谷氨酸发酵工艺研究

山东大学

硕士学位论文

谷氨酸发酵工艺研究

姓名：王勇

申请学位级别：硕士

专业：生物化学与分子生物学指导教师：王玉萍

2002.5.8

摘要

Ｌ．谷氨酸又叫麸酸，化学名称为Ｌ－ｃｔ．氨基戊二酸，是制造味精的前体物质。谷氨酸有着广泛的用途，最主要的就是用来制造作为食品风味增强剂的一水谷氨酸一钠。

／谷氨酸的生产方法主要有三种：一是水解提取法：二是化学合成法；三是微生物发酵法。目前，世界上谷氨酸生产厂商主要采用微生物发酵法来生产谷氨酸。微生物发酵法比其它两种方法更具优点。

当前，国内的谷氨酸发酵与国际水平相比还有一定差距，主要表现为菌种培养、发酵产酸率、糖酸转化率等方面，其实质是谷氨酸发酵工艺水平的落后。卟

本论文实验主要对一级种子的培养和发酵条件及其控制进行了优化。力图通过这些实验，找出更适合谷氨酸生产菌Ｓ９１１４的菌种培养条件和发酵环境，来提高发酵过程中的产酸率和糖酸转化率，以达到提高经济效益的目的。

（种子培养的质量好坏是谷氨酸发酵的重要因素。谷氨酸发酵一级种子的培养过程是：分纯后的谷氨酸生产菌划斜面一传二代斜面一传三代即用有糖斜面对谷氨酸生产菌进行活化一接入摇瓶培养获得生产用一级种子。笔者对菌种活化进行了大胆改进，用肉汤培养基替代有糖斜面。从而使菌种活化缩短了时间，减少了工作量。又对一级种子的培养基进行了优化，调整了葡萄糖和尿素的用量，增加了酵母粉、蛋白胨等成分，得到的一级种子形态均匀、活力旺盛。杖

谷氨酸发酵是一个复杂的生化过程，发酵法生产谷氨酸的基本要素之一就是选择适宜的发酵工艺，控制最佳的工艺条件。培养基是提供谷氨酸生产菌生长繁殖及其代谢生产谷氨酸的营养物质，培养基的各组分对产酸影响很大。通过多次实验，确定了双

酶水解糖、尿素、混合生物索、无机盐、金属离子对发酵过程中菌体增殖和产酸的影响情况。还对种龄、种量等影响谷氨酸发酵的因素进行了研究，确立了大种量有利于缩短发酵时间，提高设备利用系数。

（本实验论文结合生产实际，深入工厂车间，对谷氨酸发酵过程中酌一些实际问题进行了仔细研究，得出了一些结论性的东西，对发酵生产有现实指导意义。＋、

关键词：谷氨酸；一级种子；培养基；发酵工艺

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｌ－ｇｌｕｔａｍａｔｅ，ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｃａｌｌｅｄＬｘｔ—ａｍｉｎｏｇｌｕｔａｒｉｃａｃｉｄ，ｉｓｔｈｅｐｒｅｃｕｒｓｏｒｏｆｇｏｕｒｍｅｔｐｏｗｄｅｒ．Ｌ－ｇｌｕｔａｍａｔｅｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｏｕｒｌｉｆｅ，ａｎｄｉｓｍａｉｎｌｙｕｓｅｄｔｏｐｒｏｄｕｃｅｍｏｎｏｓｏｄｉｕｍｇｌｕｔａｍａｔｅ（ＭＳＧ）．ＴｈｅｒｅｆｉｆｅｔｈｒｅｅｗａｙｓｔｏｐｒｏｄｕｃｅＬ—ｇｌｕｔａｎａｔｅ：１．ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｎｄ

ｅｘｔｒａｃｔ；２．ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｒｅａｃｔｉｏｎ；３．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｈａｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｖｅｒｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓ．ＳｏｉｔｉｓａｄｏｐｔｅｄｂｙｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｐａｒｔｏｆＭＳＧｐｒｏｄｕｃｅｒｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ．

Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗｏｒｌｄ’ｓａｄｖａｎｃｅｄｌｅｖｅｌ，ｇｌｕｔａｍａｔｅｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｓｔｉｌｌｈａｓａｌｏｎｇｗａｙｔｏｇｏａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｅｉｔｈｅｒｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆｓｔｒａｉｎｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｏｒａｃｅｔｉｃｙｉｅｌｄｒａｔｅａｎｄｇｌｕｃｏｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｉｎｆａｃｔ．ｔｈｅｇｌｕｔａｍａｔｅｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｌｅｖｅｌｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｉｓｓｏｍｅｈｏｗｂｅｈｉｎｄｔｈｅｔｉｍｅｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｒｅｐｏｒｔｓｔｈｅｗｏｒｋｏｆｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ１“一ｓｃａｌｅｓｔｒａｉｎ

ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｕｌｔｉｖａｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍａｎｄ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｗｅａｒｅｌｏｏｋｉｎｇｆｏｒｔｈｅｂｅｓｔｓｔｒａｉｎｃｕｌｔｉｖａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒＬｇｌｕｔａｍａｔｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇｓｔａｉｎ￥９１１４ｓｏａｓｔｏｐｒｏｍｏｔｅａｃｅｔｉｃｙｉｅｌｄｒａｔｅａｎｄｇｌｕｃｏｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄａｒｒｉｖｅａｔｔｈｅａｉｍｏｆｉｎｃｒｅａｓｅｅｃｏｎｏｍｉｃｒｅｔｕｒｎｓ．

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ｓｔｒａｉｎ——＋３ｒｄｓｃａｌｅｐｕｒｉｆｉｅｄｔｕｂｅｓｔｒａｉｎ——◆２删ｓｃａｌｅｔｕｂｅ

ｔｕｂｅｓｔｒａｉｎ，ｔｏａｃｔｉｖａｔｅｇｌｕｔａｍａｔｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇｂａｃｔｅｆｉａｔｈｅｎａｄｄｉｎｔｏｆｌａｓｋｓｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｌｉｑｕｉｄｍｅｄｉｕｍ，ａｆｔｅｒｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｗｅｇｏｔ１５‘ｓｃａｌｅｓｔｒａｉｎｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｆｏｒｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｈａｖｅｍａｄｅａｄｖａｎｃｅｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｒｅｐｌａｃｉｎｇｔｕｂｅｓｔｒａｉｎｗｉｔｈｌｉｑｕｉｄｍｅｄｉｕｍ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｔｉｍｅｏｆｓｔｒｍｎ

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ａｃｔｉｖａｔｉｎｇａｎｄｗｏｒｋｌｏａｄａｒｅｂｏｔｈｓｃａｌｅｓｔｒａｉｎｍｅｄｉｕｍ，ｒｅｖｉｓｅｄｔｈｅｒｅｄｕｃｅｄ．ＡｎｄＩｈａｖｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ１５‘ａｍｏｕｎｔｏｆｇｌｕｃｏｓｅａｎｄｕｒｅａａｎｄ

ａｄｄｅｄｙｅａｓｔｐｏｗｅｒａｎｄｐｅｐｔｏｎｅ，ＳＯｗｅｇｏｔｅｖｅｎｓｈａｐｅｄａｎｄａｃｔｉｖｅ１“ｓｃａｌｅｓｔｒａｉｎｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ．

Ｇｌｕｔａｍａｔｅｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｓａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓ，ｏｎｅｏｆｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｓｏｆ

ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉＳｔｏｃｈｏｏｓｅａｗｅｌｌ．ｓｕｉｔｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｇｅｔｔｈｅｂｅｓｔｃｏｎｔｒ０１．Ｍｅｄｉｕｍｐｒｏｖｉｄｅｇｌｕｔａｍａｔｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｗｉｔｈａｌｌｔｈｅｎｕｔｒｉｔｉｏｎｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｇｒｏｗｔｈａｎｄｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｇｌｕｔａｍａｔｅ．ｎｌｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆ

ｍｅｄｉｕｍｈａｖｅｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｇｌｕｔａｍａｔｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｍａｎｙｔｉｍｅｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，Ｉｈａｖｅｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅ

ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｒｎｓｕｇａｒ，ｕｒｅａ，ｃｏｍｐｏｕｎｄｂｉｏｔｉｎ，ｉｎｏｒｇａｎｉｃｓａｌｔ，ｍｅｔａｌｌｉｃｉｏｎｏｎｂａｃｔｅｒｉａｌｇｒｏｗｔｈａｎｄｙｉｅｌｄｏｆｇｌｕｔａｍａｔｅ．ＡｌｓｏＩｈａｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｏｎｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｓｅｅｄ?ａｇｅａｎｄｓｅｅｄｑｕａｎｔｉｔｙｔｈａｔｈａｖｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｇｌｕｔａｍａｔｅｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ．ＡｎｄＩａｒｒｉｖｅｄａｔｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｗｉｌｌｓｈｏｒｔｅｎｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｔｉｍｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｓａｇｅｒａｔｅ．

Ｔｌｌｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｐｒａｃｔｉｃｅ．ａｎｄｈａｓｇａｖｅｉｎｔｅｎｓｉｖｅｓｔｕｄｉｅｓｏｎｇｌｕｔａｍａｔｅ

ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｌｓｏａｒｒｉｖｅｄａｔｓｏｍｅｃｏｎｃｌｕｓｉｖｅｒｅｓｕｌｔｓｗｈｉｃｈｉｓｄｉｒｅｃｔｉｖｅｆｏｒｇｌｕｔａｍａｔｅｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌ－ｇｌｕｔａｍａｔｅ；１缸－ｓｃａｌｅ

ｓｔｒａｉｎ；Ｍｅｄｉｕｍ；ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

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ＧＡ

Ｒｇ

ＭＳＧＰ——Ｇｌｕ

ＰＬＧ

ＰＧＡ—ＮａＡＤＩ

ＡＧＳ

ＧＤＨ符号说明

谷氨酸

残糖

味精

焦谷氨酸

聚谷氨酸

焦谷氨酸钠

每日容许摄入量Ｎ一月桂酰基谷氨酸钠

谷氨酸脱氢酶

前言

～、谷氨酸的结构及其理化性质

谷氨酸（Ｇｌｕｔａｍｉｃａｃｉｄ）又叫麸酸，是制造味精的前体物质。谷氨酸有Ｌ．型和Ｄ．型之分，只有Ｌ．型谷氨酸具有生理活性。Ｌ．谷氨酸的化学名称为Ｌ．ａ一氨基戊二酸。其化学结构式为：

ＮＨ２

Ｈ００Ｃ—ＣＨ２一ＣＨ２一ＣＨ—Ｃ００Ｈ

谷氨酸的分子式为ｃ５Ｈ９０４Ｎ，分子量为１４７．１３，含氮９．５２％，为无色斜方晶系，密度为１．５３８９／ｍｌ。谷氨酸与其它氨基酸一样，熔点很高，超过２０００Ｃ，并且在接近熔点温度时开始熔化并立即分解。因此，要想准确测得其熔点是很困难的。有人认为，谷氨酸的熔点应在２０８０Ｃ左右。

谷氨酸在水中的溶解度很低，但谷氨酸钠在水中的溶解度却很高，谷氨酸在酒精中的溶解度比在水中的还要低，谷氨酸不溶于乙醚。谷氨酸晶体或在水中主要以兼性离子亦即偶极离子的形式存在。

谷氨酸。位碳原子具有手性，能够将偏振光的偏振面旋转一定角度。Ｌ．谷氨酸在水溶液的比旋光度为【ａ】”Ｄ＝＋１２．０，在５ｍｏｌ／ＬＨＣＩ中的比旋光度为［ｎ】”Ｄ＝＋３１．８…。

Ｌ．谷氨酸有酸味１２］，其阈值为５ｒａｇ／１００ｍｌ，Ｄ一型谷氨酸无味。Ｌ．谷氨酸的一钠盐即味精（ＭＳＧ）有强烈的肉鲜味，常用作烹调和食品鲜昧剂。谷氨酸一钠为带一分子结晶水的无色具有光泽的针状结晶，属斜方晶系，是八面柱状体，有Ｕ、Ｂ两种晶形ｐＪ。

谷氨酸含有一个碱性基团氨基和两个酸性基团羧基，它可以和酸生成盐也可以和碱生成盐，是一个两性物质。在碱性溶液中，氨基被抑制，谷氨酸的酸性基团便与碱结合成盐并成负离子解离

出来。在强碱性溶液中，还会生成谷氨酸的二钠盐【４Ｊ，但用酸中和会立即生成谷氨酸一钠或谷氨酸。若在酸性溶液中，羧基解离被抑制，氨基与酸基结合成盐，并成正离子解离出来。据测定谷氨酸的等电点为ｐＩ＝３．２２【５】。谷氨酸能使水的介电常数增高，而一般的有机化合物如乙醇、丙酮却使水的介电常数降低。

