谷氨酸棒杆菌发酵原理
谷氨酸发酵 实验报告(1)
兰州大学生命科学学院发酵工程实验谷氨酸发酵实验摘要：谷氨酸棒杆菌在合适的培养基中经摇瓶培养能快速生长，为发酵实验准备菌种。
还原糖的消耗和谷氨酸的生成是衡量谷氨酸发酵是否正常的重要标志，所以在发酵过程中，要求每两个小时测定一次还原糖的含量，并据此作出发酵的糖耗曲线。
关键字：种子的制备、发酵罐、谷氨酸棒杆菌、PH的调节引言：了解发酵工业菌种制备工艺和质量控制，为发酵实验准备菌种。
了解发酵罐罐体构造和管道系统，掌握对发酵罐及其管道系统的灭菌方法。
了解发酵罐的操作，完成谷氨酸发酵的全过程。
还原糖的消耗和谷氨酸的生成是衡量谷氨酸发酵是否正常的重要标志，在发酵后期当还原糖降至1％以下时，表明谷氨酸发酵已经完成。
所以在发酵过程中，要定时测定还原糖的含量，要求每两个小时测定一次，并据此作出发酵的糖耗曲线。
掌握还原糖和总糖的测定原理，学习用比色法测定还原糖的方法。
学习使用茚三酮比色法检测发酵液中谷氨酸浓度的方法。
谷氨酸棒杆菌通常在0-12小时为生长期，12小时后为产酸期，所以应该从12小时以后开始检测谷氨酸的含量，每两个小时取一次样。
原理:谷氨酸棒杆菌在合适的培养基中经摇瓶培养能快速生长，得到大量健壮的种子。
谷氨酸棒杆菌生长速度较快，接种量一般在1-2%。
谷氨酸发酵是有氧发酵，发酵罐由蒸汽管道、空气管道、加料出料管道等组成，在实验之前必须先对发酵罐进行空消。
谷氨酸产生菌是代谢异常化的菌种，对环境因素的变化很敏感，在适宜的培养条件下，谷氨酸产生菌能够将50％以上的糖转化成谷氨酸，而只有极少量的副产物。
如果培养条件不适宜，则几乎不产生谷氨酸，仅得到大量的菌体或者由发酵产生的乳酸、琥珀酸、а－酮戊二酸、丙氨酸、谷氨酰胺、乙酰谷氨酰胺等产物。
生产上的中间分析只测定一些主要数据，只能显示微生物代谢的一般概况而不能反映细微的生化变化。
因此，进一步完善生化分析项目，从生化角度对发酵进行控制，从而确定最适宜的工艺条件是提高发酵水平的重要课题之一。
关于《谷氨酸棒状杆菌发酵》小专题的复习
关于《谷氨酸棒状杆菌发酵》小专题的复习作者：孙香芹来源：《内蒙古教育·理论研究版》2008年第10期“微生物与发酵工程”一章，因生物微观，知识零散而不系统，学生生活中直接感知少等因素，导致学生学习后，出现对知识的理解不全面，知识体系不完整，知识记忆不扎实等现象。
针对这一情况，在按课本顺序复习后，让学生课下通阅这一章的内容，联系与谷氨酸棒状杆菌发酵产生谷氨酸有关的知识，进行整理、归纳；总结出这一专题内容，效果是既强化了学生对知识的理解记忆，又培养了学生学习的总结能力；既利于学生对微生物理论的理解，又便于学生将理论与具体实例相结合；既培养了学生的学习兴趣，又达到了良好的复习应试效果。
现将师生共同从三个不同角度总结的该专题与同行学者共享与切磋。
一、谷氨酸棒状杆菌1.种类：原核生物界，细菌（纲）2.结构：具有原核生物的结构特点（1）细胞壁主要成分是由糖类与蛋白质结合而成的化合物（即肽聚糖），区别于植物细胞、细胞壁的主要成分纤维素和果胶。
（2）细胞质中只有核糖体，质粒（小型环状DNA，有控制性状的基因，基因工程中常被用作运载体）和一些贮藏性颗粒，无其他细胞器。
（3）拟核为大型环状DNA分子折叠缠绕而成，无细胞核核膜和染色体。
3.新陈代谢类型：异养需氧型4.繁殖方式：主要以二分裂方式进行无性繁殖。
5.生长规律：在接种发酵之前，要对谷氨酸棒状杆菌的生长规律进行研究，供选种参考，谷氨酸棒状杆菌的生长曲线如下：在谷氨酸的发酵过程中，可根据需要选用对数期的杆菌做菌种，采用连续培养的方法，即在发酵过程中以一定的速度不断添加新的培养基，同时以同样速度不断发出老的培养基，这样既保证杆菌对营养物质的需求，产生最大量的谷氨酸，同时便于自动化管理，提高了发酵设备的利用率，降低了产品的成本。
