谷氨酸发酵

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。

⾕氨酸的发酵和提取⼯艺综述综述：⾕氨酸的发酵与提取⼯艺第⼀部分⾕氨酸概述⾕氨酸⾮⼈体所必需氨基酸，但它参与许多代谢过程，因⽽具有较⾼的营养价值，在⼈体内，⾕氨酸能与⾎氨结合⽣成⾕氨酰胺，解除组织代谢过程中所产⽣的氨毒害作⽤，可作为治疗肝病的辅助药物，⾕氨酸还参与脑蛋⽩代谢和糖代谢，对改进和维持脑功能有益。

另外，众所周知的⾕氨酸钠盐即味精有很强烈的鲜味，是重要的调味品。

1996、1997、1998年味精年产量分别为55.0万吨、56.64万吨、59.03万吨。

尽管如此，我国⼈均年消耗味精量还只有400g左右，⽽台湾省已达2000g。

因此，中国将是世界上最⼤的潜在味精消费市场，也就是说，味精⽣产会稳步发展。

这也意味着⾕氨酸的⽣产不断在扩⼤[1]。

⾕氨酸⽣产⾛到今天就⽣产技术⽽⾔已有了长⾜进步,⽆论是规模还是产能都今⾮昔⽐,与此同时各⼚家还在追求完美, 这是⾏业进步的动⼒,也是⽣存之所需。

实际上⽣产⼯艺是与时俱进的,没有瑕疵的⼯艺是不存在的。

如:配⽅及提取⽅法现在是多种多样,有单⼀⽤纯⽣物素的,也有⽤⽢蔗糖蜜加纯⽣物素的, 还有加⽟⽶浆⼲粉或麸⽪⽔解液及⾖粕⽔解液等等;提取⽅法有:等电-离交、等电-离交-转晶、连续等点-转晶等等[2]。

本综述简述⾕氨酸⽣产的流程及发酵机制，着重介绍⾕氨酸的提取⼯艺。

第⼆部分⾕氨酸⽣产原料及其处理⾕氨酸发酵的主要原料有淀粉、⽢蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、⼄醇、正烷烃(液体⽯蜡)等。

国内多数⾕氨酸⽣产⼚家是以淀粉为原料⽣产⾕氨酸的，少数⼚家是以糖蜜为原料进⾏⾕氨酸⽣产的，这些原料在使⽤前⼀般需进⾏预处理。

(⼀)糖蜜的预处理⾕氨酸⽣产糖蜜预处理的⽬的是为了降低⽣物素的含量。

因为糖蜜中特别是⽢蔗糖蜜中含有过量的⽣物素，会影响⾕氨酸积累。

故在以糖蜜为原料进⾏⾕氨酸发酵时，常常采⽤⼀定的措施来降低⽣物素的含量，常⽤的⽅法有以下⼏种:(1)活性炭处理法; (2)⽔解活性炭处理法;（3）树脂处理法。

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。

谷氨酸发酵的工艺流程
《谷氨酸发酵的工艺流程》
谷氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药和化工等领域。

发酵工艺是生产谷氨酸的主要方法之一，下面将介绍谷氨酸发酵的工艺流程。

1. 选择菌株：选择适合发酵生产的菌株是谷氨酸发酵工艺的第一步。

通常采用属于放线菌属或棒状杆菌属的菌株进行发酵。

这些菌株具有较高的谷氨酸产量和较好的耐受性。

2. 发酵培养基的配制：发酵培养基是支撑谷氨酸发酵的重要基础。

一般包括碳源、氮源、无机盐、生长因子等组成成分。

常用的碳源包括葡萄糖、麦芽糖等，氮源包括氨基酸、尿素等。

3. 发酵条件控制：发酵过程中的温度、pH值、氧气供应等条件都会影响谷氨酸的产量。

通常采用恒温发酵，温度一般控制在28-32摄氏度。

同时控制好培养基的pH值，通常在6.5-7.5之间。

氧气供应也是非常重要的，通过控制搅拌速度和通气量来保证充足的氧气供应。

4. 发酵过程监测：在发酵过程中需要对微生物生长、培养基中各种成分的消耗和产物的生成进行持续监测。

通过检测微生物生长曲线和培养基中各成分的浓度变化来掌握发酵情况，及时调整发酵条件以提高产量。

5. 发酵产物的提取与精制：发酵结束后，需要对发酵产物进行
提取和精制。

通常采用离心、过滤等方法将微生物分离，然后通过酸碱调节、浓缩、结晶等工艺步骤来得到纯净的谷氨酸产物。

通过以上工艺流程，谷氨酸发酵生产可以实现高效、稳定的产量，并且能够得到高纯度的产物，满足市场需求。

谷氨酸的性质及基本介绍147.129261.538主要用途简介：（一）食品工业：谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。

（二）日用化妆品：谷氨酸作为营养药物可用于皮肤和毛发。

N—酰基谷氨酸钠系列产品是由谷氨酸缩合而成的性能优良的阴离子表面活性剂，广泛用于化妆品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等产品中。