。一氨基酸的水溶液遇水合茚三酮生成紫蓝色产物。这种颜色反应常被用于ａ一氨基酸的比色测定和色层分析的显色。

谷氨酸与金属盐在一定ｐＨ下反应生成难溶于水的复盐，这种性质在一段时间内被用于提取发酵液中的谷氨酸。

谷氨酸或谷氨酸钠在水溶液中长时间加热（１２００Ｃ，３小时）会引起完全失水生成焦谷氨酸【６】或焦谷氨酸钠１７－９］。

二、谷氨酸的制造方法

谷氨酸的制造方法分为水解提取法、合成法和发酵法三大类。现在水解提取法（蛋白质水解法和从甜菜糖蜜中提取法）与合成法已经停用。目前，世界上味精生产厂商主要采用发酵法生产味精。

１．水解提取法：水解法有植物蛋白质水解法和从甜菜糖蜜提取法。

蛋白质由许多ａ．氨基酸的分子缩合而成，将蛋白质水解可得到相应的氨基酸。植物蛋白质水解法就是以面筋或豆粕等植物蛋白为原料，加酸水解（也可用碱或蛋白酶，但碱水解得到ＤＬ．氨基酸），使蛋白质水解成多种氨基酸，用盐酸法或中和法分离出谷氨酸，再制成味精。此种方法是生产味精的传统工艺。其优点是操作易于掌握，但原料来源少，价格高，得率低，对设备腐蚀大，劳动繁重，故此法已停止使用。

从甜菜糖蜜提取法：甜菜中的谷氨酸一般以谷氨酰胺的形式存在，在制糖过程中，用石灰处理时转化为焦谷氨酸（Ｐ—Ｇｌｕ）。因此，存在于糖蜜中的焦谷氨酸被碱水解后可转化为谷氨酸。此

法历史上是从糖蜜回收蔗糖后的废蜜中提取，由于从甜菜糖蜜回收不经济而停用此法。此法收率低，味精得率仅为糖蜜的２～３％。

２．化学合成法：

化学合成法的生产原料为石油化学品，虽然对设备的腐蚀性不大，但反应阶段多，设备周转困难。合成法生产制造的谷氨酸为消旋谷氨酸，需要进行化学拆分。１９６３年在日本化学合成谷氨酸投产。我国在六七十年代也进行过合成法的中小型试验，但未工业化。化学合成法制造谷氨酸的方法有十多种，主要的有以下几种：以丙稀腈为原料的合成方法；以糠醛为原料的合成方法；以环戊二烯为原料的合成方法；含同位素标记得１５Ｎ．ＤＬ．谷氨酸合成法。合成法的优点是不用粮食原料，但需要高温高压，设

备要求高、严密性好，不适于一般工厂生产。另外，由于公众对此种方法生产制造的味精普遍持

怀疑态度，化学合成谷氨酸１９７３淀粉生物素其它成分

年停产。

３．发酵法：

发酵法生产谷氨酸的原料为含糖的碳水化合物。在我国，味精生产的主要原料为大米或玉米淀粉水解糖，东北西北少数厂家采用甜菜糖蜜，南方有用甘蔗糖蜜为原料。发酵法生产谷氨酸原料来源丰富，得率高，成本低，有利于机械化自动化生产，劳动强度低，生产率较高，技术改进的可能性大。对各种味精的制造