6.谷氨酸棒状杆菌代谢的调节谷氨酸棒状杆菌在代谢产生谷氨酸的过程中一直受酶的合成和酶活性调节。
酶的活性调节是微生物一种快速、精细的调节方式，其机理是：当微生物代谢过程中产生某种代谢产物与某种酶结合时，会使酶的结构发生改变导致酶的活性下降，当这种代谢产物与酶脱离时，酶的结构又复原，活性得到恢复。
谷氨酸发酵过程控制—谷氨酸棒杆菌三角瓶液体培养
2、培养条件 ①温度 种子培养应选择最适温度。 ②通气量 足够的通气量可以提高种子质量。
3、接种量 接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中生长繁
殖的速度。接种量过大会引起溶氧不足，影响产物合 成；接种量过小会延长培养时间，降低发酵罐的生产 率。
通 常 接 种 量 ： 细 菌 1-5% ， 酵 母 菌 5-10% ， 霉 菌 715%，有时20-25%。
请阅读引导文，并回答以下问题：
1、由斜面接种至液体培养基，采用什么接种工具？ 2、无菌操作接种应该在什么环境下进行？ 3、谷氨酸棒杆菌摇瓶种子培养条件和培养时间？
❖ 由斜面接种至液体培养基，采用的接种工具:接种环。 ❖ 接种环境：必须在一个无杂菌污染的环境中进行严格的
无菌操作。
摇瓶培养条件和时间： 培养时间12h; 设置摇床转速100rpm; 培养温度33-34℃。
谷氨酸发酵条件控制-谷氨酸棒杆菌三角瓶液体培养
谷氨酸的生产工艺流程： 一级种子扩大培养
摇瓶培养（三角瓶培养）的目的：
产生大量繁殖活力强的菌体，培养基组分应以少含 糖分，多含有机氮为主，培养条件有利于长菌。
1、培养基 种子培养基要满足以下要求： （1）营养成分适合种子培养的需要； （2）选择有利于孢子发芽和菌体生长的培养基； （3）营养上要易于被菌体直接吸收和利用； （4）营养成分要适当丰富和完全，氮源和维生素 含量要高； （5）营养成分要尽可能与发酵培
论述谷氨酸发酵的原理
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。
谷氨酸发酵
谷氨酸发酵目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。
我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆菌等。
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。
一、菌种的选育主要通过基因突变、基因工程、细胞工程得到优良的菌种。
可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。
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，以提高细胞膜对谷氨酸的通透性，如生物素缺陷型菌种的选育。
1.谷氨酸生产菌的生化特征1. α-酮戊二酸氧化能力微弱: α-酮戊二酸脱氢酶丧失或活性低.2. 谷氨酸脱氢酶活性强.3. 还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力缺陷或微弱.4. 异柠檬酸裂解酶活力微弱.5. 不利用谷氨酸.6. 耐高糖耐高谷氨酸 .7. CO2固定能力强.8 .解除谷氨酸反馈抑制.9. 具有向胞外分泌谷氨酸的能力.2.谷氨酸产生菌棒杆菌属：北京棒杆菌钝齿棒杆菌谷氨酸棒杆菌短杆菌属：黄色短杆菌产氨短杆菌小杆菌属：嗜氨小杆菌节杆菌属：球形节杆菌3.