谷氨酸发酵生化过程

谷氨酸发酵生产是谷氨酸产生菌在其生命活动过程中分解、代谢营养物质、合成所需产物、谷氨酸的生化过程。 谷氨酸发酵是典型的代谢控制发酵。 谷氨酸的大量积累不是由于生物合成途径的特异，而是菌体代谢调节控制和细胞膜通透性的特异调节以及发酵条件的适合。 谷氨酸产生菌主要是棒状类细菌，这类细菌中含质粒较少，而且大多数是隐蔽性质粒，难以直接作为克隆载体，而且此类菌的遗传背景、质粒稳定尚不清楚，在此类细菌这种构建合适的载体困难较多。 需要对它们进行改建将棒状类细菌质粒与已知的质粒进行重组，构建成杂合质粒。 受体菌选用短杆菌属和棒杆菌属的野生菌或变异株，特别是选用谷氨酸缺陷型变异株为受体，便于从转化后的杂交克隆中筛选产谷氨酸的个体，用谷氨酸产量高的野生菌或变异菌作为受体效果更好。 供体菌株选择短杆菌及棒杆菌属的野生菌或变异株，只要具有产谷氨酸能力都可选用，但选择谷氨酸产量高的菌株作为供体效果最好。 这样就可以较容易地在棒状类细菌中开展各项分子生物学研究。 有了合适的载体及其转化系统后，就可通过DNA体外重组技术进行谷氨酸产生菌的改造。 这对以后谷氨酸发酵的低成本、大规模、高质量有较大的发展空间。

中文名

谷氨酸发酵

外文名

glutamicacidfermentation

定义

谷氨酸发酵生产是谷氨酸产生菌在其生命活动过程中分解代谢营养物质、合成所需产物、谷氨酸的生化过程。 在这个过程中，影响谷氨酸产生菌生长、繁殖、代谢及合成产物的因素很多，通过人工干预有目的地控制这些因素，使其最终满足谷氨酸菌种的代谢合成需要，可以达到增加产物"降低消耗的目的。 [1]谷氨酸产生菌既是反应过程的主体，也是反应过程的生物催化剂，它摄取原料的营养，通过细胞内特定的酶系列进行复杂的生化反应。 其底物中的反应物透过细胞壁和细胞膜进入细胞体内，在酶的作用下进行催化反应，将反应物转化为产物并释放出来，细胞的内在特性及其代谢规律是影响生化反应的关键因素。 因此，发酵是一个比其他工业过程更为复杂的动态过程。

谷氨酸的合成途径

谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA)，然后进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸。 α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。 当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。 因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。

在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。 研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。 因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，如生物素缺陷型菌种的选育。 生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。 生物素缺陷型菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。 而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之一。 因此，磷脂的合成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不完整，提高细胞膜对谷氨酸的通透性。

发酵过程

在发酵过程中，氧、温度、pH和磷酸盐等的调节和控制如下：①氧。 谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。 尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。 其中谷氨酸棒状杆菌在溶氧不足时产生的是乳酸或琥珀酸。 ②温度。 菌种生长的最适温度为30～32℃。 当菌体生长到稳定期，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到34～37℃。 ③pH。 谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0～8.0。 但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的pH会不断变化。 如随着氮源的利用，放出氨，pH会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。 其中谷氨酸棒状杆菌在pH呈酸性时生成乙酰谷胺酰胺。 ④磷酸盐。 它是谷氨酸发酵过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。 发酵结束后，常用离子交换树脂法等进行提取。

用途

谷氨酸除用于制造味精外，还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射液等。 我国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相比还存在一定差距。 主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化率和提取率低，易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等。

参考资料

1.河南乳业:突围有望背后的展望与分析·中国知网

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