泰舢ｆ／菌种液氨袅磊酶等空气。＼、菇嘎

发酵液

等电育晶

分离

Ｌ谷氨酸

图１发酵法流程

流程加以比较，可以明显看出，以发酵法最为优越。所以此法为当今世界各味精厂商所普遍采用。但发酵法需要严密的生产管理

和严格的生化操作，否则会由于微生物感染而造成很大的损失。此外，还需要理想的生产菌种。发酵法的流程见上页图１。

三、谷氨酸的生物合成

由葡萄糖生物合

成谷氨酸的代谢途径

如图２所示：葡萄糖由糖酵解

途径（ＥＭＰ）和磷酸己糖支路（ＨＭＰ）［１０－１１］

生成丙酮酸，丙酮酸

脱羧生成乙酰辅酶Ａ；然后在醛缩酶的

催化下，草酰乙酸和

乙酰辅酶Ａ合成柠檬

酸，进一步生成异柠

檬酸和Ｑ．酮戊二酸，

Ｑ．酮戊二酸有还原氨基化作用生成谷氨酸，菌体内合成的谷

氨酸透过细胞膜，便能在发酵液中积累大量的谷氨酸。

谷氨酸在菌体内

的生物合成主要靠下

瞪ｎ溉，

乳酸一１酮§吗

／赣硼、

谷氨酸冀望塑堕堕裁酸２ＪＩ］ＮＨ３眵述的两个作用：一是还原氨基化作用，另一是转氨作用。此外，还存在谷氨酸合成酶的作用。

１．还原氨基化作用：还原氨基化作用是在糖代谢生成的ａ一

＼檬．氐

奠刀兮瓣＼隧＼

酮戊二酸存在下，在谷氨酸脱氢酶和足够氨的参与下，将酮基还原氨基化。谷氨酸脱氢酶的还原氨基化作用在供氧发酵的条件下需要有以ＮＡＤＰ为辅酶的异柠檬酸脱氢酶的共轭作用下才能顺利完成。

２．转氨基作用：转氨基作用是利用已存在的其它氨基酸，经过转氨酶的作用将其它氨基酸与ａ．酮戊二酸生成Ｌ．谷氨酸。

３．谷氨酸合成酶的作用：谷氨酸合成酶的作用是使ａ．酮戊二酸和谷氨酰胺生成两分子的谷氨酸。有这种作用但不强。

在上述几种作用中，谷氨酸脱氢酶的作用特别强，还原氨基化作用处于主导地位，是主要的作用。

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。在正常的代谢途径上，柠檬酸由三羧酸循环逐次氧化脱羧生成异柠檬酸、ｄ．酮戊二酸、琥珀酸……可是谷氨酸生产菌，由于ｎ．酮戊二酸脱氢酶相当缺乏，使Ｑ．酮戊二酸不再往下继续氧化生成琥珀酸；同时又由于谷氨酸生产菌具有特别强的谷氨酸脱氢酶，在足量的氨存在时，使ａ－酮戊二酸转化为谷氨酸。为了获得能量和产生菌体蛋白质合成所需的中间产物，在谷氨酸发酵的菌体生长期，需要异柠檬酸裂解酶反应，走乙醛酸循环途径；但是在谷氨酸发酵的谷氨酸生成期，为了大量积累谷氨酸，最好没有异柠檬酸裂解酶反应，封闭乙醛酸循环，这就需要在长菌期和产酸期控制不同的条件。在理想情况下，谷氨酸发酵可按如下反应进行：

２Ｃ６Ｈ１２０６＋２ＮＨ３＋３０２＿２ＣｓＨ９０４Ｎ＋２Ｃ０２＋６Ｈ２０

Ｉｔｏｏｌ葡萄糖生成Ｉｔｏｏｌ谷氨酸最高理论收率为８１．７％。

四、谷氨酸的应用

谷氨酸的应用主要有以下几个方面：

１．在食品方面的应用

由于Ｌ－谷氨酸一钠具有强烈的肉类鲜味，而且是人类所需的

１２

重要营养品之一，因而广泛的用于食品加工烹饪调味【ｌ”。它用水稀释３０００倍仍有鲜味的感觉［ｚ３４４】。味精作为食品风味增强剂㈣，是食品的一种基础调味成分。人体摄入味精可以完全消化吸收并进行正常的生理新陈代谢【１６】。早在７０年代国际上对味精的安全性经过对大小白鼠急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性、致畸性、突然变异性各种毒性试验表明，食用味精是安全的。１９８７年２月１６日至２５日在荷兰海牙召开的联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第１９次会议上，对味精各种毒理性实验的综合评价结果得出了结论，即味精作为风味增强剂，食用是安全的，宣布取消对味精的食用限量，再次确认味精是一种安全可靠的食品添加剂。成人对味精的每日容许摄入量（ＡＤＩ）没有上限。

２．在医药方面的应用

谷氨酸是构成蛋白质的的氨基酸之一，它可以作为碳氮营养参与机体代谢，谷氨酸被人体吸收后，易与血氨形成谷氨酰胺，能解除代谢过程中氨的毒害作用，因而能够预防和治疗肝昏迷，保护肝脏，是肝脏疾患的辅助治疗药物。

脑组织只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，故谷氨酸可以作为脑组织的能量物质，改进和维持大脑的机能。谷氨酸作为神经中枢及大脑皮质的补剂，对于治疗脑震荡或神经损伤，癫痫【１７】，以及对弱智儿童均有一定疗效。