共同点：1. α-酮戊二酸氧化能力微弱: α-酮戊二酸脱氢酶丧失或活性低.2. 谷氨酸脱氢酶活性强.3. 还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力缺陷或微弱.4. 异柠檬酸裂解酶活力微弱.5. 不利用谷氨酸.6. 耐高糖耐高谷氨酸 .7. CO2固定能力强.8 .解除谷氨酸反馈抑制.9. 具有向胞外分泌谷氨酸的能力.谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)是好氧细菌，可用于微生物发酵工程生产谷氨酸来制取谷氨酸钠（味精），谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中（溶氧）；在温度为摄氏30到37度，pH为7到8的情况下，经28到32小时，培养液中会生成大量的谷氨酸。
谷氨酸发酵影响因素及控制
生物素对菌体细胞膜通透性的影响
谷氨酸发酵采用的菌种都是生物素缺陷型，而生物 素又是菌体细胞膜合成的必须物质，因此，可以通 过控制生物素的浓度，来实现对菌体细胞膜通透性 的调节。
生物素对细胞膜合成的影响主要是通过对细胞膜的 主要成分——磷脂中的脂肪酸的生物合成来实现的， 当限制了菌体脂肪酸的合成时，细胞就会形成一个 细胞膜不完整的菌体。生物体内脂肪酸的合成途径 如下：
谷氨酸发酵是典型的代谢控制发酵 发酵过程中，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。
整个发酵过程可简单的分为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
。
第二节 影响谷氨酸产量的因素及发酵条件控制
NH4+不足：不利于-酮戊二酸的还原氨基化， -酮戊二酸积累，引起反馈调节
影响因素3：NH4+浓度
NH4+的供给方式（流加）： （1）液氨 （2）0.8%尿素
影响因素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。
我国使用的生产菌株：
北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense) AS1.299
北京棒杆菌D110
钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum) AS1.542
棒杆菌(Corynebacterium sp.)S-914 黄色短杆菌T6~13
生产菌株特点
在己报道的谷氨酸生产菌中，除芽孢杆菌外 ，虽然它们在分类学上属于不同的属种，但都有 一些共同特点: 1. 革兰氏阳性 2. 菌体为球形、短杆至棒状 3. 不形成芽孢 4. 没有鞭毛，不能运动 5. 需要生物素作为生长因子 6. 在通气条件下才能产生谷氨酸。
谷氨酸棒状杆菌生产流程
谷氨酸棒状杆菌生产流程谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）是一种重要的微生物菌株，广泛应用于食品添加剂、药品和化工等领域。
本文将介绍谷氨酸棒状杆菌的生产流程。
一、谷氨酸棒状杆菌的培养基制备1.选择适宜的碳源和氮源：谷氨酸棒状杆菌可以利用多种碳源和氮源进行生长，常用的碳源包括葡萄糖、淀粉和甘油等，常用的氮源包括硝酸盐、尿素和天然蛋白质等。
2.加入必需元素：谷氨酸棒状杆菌需要大量的镁离子、钾离子和钙离子等元素进行生长，因此在培养基中需要加入适量的这些元素。
