谷氨酸工艺原理及控制
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上海味精厂首先投入工业化生产，继而在全国味精生产企业全面推广。 微生物发酵法这一新工艺，生产条件温和，使劳动和环境得到大大的 改善，生产的产品食用更加安全，并为节约宝贵的蛋白质资源、促进 粮食深加工、提高农产品附加值作出了积极的贡献。发酵法生产谷氨 酸是我国氨基酸工业科学技术的重大突破，是二十世纪六十年代谷氨 酸发酵的重要成果，为生物技术在氨基酸工业中的应用开辟了广阔的 前景。本文将从生产菌种、代谢途径、调控机制和提取工艺等方面对 谷氨酸发酵生产工艺进行比较系统的论述。
满界从时足而，菌抑菌体制体呼菌的吸体需的的氧需的量氧生得量长不，，到即引满r起ab足=乳Q，酸O2菌*等X体,副P的L产>=呼物PL吸临的界受积。到累当抑，PL制<菌P，L体临
收满率足减菌少的。需但氧是量供，氧菌并体非的越生大长越速好率，达当最P大L>值=P，L临再界时提，高供供氧氧，
反而会抑制菌体生长和谷氨酸的高效合成。与菌体生长期
营养消耗快，菌体转入正常代谢，繁殖菌体而不产谷氨酸，
如果pH过高，则抑制菌体生长，糖代谢缓慢，发酵时间延
长。发酵中期控制pH在7.2左右，发酵后期在7.0，在将近
放罐时，为了后序提取谷氨酸，可控制pH在6.5~6.8范围内。
谷氨酸发酵过程pH的调节方法主要有：添加碳酸钙法，尿
素流加法，液氨流加法。第一种方法在工业上并不适用。
应的温度，以满足菌体生长最适温度。若发酵前期温度过
高，菌体容易衰老，生产上常出现前劲大后劲小，后期产
酸缓慢，菌体衰老自溶，周期长、产酸低，并影响提取；
若前期温度过低，则菌体繁殖缓慢，周期长，必要时可补
加玉米浆，以促进生长。一般控制在发酵开始的温度上，
每隔5~6h升1℃即可。在发酵中、后期菌体生长已停止，
pH上升到8.0以上；耗糖缓慢或停止；产生大量泡沫，发
酵液黏度大，甚至可拔丝，发酵液发红发灰，有刺激性气
味；谷氨酸产量少或不产酸；镜检菌体少，形状不规则；
平板检查有噬菌斑OD420>>OD650；精致中和时，色素深泡
沫大，成品色重透光差收率低。发酵后期污染噬菌体对产
二 药理效果与用途
1.谷氨酸的作用：谷氨酸 (C5H9O4N)是中枢神经系 统中一种最重要的兴奋性 神经递质，主要分布于大 脑皮质、海马、小脑和纹 状体，在学习、记忆、神 经元可塑性及大脑发育等 方面均起重要作用。此外， 谷氨酸对心肌能量代谢和 心肌保护起着重要作用。
三 、谷氨酸生物合成途径
生物体内合成谷氨酸的前体物质是a-酮戊二酸， 是三羧酸循环(TCA循环)的中间产物，由糖质原料 生物合成谷氨酸的途径包括糖酵解途径(EMP途径)、 三羧酸循环、乙醛酸循环、CO2的固定反应(伍德一 沃克曼反应)等。
•
（3）谷氨酸合成酶（GS）催化的反应
以上三个反应中，由于在谷氨酸生产菌中谷氨酸脱氢酶的活力 很强，因此还原氨基化是主导反应。
谷氨酸生物合成的理想途径
• 由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径如图1所示
谷氨酸生物合成的代谢途径
四·发酵工艺流程 谷 氨 酸 的 生 产 工 艺 流 程
1.发酵条件的控制
相比较，谷氨酸生成期需要大量的氧，谷氨酸发酵在细胞
最大呼吸速率时，产酸量最大，因此，谷氨酸生成期要求
供氧量要满足细胞最大会吸速率。
2.噬菌体与杂菌的防治
•
谷氨酸发酵过程中，污染噬菌体后，一般会出现“二
高三低”，即pH高、残糖高；OD值低、温度低、谷氨酸
产量低。发酵前期污染噬菌体通常表现为：吸光度下降；
目录
• 1.摘要与 前言 • 2.药理效果与用途 • 3.生物合成途径 • 4.发酵工艺 • 5.三废 处理
一 摘要·前言
• 摘要：谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（EMP途径）、 磷酸戊糖途径（HMP途径）、三羧酸循环（TCA循环）、 乙醛酸循环和丙酮酸羧化支路等。生物合成谷氨酸的主要 方式是α-酮戊二酸的还原性氨基化作用。谷氨酸的生物合 成受机体内复杂机制的调控。影响谷氨酸发酵过程的参数 有很多，谷氨酸发酵过程主要受种子质量，培养基组成， 温度，pH以及供氧速率等因素控制。提取谷氨酸常用的工 艺为等电点法和离子交换法。