谷氨酸盐酸盐（ＧｌｕＨＣｌ）可以用于治疗胃酸不足。谷彝酰胺可治疗综合性胃溃疡、十二指肠溃疡１１８】、神经衰弱等。通常还将谷氨酸钠、维生素Ｂｌ、Ｂ６与葡萄糖混合静脉点滴注入。谷氨酸钙可与维生素Ｄ合用，以增强吸收。

谷氨酸被小肠吸收后，会产生抗衰老物质谷胱甘肽，参与人体中氧化还原反应，相当于抗衰老剂的作用。谷氨酸对心肌能量代谢和心肌保护起着重要作用【ｌ州。

俄罗斯医学营养研究所研究发现，味精能改善胃分泌功能，

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增加胃液数量，提高胃液质量．可治疗胃液酸度过低及慢性萎缩性胃炎。澳大利亚皇家医院研究发现，味精可减轻癌症病人接受化疗过程中产生的副作用，如化学药物对神经系统破坏等。３．在工业方面的应用

用Ｄ．谷氨酸合成的聚谷氨酸（ＰＬＧ）其性质接近天然皮革，具有良好的透气性、较强的抗水性和耐老化性。Ｙ．聚谷氨酸是一种出色的绿色塑料，可广泛用于从食品包装到一次性餐具及其它各种工业用途中。它在自然界可迅速降解，不会造成环境污染。

焦谷氨酸钠（ＰＧＡ．Ｎａ）具有极强的吸湿性【２州，能保持皮肤润泽，防止干裂，并增强皮肤和毛发的柔软和弹性，常被用来制作有保湿功能的化妆品。日本已开发了可用于化妆品中的谷氨酸碱盐。它对皮肤无刺激性，可取代化妆品中的化学基质，市场前景令人乐观。

用月桂酰氯与谷氨酸可以制成Ｎ．月桂酰基谷氨酸钠（ＡＧＳ）肥皂。其洗净、起泡、乳化、分散性能皆较好【２”，对皮肤及粘膜无刺激，可用于洗涤剂及化妆品１２“。

４．在农业方面的应用

谷氨酸可与其它金属离子反应用于制造农药。氨基酸铜是良好的杀菌剂，谷氨酸铜既是西红柿保护性杀菌剂，又是防治果树腐烂病的特效杀菌剂。

谷氨酸可与激素配合用作植物生长调节剂。谷氨酸与有的激素配合可以制成柑桔增甜剂，增加柑桔果实的含糖量，降低酸度。谷氨酰胺在植物代谢中也起着重要作用。

‘谷氨酸可以用作微肥载体。在Ｎ．Ｐ．Ｋ．基本满足的条件下，作为叶面喷洒的微肥具有投入少，效益高的特点。近年来国外报道用谷氨酸及其它氨基酸作为微肥载体能更好地发挥微量元素的效果。

４

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五、谷氨酸在体内的代谢

味精被食用后，经胃酸作用转化为谷氨酸，被消化吸收后合成蛋白质，并参与体内其它代谢过程…ｚ、…，‘．ｆ断Ｉ］－力物的重要营养物质，并具有特殊的生理作用。它虽是一种非必须的氨基酸，但在脱氨基、转氨基、脱羧基、解氨等反映中起着重要作用。谷氨酸在人体各部分组织器官中广泛存在，所占比例十分令人瞩目。例如，血液中的谷氨酸占游离氨基酸的３３％，肝脏中占１４％，在大脑神经系统的灰质蛋白质和白质蛋白质中分别占２４．９％和２６．８％。谷氨酸在生物体内的代谢见图３：

