来，糖肽的合成就不能完成，于是菌体内的尿二磷和N-乙酰胞壁酸便大量的积累，青霉素与转肽酶相结合，形成了青霉素的酶，结果形成不完全的细胞壁，导致形成不完全的细胞膜。
由于青霉素合成细胞壁后期生物合成，是细胞膜处于无保护的状态，又由于膜内外的渗透压差，进而导致细胞膜的物理损伤，形成不完全的细胞膜，失去渗透障碍物，增大了谷氨酸向胞外分泌的渗透能力。
三简述温度敏感突变株发酵生产谷氨酸的机理！！！谷氨酸温度敏感突变株的突变位置是在决定与谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜结构基因上，发生碱基的转换或者颠换，一个碱基被另一个碱基所置换，这样为该基因所指导的酶在高温下失活，导致细胞膜某些结构的改变，当控制培养温度为最适温度时，菌体正常的生长，当温度提高到一定的程度时，菌体便停止生长且大量的产酸。
而它仅需通过控制物理的方式就可以完成谷氨酸生产菌由生长型细胞向产酸型细胞的转变。
四简述谷氨酸发酵培养基对发酵的影响及控制措施！！！影响因素及控制措施如下：1.生物素谷氨酸在发酵的过程中，前期：菌体的生殖期，一定量的生物素是菌体增殖期所必须的一般在5ug/L，而在产物合成期，要控制生物素的浓度,一般在0.5ug/g，以保证产物的正常合成。
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。
谷氨酸发酵主要影响因素及其控制共27页文档
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
谷氨酸发酵中的几个关键问题
• 伍德-沃克曼反应Wood－Werkman reaction(丙 酮酸,草酰乙酸,异养,原生动物) 二氧化碳被固定于丙酮酸生成草酰乙酸的反应。
• 两个碳原子以CO2的形式离开循环。循环最后草 酰乙酸会再次生成，再次从乙酰辅酶A中得到两 个碳原子。就是说，一分子六碳化合物（柠檬酸） 经过多部反应分解成一分子四碳化合物（草酰乙 酸）。草酰乙酸会在接下来的反应中遵循同样的 途径获得两个碳原子，再次成为柠檬酸。
2、发酵温度适中产谷氨酸；温度过高容易积累乳酸。 3、发酵培养基中生物素亚适量，积累谷氨酸；生物素不足，菌体生长
不良；如过量则积累琥珀酸或乳酸；同时菌体大量繁殖。 4、磷酸盐适量产谷氨酸，过量则积累缬氨酸。
5、NH4+ 适量产谷氨酸，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量产谷氨酰胺，如不足则积累 一酮戊二酸。
6、PH中性和微碱性产谷氨酸；酸性则积累N一乙酰谷氨酰胺和谷氨酰胺。
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五、以葡萄糖为原料，生物合成谷氨酸，在菌体生长期采用何循环提供 生长所需物质？在谷氨酸生成期，采用何循环积累谷氨酸？
1. 谷氨酸生产菌株为缺陷型，生产过程分为菌体生长期和 谷氨酸积累期。
2. 此代谢途径至少有16步酶促反应。
3. 在谷氨酸发酵的菌体生长期，由于三羧酸循环中的缺陷 （丧失-酮戊二酸脱氢酶氧化能力或氧化能力微弱），谷氨 酸产生菌采用乙醛酸循环途径进行代谢，提供四碳二羧酸及 菌体合成所需的中间产物等。
3、随着异常形态逐渐增多，产酸速度加快。到发酵16h～ 20h，生物素基本耗完，完成了谷氨酸非积累型细胞向 谷氨酸积累型细胞的转变，除去了渗透的障碍物，OD 值稳定，产谷氨酸量直线上升，直至发酵结束。
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三、谷氨酸发酵条件控制不当。代谢产物会有什么变化?
