谷氨酸、色氨酸、丝氨酸发酵进展
谷氨酸发酵工艺流程
目录一、谷氨酸简介 (2)二、谷氨酸发酵的工艺流程 (2)2.1谷氨酸生产菌种 (3)2.2生产原料 (3)2.3培养基制备 (3)2.3.1碳源 (3)2.3.2氮源 (3)2.3.3生物素 (4)2.4种子扩大培养 (4)2.5谷氨酸发酵 (4)三、谷氨酸发酵的工艺控制 (4)3.1环境控制 (4)3.1.1pH (4)3.1.2温度 (4)3.1.3通风量 (5)3.1.4泡沫 (5)3.1.5无菌 (5)3.2.细胞膜渗透性控制 (5)四、小结 (5)五、参考文献 (6)谷氨酸发酵工艺山东农业大学生命科学学院08级生物工程2班邢若枫摘要：众所周知，日常所用调味料味精就是L一谷氨酸单钠盐(monosodiuo gluamate，MsG)。
自1909年日本发明并工业化生产味情以来，几经变迁，已发展成为以谷氨酸发酵为主体的世界性氨基酸发酵工业。
1956年从日本开始，以后先后由面二筋豆粕和废糖蜜浓缩物水解的方向，转向以糖质为原料的细菌发酵法。
生产味精谷氨酸之类氨基酸的发酵，区别于传统的酿酒和抗菌素发游，是一种改变微生物代谢的代谢控制发酵。
本文则就谷氨酸发酵生产过程、谷氨酸发酵机制和研究动向等方面，说明谷氨酸发酵的发展。
[1]关键词：谷氨酸；发酵；工艺；研究；发展一、谷氨酸简介谷氨酸一种酸性氨基酸，分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。
为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。
大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。
分子式C5H9NO4、分子量147.13076。
谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。
谷氨酸可生产许多重要下游产品如L—谷氨酸钠、L—苏氨酸、聚谷氨酸等。
氨基酸作为人体生长的重要营养物质，不仅具有特殊的生理作用，而且在食品工业中具有独特的功能。
谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。
谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。
中科院科技成果——微生物直接发酵法生产L-丝氨酸
中科院科技成果——微生物直接发酵法生产L-丝氨酸
项目简介
L-丝氨酸（L-Serine，L-Ser）作为一种组成蛋白的基本氨基酸广泛应用于医药、食品、化妆品等行业。
此外，以L-Ser为原料还可以合成具有抗癌、抗艾滋、调节人体神经系统等不同效用的药物20余种。
目前L-Ser的全球市场需求量为10000吨/年以上，市场潜力巨大。
但与不断增大的L-Ser市场需求相比，L-Ser的生产技术较为落后。
目前，L-Ser的工业生产方法主要有蛋白水解法、化学合成法和酶转化法等，其中蛋白水解法存在工艺复杂、分离精制困难等缺点；化学合成法存在污染重、成本高、D-Ser与L-Ser分离困难等缺点；酶转化法存在转化率过低、前体物昂贵等难题。
因此尽快开发污染小、成本低、效率高的微生物直接发酵法生产L-Ser，显得极为重要。
中科院上海高等研究院生物炼制实验室经过近些年的研究积累，在微生物直接发酵法生产L-Ser关键技术上取得了重大突破，主要成果有：（1）通过分子改造大肠杆菌合成L-Ser的代谢途径，构建了L-Ser 的基因工程菌；（2）对该基因工程菌进行发酵培养基及发酵条件的优化；最终在发酵约40h后，L-Ser的产量达到30g/L以上，可用于工业化生产。
该项目具有自主知识产权。
氨基酸发酵机制及过程
④沿着由柠檬酸至α–酮戊二酸的氧化途径，谷氨酸产 生菌有两种NADP专性脱氢酶，即异柠檬酸脱氢酶和L谷氨酸脱氢酶。 在谷氨酸的生物合成中，谷氨酸脱氢酶和异柠檬 酸脱氢酶在铵离子存在下，两者非常密切地偶联起 来，形成强固的氧化还原共轭体系，不与NADPH2 的末端氧化系相连接，使α–酮戊二酸还原氨基化生 成谷氨酸。
2．三羧酸循环(TCA循环)的调节