图３谷氨酸在体内的代谢

六、谷氨酸生产的历史及前景

１．谷氨酸生产的历史

谷氨酸广泛存在于蛋白质，最早的谷氨酸生产就是从小麦面筋中提取得到。谷氨酸的生产已有百多年的历史。谷氨酸生产发展见表ｌ：

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年代发明人方法

１８６６德Ｒｉｔｔｈａｕｓｏｎ用硫酸水解小麦面筋，提取１９０８日池田菊苗、铃木从海带汁液中提取‘２２】

１９１０日本味之素公司水解法生产

１９３６美国人从甜菜废液中提取

发酵法生产ａ一酮戊二酸，用１９４６美国人酶法或化学法将此酮酸转换

为Ｌ．谷氨酸

１９５６曰本协和公司以糖质为原料，采用发酵法

１９６２日本味之素以丙稀腈为原料，化学合成

ＤＬ一谷氨酸，再拆分１９６６日本协和公司采用石油工业副产品醋酸发

酵生产谷氨酸

１９７７日本协和公司采用糖蜜为原料发酵法生产

谷氨酸

表１谷氨酸生产发展史

２．我国谷氨酸生产的发展情况

我国味精生产始于１９２３年，在上海天厨味精厂首先采用盐酸水解面筋生产味精。１９３２年，沈阳味精厂开始用豆粕水解法生产味精。１９５８年，我国开始筛选用于发酵法生产谷氨酸的菌种并进行了发酵工艺研究。１９６４年上海天厨味精厂首先采用黄色短杆菌６１７为生产菌株，发酵生产谷氨酸试验成功。六十年代中后期投产的发酵工艺，进行一次投糖发酵产酸４．５％－－６％。到了七八十年代，甜菜糖蜜（加抑制剂法）发酵生产谷氨酸投产，产酸率６～８％，转化率５０％左右，连续低糖流加发酵工艺中试成功。经过

近三十年的努力，通过改革工艺和引进技术消化吸收，各项技术指标提高得很快［２３－２９】。据行业统计，２００１年度全国味精企业产酸最高达到达到１２．２５％；发酵转化水平最高达到６２．６０％；发酵提取水平最高达到了９９．９８％川。

３．前景展望

味精作为调味品，越来越受到人们的欢迎。我国是世界上人口最多的国家，是世界上最大的味精消费市场之一。有关资料显示，目前我国人均味精消费水平还很低，每人每年仅２０克。随着物质生活水平的不段提高，人们对味精的需求量将会越来越大。我国生产的味精其晶形、透光、白度、含量、鲜味程度等质量指标远远超过世界其它地区以糖蜜为原料制作的味精，我国味精在国际市场上有很强的竞争力。目前国际市场上对味精的使用己不仅仅局限于调味上，而是更广泛的作为一种原材料或香料表面滑性剂应用于食品工业、医药和化妆品生产行业。近年来亚洲食品工业对味精的需求增长率高达５～６％；据国外食品专家估计，到２００４年，全球味精需求年增长率平均可达４．１％。当然，随着我国加入ＷＴＯ，国际市场味精势必会大量涌入中国，市场竞争会更加激烈，给国内企业带来巨大压力。由此可见，在将来一段时间内，国内味精生产厂商将面临机遇与挑战。

截至到１９９９年底，我国味精产量已达６５万吨１３”，成为世界上的第一大味精生产国。但是，我们的味精生产工艺水平与世界先进水平相比还有差距。主要表现为：发酵产酸率、糖酸转化率、菌种培养、开发新菌种等方面与国外先进水平有很大差距，尤其是生产自动化水平差距更大。因而，我们有必要花大力气研究谷氨酸发酵工艺，这种研究不因谷氨酸早已大规模生产而停止。

目前，谷氨酸发酵研究的课题主要有：（１）寻找开发新菌种，提高糖类发酵的产酸率。国外（主要是日本）已将研究重点转向利用基因工程技术改良菌种。”“。（２）开发新资源，寻找开发廉价原料发酵生产谷氨酸。（３）开发新工艺。（４）优化操作控制，包括生

产工艺参数控制及细胞内代谢调控。（５）有关从发酵液中分离提取谷氨酸新技术的研究。

本论文实验对一级种子的培养和发酵条件及其控制进行了优化，对谷氨酸发酵过程中的一些实际问题进行了仔细研究。

第一部分分析测定方法

实验中涉及到的分析测定方法主要有谷氨酸的测定、葡萄糖的测定以及谷氨酸脱氢酶的测定。

一、谷氨酸的测定

（一）用ＳＢＡ－４０Ｃ型生物传感分析仪测定：

１．原理：

ＳＢＡ－－４０Ｃ型系列生物传感分析仪利用酶促反应来定量，样品分析工作原理如下：

固定化酶

底物＋０２＋１－１２０——————◆产物＋Ｈ２０２在谷氨酸测定中底物为谷氨酸，固定化酶为谷氨酸氧化酶，产物为Ⅱ．酮戊二酸与ＮＨ４‘。

样品经稀释后（要求ｐＨ在６～８左右），由定量进样针吸取２５ｕｌ，并注入反应池，含有样品的底物在样品室内迅速按照一定比例混合均匀，底物透过酶膜圈的外层与固定化酶层接触并反应，反应放出的Ｈ２０２再透过酶膜圈的内层与白金一银电极接触，并产生电流信号，该电流信号与底物的浓度成线性比例关系，经微机控制的信号，可直接显示并打印结果。

