谷氨酸棒状杆菌
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。
谷氨酸发酵进展
谷氨酸发酵进展氨基酸的制造是从1820 年水解蛋白质开始。
1866 年德国的立好生博士利用硫酸水解小麦面筋，分离出一种酸性氨基酸，依据原料的取材，便将此氨基酸命名为谷氨酸。
随后，日本有一教授在探讨海带汁液的鲜味时，提取了谷氨酸，并在1908 年开始制造商品味之素——味精。
1910 年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸，与食盐配合出售。
但是这种方法生产谷氨酸耗粮太多，成本太高。
二次世界大战后不久，美国有人提出用发酵法生产谷氨酸的报告。
日本也相继开始了研究，1956 年日本协和发酵公司分离出一种新的细菌，它可以利用100 克葡萄糖转化为40 克以上的谷氨酸。
1957 年发酵法味精正式商业性生产，这标志着氨基酸发酵工业的诞生。
氨基酸的制备方法发酵法：发酵法又可分为直接发酵法与添加前体的发酵法。
添加前体法是以氨基酸的中间产物为原料，用微生物法转化为相应的氨基酸。
提取法：将蛋白质原料用酸水解，然后从水解液中提取氨基酸。
目前，胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸仍用提取法生产。
酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造氨基酸。
合成法：用化学合成法制造的氨基酸有DL-蛋氨酸、DL-丙氨酸，甘氨酸和苯丙氨酸。
生产氨基酸的大国为日本和德国。
日本的味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生产的三巨头。
它们能生产高品质的氨基酸,可直接用于输液制剂的生产。
日本在美国、法国等建立了合资的氨基酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍生物。
国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司,湖北八峰氨基酸公司,但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗衡。
在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和发酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术和仿造产品,1991年销售量为二千万瓶,1996年达六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞,北京费森尤斯,昆明康普莱特,但生产原料都依赖进口。
2000年,世界氨基酸产值达45亿美元,占生物技术市场的7%,国内的氨基酸产值达40亿元,占全国发酵产业总产值的12%。
谷氨酸发酵影响因素及控制
影响因素5：碳氮比
氮源是合成菌体细胞蛋白质、核酸和谷氨酸的氨 基来源，大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外 15%用于合成菌体。
谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多， 一般发酵工业碳氮比为100:0.2～2.0，谷氨酸发 酵的碳氮比为100:15～21。
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+ α -酮戊二酸（缺乏）←→谷氨酸（适量）←→谷氨酰胺（过量 ）
pH N-乙酰谷氨酰胺（酸性）←→谷氨酸（中性或微碱性）
磷酸 缬氨酸（高浓度）←→谷氨酸
生物素 乳酸或琥珀酸（丰富）←→谷氨酸（缺乏）
谷氨酸发酵过程中，生产菌种的特性、生 物素、发酵温度、pH值、通风和发酵产生的泡 沫都是影响谷氨酸积累的主要因素。在实际生 产中，只有针对存在的问题，严格控制工艺条
一般在菌体生长期碳氮比应大一些氮低在碳源和氮源的比为31时谷氨酸棒状杆菌会大量合成谷氨酸但当碳源和氮源的比为41时谷氨酸棒状杆菌只生长而不合成谷氨酸谷氨酸发酵前期012h是菌体大量繁殖阶段在此阶段菌体利用培养基中的营养物质来合成核酸蛋白质等供菌体繁殖用而控制这些合成反应的最适温度均在3032
谷氨酸发酵的影响因素及控制
影响因素5：碳氮比
控制 ？？
在谷氨酸发酵过程中，应正确控制碳氮比。
一般在菌体生长期碳氮比应大一些(氮低）， 在产酸期,碳氮比应小些(氮高）。
《棒状杆菌属》课件
药物生产
