1）生物素营养缺陷型
⏹作用机制:生物素是脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶,参与了脂肪酸的合成,进而影响脂肪酸的合成.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏. ⏹控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10g/L).在发酵初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换. 2）油酸营养缺陷型
⏹作用机制:油酸营养缺陷型丧失了合成油酸的能力,通过控制油酸使磷脂合成量减少到正常量的1/2左右.
⏹控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换.
（3）添加表面活性剂
⏹添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨酸. ⏹机理:两者在脂肪酸合成时对生物素有拮抗作用,导致磷脂合成不足,形成不完整的细胞膜.
⏹关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在下进行分裂,形成产酸型细胞.
（4）添加青霉素
⏹机理:青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁后期的合成,细胞膜在失去保护,在渗透压的作用下受损,向外泄露谷氨酸.
⏹控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换. 谷氨酸发酵强制控制工艺
⏹为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取“强制控制”的方法,如:“高生物素 高吐温”或“高生物素 高青霉素”的方法.
⏹控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。
谷氨酸发酵
⏹智能脱扣器1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h.
措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短.
⏹2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h.
措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃
⏹3.菌体生长停止期:谷氨酸合成.
措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃.
⏹4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低.
措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐.
发酵周期一般为30h.
二、谷氨酸发酵的生化过程
⏹（1）是代谢控制发酵的典型代表
⏹（2）是目前代谢控制发酵中，在理论与实践上最成熟的……
⏹整个过程可简单的分为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。
三、合成谷氨酸的生化途径
（一）、GA 的生物合成途径
⏹主要有：Glucose的酵解，EMP
Glucose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（ α-KGA）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：
（二）、GA生物合成的内在因素
⏹谷氨酰胺合成酶从上图可以看出，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：
谷氨酸生产菌的生化特征—内在因素
干式油底壳⏹1 生物素缺陷型
⏹谷氨酸产生菌大多数为生物素缺陷型,谷氨酸发酵时,通过控制生物素亚适量(贫乏量) ,引起菌种代谢失调, 使谷氨酸得到大量积累。
⏹2 具有CO2 固定反应的酶系
⏹菌种能利用CO2 产生大量草酰乙酸, 有利于谷氨酸的大量积累。
3.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。只有当体内α-KGA脱氢酶活性很低时，TCA循环才能够停止，α-KGA才得以积累，为谷氨酸的生成奠定物质基础。
4. GA产生菌体内的NADPH氧化能力欠缺或丧失
⏹1）如上图所示，NADPH是α-KGA还原氨基化生成GA必须物质，而且该还原氨基化所需要的NADPH是与柠檬酸氧化脱羧相偶联 的。
⏹（2）由于NADPH的在氧化能力欠缺或丧失，使得体内的NADPH有一定的积累，NADPH对于抑制α-KGA的脱羧氧化有一定的意义。
5. 产生菌体内乙醛酸循环（DCA）的关键酶——异柠檬酸裂解酶
⏹该酶是一种调节酶，或称为别构酶，其活性可以通过某种方式进行调节，通过该酶酶活性的调节来实现DCA循环的封闭，DCA 循环的封闭是实现GA发酵的首要条件。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。
6.菌体有强烈的L-谷氨酸脱氢酶活性
⏹α-KGA + NH4+ +NADPH == GA + NADP
(NADH :烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADPH :烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)
⏹L-谷氨酸脱氢酶，实质上GA产生菌体内该酶的酶活性都很强， α - 酮戊二酸易生成谷氨酸。
⏹该反应的关键是与异柠檬酸脱羧氧化相偶联，反应机制如下：
⏹偶联反应
α-KGA NADPH α-KGA
GA NADP 异柠檬酸
CO2固定反应对于产率的提高有着多么重要的作用。
提高GA的潜力
⏹1）强化CO2固定反应，具体措施：Mn+ ，生物素.