焦谷氨酸钠（味精脱水生成的产物）具有极强的吸湿性，能保持皮肤湿润，防止干燥，并增强皮肤和毛发的柔软和弹力。

日本己有以谷氨酸钠（或谷氨酸）为原料生产的高级人造革、化妆品和洗涤剂等产品。

（三）医药行业：谷氨酸作有较高的营养价值，医学上主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。

（四）农业：谷氨酸与某些激素配合，可制成柑桔增甜剂；还可作为微肥的载体，在氮磷钾基本满足的条件下，作为叶面喷洒的微肥具有投入少、效益高等特点。

谷氨酸钠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。

氨基酸铜是目前生产上良好的杀菌剂，有机铜比无机铜的应用效果好。

特殊说明：（一）谷氨酸晶体为白色结晶或结晶性粉末，味微酸。

（二）吸湿性温度50℃，其临界湿度在90%以上。

谷氨酸生产水平与市场分析生产水平：谷氨酸棒状杆菌-生物素敏感型高产菌株：采用生物素亚适量工艺，发酵32h，产酸达140g/L以上，糖酸转化率达62%以上，国内同类研究的领先水平。

谷氨酸棒状杆菌-谷氨酸温度敏感型突变株：在最佳发酵条件下，发酵24h，产酸达到160g/L，糖酸转化率达72%，国际同类研究的先进水平。

市场分析：我国味精工业的产量稳居世界第一位，2007年全国味精产量达190万吨。

味精工厂的味精平均销售价格为7,800元/吨，成本为7,000元/吨。

按照上述产量计算，我国味精工业中纯味精的总产值约150亿元，加上相当于上述总值30%的副产品（主要是饲料蛋白、化肥、液态肥料）的产出，我国味精工业年生产总值约为200亿元人民币。

从市场需求来看，2007年国内谷氨酸年产量约190万吨，国内人均消费味精仅1kg，与日本、香港、台湾、东南亚等国家及地区的味精消费水平（1.5kg）相比，还是较低的。

一、实验目的1. 了解谷氨酸发酵的基本原理和过程。

2. 掌握谷氨酸发酵实验的操作方法。

3. 通过实验验证谷氨酸发酵过程中还原糖的消耗和谷氨酸的生成情况。

4. 分析发酵条件对谷氨酸发酵的影响。

二、实验原理谷氨酸发酵是一种典型的微生物发酵过程，主要利用谷氨酸棒杆菌在适宜的培养基和条件下，将糖类物质转化为谷氨酸。

发酵过程中，还原糖的消耗和谷氨酸的生成是衡量发酵是否正常的重要指标。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 谷氨酸棒杆菌菌种- 葡萄糖- 酵母提取物- 牛肉膏- 磷酸氢二钠- 氯化钠- 琼脂- pH试纸- 还原糖检测试剂盒- 谷氨酸检测试剂盒- 恒温摇床- 恒温水浴锅- 721分光光度计2. 实验仪器：- 烧杯- 玻璃棒- 移液管- 试管- 离心机- 电子天平四、实验步骤1. 培养基制备：- 称取酵母提取物10g、牛肉膏5g、葡萄糖20g、磷酸氢二钠2g、氯化钠1g，加入100mL蒸馏水溶解，定容至1000mL。

