谷氨酸生产_谷氨酸生产工艺

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谷氨酸生产

在20世纪初谷氨酸钠的鲜味增强作用在日本被发现，目前通过谷氨酸钠棒状杆菌发酵来生产，每年世界市场有40万吨。

糖蜜或者淀粉水解物通常被用来进行谷氨酸棒状杆菌和相关菌系的谷氨酸商品生产。适当的氮源，如铵盐的充足补充是非常必要的，因为NH3是氨基酸分子的组成部分。谷氨酸生产菌也能利用尿素作为氮源。铵离子浓度必须在介质中维持较低的水平，因为较高浓度对细胞生长和产物形成是有害的。介质中的pH是逐渐降低的，这是由于细胞谷氨酸的释放和铵离子的消耗。气态氨通常被用来作为监测介质中实时氮水平的指标。发酵的最适pH是7.0-8.0。谷氨酸盐的生物合成是一个需氧过程，需要通过发酵来获得氧气。

谷氨酸盐生产菌的生长需要生物素，在生物素浓度为0.5ug/g细胞（干重）时氨基酸的积累量达到最大值。但该条件不是达到菌最大生长值的条件。过量的生物素在维持足够的生长时，会消弱谷氨酸盐的积累。在生长过程中添加C16-C18饱和脂肪酸甚至在高浓度生物素存在的条件下也能促进谷氨酸盐的积累。这是因为氨基酸的积累主要受它释放速率而不是生物合成速率的影响。生物素是乙酰辅酶A羧化酶的协同因子，乙酰辅酶A羧化酶是油酸（不饱和的，C18:1）生物合成通路的第一个酶，随后它又掺入磷脂。C16-C18饱和脂肪酸抑制乙酰辅酶A羧化酶活性。磷脂看来具有调节细胞中谷氨酸盐、不适生物素浓度或C16-C18饱和脂肪酸渗透的功能，因此降低细胞中磷脂的浓度，能增加细胞中谷氨酸的渗透。

在青霉素存在下的谷氨酸生产菌，在过量生物素存在的条件下也能积累大量的谷氨酸盐。青霉素抑制细菌细胞壁的合成，导致了肿胀细胞的形成，消弱了细胞壁，破坏了细胞膜的渗透障碍，提高谷氨酸盐的积累。

对己糖生产谷氨酸进行优化条件，控制EMP途径是最关键的；其是连接糖转化成三羧酸的桥梁。在异柠檬酸盐氧化脱羧转化为α酮戊二酸时形成的NADPH+H+提供了减少与NH3共同协同作用的协同因子，这些对α酮戊二酸通过谷氨酸盐脱氢酶转化为谷氨酸盐是必须的。商品化的谷氨酸生产菌缺乏三羧酸循环酶α酮戊二酸脱氢酶，因此在缺乏NH4+但是有充足的氧时，α酮戊二酸积累。三羧酸循环高效的补偿反应需要补充草酰乙酸盐，在柠檬酸合成酶的作用下，进行缩合反应和其他的细胞反应。磷酸烯醇丙酮酸羧化酶对磷酸烯醇丙酮酸转化形成草酰乙酸起到重要作用。还有一条途径，通过乙醛酸循环的代谢也可以补充三羧酸循环的中间产物。化学计算出，通过乙醛酸循环，1.4摩尔葡萄糖可转化成1摩尔谷氨酸；但该途径通过固定二氧化碳时，没摩尔葡萄糖可产生2摩尔谷氨酸。为了增加谷氨酸的转化效率，人们通过采用一些可降低柠檬酸裂解酶的水平的突变体。从葡萄糖生产谷氨酸的代谢途径图总结于图1中。

Exercise

1.2.3.4.5.