谷氨酸产生菌在代谢途径中，三羧酸循环的调节主要 是通过5种酶的调节进行的。这五种酶是磷酸烯醇式丙酮 酸羧化酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢 酶和α-酮戊二酸脱氢酶。
草酰乙酸+谷氨酸
谷氨酸转氨酶
天冬氨酸+α -酮戊二酸
谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后， 谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力并阻遏柠檬酸合成酶 的合成，使代谢转向天冬氨酸的合成。
在谷氨酸发酵生产中，生物素缺陷型菌在 NH4+存在时，葡萄糖消耗速率快而且谷氨酸收率 高； NH4+不存在时，葡萄糖消耗速率很慢，生 成物是α–酮戊二酸、丙酮酸等物质，不产生谷氨 酸。
四、细胞膜通透性的调节
对谷氨酸发酵的重要性： 当细胞膜转变为有利于谷 氨酸向膜外渗透的方式， 谷氨酸才能不断地排出细 胞外，这样既有利于细胞 内谷氨酸合成反应的优先 性、连续性，也有利于谷 氨酸在胞外的积累。
4．CO2固定反应的调节
CO2固定反应主要通过以下途径完成：
C02的固定反应的作用：补充草酰乙酸； 在谷氨酸合成过程中，糖的分解代谢途径与C02固定 的适当比例是提高谷氨酸对糖收率的关键问题。
5．NH4+的调节
谷氨酸脱氢酶也能催化谷氨酸氧化脱氨反应，脱 氨过程以NAD+作为辅酶，该酶催化的反应虽然偏向 氨合成谷氨酸一边，但是脱氢过程产生的NADH被氧 化成NAD+，同时产生的NH3很容易被除去。 脱氨反应被NH4+和α–酮戊二酸所抑制，这对于谷 氨酸的积累也起到了很好的作用。
色氨酸的发酵代谢控制
L-色氨酸的发酵代谢控制09生工（2）班20090806249 肖军摘要：色氨酸化学名称为a一氨基一p-吲哚丙酸，有L和D型同分异构体，此外还有消旋体DL-色氨酸。
L-色氨酸是人和动物的必需氨基酸，参与机体蛋白质合成和代谢网络调节，广泛存在于自然界。
D-色氨酸则主要存在于微生物和绿色植物中，动物体内含量较少。
色氨酸在人体内几乎不发生作用，也无毒性。
L-色氨酸是继蛋氨酸、赖氨酸之后的第三代饲料添加剂，其使用效果是赖氨酸的3～4倍，具有十分广泛的应用前景，近年来在医药、化妆、食品、保健品等行业也得到广泛的应用。
本文综述了利用微生物生产L-色氨酸的各种方法和L-色氨酸的生物合成途径及其代谢调控机制，并介绍了利用重组DNA技术选育L-色氨酸高产菌的研究现状。
关键字：色氨酸；发酵；代谢控制；生物合成；育种目前年产量超过万吨的氨基酸还只有谷氨酸、赖氨酸和采用合成法的DL-甲硫氨酸，不言而喻，色氨酸又是一个很有吸引力的工业化商品。
发展色氨酸的关键在于提高产率、降低成本。
色氨酸是必需氨基酸。
它与赖氨酸同是生物体内不足的氨基酸, 在营养上是十分重要的。
色氨酸在饲料中良好的添加效果已引起了人们极大的重视, 饲养试验表明在玉米粉中添加0.4%赖氨酸, 可使蛋白质增重效率（PER）由0.85提高到1.08, 而再添加0.07%色氨酸后，PER可进一步提高到2.55。
也就是说比单独使用赖氨酸时要高一倍以上。
1.色氨酸的生产方法色氨酸的生产最早主要依靠化学合成法和蛋质水解法，但是随着对微生物法生产色氨酸研究的不断深入，这种方法已经走向实用并且处于主导地位。
微生物法大体上可以分为直接发酵法、微生物转化法和酶法。
近年来还出现了将直接发酵法与化学合成法相结合、直接发酵法与转化法相结合生产色氨酸的研究。
另外，重组DNA技术在微生物育种和酶工业上的应用极大地推动了直接发酵法和酶法生产色氨酸的工业化进程。
1.1微生物转化法亦称前体发酵法。
发酵工程-第十章-氨基酸
4.谷氨酸产生菌（全是细菌）
棒杆菌属
Corynebacterium
短杆菌属
北京棒杆菌 C. pekinense 钝齿棒杆菌 C. crenatum 谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum 黄色短杆菌 B. flvum 产氨短杆菌 B. ammoniagenes
Brevibacterium
小杆菌属
应采用的最好方法是（
）
A．加大菌种密度