生成谷氨酸的主要酶反应
谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（EMP途径）、磷酸 戊糖途径（HMP途径）、三羧酸循环（TCA循环）、乙醛酸循 环和丙酮酸羧化支路等。在谷氨酸生物合成中，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
由于液氨作用快，对pH影响大，易于实现自动控制连续流
加，因而目前工业上普遍采用液氨流加法。
•
供氧 在谷氨酸发酵中，供氧对谷氨酸生产菌的生长
和谷氨酸的积累都有很大影响。供氧量的多少应根据不同
菌种、发酵条件和发酵阶段等具体情况决定。在菌体生长
期糖的消耗最大限度地用于合成菌体；在产酸期，糖的消
耗最大限度地用于合成谷氨酸。在菌体生长期，供氧必须
• 前言 ：的一种，主要用于生产谷氨酸钠，即味精。我国的味精生产始 于1923年，最初采用传统的蛋白质水解法。这种工艺原料消耗高（需 要30多吨小麦的面筋才生产出1吨味精）、劳动条件差、污染严重、生 产效率低、成本高，当时的最高年产量不足4000吨。1958年，我国广
大的科技工作者，在国家的支持下联合攻关，选育菌种，自主创新选 育了以淀粉质或糖蜜为原料生产谷氨酸的优良菌种，于1965年正式在
由于谷氨酸脱氢酶的最适温度比菌体生长繁殖的温度要高，
为大量积累谷氨酸，需要适当提高温度。
•
pH 谷氨酸产生菌的最适生长pH一般为6.5~8.0，在不
同的发酵阶段，谷氨酸对pH的要求不同，因此需要分别加
以控制。发酵前期，幼龄菌对氮的利用率高，pH变化大，
一般控制pH在7.3左右，如果pH偏低，则菌体生长旺盛，
•
温度 温度对谷氨酸发酵的影响是多方面的，温度不
仅会影响菌体内各种酶的活性，还会影响生物合成途径，
此外，对发酵液的物理性质也会产生影响。因此。发酵过
程需维持适宜的温度。一般来讲，谷氨酸产生菌的最适生
长温度为30~34℃，其生产谷氨酸的最适温度为35~37℃。
在谷氨酸发酵前期长菌的阶段应采用与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子扩大培养时相
满界从时足而，菌抑菌体制体呼菌的吸体需的的氧需的量氧生得量长不，，到即引满r起ab足=乳Q，酸O2菌*等X体,副P的L产>=呼物PL吸临的界受积。到累当抑，PL制<菌P，L体临
收满率足减菌少的。需但氧是量供，氧菌并体非的越生大长越速好率，达当最P大L>值=P，L临再界时提，高供供氧氧，
反而会抑制菌体生长和谷氨酸的高效合成。与菌体生长期
营养消耗快，菌体转入正常代谢，繁殖菌体而不产谷氨酸，
如果pH过高，则抑制菌体生长，糖代谢缓慢，发酵时间延
长。发酵中期控制pH在7.2左右，发酵后期在7.0，在将近
放罐时，为了后序提取谷氨酸，可控制pH在6.5~6.8范围内。
谷氨酸发酵过程pH的调节方法主要有：添加碳酸钙法，尿
素流加法，液氨流加法。第一种方法在工业上并不适用。
应的温度，以满足菌体生长最适温度。若发酵前期温度过
高，菌体容易衰老，生产上常出现前劲大后劲小，后期产
酸缓慢，菌体衰老自溶，周期长、产酸低，并影响提取；
若前期温度过低，则菌体繁殖缓慢，周期长，必要时可补
加玉米浆，以促进生长。一般控制在发酵开始的温度上，
每隔5~6h升1℃即可。在发酵中、后期菌体生长已停止，
pH上升到8.0以上；耗糖缓慢或停止；产生大量泡沫，发
酵液黏度大，甚至可拔丝，发酵液发红发灰，有刺激性气
味；谷氨酸产量少或不产酸；镜检菌体少，形状不规则；
平板检查有噬菌斑OD420>>OD650；精致中和时，色素深泡
沫大，成品色重透光差收率低。发酵后期污染噬菌体对产
二 药理效果与用途
1.谷氨酸的作用：谷氨酸 (C5H9O4N)是中枢神经系 统中一种最重要的兴奋性 神经递质，主要分布于大 脑皮质、海马、小脑和纹 状体，在学习、记忆、神 经元可塑性及大脑发育等 方面均起重要作用。此外， 谷氨酸对心肌能量代谢和 心肌保护起着重要作用。