- 将培养基分装至锥形瓶中，121℃高压灭菌15分钟。

2. 菌种活化：- 将谷氨酸棒杆菌菌种接种于装有适量培养基的锥形瓶中，37℃恒温培养24小时。

3. 发酵实验：- 将活化后的菌液以1%的接种量接种于装有100mL培养基的锥形瓶中，置于恒温摇床中，37℃、150r/min振荡培养。

- 每隔2小时取样，测定还原糖和谷氨酸的含量。

4. 数据处理：- 根据还原糖和谷氨酸的测定结果，绘制糖耗曲线和谷氨酸生成曲线。

- 分析发酵条件对谷氨酸发酵的影响。

五、实验结果与分析1. 糖耗曲线：实验过程中，还原糖含量随时间逐渐降低，说明谷氨酸棒杆菌在发酵过程中不断消耗葡萄糖。

2. 谷氨酸生成曲线：实验过程中，谷氨酸含量随时间逐渐增加，说明谷氨酸棒杆菌在发酵过程中不断合成谷氨酸。

3. 发酵条件对谷氨酸发酵的影响：- 温度：37℃时，谷氨酸发酵效果较好。

- pH值：pH值在6.5-7.0时，谷氨酸发酵效果较好。

谷氨酸发酵的工艺流程谷氨酸是一种重要的生物体中的氨基酸，广泛应用于食品添加剂、保健品和生化制药等领域。

谷氨酸的工业生产主要采用微生物发酵的方法，下面将介绍一种常见的谷氨酸发酵工艺流程。

1. 菌种培养：选用高产谷氨酸的菌株，如乳杆菌属、大肠杆菌等。

先将菌株接种到培养基中培养，再将培养好的菌液接种到发酵罐中进行扩大培养。

菌种培养的条件包括适宜的温度、pH值、培养基组成等。

2. 发酵罐的准备：通常采用不锈钢发酵罐，选择适宜的体积和搅拌速度。

发酵罐内要保持无菌状态，并可以自动控制温度、pH值、溶氧量等参数。

3. 发酵工艺参数设定：设定适宜的温度和pH值，一般发酵温度为30-37摄氏度，pH值为6-7。

通过自动控制系统实时监测和调控这些参数，保证发酵过程的正常进行。

4. 发酵过程：首先将适量的底物加入发酵罐中，底物包括主碳源、氮源、矿物元素等。

然后将菌种接种进入发酵罐，并继续搅拌保持良好的氧气传递。

发酵过程中，微生物利用底物产生代谢产物，包括谷氨酸。

5. 收获和提取：发酵过程一般持续3-5天，当菌体处于最佳生长阶段时，收获发酵液。

发酵液需要经过后处理，包括澄清、浓缩、精制等步骤。

澄清可以通过离心或滤过等方式进行。

浓缩可以利用蒸发、真空浓缩等方法进行。

精制包括溶剂提取、结晶、脱色等步骤，以提高谷氨酸的纯度。

6. 产品包装和贮存：将精制后的谷氨酸产品进行包装，通常采用铝箔袋或塑料瓶。

包装完成后，产品需要进行质量检验，并储存于低温、干燥、密封的环境中，以延长产品的保质期。

以上就是谷氨酸发酵的工艺流程。

随着生物技术的不断发展，谷氨酸发酵工艺也在不断改进，以提高谷氨酸的产量和纯度。

同时，工艺的经济性、环保性也是发酵工艺改进的重要方面，以实现可持续发展。

前言氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体及动物的重要营养物质，氨基酸产品广泛应用于食品、饲料、医药、化学、农业等领域。

谷氨酸是一种重要的氨基酸，我们吃的味精就是以谷氨酸为原料生成的。

1957年以前，人们用酸法水解小麦面筋或大豆蛋白来制取L- 谷氨酸。

1957年，人们分离得到了产生谷氨酸的菌种，接着又进行了大量的研究工作，大规模发酵谷氨酸得以成功[1]。

谷氨酸发酵法的建立，对初级代谢产物微生物法生产的研究起到了极大的推动作用。

在谷氨酸发酵法成功的激励之下，各种研究项目得以展开。

谷氨酸单钠现已完全由发酵法生产，主要用于食品调味剂——味精的生产，其产量已超过400000吨。

味精的现状和前景味精近年来已成为人们普遍使用的一种调味品，其消费量在国内呈上升趋势。

味精产量增长较快。

2001年味精产量91.28万吨，2002年1--6月产量累计53.04万吨，比上年同期增长17.92%。

味精是一种强碱弱酸盐，它在水溶液中可以完全电离变成谷氨酸离子和钠离子。

谷氨酸是氨基酸的一种，氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体和动物的重要营养物质。

谷氨酸一钠被人体吸收以后，同样也是电离成谷氨酸离子和钠离子而分别参加人体的代谢活动。

所以味精作为调味剂除了能增加食品的美味外，它在人体中具有特殊的生理作用。

（1）谷氨酸在人体内通过转氨酶的作用将其分子中的氨基转移给丙氨酮酸，形成丙氨酸。

（2）谷氨酸与血液中的氨形成无毒的谷氨酰氨，使血液中的氨的浓度下降，减少氨中毒的危险性。

（3）谷氨酸在体内与胱氨酸、甘氨酸结合形成谷胱甘肽。

这个化合物是一种很有效的抗氧化剂，对于延续衰老，促进疾病恢复均有好处。

能够分解体内代谢过程中所产生的过氧化物，避免肌体遭受过氧化物的侵害，有利于维持身体健康。

（4）谷氨酸在体内能够形成V-氨基丁酸，它是一种神经递质，帮助神经的传导；有人说，味精补脑，其道理恐怕就是基于这种物质的形成。

中国调味品行业在空前繁荣和发展的同时，也处在大转变、大整合和大发展时期。

1）生物素营养缺陷型⏹作用机制:生物素是脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶,参与了脂肪酸的合成,进而影响脂肪酸的合成.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏.⏹控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换.2）油酸营养缺陷型⏹作用机制:油酸营养缺陷型丧失了合成油酸的能力,通过控制油酸使磷脂合成量减少到正常量的1/2左右.⏹控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换.（3）添加表面活性剂⏹添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨酸.⏹机理:两者在脂肪酸合成时对生物素有拮抗作用,导致磷脂合成不足,形成不完整的细胞膜.⏹关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在下进行分裂,形成产酸型细胞.（4）添加青霉素⏹机理:青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁后期的合成,细胞膜在失去保护,在渗透压的作用下受损,向外泄露谷氨酸.⏹控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换.谷氨酸发酵强制控制工艺⏹为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取“强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法.⏹控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。

谷氨酸发酵⏹ 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h.措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短.⏹ 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h.措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃⏹ 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成.措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃.⏹ 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低.措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐.发酵周期一般为30h.二、谷氨酸发酵的生化过程⏹（1）是代谢控制发酵的典型代表⏹（2）是目前代谢控制发酵中，在理论与实践上最成熟的……⏹整个过程可简单的分为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。