⏹（2）控制溶氧浓度是非常重要的
⏹低的溶氧浓度，则丙酮酸向乳酸方向转化……
⏹高的溶氧浓度，则NADPH 有被氧化的可能，……
（五）GA发酵的外在因素
⏹GA发酵是一个典型的代谢控制发酵，固然有其内在的菌体特性。
⏹但是正如任何事物发展的基本规律一样，外在因素仍然有重要的作用，对于GA的发酵也是一样。
1.供氧浓度
⏹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。
2. NH4+浓度
⏹（1）影响到发酵液的pH值
⏹（2）与产物的形成有关：
⏹NH4+过量，菌体增殖阶段会抑制菌体生长，产酸阶段Glu会受谷氨酰胺合成酶作用转化为谷氨酰胺（ Gln）
⏹NH4+不足，不利于α-KGA的还原氨基化， -酮戊二酸积累，引起反馈调节
NH4+与产物的形成
3.磷酸盐
⏹过量：
⏹（1）促进EMP途径，打破EMP与TCA之间的平衡，积累丙酮酸，产生乳酸等……
⏹（2）产生并积累缬氨酸（ Val）
环境条件
4. 发酵液的碳氮比
⏹发酵液中糖含量与谷氨酸的发酵有密切的关系。在一定范围内, 谷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。
⏹发酵液中还原糖的含量一般应控制在10 %～13 % 。
环境条件
⏹氮源是合成菌体细胞蛋白质、核酸和谷氨酸的氨基来源，大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌体。
⏹谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，一般发酵工业碳氮比为100：0.2-2.0，谷氨酸发酵的碳氮比为100：15-21。
⏹在谷氨酸发酵过程中,应正确控制碳氮比。一般在菌体生长期碳氮比应大一些(氮低）,在产酸期边坡滑模施工,碳氮比应小些(氮高） 。在碳源和氮源的比为3∶1时，谷氨酸棒状杆菌会大量合成谷氨酸，但当碳源和氮源的比为4∶1时，谷氨酸棒状杆菌只生长而不合成谷氨酸。
环境条件
5. 生物素
⏹谷氨酸产生菌是营养缺陷型, 对生长繁殖、代谢产物的影响非常明显。
⏹当生物素过量时酵解途径中的丙酮酸转变为乳酸, 同时也使异柠檬酸转变为琥珀酸,菌体
生长繁殖快,同时生物素又促进菌体细胞膜通透性障碍物的生物合成, 使菌体不能及时将细胞内的谷氨酸排出,谷氨酸合成途径受阻,发酵液中由菌种细胞排出的谷氨酸仅能占氨基酸总量的12%;
⏹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的92%左右。因此,要根据发酵时期来控制生物素的含量。
环境条件
6. 发酵温度
⏹谷氨酸发酵前期应采取菌体生长最适温度,pcti即30～32 ℃。温度过低, 菌体生长繁殖慢;若温度过高,菌体易衰老, 生产中表现为DO 值增长慢, 耗糖慢, pH值高, 最终发酵周期长,产酸少。
⏹发酵中、后期菌体生长基本停止, 为积累大量谷氨酸, 应适当提高发酵温度,但温度过高,酶易失活,谷氨酸生成受阻。
环境条件
7. pH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。
环境条件
⏹2） pH值对谷氨酸积累的影响
⏹谷氨酸脱氢酶是合成谷氨酸的主要酶,它的最适pH为7.0～7.2 ,当发酵液的pH值偏酸时(pH 5.0-5.8) ,谷氨酸脱氢酶受到抑制,代谢向着生成谷氨酰胺和乙酰谷氨酰胺的方向进行。
⏹在发酵后期由于耗用大量NH4+ ,pH值下降, 此时就要进行pH值调节,燃煤机以保证发酵的正常
进行。
环境条件
⏹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。
环境条件
8. 通风 （同1.供氧浓度）
⏹通风的实质就是供氧并使菌体和培养基充分混合。谷氨酸产生菌为兼性好氧菌, 在有氧、无氧的条件下都能生长,只是其代谢产物不同。在谷氨酸发酵过程中,通风必须适度。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议