谷氨酸的发酵工艺
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、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 谷氨酸+ NADPH + H2O
2、谷氨酸合成途径
谷氨酸的生物合成过程中的几个途径 主要有： （1）糖酵解途径（EMP途径） （2）磷酸己糖途径（HMP途径） （3）三羧酸循环途径（TCA循环） （4）乙醛酸循环途径（DCA循环） （5）伍德-沃克反应（CO2固定反应） （6）α-酮戊二酸的还原氨基化反应
• 原因：糖蜜（特别是甘蔗糖蜜）中含有过 量的生物素，会导致光长菌体，不产谷氨 酸的后果，影响谷氨酸的积累。
• 目的：降低生物素的含量 • 方法：
1.活性炭处理法：吸附 2.水解活性炭处理法：用盐酸水解糖蜜后 再吸附 3.树脂处理法：通过脱色树脂交换柱
（二）淀粉的糖化
淀粉 水解 葡萄糖
酸解法
酶解法 酸酶（或酶酸）结合法
谷氨酸发酵的主要原料
淀粉：玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀 粉最为常用。 糖蜜：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜 醋酸 乙醇 正烷烃（液体石蜡） 氮源料：尿素或氨水。
国内： 淀粉（多数厂家） 糖蜜（少数厂家）
淀粉 水解 葡萄糖 谷氨酸生产菌 谷氨酸 糖蜜 预处理 去除生物素的糖蜜 谷氨酸生产菌 谷氨酸
（一）糖蜜的预处理
谷氨酸的发酵工艺
味精的产品特性 商品味精 味精的安全性 正确食用味精的方法
中国味精业空间巨大
2001年东南亚地区味精人均消费量： 台湾：2000克 韩国：1200克 日本：1020克 香港：1000克 中国大陆：500克 中国味精消费每年至少有160万吨的空间
味精生产工艺流程
原料的预处理及淀粉水解糖的制取 谷氨酸生产菌种子的扩大培养 谷氨酸发酵 谷氨酸的提取与分离 由谷氨酸制成味精及味精成品加工
味精的发酵工艺
主要内容：
第一节：谷氨酸生产 第二节：谷氨酸的提取 第三节：谷氨酸制味精
第一节 谷氨酸生产
概述：氨基酸发酵 一. 谷氨酸生产原料及其处理 二. 谷氨酸产生菌 三. 谷氨酸的合成途径 四、谷氨酸代谢的调控 五. 谷氨酸的发酵工艺
概述 氨基酸发酵
1.氨基酸的作用：
组成蛋白质的基本成分； 可作为调味料； 提高食品的营养价值。 生产氨基酸的大国为日本和德国。
我国使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、北京 棒杆菌D110、钝齿棒杆菌AS1.542、棒杆菌S-914 和黄色短杆菌T6~13等。
谷氨酸棒杆菌
呈一端膨大的棒状，折断分裂形成“八”字状排 列
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
缺陷或微弱。 （6）不利用谷氨酸。
（7）耐高糖耐高谷氨酸。 （8）解除谷氨酸反馈抑制。 （9）具有向胞外分泌谷氨酸的能力。
谷氨酸理论转化率
如果草酰乙酸全部由CO2固定获得，则1摩尔葡萄 糖生成1摩尔的谷氨酸。 C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4+CO2+3H2O 理论转化率=147/180=81.7%
酸酶法 酶酸法
淀粉糖化的方法
1.酸解法
淀粉 酸 高温高压 葡萄糖
2.酶解法（双酶法）
淀粉 a-淀粉酶 糊精和低聚糖 糖化酶 葡萄糖
(液化)
（糖化）
3.酸酶法
淀粉 酸解法 糊精和低聚糖 糖化酶 葡萄糖
4.酶酸法
淀粉 a-淀粉酶 糊精和低聚糖 酸解法 葡萄糖
二、谷氨酸产生菌
1.种类：
谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、 嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌。
一、谷氨酸生产原料及其处理
谷氨酸的作用：
（1）合成人体代谢所需的其他氨基酸。 （2）降低血液中氨中毒作用。 （3）参与脑蛋白代谢和糖代谢。
脑组织只能氧化谷氨酸，而不能氧化其他氨基酸。 （4）对于防治脑震荡或脑神经损伤有一定的疗效。 长期适当的服用谷氨酸，可提高神经有缺陷儿童 的智力。 （5）生产味精，作重要的调味品。
四、谷氨酸代谢的调控
谷氨酸的大量积累不是由于生物合成途径 的特异，而是： （一）菌体代谢调节控制