谷氨酸发酵主要影响因素及其控制_蔡云苓
发酵科技通讯第３６卷第３期２００７年６月谷氨酸发酵生产是谷氨酸产生菌在其生命活动过程中分解、代谢营养物质、合成所需产物———谷氨酸的生化过程。
在这个过程中，影响谷氨酸产生菌生长、繁殖、代谢及合成产物的因素很多，通过人工有目的控制这些因素，使其最终满足谷氨酸菌种的代谢合成需要，达到增加产物、降低消耗的目的。
１高产、纯正、优良的菌种是保证发酵成功的前提在菌种的保藏和培养过程中，和一切生物发酵生产一样，菌种是发酵生产成败的内因，生产选用高产、纯正、优良的菌种，必须做好如下控制：（１）严格保藏温度和干燥的环境满足菌种不变异、不退化、不污染的条件。
保藏菌种要经分离、纯化、筛选，要有专门的冷藏设备，周围的环境要清洁无污染，对于细菌的保藏可采用－８０℃冰箱保藏液体菌种的方法。
（２）生产使用的菌种要尽量减少传代次数，斜面菌种一般２￣３代的用于生产为好。
（３）严格菌种培养的原材料，试剂原料经过摇瓶和生产试验后，要基本固定规格和生产厂家；有机原料更换批号要做摇瓶试验，每批都要留样做下批的对照。
（４）一级种子的培养要严格摇瓶培养间的温度、无菌等级，有条件的情况下摇瓶间可送无菌风；要保证摇床的转速和振幅，经常检查摇床的皮带或齿轮是否松动。
（５）控制好一级种子下瓶的时机，除做ＯＤ的检测外可同时做湿菌体或用血球计数器计数，镜检菌体的形态和同步性，同时要尽量缩短一级种子的冷冻时间，为下一步的扩大再培养提供活力强、同步性好、数量多、无污染的一级菌种。
２控制好主要原料的质量并延伸控制原料的生产工艺本公司谷氨酸发酵的主要原料—葡萄糖（双酶法生产的糖液）折纯约占发酵液总体积的２０．０％，初糖和流加糖的总体积占发酵液总体积的６０％左右，其内在质量对发酵的产酸和转化率影响很大，控制好糖液质量和糖液生产工艺及其上游工艺———淀粉的生产工艺对发酵可起到事半功倍的效果，在控制过程中做好以下的工作：（１）掌握玉米品种、产地、干燥方法和储存时间的变化。
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℃
谷氨酸发酵主要影响因素及其控制
谷氨酸发酵的主要影响因素包括微生物、营养物质、pH值、温度和压力等。 首先，微生物是谷氨酸发酵的关键因素。不同种类的微生物具有不同的生长特性 和代谢途径，因此选择适合的微生物种类对谷氨酸发酵至关重要。其次，营养物 质是微生物生长和谷氨酸合成的基础。碳源、氮源、无机盐等营养成分的种类和 浓度都会影响发酵过程。
谷氨酸发酵主要影响因素及其 控制
基本内容
谷氨酸发酵是一种广泛应用于食品、医药和化工等领域的重要生物发酵过程。 在此过程中，微生物利用各种营养物质进行生长繁殖，并产生谷氨酸。了解谷氨 酸发酵的主要影响因素及其控制方法对于提高发酵效率、优化工艺具有重要意义。 本次演示将就谷氨酸发酵的影响因素及控制方法进行详细论述。
参考内容
基本内容
谷氨酸发酵是一种重要的生物过程，用于生产谷氨酸盐，如谷氨酸钠（味精 的主要成分）。在这个过程中，微生物，主要是谷氨酸棒状杆菌，利用糖或其他 碳水化合物作为碳源，并产生谷氨酸作为主要产物。这个过程需要精密的设备管 理以确保效率和产量。本次演示将讨论谷氨酸发酵设备管理的现状和发展趋势。
pH值是调节微生物生长和代谢的重要因素，不同pH值条件下，微生物的生长 速率和谷氨酸的合成量会有所不同。此外，温度和压力也会影响微生物的生长和 代谢，进而影响谷氨酸发酵过程。
针对上述影响因素，可采取以下控制方法以提高谷氨酸发酵效率：
1、优化工艺：通过调整培养基成分、优化发酵条件，提高谷氨酸产量。例 如，可以通过优化碳源、氮源的比例，为微生物提供最佳的生长环境；通过调节 pH值，控制微生物生长和谷氨酸合成；通过控制温度和压力，维持良好的发酵环 境。
3、清洁与卫生管理
谷氨酸发酵设备的清洁和卫生管理对于产品的质量和设备的运行至关重要。 为此，大多数企业都采用先进的清洁和消毒系统，以确保设备和管道的清洁，防 止微生物污染。
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。
谷氨酸发酵机制
第四章 谷氨酸发酵机制
1.谷氨酸的生物合成途径 2.与谷氨酸发酵有关的因子及控制要点 3.生物素对谷氨酸生物合成途径影响 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.谷氨酸的生物合成途径
• 1.1 谷氨酸的生物合成方式 • 1.1.1 还原氨基化
• 异柠檬酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的偶联反应
4. 细胞膜透性调节
4.1 生物素对细胞膜透性调节 4.2 实验事实 4.3 油酸对细胞膜透性的影响 4.4 甘油对细胞膜透性的影响 4.5 青霉素对细胞膜透性的影响
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.2谷氨酸的生物合成途径
①EMP途径 ②HMP途径 ③TCA ④ CO2暗固定 ⑤乙醛酸循环
2.与谷氨酸发酵有关的因子及控制要点
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.生物素对谷氨酸生物合成途径影响
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
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赵二红.流加糖流加速度对谷氨酸发酵的影响[J].发酵科技通讯,2004,33(3):1.