某些棒状杆菌能用于生产生物药 物，如胰岛素、干扰素等，这些
药物在医疗领域有重要作用。
药物递送
棒状杆菌可被用作药物递送载体 ，将药物定向输送到病变部位， 提高药物的疗效和降低副作用。
在环境保护中的应用
污水处理
某些棒状杆菌具有降解有机物的能力，可用于污水处理中的生物 净化过程，降低污水中的有机物和有害物质。
棒状杆菌对干燥、阳光和 一般消毒剂敏感，但在湿 润环境中可存活较长时间 。
分布与环境适应性
分布
传播方式
棒状杆菌广泛分布于自然环境中，如 土壤、水、动物和人的粘膜表面。
某些致病性棒状杆菌可通过直接接触 或空气飞沫传播，如白喉棒状杆菌。
环境适应性
棒状杆菌对环境的适应性较强，可在 不同温度和pH值条件下生长。
基因组学在进化研究中的应用
进化树构建
通过比较不同棒状杆菌属细菌的基因组序列，可以构建出详细的进化树，揭示不 同物种之间的亲缘关系和进化历程。
进化机制研究
通过对棒状杆菌属细菌的基因组学研究，可以深入了解该属细菌的进化机制，包 括基因突变、重组、水平基因转移等对进化的影响。
基因组学在物种分类中的应用
分离与鉴定难度
棒状杆菌属中不同菌种的形态和生理特征较为相似，给分离和鉴定带 来一定的难度。
代谢产物的规模化生产
实现某些具有生物活性的代谢产物的规模化生产，需要解决发酵工艺 、提取纯化等技术问题。
安全性评估
对于潜在应用价值较高的棒状杆菌，需要进行全面的安全性评估，确 保其在应用过程中不会对人类健康和生态环境造成不良影响。
嗜酸棒状杆菌
能在酸性环境下生长繁殖，可用于酸 性废水处理和酸性矿山排水处理等领 域。
03
谷氨酸系列发酵实验
谷氨酸发酵工程系列实验一、实验目的1、了解发酵工业菌种的制备工艺和质量控制，为发酵实验准备菌种。
2、了解发酵罐的操作，完成谷氨酸发酵的全过程操作、3、了解和掌握快速测定还原糖含量的方法。
4、了解和掌握快速测定发酵过程谷氨酸含量的方法5、了解用等电点法从发酵液中回收谷氨酸的方法二、实验原理谷氨酸是由谷氨酸棒杆菌以葡萄糖为原料生产的一种呈味氨基酸，其代谢机理为：葡萄糖先经EMP途径生成丙酮酸，丙酮酸经氧化脱氨基作用生成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A进入三羧酸循环生成α—酮戊二酸，α—酮戊二酸再经氨基化作用生成谷氨酸。
由于谷氨酸棒杆菌为生物素缺陷型突变株，因此在发酵过程中要控制生物素亚适量。
三、实验材料、仪器与试剂1、材料：谷氨酸棒杆菌、发酵培养基、谷氨酸发酵液不同发酵时间所取的样品等。
2、仪器：三角瓶、烧杯、量筒、玻棒、pH试纸、天平、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、显微镜、发酵罐及控制系统、蒸汽发生器、空气压缩机、补料瓶、补料针、硅胶管、滴定管、滴定架、电炉、容量瓶、高速离心机、分光光度计、恒温水浴锅、移液器及枪头、无极调速搅拌机、旋转蒸发器、冰箱等3、试剂：无水乙醇、牛肉膏、蛋白胨、蔗糖、可溶性淀粉、蛋白胨、酵母提取液、NaCl、NaOH、HCl、KNO3、去离子水、葡萄糖、尿素、消泡剂、硫酸铜、亚甲基蓝、酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氢化钾、盐酸、L-谷氨酸分析纯、茚三酮、丙酮、酒精等。
四、实验步骤1、培养基的制备（1）斜面培养基：葡萄糖0.1%；蛋白胨1%；牛肉膏1%；NaCl0.5%；琼脂2%（pH7.0）（2）一级培养基：蛋白胨1%；酵母浸出粉0.5%；NaCl1%（pH7.2）（3）二级培养基：葡萄糖 2.5%；尿素0.34%；K2HPO4·3H2O0.16%；MgSO4·7H2O；FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O各0.0002%（pH7.0）各培养基分装到到三角瓶，用铝箔纸封口，高压灭菌。
谷氨酸棒状杆菌高效发酵谷氨酸的关键分子机理研究进展
