谷氨酸發酵:生化過程-中文百科頻道

定義

谷氨酸發酵生産是谷氨酸産生菌在其生命活動過程中分解代謝營養物質、合成所需産物、谷氨酸的生化過程。在這個過程中，影響谷氨酸産生菌生長、繁殖、代謝及合成産物的因素很多，通過人工幹預有目的地控制這些因素，使其最終滿足谷氨酸菌種的代謝合成需要，可以達到增加産物"降低消耗的目的。谷氨酸産生菌既是反應過程的主體，也是反應過程的生物催化劑，它攝取原料的營養，通過細胞内特定的酶系列進行複雜的生化反應。其底物中的反應物透過細胞壁和細胞膜進入細胞體内，在酶的作用下進行催化反應，将反應物轉化為産物并釋放出來，細胞的内在特性及其代謝規律是影響生化反應的關鍵因素。因此，發酵是一個比其他工業過程更為複雜的動态過程。

谷氨酸的合成途徑

谷氨酸的生物合成途徑大緻是：葡萄糖經糖酵解(EMP途徑)和己糖磷酸支路(HMP途徑)生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A(乙酰COA)，然後進入三羧酸循環，生成α-酮戊二酸。α-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有NH4+存在的條件下，生成谷氨酸。當生物素缺乏時，菌種生長十分緩慢；當生物素過量時，則轉為乳酸發酵。因此，一般将生物素控制在亞适量條件下，才能得到高産量的谷氨酸。

在谷氨酸發酵中，如果能夠改變細胞膜的通透性，使谷氨酸不斷地排到細胞外面，就會大量生成谷氨酸。研究表明，影響細胞膜通透性的主要因素是細胞膜中的磷脂含量。因此，對谷氨酸産生菌的選育，往往從控制磷脂的合成或使細胞膜受損傷入手，如生物素缺陷型菌種的選育。生物素是不飽和脂肪酸合成過程中所需的乙酰CoA的輔酶。生物素缺陷型菌種因不能合成生物素，從而抑制了不飽和脂肪酸的合成。而不飽和脂肪酸是磷脂的組成成分之一。因此，磷脂的合成量也相應減少，這就會導緻細胞膜結構不完整，提高細胞膜對谷氨酸的通透性。

發酵過程

在發酵過程中，氧、溫度、pH和磷酸鹽等的調節和控制如下：①氧。谷氨酸産生菌是好氧菌，通風和攪拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用率，而且會影響發酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在發酵後期，加大通氣量有利于谷氨酸的合成。其中谷氨酸棒狀杆菌在溶氧不足時産生的是乳酸或琥珀酸。②溫度。菌種生長的最适溫度為30～32℃。當菌體生長到穩定期，适當提高溫度有利于産酸，因此，在發酵後期，可将溫度提高到34～37℃。③pH。谷氨酸産生菌發酵的最适pH在7.0～8.0。但在發酵過程中，随着營養物質的利用，代謝産物的積累，培養液的pH會不斷變化。如随着氮源的利用，放出氨，pH會上升；當糖被利用生成有機酸時，pH會下降。其中谷氨酸棒狀杆菌在pH呈酸性時生成乙酰谷胺酰胺。④磷酸鹽。它是谷氨酸發酵過程中必需的，但濃度不能過高，否則會轉向缬氨酸發酵。發酵結束後，常用離子交換樹脂法等進行提取。