谷氨酸发酵机制

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。

⾕氨酸的发酵和提取⼯艺综述综述：⾕氨酸的发酵与提取⼯艺第⼀部分⾕氨酸概述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，在⼈体内，⾕氨酸能与⾎氨结合⽣成⾕氨酰胺，解除组织代谢过程中所产⽣的氨毒害作⽤，可作为治疗肝病的辅助药物，⾕氨酸还参与脑蛋⽩代谢和糖代谢，对改进和维持脑功能有益。

另外，众所周知的⾕氨酸钠盐即味精有很强烈的鲜味，是重要的调味品。

1996、1997、1998年味精年产量分别为55.0万吨、56.64万吨、59.03万吨。

尽管如此，我国⼈均年消耗味精量还只有400g左右，⽽台湾省已达2000g。

因此，中国将是世界上最⼤的潜在味精消费市场，也就是说，味精⽣产会稳步发展。

这也意味着⾕氨酸的⽣产不断在扩⼤[1]。

⾕氨酸⽣产⾛到今天就⽣产技术⽽⾔已有了长⾜进步,⽆论是规模还是产能都今⾮昔⽐,与此同时各⼚家还在追求完美, 这是⾏业进步的动⼒,也是⽣存之所需。

实际上⽣产⼯艺是与时俱进的,没有瑕疵的⼯艺是不存在的。

如:配⽅及提取⽅法现在是多种多样,有单⼀⽤纯⽣物素的,也有⽤⽢蔗糖蜜加纯⽣物素的, 还有加⽟⽶浆⼲粉或麸⽪⽔解液及⾖粕⽔解液等等;提取⽅法有:等电-离交、等电-离交-转晶、连续等点-转晶等等[2]。

本综述简述⾕氨酸⽣产的流程及发酵机制，着重介绍⾕氨酸的提取⼯艺。

第⼆部分⾕氨酸⽣产原料及其处理⾕氨酸发酵的主要原料有淀粉、⽢蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、⼄醇、正烷烃(液体⽯蜡)等。

国内多数⾕氨酸⽣产⼚家是以淀粉为原料⽣产⾕氨酸的，少数⼚家是以糖蜜为原料进⾏⾕氨酸⽣产的，这些原料在使⽤前⼀般需进⾏预处理。

(⼀)糖蜜的预处理⾕氨酸⽣产糖蜜预处理的⽬的是为了降低⽣物素的含量。

因为糖蜜中特别是⽢蔗糖蜜中含有过量的⽣物素，会影响⾕氨酸积累。

故在以糖蜜为原料进⾏⾕氨酸发酵时，常常采⽤⼀定的措施来降低⽣物素的含量，常⽤的⽅法有以下⼏种:(1)活性炭处理法; (2)⽔解活性炭处理法;（3）树脂处理法。

§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。

谷氨酸发酵生产谷氨酸发酵一、实验目的谷氨酸(glutamic acid)是最先成功地利用发酵法进行生产的氨基酸。

谷氨酸发酵是典型的代谢调控发酵，其代谢途径相对研究得比较清楚。

因此，了解谷氨酸发酵机制，掌握其发酵工艺，将有助于对代谢调控发酵的理解，有助于对其他有氧发酵的理解和掌握，也有助于对已掌握的生化、微生物知识的融会贯通。

通过本次实验，掌握有氧发酵的一般工艺，熟练掌握通用机械搅拌罐的设备使用。

二、实验原理1、谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵是菌体异常代谢的产物，菌体正常代谢失调时，才能积累谷氨酸。

在正常的微生物代谢中，由葡萄糖生成的磷酸烯醇式丙酮酸比天冬氨酸优先合成谷氨酸。

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。

谷氨酸生产菌由葡萄糖生物合成谷氨酸的途径见图5-7。

它包括糖酵解途径(EMP途径)、磷酸己糖途径(HMP途径)，三羧酸循环(TCA循环)、乙醛酸循环，伍德-沃克曼反应(CO的固定反应等)。

2由于谷氨酸生产菌生理方面有以下共同特征，体内的代谢控制平衡被打破，使谷氨酸得以积累。

? 谷氨酸生产菌大多为生物素缺陷型。

谷氨酸发酵时，糖酵解经过EMP及HMP两个途径进行。

生物素充足时，HMP途径所占比例是38%，控制生物素亚适量的结果，发酵产酸期，HMP途径所占比例下降到约为26%，EMP途径所占的比例得以提高。

通过控制生物素亚适量，更重要的是由生物素促进的脂肪酸及磷脂合成减少，谷氨酸向膜外漏出，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。

? 谷氨酸生产菌的CO固定反应酶系活力强，可通过羧化作用(更多地2供应固定CO生成苹果酸或草酰乙酸转化成柠檬酸。

2? 谷氨酸生产菌的异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，使进入谷氨酸生成期后的乙醛酸循环弱，使异柠檬酸更多地转化成α-酮戊二酸。