２．样品稀释：

取ｌｍｌ发酵液稀释１００倍，待测。

３．测定方法：

ＳＢＡ－－４０Ｃ型分析仪测定操作步骤为：

（１）开机，自动清洗反应池一次。

（２）进样灯（绿灯）亮并闪动，且当屏幕处于自动零状态的Ｏ

值时，把吸取好的２５ｕｌ标准样品注入进样口。

（３Ｊ２０秒反应结束后，仪器自动开始定标，屏幕显示设定的标值，并自动清洗反应池。

（４）反复按２—３的要求测定标准样品，当仪器稳定后，即前后两针的结果相对误差小于１％时，仪器便自动定好标，标值是进样灯（绿灯）一直亮但不闪动。’（５）将预先稀释好的样品用与标准样品相同的方式进行测定。

屏幕直接显示的数值是最后的测定结果。

（６）同一样品测定三针或三针以上，再进行统计，可以得到更准确的统计值。

４．计算：

ＧＡ％＝读数Ｘ稀释倍数／１００

（二）华勃氏减压法测定谷氨酸的含量防３６】：

１．原理：

利用专一性强的大肠杆菌脱羧酶（又名Ｌ．谷氨酸脱羧酶），在定温和定体积下，与Ｌ一谷氨酸起作用，放出二氧化碳气体，气体量的改变可由其压力的改变而测定，因此以二氧化碳的量推算出谷氨酸的含量。

Ｌ．谷氨酸脱羧酶，３７０Ｃ，ｐＨ５，０ＣＯＯＨ（ＣＨ２）２ＣＨＮＨ２ＣＯＯＨ—————————‘——————‘——————————————————◆ＣＯＯＨ（ＣＨ２）２ＣＨ２ＮＨ２＋Ｃ０２Ｔ

由此可见，二氧化碳：Ｌ．谷氨酸＝１：１

２．试剂配制：

减压液（Ｂｒｏｄｉｅ）：称取１０克吐温２０或５克牛胆酸钠，２５克氧化钠，少量伊文氏蓝，定容５００ｍｌ，用氧化钠和蒸馏水调密度至１．０３３９Ｃｃｍ３。此液装于减压仪上约一个月更换一次。

ＰＨ值５醋酸一醋酸钠缓冲液：准确称取三水醋酸钠２７，００克

或无水醋酸钠６．４克，加６Ｎ的醋酸１０毫升，用蒸馏水定容至１０００毫升，即为ｐＨ５．０缓冲液。

２％大肠杆菌酶液：称取大肠杆菌酶制剂２克，加ｐＨ５．０的上述缓冲液１００毫升制成。

２Ｍ醋酸一醋酸钠缓冲液：称取２７２．１８克醋酸钠加水溶解，加醋酸调至ｐＨ４．８—５，定容至１０００毫升。

３．测定方法：

取ｌ毫升样品加蒸馏水稀释至２５毫升，摇匀，取稀释液０．５毫升加入反应瓶主室内，再加１．６毫升ｐＨ５的醋酸一醋酸钠缓冲液。侧室内加入０．４毫升２％大肠杆菌脱羧酶液。插上侧室瓶塞，将反应瓶与减压管连接，均以无水羊毛脂密封。以小弹簧或橡皮筋固定。将减压管固定在振荡板上，放于３７±０．０１０Ｃ的恒温水槽内，打开三通阀与大气相通，将减压液调至２５０毫米，开启振荡（频率约为１００次每分左右），平衡ｌＯ分钟后，关闭右管上面的三通阀，调节减压液于１５０毫米处，振荡５分钟后读数，达到平衡后记下刻度（此为反应前读数）。接着把侧室酶液倒入主室内，稍加摇动后放入水溶液中继续振荡让其反应，１０分钟后调节右管减压液于１５０毫米处，振荡３分钟后开始读数，左管减压液不再上升后，记下刻度（为反应后读数）。打开三通阀，取出减压针，析出反应瓶清洗烘干备用。

空白校正：反应瓶内以２．５毫升蒸馏水代替，其余操作方法同上。

３．计算：

【（ｈ目一ｈｌｉｔ）±ｈ！×Ｋ＃】Ｘ１３．

ＧＡ％＝

Ｖ

式中ｖ——样品毫升数

ｈｎ——反应前度数（毫米）

ｈ。——反应后读数（毫米）