谷氨酸发酵培养基

正文：1956年从日本开始，以后先后由面二筋豆粕和废糖蜜浓缩物水解的方向，转向以糖质为原料的细菌发酵法。

生产味精谷氨酸之类氨基酸的发酵，区别于传统的酿酒和抗菌素发游，是一种改变微生物代谢的代谢控制发酵。

谷氨酸发酵培养基包括碳源、氮源、无机盐、生长因子及水等。

发酵培养基不仅是供给菌体生长繁殖所需要的营养和能量，而且是构成谷氨酸的碳架来源。

要积累大量谷氨酸，就要有足够量的碳源和氮源，对菌体生长所必须的因子——生物素却要控制其用量。

培养基主要成分：
（一）碳源及其生产要求
碳源是供给菌体生命活动所需能量和构成菌体细胞一季合成谷氨酸的基础，谷氨酸是异养微生物，只能从有机化合物中取得碳素的营养。

目前发现的谷氨酸产生菌只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖等。

在一定浓度范围内，谷氨酸产量随糖浓度增加而增加，但是糖浓度过高，由于渗透压增大，对菌体生长和发酵均不利，当工艺条件配合不当时，谷氨酸对糖的转化率降低。

同时培养基浓度大，氧溶解阻力大，影响供养速率。

目前国内谷氨酸发酵糖浓度为125-150g/L；采用一次高汤发酵工艺，糖浓度可达170~190g/l。

为了降低培养基中糖浓度有提高产酸水平，就必须采用低浓度糖的流加糖发酵工艺。

目前我国谷氨酸生产上普遍采用淀粉水解的葡萄糖,其次用甜菜糖蜜,甘蔗糖蜜作为糖质原料来源。

在国外也有采用醋酸、乙醇等作为碳源的。

（二）氮源及其成产要求
当氮源的浓度过低时会使菌体细胞营养过度贫乏形成“生理饥饿”，影响菌体增殖和代谢，导致产酸率低。

随着玉米浆的浓度增高，菌体大量增殖使谷氨酸非积累型细胞增多，同时又因生物素过量使代谢合成磷脂增多，导致细胞膜增厚不利于谷氨酸的分泌造成谷氨酸产量下降。

碳氮比一般控制在100:（15~30）。

当碳氮比在100:11以上时才开始积累谷氨酸。

在实际生产中，采用尿素或液氨作为氮源时，由于一部分氨用于调节PH，一些分散而逸出，使实际用量很大，当培养基中糖浓度为140g/l,碳氮比为100:32.8。

碳氮比对谷氨酸发酵影响很大，在不同发酵阶段，控制碳氮比以促进以生长为主的阶段向产酸阶段转化。

在长菌阶段，，如过量铵离子会抑制菌体生长；在产酸阶段，如铵离子不足，a-酮戊二酸不能还原并氨基化，而积累a-酮戊二酸，谷氨酸生成量减少。

常用氮源有（1）尿素（目前已尿素为氮源的谷氨酸发酵仅属于小使或中试）
（2）液氨也可用氨水工业中主要采用液氨
（3）碳酸氢铵谷氨酸发酵的有机氮源常用玉米浆、麸皮水解液、米糠水解液、豆饼水解液和糖蜜等
（三）无机盐及其生产要求
无机盐是微生物生命活动所不可缺少的物质，其主要作用之构成菌体成分，作为酶的组成部分，酶的激活剂或抑制剂，调节培养基的渗透压，调节PH和氧化还原电位等。

对无机盐的需要量很少。

但对菌体生长和代谢产物的生成影响很大。

主要的无机盐有磷酸盐、硫酸镁、钾盐以及微量元素等。

磷量对谷氨酸发酵影响很大。

磷浓度过高时，菌体的代谢转向合成缬氨酸，但磷含量低，菌体生长不好。

微生物对磷的需要量一般为0.005~0.01mol/l。

硫存在与细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分，构成一些酶的活性基。

培养基中的硫已在硫酸镁中供给，不必另加。

钾是许多酶的激活剂，谷氨酸的发酵产物生成所需的钾盐比菌体生长需要量高。

谷氨酸生成需钾量为0.2~1.0g/l。

某些金属离子会一直菌体生长和影响谷氨酸的合成，因此必须避免有害离子加入培养基中。

（四）生长因子及其生产要求
含硫水溶性维生素，是B族维生素的一种，又叫做维生素H或辅酶R。

广布于动物及植物组织，已从肝提取物和蛋黄中分离，是多种羧化酶辅基的成分。

生物素的作用主要影响谷氨酸生产菌细胞膜的通透性，同时也影响菌体的代谢途径。

生物素对发酵的影响是全面的，在发酵过程中要严格控制其浓度。

（具体可看控制膜渗透性）。

维生素B1对谷氨酸菌种的发酵具有促进作用。

主要存在于种子的外皮和胚芽中，如米糠和麸皮中含量丰富，在酵母菌中含量也极丰富。

提供生长因子的农副产品原料主要有玉米浆、麸皮水解液、糖蜜、酵母等。

其中，玉米浆用量应根据淀粉原料、糖浓度及发酵条件不同而异。

麸皮水解条件：
1、以干麸皮：水：HCL=4.6:26:1配比混合，装入水解锅中以0.07~0.08MPa表压加热
水解70~80min。

2、以干麸皮：水=1:20，用盐酸调至PH1.0，以0.25MPa表压加热水解20min。

让
背后过滤取滤液。

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15Bx，调pH6.0，加细菌α-淀粉酶进行液化，85℃30min，加糖化酶60℃糖化24h，过滤后可供配置培养基。

甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。

糖蜜原料因含丰富的生物素，不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源。

预处理方法为，活性碳或树脂吸附法和亚硝酸法吸附或破坏生物素。

也可以再发酵液中加入表面活性剂或添加青霉素。

总结：发酵培养基对于谷氨酸的发酵有着非常重要的影响，在味精工业中选择谷氨酸发酵培养基的原料既要考虑到菌体生长繁殖的营养要求，更要考虑到有利于大量积累谷氨酸，还要注意来源丰富，价格便宜，发酵周期短，对产物提取无影响等。

参考文献：
陈宁氨基酸工艺学中国轻工业出版社 2007.
王选良.谷氨酸发酵[J].《中国酿造》.1986(05):12-20等。