（二）细胞膜通透性的特异调节
（三）发酵条件的适合
（一）菌体代谢调节控制 1.谷氨酸生物合成的调节机制
琥珀酸 -酮戊二酸脱氢酶（弱） -酮戊二酸
（谷 强氨 ）酸
脱 氢 酶
谷氨酸
透过细胞膜
谷氨酸
谷氨酸生物合成的调节机制
2.氨基酸生产方法
发酵法 化学合成法 酶法 抽提法
3.氨基酸发酵
概念：利用微生物生长和代谢活动生产各种氨基酸 作用的过程。
原料
微生物 氨基酸 微生物 其他代谢产物
（中间代谢产物）
氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵，它的积累是建立 在对微生物正常代谢的抑制上。
关键：能否打破微生物的正常代谢调节，人为 的控制发酵。
NH4+
谷氨酸
NADPH
NADPH
透 过 细
胞 谷氨酸
膜
三 羧 酸 循 环 （
）
TCA
4.谷氨酸产生菌的生化特征
（1）CO2固定能力强。 （2）-酮戊二酸氧化能力微弱: -酮戊二酸
脱氢酶丧失或活性低。 （3）异柠檬酸裂解酶活力微弱。 （4）谷氨酸脱氢酶活性强。 （5）还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力
1. 优先合成与反馈调节 2.糖代谢的调节 （1）能荷控制 （2）能荷控制生物素对糖代谢的调节 3.氮代谢的调节 4.其他调节（如Cu 2+的调节）
（二）细胞膜通透性的特异调节
• 用能积累谷氨酸菌株做如下实验: 1. 生物素充足时,细胞内含大量谷氨酸,但培养液里
几乎不含谷氨酸 2. 用溶菌酶消化细胞壁得到的原生质体仍不分泌谷
这6条途径之间是相互联系和相互制约的，如 图所示：
过谷 程氨 中酸 的的 几生 个物 途合 径成
3.
葡萄糖
3-磷酸甘油醛 ①EMP
②HMP
乳酸
丙酮酸
CO2 ⑤CO2固定 草酰乙酸
乙酰辅酶A 柠檬酸
苹果酸
乙酰辅酶④A 乙醛酸循环
③TCA
乙醛酸
异柠檬酸
延胡索酸
琥珀酸
α-酮戊二酸
⑥α-酮戊二酸 的还原氨基化
氨酸 3. 当把原生质体放入低渗溶液里,将其涨破,谷氨酸
才排出 4. 生物素亚适量时,培养液里含大量谷氨酸,细胞里
含量少 • 结论:谷氨酸的分泌是由细胞膜控制
• 控制细胞膜通透性的方法： 1.控制磷脂的合成； 2.控制细胞壁的合成：选育温敏突变株
三、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 谷氨酸+ NADPH + H2O
2、谷氨酸合成途径
谷氨酸的生物合成过程中的几个途径 主要有： （1）糖酵解途径（EMP途径） （2）磷酸己糖途径（HMP途径） （3）三羧酸循环途径（TCA循环） （4）乙醛酸循环途径（DCA循环） （5）伍德-沃克反应（CO2固定反应） （6）α-酮戊二酸的还原氨基化反应
• 原因：糖蜜（特别是甘蔗糖蜜）中含有过 量的生物素，会导致光长菌体，不产谷氨 酸的后果，影响谷氨酸的积累。
• 目的：降低生物素的含量 • 方法：
1.活性炭处理法：吸附 2.水解活性炭处理法：用盐酸水解糖蜜后 再吸附 3.树脂处理法：通过脱色树脂交换柱
（二）淀粉的糖化
淀粉 水解 葡萄糖
酸解法
酶解法 酸酶（或酶酸）结合法
谷氨酸发酵的主要原料
淀粉：玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀 粉最为常用。 糖蜜：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜 醋酸 乙醇 正烷烃（液体石蜡） 氮源料：尿素或氨水。
国内： 淀粉（多数厂家） 糖蜜（少数厂家）
淀粉 水解 葡萄糖 谷氨酸生产菌 谷氨酸 糖蜜 预处理 去除生物素的糖蜜 谷氨酸生产菌 谷氨酸
（一）糖蜜的预处理
谷氨酸的发酵工艺
味精的产品特性 商品味精 味精的安全性 正确食用味精的方法
中国味精业空间巨大
2001年东南亚地区味精人均消费量： 台湾：2000克 韩国：1200克 日本：1020克 香港：1000克 中国大陆：500克 中国味精消费每年至少有160万吨的空间
味精生产工艺流程
原料的预处理及淀粉水解糖的制取 谷氨酸生产菌种子的扩大培养 谷氨酸发酵 谷氨酸的提取与分离 由谷氨酸制成味精及味精成品加工
味精的发酵工艺
主要内容：
第一节：谷氨酸生产 第二节：谷氨酸的提取 第三节：谷氨酸制味精
第一节 谷氨酸生产
概述：氨基酸发酵 一. 谷氨酸生产原料及其处理 二. 谷氨酸产生菌 三. 谷氨酸的合成途径 四、谷氨酸代谢的调控 五. 谷氨酸的发酵工艺