三 、谷氨酸生物合成途径
生物体内合成谷氨酸的前体物质是a-酮戊二酸， 是三羧酸循环(TCA循环)的中间产物，由糖质原料 生物合成谷氨酸的途径包括糖酵解途径(EMP途径)、 三羧酸循环、乙醛酸循环、CO2的固定反应(伍德一 沃克曼反应)等。
•
（3）谷氨酸合成酶（GS）催化的反应
以上三个反应中，由于在谷氨酸生产菌中谷氨酸脱氢酶的活力 很强，因此还原氨基化是主导反应。
谷氨酸生物合成的理想途径
• 由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径如图1所示
谷氨酸生物合成的代谢途径
四·发酵工艺流程 谷 氨 酸 的 生 产 工 艺 流 程
1.发酵条件的控制
相比较，谷氨酸生成期需要大量的氧，谷氨酸发酵在细胞
最大呼吸速率时，产酸量最大，因此，谷氨酸生成期要求
供氧量要满足细胞最大会吸速率。
2.噬菌体与杂菌的防治
•
谷氨酸发酵过程中，污染噬菌体后，一般会出现“二
高三低”，即pH高、残糖高；OD值低、温度低、谷氨酸
产量低。发酵前期污染噬菌体通常表现为：吸光度下降；
目录
• 1.摘要与 前言 • 2.药理效果与用途 • 3.生物合成途径 • 4.发酵工艺 • 5.三废 处理
一 摘要·前言
• 摘要：谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（EMP途径）、 磷酸戊糖途径（HMP途径）、三羧酸循环（TCA循环）、 乙醛酸循环和丙酮酸羧化支路等。生物合成谷氨酸的主要 方式是α-酮戊二酸的还原性氨基化作用。谷氨酸的生物合 成受机体内复杂机制的调控。影响谷氨酸发酵过程的参数 有很多，谷氨酸发酵过程主要受种子质量，培养基组成， 温度，pH以及供氧速率等因素控制。提取谷氨酸常用的工 艺为等电点法和离子交换法。
生成谷氨酸的主要酶反应
谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（EMP途径）、磷酸 戊糖途径（HMP途径）、三羧酸循环（TCA循环）、乙醛酸循 环和丙酮酸羧化支路等。在谷氨酸生物合成中，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
由于液氨作用快，对pH影响大，易于实现自动控制连续流
加，因而目前工业上普遍采用液氨流加法。
•
供氧 在谷氨酸发酵中，供氧对谷氨酸生产菌的生长
和谷氨酸的积累都有很大影响。供氧量的多少应根据不同
菌种、发酵条件和发酵阶段等具体情况决定。在菌体生长
期糖的消耗最大限度地用于合成菌体；在产酸期，糖的消
耗最大限度地用于合成谷氨酸。在菌体生长期，供氧必须
• 前言 ：的一种，主要用于生产谷氨酸钠，即味精。我国的味精生产始 于1923年，最初采用传统的蛋白质水解法。这种工艺原料消耗高（需 要30多吨小麦的面筋才生产出1吨味精）、劳动条件差、污染严重、生 产效率低、成本高，当时的最高年产量不足4000吨。1958年，我国广
大的科技工作者，在国家的支持下联合攻关，选育菌种，自主创新选 育了以淀粉质或糖蜜为原料生产谷氨酸的优良菌种，于1965年正式在
由于谷氨酸脱氢酶的最适温度比菌体生长繁殖的温度要高，
为大量积累谷氨酸，需要适当提高温度。
•
pH 谷氨酸产生菌的最适生长pH一般为6.5~8.0，在不
同的发酵阶段，谷氨酸对pH的要求不同，因此需要分别加
以控制。发酵前期，幼龄菌对氮的利用率高，pH变化大，
一般控制pH在7.3左右，如果pH偏低，则菌体生长旺盛，
•
温度 温度对谷氨酸发酵的影响是多方面的，温度不
仅会影响菌体内各种酶的活性，还会影响生物合成途径，
此外，对发酵液的物理性质也会产生影响。因此。发酵过
程需维持适宜的温度。一般来讲，谷氨酸产生菌的最适生
长温度为30~34℃，其生产谷氨酸的最适温度为35~37℃。
在谷氨酸发酵前期长菌的阶段应采用与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子扩大培养时相