3.调节pH值：谷氨酸棒状杆菌适宜生长的pH范围为7.0-7.5，因此在培养基中需要调节pH值。
4.灭菌处理：为了避免其它微生物污染，需要对培养基进行灭菌处理。
二、谷氨酸棒状杆菌的预培养1.选取合适的菌种：选择活力强、生长快、产量高的谷氨酸棒状杆菌菌株进行预培养。
2.制备接种液：将选取的谷氨酸棒状杆菌菌株接种到含有适宜碳源和氮源的液体培养基中进行预培养，待细胞生长到一定程度后制备接种液。
3.调节接种液浓度：通过测定细胞密度来调节接种液浓度，一般要求接种液的细胞密度为10^7-10^8 CFU/mL。
三、谷氨酸棒状杆菌的发酵过程1.接种：将调节好浓度的接种液加入到含有适宜碳源和氮源、必需元素和pH值调节好的发酵罐中进行接种。
2.控制温度：谷氨酸棒状杆菌适宜生长温度为30-35℃，因此在发酵过程中需要控制发酵罐内温度。
3.控制pH值：谷氨酸棒状杆菌生长过程中会产生大量的有机酸，会导致pH值下降，因此需要在发酵过程中定期测量pH值并进行调节。
4.控制通气量：谷氨酸棒状杆菌需要充足的氧气进行生长，因此需要在发酵过程中控制通气量。
5.添加发酵助剂：为了提高谷氨酸棒状杆菌的产量和质量，可以在发酵过程中添加适当的发酵助剂，如L-丙氨酸、亚油酸等。
四、谷氨酸棒状杆菌的分离和提纯1.分离：将发酵液离心沉淀后取上清液，通过滤纸或膜过滤等方法去除悬浮物，然后进行分离。
谷氨酸棒杆菌 氨基酸
谷氨酸棒杆菌氨基酸
谷氨酸棒杆菌（Lactobacillus glutamicus）是一种革兰氏阳性杆菌，属于乳酸菌。
它是一种产生谷氨酸的细菌，在食品发酵和生物技术中具有重要作用。
谷氨酸（Glutamic acid）是一种氨基酸，属于非必需氨基酸，也是人体蛋白质的组成部分之一。
谷氨酸在机体内起到多种重要角色，包括神经递质和代谢的参与等。
在食品发酵过程中，谷氨酸棒杆菌可以利用一些碳源和氮源，通过发酵作用合成谷氨酸。
这种发酵一般是利用谷氨酸棒杆菌对谷氨酸的高产能力。
谷氨酸在食品工业中常被用作增香剂和调味剂，添加到食品中可以增加食品的鲜味和美味。
另外，氨基酸（Amino acids）是构成蛋白质的组成单元。
人体需要通过食物摄取氨基酸来满足生理需求。
谷氨酸是人体内重要的氨基酸之一，人体通常可以通过蛋白质的消化和代谢来获取谷氨酸。
此外，人工合成的谷氨酸也作为一种添加剂被广泛应用在食品和医药等领域。
因此，谷氨酸棒杆菌是一种具有重要应用价值的细菌，可以通过其发酵作用产生谷氨酸，而谷氨酸作为一种氨基酸在食品和生物技术中有着广泛的应用。
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谷氨酸棒杆菌发酵原理
谷氨酸棒杆菌是一种重要的发酵菌，常用于生产谷氨酸和谷氨酸钠等化合物。
该菌的发酵原理是利用其代谢途径中的谷氨酸合成酶（glutamate synthase）和谷氨酸酶（glutamate dehydrogenase）等酶促反应，将谷氨酸的氨基和酸基反应合成谷氨酸，同时通过氧化还原反应将谷氨酸氧化生成α-酮戊酸和氨基，从而完成谷氨酸的生产。
在谷氨酸棒杆菌的发酵过程中，需要提供适宜的培养基和适宜的发酵条件来保证菌体的生长和代谢活性。
一般来说，适宜的培养基需要提供足够的碳源、氮源和微量元素等营养物质，同时需要控制好培养基的pH值和温度等条件。
在发酵过程中，也需要控制好氧气供应和搅拌等条件，以保证菌体的生长和代谢活性。
通过对谷氨酸棒杆菌发酵原理的深入研究，可以为其生产过程的优化和改进提供理论基础和实践指导，同时也为其他发酵菌的研究提供了重要的参考。
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