【正文】 多以淀粉為原料，少數(shù)用糖蜜存在問題：菌種性能：我國平均產(chǎn)酸水平為5%－6%，日本為10%－12%，日本糖酸轉化率在55%左右，我國45%左右工藝過程控制：我國采用低糖中糖發(fā)酵工藝，日本采用高糖發(fā)酵并實行流加糖工藝，同時提高罐壓，保證溶氧的供給從而提高了生產(chǎn)率。日本普遍對溫度、壓力、空氣流量、pH、溶解氧采用計算機控制。消耗：我國谷氨酸發(fā)酵糧耗平均在3t左右，國外為2t左右。水、電、汽消耗也較國外高生產(chǎn)規(guī)模：日本最大單罐體積達500m3,我國僅200m3,多數(shù)廠為50m3,小的人有20m3每立方米發(fā)酵罐年產(chǎn)量，日本為20t，我國為5－8t污染：國外已普遍地對味精廢液進行綜合利用，我國在培養(yǎng)單細胞蛋白方面已取得成功，但應用不廣。生產(chǎn)方法主要是發(fā)酵法和酶法。發(fā)酵法是以糖蜜、淀粉為原料經(jīng)微生物直接發(fā)酵而制得賴氨酸。酶法是以某些化工產(chǎn)品為原料，經(jīng)酶轉化而制得賴氨酸。賴氨酸總產(chǎn)量的65%、蛋氨酸的63%和蘇氨酸的55%均為亞太地區(qū)國家所消費。谷氨酸生產(chǎn)菌株形態(tài)及生理共性細胞為球形、棒形或短桿形革蘭氏染色陽性，無芽孢，無鞭毛，不能運動都是需氧型 微生物都是生物素缺陷型微生物發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯的形態(tài)變化，同時發(fā)生細胞膜滲透性的變化國內(nèi)谷氨酸生產(chǎn)主要菌株天津短桿菌 (T613)及其突變株鈍齒棒桿菌()用其突變株北京棒桿菌()及其突變株北京棒桿菌(AS1299)的形態(tài)和生理特征(1) 形態(tài)特征 短桿至小棒狀，有時微彎曲，兩端鈍圓，不分枝，呈多種形態(tài)。 單個、成對及“V”字形排列。 G+。胞內(nèi)有橫隔。不運動。無芽孢。鈍齒棒桿菌(AS1542)的形態(tài)和生理特征 (1) 形態(tài)特征 短桿至棒狀，有時微彎曲，兩端鈍圓，不分枝。 單個、成對及“V”字形排列。 折斷分裂。 G+。胞內(nèi)有橫隔。不運動。無芽孢。天津短桿菌(T613)的形態(tài)和生理特征(1) 形態(tài)特征 典型的短桿狀，有時微彎曲，兩端稍鈍圓，不分枝。 單個、成對及“V”字形排列。 折斷分裂。 G+。不運動。無芽孢。北京棒桿菌(7338)與鈍齒棒桿菌(B9)的比較天津短桿菌(T613)與鈍齒桿菌(B9)的比較 目前味精行業(yè)采用的主要菌株 鈍齒棒桿菌B9和天津短桿菌TG866是我國味精行業(yè)生產(chǎn)上的重要菌種。二者融合子F263. 谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵過程中的形態(tài)變化細胞壁 224。 細胞形態(tài) + 生物素 224。 細胞壁選育細胞膜滲透性好的突變株抗VP類衍生物選育對溶菌酶敏感突變株選育二氨基庚二酸缺陷突變株選育溫度敏感突變株生物素：是脂肪合成中關鍵酶—乙酰CoA羧化酶的輔助因子，生物素限量時，就會抑制脂肪酸的合成，從而導致膜結構的不完整。青霉素誘變育種的基本過程：選擇選擇合適的出發(fā)菌株 制備待處理的菌懸液 誘變處理 篩選 保藏和擴大試驗出發(fā)菌株：(1)要有一定的目標產(chǎn)物的生產(chǎn)能力(2)對誘變劑敏感(3)生產(chǎn)性能好，如生長快、營養(yǎng)要求低、產(chǎn)孢子多且早，最好是生產(chǎn)上自然選育的菌株。生物素減少1224。草酰乙酸減少224。乙酸減少224。關閉DCA 2224。琥珀酸氧化酶的能力低224。 積累琥珀酸，阻遏異檸檬酸裂解酶，關閉DCA環(huán)。黃色短桿菌中：進入分解途徑的情況： 1 PEP濃度低（減弱親和力）；2 TCA中間產(chǎn)物濃度高（反饋抑制，防止草酰乙酸過剩。固定CO2的情況：1 乙酰CoA濃度增加，與F16P共同激活PEP羧化酶；2 乙酰CoA氧化，產(chǎn)生的ATP抑制丙酮酸激酶。