B．改变碳源和氮源比例 C．改变菌体细胞膜通透性
D．加大葡萄糖释放量
为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？
控制生物素含量，可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨
生物素：乙酰-CoA羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。
酸的分泌和反馈调节。
生物素含量高时，细胞膜致密，阻碍Glu分泌，并引起反馈 抑制，加适量青霉素可提高Glu产量。
另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。
氨基酸的生物合成
1、天冬氨酸族生物合成途径
合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。
天冬酰氨 甲硫氨酸 琥珀酰高丝氨酸 →异亮氨酸 DAP合成酶 二氨基庚二酸→赖氨酸 合成酶
天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，
草酰乙酸→天冬氨酸→天冬氨酸磷酸→天冬氨酸-β-半醛→高丝氨酸→苏氨酸
因而用阳离子交换树脂。
理论上讲发酵液上柱的pH值应低于3.22， 但实际上控制在5.0 6.0之间，因Na+、 NH4+交换能力>谷氨酸，优先交换，臵换出
H+使pH值低于3.2，使谷氨酸成为阳离子，
但不能>6.0。
4.电渗析法
膜分离过程，利用的是电位差。
二次电渗析法：
pH3.2：除去各种盐类。 pH3.2:除去蛋白质、残糖和色素等非电解质。
发酵法生产色氨酸
发酵法生产色氨酸的研究刘辉 047111230摘要：色氨酸是人和动物生命活动中8种必需氨基酸之一，对人和动物的生长发育、新陈代谢起着非常重要的作用。
随着市场需求的不断增加，提高色氨酸生产能力成为全球热点。
本文综述了色氨酸应用及生产技术包括发酵生产色氨酸的菌种选育、发酵培养基原料和发酵工艺等方面的研究进展。
关键词：发酵法色氨酸1、发酵法生产色氨酸过程中的菌种选育生产菌种选育是发酵工业中最为关键的工作,受到普遍的重视。
过去发酵法生产色氨酸采用的是在培养基中添加吲哚或邻氨基苯甲酸的方法,此法因必须采用高价的吲哚或邻氨基苯甲酸做前体物质,使色氨酸的生产存在着成本高的缺点。
而且由于这些前体物质对微生物的生长有毒害作用,故不能大量使用[1]。
目前,利用糖质原料直接发酵生产色氨酸的国内外报道不多[2-3],主要是因为色氨酸在微生物体内代途径较长且存在着多种严格的调节机制,致-色氨酸的生产菌种产酸较低,达不到工业化生产的要求。
色氨酸的生产菌种有谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutanicum)、黄色短杆菌(Bre-vibacteriumflavum)、枯草芽孢杆菌(Bacillus sub-tilis)、大肠杆菌(Escherichia coli)、产朊假丝酵母(Candida utilis)等,其中绝大多数为细菌[1]。
2、发酵法生产色氨酸过程中的发酵条件的选择色氨酸发酵过程中菌种的质粒稳定性对发酵水平高低有严重影响，维持发酵高产酸就要保证发酵过程菌种质粒稳定。
在培养过程可以通过调节适当罐压、培养温度、溶氧控制水平、底料中酵母抽提物添加量等方面进行控制，保证发酵过程中不发生质粒丢失现象。
色氨酸发酵液中乙酸浓度高时对色氨酸生产菌的生长和产酸均有抑制作用，发酵过程中可以通过调节溶氧控制水平、初始葡萄糖浓度、发酵葡萄糖浓度及控制菌体比生长速率等方面进行控制，减少发酵液中乙酸的生成。
色氨酸发酵过程中产大量的热，为了维持发酵温度的稳定，必须采取适当的降温措施，在发酵罐外部加上冷却盘管，采用冰水降温,控制发酵温度33℃左右。
发酵工程 15-2氨基酸发酵
3、谷氨酸发酵培养基的配制
1）培养基 2）发酵培养基中生物素的控制 亚适量。
3）发酵培养基中的氮源
谷氨酸分子中氮含量占9.5%，所以培养基中必须提供 相对充足的氮源。 谷氨酸产生菌的生长和产物合成时期需维持在pH7.07.2，而且培养基中铵离子浓度又不宜太高，因此，不 宜采用硫酸铵、氯化铵等生理酸性铵盐。