概述 氨基酸发酵
1.氨基酸的作用：
组成蛋白质的基本成分； 可作为调味料； 提高食品的营养价值。 生产氨基酸的大国为日本和德国。
我国使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、北京 棒杆菌D110、钝齿棒杆菌AS1.542、棒杆菌S-914 和黄色短杆菌T6~13等。
谷氨酸棒杆菌
呈一端膨大的棒状，折断分裂形成“八”字状排 列
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
缺陷或微弱。 （6）不利用谷氨酸。
（7）耐高糖耐高谷氨酸。 （8）解除谷氨酸反馈抑制。 （9）具有向胞外分泌谷氨酸的能力。
谷氨酸理论转化率
如果草酰乙酸全部由CO2固定获得，则1摩尔葡萄 糖生成1摩尔的谷氨酸。 C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4+CO2+3H2O 理论转化率=147/180=81.7%
酸酶法 酶酸法
淀粉糖化的方法
1.酸解法
淀粉 酸 高温高压 葡萄糖
2.酶解法（双酶法）
淀粉 a-淀粉酶 糊精和低聚糖 糖化酶 葡萄糖
(液化)
（糖化）
3.酸酶法
淀粉 酸解法 糊精和低聚糖 糖化酶 葡萄糖
4.酶酸法
淀粉 a-淀粉酶 糊精和低聚糖 酸解法 葡萄糖
二、谷氨酸产生菌
1.种类：
谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、 嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌。
一、谷氨酸生产原料及其处理
谷氨酸的作用：
（1）合成人体代谢所需的其他氨基酸。 （2）降低血液中氨中毒作用。 （3）参与脑蛋白代谢和糖代谢。
脑组织只能氧化谷氨酸，而不能氧化其他氨基酸。 （4）对于防治脑震荡或脑神经损伤有一定的疗效。 长期适当的服用谷氨酸，可提高神经有缺陷儿童 的智力。 （5）生产味精，作重要的调味品。
四、谷氨酸代谢的调控
谷氨酸的大量积累不是由于生物合成途径 的特异，而是： （一）菌体代谢调节控制
（二）细胞膜通透性的特异调节
（三）发酵条件的适合
（一）菌体代谢调节控制 1.谷氨酸生物合成的调节机制
琥珀酸 -酮戊二酸脱氢酶（弱） -酮戊二酸
（谷 强氨 ）酸
脱 氢 酶
谷氨酸
透过细胞膜
谷氨酸
谷氨酸生物合成的调节机制
2.氨基酸生产方法
发酵法 化学合成法 酶法 抽提法
3.氨基酸发酵
概念：利用微生物生长和代谢活动生产各种氨基酸 作用的过程。
原料
微生物 氨基酸 微生物 其他代谢产物
（中间代谢产物）
氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵，它的积累是建立 在对微生物正常代谢的抑制上。
关键：能否打破微生物的正常代谢调节，人为 的控制发酵。
NH4+
谷氨酸
NADPH
NADPH
透 过 细
胞 谷氨酸
膜
三 羧 酸 循 环 （
）
TCA
4.谷氨酸产生菌的生化特征
（1）CO2固定能力强。 （2）-酮戊二酸氧化能力微弱: -酮戊二酸
脱氢酶丧失或活性低。 （3）异柠檬酸裂解酶活力微弱。 （4）谷氨酸脱氢酶活性强。 （5）还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力
1. 优先合成与反馈调节 2.糖代谢的调节 （1）能荷控制 （2）能荷控制生物素对糖代谢的调节 3.氮代谢的调节 4.其他调节（如Cu 2+的调节）
（二）细胞膜通透性的特异调节
• 用能积累谷氨酸菌株做如下实验: 1. 生物素充足时,细胞内含大量谷氨酸,但培养液里
几乎不含谷氨酸 2. 用溶菌酶消化细胞壁得到的原生质体仍不分泌谷
这6条途径之间是相互联系和相互制约的，如 图所示：
过谷 程氨 中酸 的的 几生 个物 途合 径成
3.
葡萄糖
3-磷酸甘油醛 ①EMP
②HMP
乳酸
丙酮酸
CO2 ⑤CO2固定 草酰乙酸
乙酰辅酶A 柠檬酸
苹果酸
乙酰辅酶④A 乙醛酸循环
③TCA
乙醛酸
异柠檬酸
延胡索酸
琥珀酸
α-酮戊二酸
⑥α-酮戊二酸 的还原氨基化
氨酸 3. 当把原生质体放入低渗溶液里,将其涨破,谷氨酸
才排出 4. 生物素亚适量时,培养液里含大量谷氨酸,细胞里
含量少 • 结论:谷氨酸的分泌是由细胞膜控制
• 控制细胞膜通透性的方法： 1.控制磷脂的合成； 2.控制细胞壁的合成：选育温敏突变株