氨的導入1α酮戊二酸還原氨基化 2冬氨酸或丙氨酸通過氨基轉移作用將氨基轉給α酮戊二酸 3谷氨酸合成酶途徑：谷氨酸合成酶對NH4+親和力更強，不受谷氨酸反饋抑制，當NH4+濃度低時循此途徑。1選育強化CO2固定反應的突變株 選育在以琥珀酸為唯一碳源的培養(yǎng)基上生長快、大的菌株 選育對氟丙酮酸敏感突變株 選育丙酮酸缺陷、天冬氨酸缺陷突變株4強化丙酮酸羧化酶基因2選育減弱乙醛酸循環(huán)的突變株選育對琥珀酸敏感突變株選育不利用乙酸的突變株通過基因工程技術使異檸檬酸裂解酶活力降低3選育強化TCA中檸檬酸至α酮戊二酸代謝的突變株選育檸檬酸合成酶強的突變株選育抗氟乙酸、氟化鈉、氮絲氨酸和氟檸檬酸的突變株4選育解除谷氨酸對谷氨酸脫氫酶反饋調節(jié)的突變株選育抗酮基丙二酸抗性突變株選育耐高谷氨酸的突變株選育抗谷氨酸結構類似物突變株選育抗谷氨酰胺突變株5選育強化能量代謝的突變株選育抗呼吸抑制劑的突變株選育抗ADP磷酸化抑制劑突變株選育抗抑制能量代謝的抗生素突變株6選育減弱HMP后段酶活的突變株選育莽草酸缺陷型或添加芳香族氨基酸能促進生長的突變株選育抗嘌呤、嘧啶類似物的突變株選育抗核苷酸類抗生素突變株谷氨酸菌種的擴大培養(yǎng)斜面菌種斜面培養(yǎng)基必須有利于菌種生長而不產(chǎn)酸，要求斜面菌種絕對純，培養(yǎng)條件有利于菌種繁殖，培養(yǎng)基以多含有機氮不含或少含糖為原則。斜面菌種不宜多次移接，一般只移接三次。經(jīng)常進行菌種分離純化，提供新的菌株供生產(chǎn)使用。一級種子培養(yǎng)一級種子培養(yǎng)的目的在于大量繁殖活力強的菌體，培養(yǎng)基組成應少含糖分，多含有機氮。培養(yǎng)條件有利于長菌。二級種子培養(yǎng)影響種子質量的主要因素培養(yǎng)基組成培養(yǎng)基的營養(yǎng)易于被菌體直接吸收和利用，營養(yǎng)成分要適當?shù)刎S富和完全，氮源和維生素含量較高，碳源含量少，可以使菌絲粗壯并具有較強的活力。另一方面，種子培養(yǎng)基應盡可能與發(fā)酵培養(yǎng)基接近，以適合發(fā)酵的需要。溫度 pH 溶解氧濃度 前期需氧量少，后期需氧量多 接種量 種齡谷氨酸代謝途徑菌體代謝調節(jié)異?；诶鄯e谷氨酸時需限制培養(yǎng)基中生物素的添加量菌體形態(tài)有顯著差異生產(chǎn)發(fā)酵條件控制是關鍵在最適條件下，谷氨酸產(chǎn)生菌可把60%以上的葡萄糖轉化為谷氨酸，而只有極少量副產(chǎn)物。培養(yǎng)條件不適宜，得大量菌體或轉換為乳酸、琥珀酸、α－酮戊二酸等。發(fā)酵培養(yǎng)基對谷氨酸發(fā)酵的影響斜面菌種的培養(yǎng)目的：純菌生長繁殖措施：多含有機氮，不含或少含糖一級種子培養(yǎng)目的：大量繁殖活力強的菌體措施：少含糖分，多含有機氮，培養(yǎng)條件有利于長菌。二級種子培養(yǎng)目的：獲得發(fā)酵所需的足夠數(shù)量的菌體為發(fā)酵培養(yǎng)基的配制原則供給菌體生長繁殖和谷氨酸生產(chǎn)所需要的適量的營養(yǎng)和能源原料來源豐富，價格便宜，發(fā)酵周期短，對產(chǎn)物提取無妨礙等碳 源目前采用的谷氨酸產(chǎn)生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麥芽糖等，有些能利用醋酸、乙醇、正烷烴。常采用淀粉水解糖，要求淀粉水解完全，但要避免水解時間過長。不同淀粉原料中生物素含量不同，會影響生物素含量。糖濃度對發(fā)酵的影響一定范圍內(nèi)glu產(chǎn)量隨糖濃度增大而增大糖濃度過高時，滲透壓增大，對菌體生長和發(fā)酵不利，當工藝配合不當時，轉化率低糖濃度過高時，氧溶解阻力大，影響供氧效率。發(fā)酵糖濃度選擇一般控制在125－150g/L，產(chǎn)酸55－70g/L采用一次高糖發(fā)酵工藝（糖濃度170－190g/L），產(chǎn)酸可達80g/L。