生物素过 量时，促 进菌体生 长，但谷 氨酸产量 低。
生物素
异柠檬酸裂解酶活性加强， 乙醛酸循环活跃，α-酮戊 二酸生成量减少；
转氨酶活力增强，谷氨 酸转变成其它氨基酸；
使菌体细胞膜通透性降低， 谷氨酸不能及时排出，其合 成途径受阻。
甘油缺陷型菌株的细 胞膜中磷脂含量比野 生型菌株低，易造成 Text 谷氨酸大量渗漏。
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。
赵二红.谷氨酸发酵最佳温度实验[J].发酵科技通讯.2004,33(1):1-2.
从左图可以看出，高
溶氧条件下，产酸中 后期GDH的酶活下降 很快，这可能是由于 在高溶氧条件下，剧 烈的通气和搅拌加剧 了菌体的死亡速度和 发酵活性的衰减。
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：
➢ 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！！
谢谢大家！
溶氧
低溶氧(DO= 10%)控 制条件下，谷氨酸 生成速度明显比高 溶氧(DO=50%)条件 下要高，并且最终 谷氨酸浓度也比高 溶氧条件下的高。
溶氧浓度与GA浓度的关系* 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.
不同溶氧条件下谷氨酸脱氢酶酶活变化曲线*
1
2
3
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。
泡沫过多，发酵液 会外溢，造成浪费 和污染。
泡沫过多，易冲上 罐顶，造成染菌。
泡沫的控制
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 硅酮等化学 消泡剂
谷氨酸产生菌的发酵条件与产物的关系
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
生物素
环境因素
发酵温度 溶氧 泡沫
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。
13
使胞内代谢产物迅速排出的方法
生理学手段
当培养液中生物素含量 较高时采用适量添加青 霉素的方法。
原因：青霉素可抑 制肽聚糖合成中的 转肽酶活性，引起 肽聚糖结构中肽桥 无法交联，造成细 胞壁缺损。
利用膜缺损突变株
Text
油酸缺陷型菌株，并 在培养过程中，有限 Text 制地添加油酸，合成 Text 有缺损的膜。
赵二红.谷氨酸发酵流加糖浓度对发酵的影响[J].发酵科技通讯,2004,33(2):3.
流加糖速度
流加速度与GA、糖转化率的关系*
在流加糖浓度为40g/dl的情况下， ➢ 随着流加糖流加速度的增加，其产酸水平有增高的趋势，当速度达到
一定值时产酸不再提高； ➢ 随着流加速度的增加，转化率的变化趋势是先升后降； ➢ 流加糖的流加速度在13～16ml/h最为合适，其转化率和产酸相对来说
池田菊苗
味精
➢ 我国在1965年实现谷 氨酸发酵法生产味精。
➢ 我国现已有200余家企 业生产味精，年产量 达近200万吨，居世界 首位。
二 味精的生产工艺
三 谷氨酸的发酵途径
四 谷氨酸发酵影响因素及其控制
内在因素
❖ 生物素缺陷型菌株 ❖ 各种酶的影响
影响因素
环境因素
❖ 流加糖浓度 ❖ 流加糖速度 ❖ 生物素 ❖ 发酵温度 ❖ 溶氧 ❖ 泡沫
黄色短杆菌
内在因素 各种酶的影响
1
2
3
异柠檬酸裂解酶活 力欠缺
菌种的异柠檬酸裂解酶 活力欠缺，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。
α- 酮戊二酸脱氢酶 能力微弱
谷氨酸产酸菌丧失或仅 有微弱的α- 酮戊二酸脱 氢酶，使α- 酮戊二酸不 能继续氧化，停留在α酮戊二酸的生成积累上， 为谷氨酸的生成奠定物 质基础。
谷氨酸发酵主要影响因素 及其控制
1 味精工业的发展
味精的生产工艺
目
录
3 谷氨酸的发酵途径
4 谷氨酸发酵影响因素及其控制
5 结束语
一 味精工业的发展
➢ 味精（分子式C5H8NO4Na)，也称味素，因起源于小麦， 俗称麸酸钠、谷氨酸钠。
➢ 1907年，日本东京帝国大学的研究员池田菊苗发现了一种 昆布（海带）汤蒸发后留下的棕色晶体，即谷氨酸，并在 1908年开始制造商品---味精。
内在因素 生物素缺陷型菌株
➢ 生物素是不饱和脂肪酸 合成过程中所需的乙酰 CoA羧化酶的辅基。
生物素缺陷型菌种不能 合成生物素，抑制不饱 和脂肪酸的合成。磷脂 合成量减少，细胞膜的 通透性增大，提高谷氨 酸的产量。
➢ 我国使用的谷氨酸生产菌株 有： 北京棒杆菌AS1.299、北京 棒杆菌D110、钝齿棒杆菌 AS1.542、棒杆菌S-914、 黄色短杆菌T6～13等。
控制因 子
发酵产品转换
氧气
乳酸（通气不足）←→谷氨酸（通气充足）
NH4+ α-酮戊二酸（缺乏）←→谷氨酸（适量）←→谷氨 酰胺（过量）
温度
38～39℃
生物素
乳酸或琥珀酸（丰富）←→谷氨酸（缺乏）
流加糖 浓度
流加糖 速度
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。