谷氨酸棒状杆菌高效发酵谷氨酸的关键分子机理研究进展杨阳;张苗苗;高越;郭晓鹏;李文建;冷非凡;陆栋【摘要】谷氨酸是世界上产量最大的氨基酸,在食品、医药、工农业等领域具有广泛的用途.谷氨酸棒状杆菌是工业生产谷氨酸的主要菌株,从发现谷氨酸棒状杆菌以来,国内外在谷氨酸过量产生机理方面的研究已取得了一定的科研成果.本文就发酵过程中基因转录水平、关键酶酶活、细胞膜与运输蛋白的结构3个层面机理的研究进展做一综述.最后对谷氨酸过量产生的机理进行分析,将来需从生理作用及调控因子等方面研究,进一步完善谷氨酸过量产生机理,以期对提高谷氨酸产量以及开发微生物合成其他生物产品提供参考和方向.【期刊名称】《食品工业科技》【年(卷),期】2019(040)005【总页数】6页(P311-315,321)【关键词】谷氨酸棒状杆菌;谷氨酸发酵;分子机理【作者】杨阳;张苗苗;高越;郭晓鹏;李文建;冷非凡;陆栋【作者单位】兰州理工大学生命科学与工程学院,甘肃兰州730050;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000;甘肃省微生物资源开发利用重点实验室,甘肃兰州730070;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000;甘肃省微生物资源开发利用重点实验室,甘肃兰州730070;兰州理工大学生命科学与工程学院,甘肃兰州730050;中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000;甘肃省微生物资源开发利用重点实验室,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TS201.1谷氨酸是食物蛋白质的重要组成,在营养代谢、能量供应、免疫响应、氧化应激及信号通路调节等过程中发挥重要作用[1]。
因此,谷氨酸作为一种重要氨基酸被广泛应用于食品、饲料、医药、化妆品等行业。
谷氨酸是由α-酮戊二酸与游离氨在谷氨酸脱氢酶的催化下发生还原氨基化而形成。
拉丁文
拉丁文（微生物属或种）及英文假单胞菌属（Pseudomonas）荧光假单胞菌（P. fluoresceus）醋酸醋杆菌（Acetobacter aceti）埃希氏菌属（Escherichia）大肠埃希氏菌（E. coli ）谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)沙门氏菌属（Salmonella）志贺氏菌属（Shigella）变形杆菌属（Proteus）欧文氏菌属（Erwinia）芽孢杆菌属（Bacillus）蜡状芽孢杆菌（B.cereus）枯草芽孢杆菌（B.subtilis）梭状芽孢杆菌属（Clostridium）肉毒梭菌（Cl. Botulinum）乳酸杆菌属（Lactobaillus ）保加利亚乳杆菌（L. bulgaricus）乳酸乳杆菌（L . lactis）葡萄球菌属（Staphylococcus）金黄色葡萄球菌（S. aureus）明串珠菌属（Leuconostoc）微球菌属（Micrococcus）链球菌属（Streptococcus）乳链球菌(ctis) 嗜热链球菌(Strep.thermophilus)酵母菌属（Saccharomyces）啤酒酵母(S. cerevisiae)假丝酵母属（Candida）红酵母属（Rhodotorula）球拟酵母属（Torulopsis）根霉属（Rhizopus）黑根霉（R.nigricans）米根霉（R.oryzae）毛霉属（Mucor）曲霉属(Aspergillus)灰绿曲霉（A. glaucus）匍匐曲霉（A. repens）烟曲霉（A. fumigatus）黄曲霉（A. flavus）米曲霉（A. oryzae）青霉属（Penicillium）单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)酸牛乳( sour milk、yoghurt)酱油(soy sauce)冷灭菌（Cold sterilization）适（耐）冷菌（psychrotrophs）嗜冷菌（psychrophiles）嗜盐菌（halophile）、耐盐菌（halotolerant）耐热菌（thermoduric）嗜热菌（thermophiles）。
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谷氨酸棒状杆菌
谷氨酸棒状杆菌（Bacillus subtilis）是一种常见的芽孢杆菌，广泛存在于土壤和水体中。
它是一种厌氧细菌，具有较高的耐热性和抗逆性。
谷氨酸棒状杆菌是一种革兰氏阳性菌，其细胞形态为长杆状。
它可以形成孢子，在恶劣的环境条件下存活，并在有利条件下发芽繁殖。
这种菌株的生长速度较快，能够利用多种有机物和无机物作为碳、氮和能源源。
谷氨酸棒状杆菌在生物技术中具有广泛的应用价值。
它能产生多种有用的代谢产物，如多种酶和抗生素。
此外，谷氨酸棒状杆菌还被用作生物农药，能有效对抗一些农业病原菌。
总的来说，谷氨酸棒状杆菌是一种重要的微生物资源，具有较强的环境适应性和生物活性，对环境和工业具有积极的作用。
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