由于滲透壓大，影響菌體生長，使發(fā)酵周期長，產(chǎn)酸不易穩(wěn)定。流加低濃度糖發(fā)酵工藝氮源是合成菌體蛋白質、核酸和生成谷氨酸的氮來源，在發(fā)酵過程中一部分氨用于調節(jié)pH值，形成谷氨酸銨鹽。谷氨酸發(fā)酵氮源（碳氮比為100：15－30）比其它發(fā)酵工業(yè)（碳氮比為100：－）高。當碳氮比在100：11以上才開始累積谷氨酸，在谷氨酸發(fā)酵中，用于合成菌體的氮　僅占總耗用氮的3－8%，而30－80%用于合成從谷氨酸。在實際生產(chǎn)中用尿素或氨水作氮源時，由于一部分氨用于調pH,一些分解而逸出，使實際用量增大，培養(yǎng)基中糖濃度的140g/L,，碳氮比為100：。不同發(fā)酵階段對氮源的要求在長菌階段，NH4＋過量會抑制菌體生長。在產(chǎn)酸階段，NH4＋不足會積累α－酮戊二酸。氮源種類及添加方式氮源分類有機氮（蛋白質、胨、氨基酸等，谷氨酸發(fā)酵的有機氮源常用玉米漿、麩皮水解液、米糠水解液、豆餅水解液和糖蜜等）無機氮（尿素、液氨、氨水、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨和硝酸銨等）菌體利用無機氮比有機氮快速，銨鹽、尿素、氨水等比硝基氮優(yōu)越，因為硝基氮需先經(jīng)過還原才能被利用。添加方式：銨鹽、液氨等可采取流加方法，液氨作用快，采取連續(xù)流加，尿素少量多次分批流加。用硫酸銨等生理酸性鹽為氮源時，由于銨離子被利用而殘留SO42等酸根，使PH下降，需在培養(yǎng)基中加入碳酸鈣以自動中和pH。但添加碳酸鈣易形成污染，生產(chǎn)上一般不用此法。無機鹽功能構成菌體成分、酶的組成成分、酶的激活劑或抑制劑、調節(jié)培養(yǎng)基滲透壓、調節(jié)pH和氧化還原電位等。微生物對無機鹽的需要量很少，但無機鹽對菌體生長和代謝產(chǎn)物的生成影響很大微生物所需要的無機鹽硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物和含鉀、鈉、鎂、鐵的化合物微量元素：如銅、錳、鋅、鈷、鉬、碘、溴等1. 磷酸鹽功能蛋白質和核酸的組成成分，ATP、ADP是重要的能量傳遞者，參與一系列代謝反應緩沖作用需要量：－,來源：磷酸鹽。玉米漿、糖蜜、淀粉水解糖等原料中還有少量的磷。磷量對谷氨酸發(fā)酵影響：磷濃度過高時，菌體的代謝轉向合成纈氨酸，磷含量過低時，菌體生長不好。2. 硫酸鎂功能葉綠素的組成成分。鎂離子是許多重要的酶（如己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、羧化酶等）的激活劑。如果鎂離子太少會基質的氧化速度降低，谷氨酸生成量降低。G+對鎂離子最低要求量是25ppm。G為4－5ppm，鎂離子濃度為2590mg/Kg硫是含硫氨基酸的組成成分，構成酶的活性基團。培養(yǎng)基中的硫酸鎂供應的硫已充足，不需另加。3. 鉀鹽許多酶的激活劑,鉀鹽少長菌體，鉀鹽足夠產(chǎn)谷氨酸。谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)物生成期需要的鉀鹽比菌體生長期高。,－微量元素微量元素是指微生物需要量十分微小，但又不可完全沒有的元素錳是某些酶的激活劑，羧化反應必需錳，如谷氨酸生物合成途徑中，草酰琥珀酸脫羧生成α酮戊二酸是在錳存在下完成的。鐵是細胞色素氧化酶、過氧化氫酶的成分，還是另外一些酶的激活劑。汞、銅離子具有明顯毒性，抑制菌體生長和谷氨酸生成，因此必須避免有害離子的污染。溫度對谷氨酸發(fā)酵的影響酶活改變生物合成途徑，使代謝產(chǎn)物發(fā)生變化改變發(fā)酵液物理性質影響菌種對營養(yǎng)物的分解與吸收不同微生物的最適生長溫度不同同一種微生物，菌體生長和產(chǎn)物合成的最適溫度不一定相同pH對谷氨酸發(fā)酵的影響酶的活性影響微生物細胞膜所帶電荷，改變細胞膜的滲透性影響物質分解速率，影響微生物對培養(yǎng)基物質的吸收利用改變菌體代謝途徑，使代謝產(chǎn)物發(fā)生變化。