2、L-谷氨酸发酵原料的预处理
已知所有谷氨酸产生菌都不能直接利用淀粉或糊 精，而只能以葡萄糖等作为碳源。所用的山芋淀 粉、玉米淀粉、大米或木薯淀粉都需先进行水解， 制成葡萄糖。 1）酸法制水解糖液 2）酶法制水解糖液
3）糖蜜原料：甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中都含有丰富 的生物素，不宜直接作为谷氨酸发酵的碳源，发 酵前必须进行预处理，去除生物素或将其破坏。
生理活性和化学特性。 主要应用领域是食品、饲料、化妆品、医药， 也用作化学工业的中间体。据估计全世界每年 氨基酸市场为40－50亿美元，其中35%用于食
品、50%用于饲料和15%用于医药和化妆品。
1、食品领域
氨基酸大多无味，但它们是自然芳香的前体 谷氨酸钠（味精）是所有氨基酸中最大生产品种， 全世界年产量达100万吨（中国大陆约为60万吨）。
法育成的菌株，进行发酵生产（L-羟脯氨酸）。
谷氨酸发酵
1957年日本率先采用微生物发酵法生产谷氨酸，
被誉为现代发酵工业的重大创举，使发酵工业
进行代谢控制发酵的阶段。目前全国有近50家
工厂生产味精，年产量约为60万吨，居世界首 位。
一、菌种
现在经过鉴定和命名的谷氨酸生产菌很多，主
要是棒杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌 属中的细菌。 它们有很多相似点：革兰氏阳性；不形成芽孢； 没有鞭毛，不能运动；都需要生物素作为生长
2谷氨酸发酵机制
谷氨酸脱氢酶活力很强，同时NADPH ＋H＋再氧化能力弱，使到琥珀酸的反应受 阻，在过量NH4+存在时，经氧化还原共轭 的氨基化反应而生成谷氨酸。生成的谷氨 酸不形成蛋白质而分泌到菌体外。由于谷 氨酸产生菌不利用菌体外的谷，故谷氨酸 成为最终产物。
2.2.1 优先合成与反馈调节
黄色短杆菌的谷氨酸代谢调节机制如图 2-3所示，以它为例说明以葡萄糖为原料生物 合成谷氨酸主要存在的代谢调节方式。
(三)乙醛酸循环的作用
由于三羧酸循环的缺陷(α-酮戊二酸脱 氢酶活力微弱，即α-酮戊二酸氧化能力微 弱)，为了获得能量和产生生物合成反应所 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催化反应，走乙 醛酸循环途径。
乙醛酸循环中关键酶是异柠檬酸裂解酶 和苹果酸合成酶，它们催化的反应如下：
在谷氨酸发酵过程中，菌体生长期的 最适条件和谷氨酸生成积累期的最适条件 是不一样的。在菌体生长之后，理想的发 酵应按图2-1由葡萄糖生物合成谷氨酸的理 想途径进行，即四碳二羧酸是100％通过 CO2固定反应供给，理论糖酸转化率为81.7 ％。
倘若固定反应完全不起作用，丙酮酸在丙 酮酸脱氢酶的催化作用下脱氢脱羧全部氧化成 乙酰CoA，通过乙醛酸循环(异柠檬酸裂解生成 琥珀酸和乙醛酸)供给四碳二羧酸(琥珀酸)，反 应如下：
细胞所处的能量状态用ATP、ADP和AMP之 间的关系来表示，称为能荷(energy charge)。能 荷计算公式为：
从上式可以看出，能荷是细胞所处能量状态 的一个指标。当细胞内的ATP全部转化为 AMP时， 能荷值为0；当AMP全部转化为ATP时，能荷值 为1。可见能荷值在0和1之间变动。已知大多数 细胞的能荷处于0～0.95之间，处于一种动态平 衡。
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万方数据
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谷氨酸、色氨酸、丝氨酸发酵进展
作者：刘贤雪， 雷建湘， 郭跃平， 汪钊
作者单位：浙江工业大学生环学院,杭州,310014
刊名：
发酵科技通讯
英文刊名：FAJIAO KEJI TONGXUN
年，卷(期)：2009,38(3)
参考文献(16条)
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本文链接：/Periodical_fxkjtx200903014.aspx。