例如 中性和微堿條件下積累谷氨酸，在酸性條件下形成谷氨酰胺和N乙酰谷氨酰胺。谷氨酸發(fā)酵pH的控制菌種（）。發(fā)酵階段偏低，菌體生長旺盛，消耗營養(yǎng)物質快，菌體正常代謝，繁殖菌體而不產(chǎn)谷氨酸。過高，抑制菌體生長，糖代謝緩慢，發(fā)酵時間延長。，在將近放罐時，為了后工序提取谷氨酸。發(fā)酵過程pH值調節(jié)方法添加碳酸鈣法 (適用于采用酸性銨鹽作為氮源的工藝)尿素流加法(小試或中試)優(yōu)點:尿素的分解、利用及pH值的變化具有一定規(guī)律性，易控制。依據(jù)時期外觀表現(xiàn)菌種避免波動，力求穩(wěn)定。液氨或氨水添加法(主流)作用快而明顯易于實現(xiàn)連續(xù)自動流加。供氧對谷氨酸發(fā)酵的影響臨界溶解氧濃度好氣微生物對培養(yǎng)液中溶解氧濃度的最低要求，在某一濃度以下，微生物的呼吸速率隨溶解氧降低而顯著下降，此溶解氧濃度稱為臨界溶解氧濃度。在臨界氧濃度以下，氧成為微生物的限制性基質，微生物的耗氧速率符合MichaelisMenfen方程。從微生物生理學考察發(fā)酵供氧問題氨基酸代謝氧的重要性：經(jīng)過好氣性能量代謝產(chǎn)生菌體生長和氨基酸生物合成的所需的ATP氨基酸生物合成過程中產(chǎn)生的還原性輔酶需氧來氧化。各種氨基酸生物合成時需要的ATP與產(chǎn)生的還原性輔酶的量不同，以此數(shù)據(jù)為基準，推斷氨基酸發(fā)酵通風量很有意義。v 不同的代謝途徑產(chǎn)生不同數(shù)量的NAD(P)H，再氧化所需要的溶氧量不同。供氧大小是與產(chǎn)物的生物合成途徑有關。第一類包括谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等谷氨酸系氨基酸，它們在菌體呼吸充足的條件下，產(chǎn)量才最大，如果供氧不足，氨基酸合成就會受到強烈的抑制，大量積累乳酸和琥珀酸。這類氨基酸經(jīng)過乙醛酸循環(huán)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化系統(tǒng)兩個途徑形成的，產(chǎn)生的NADH量最多。第二類包括異亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸等天冬氨酸系氨基酸，供氧充足可得最高產(chǎn)量，但供氧受限，產(chǎn)量受影響并不明顯；其合成途徑是產(chǎn)生NADH的乙醛酸循環(huán)或消耗NADH的磷酸烯醇式丙酮酸羧化系統(tǒng)，產(chǎn)生的NADH量不多，因而與供氧量關系不明顯。第三類有亮氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸 ，不經(jīng)過TCA循環(huán)，NADH產(chǎn)量很少，過量供氧，反而起到抑制作用。肌苷發(fā)酵也有類似的結果。不同發(fā)酵階段的供氧需求P96在菌體生長期，供氧不足時，菌體生長受到抑制，積累乳酸，菌體收率少；但過高氧水平會造成浪費，抑制菌體生長，在高氧水平下生長的菌體不能有效地合成谷氨酸。谷氨酸生成期，在細胞最大呼吸速率時，谷氨酸產(chǎn)酸量最大。因此，在谷氨酸生成期要求充分供氧，以滿足最大呼吸的需氧量。供氧與其他發(fā)酵工藝條件的關系培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，糖濃度高，生物素含量高，需氧量大。培養(yǎng)基濃度大，氧的傳遞阻力大，需要增加供氧。生物素濃度濃度增加，耗糖速度增大，需要增加供氧。采用間斷或連續(xù)測定排氣中CO2濃度的方法調節(jié)通氣量，滿足供氧需求。以13%為分界點。有利于發(fā)現(xiàn)噬菌體感染 發(fā)現(xiàn)雜菌污染利用溶氧變化自動控制補糖速率，間接控制供氧速率和pH值，實現(xiàn)菌體生長、溶氧和pH值三位一體的控制體系。除控制補料速度外，在工業(yè)上，還可采用調節(jié)溫度(降低培養(yǎng)溫