【正文】 都在 50%以內(nèi) . 100 （ 1）企業(yè)計(jì)算的糖酸轉(zhuǎn)化率是把 GA 發(fā)酵前期菌體增殖時(shí)期消耗的葡萄糖計(jì)算在內(nèi)，而我們所計(jì)算的不包括這一部分葡萄糖，通常這一部分糖占總量的 20%左右，當(dāng)然與企業(yè)的技術(shù)水平有關(guān)。 ? 該反應(yīng)的關(guān)鍵是與異檸檬酸脫羧氧化相偶聯(lián)，反應(yīng)機(jī)制如下： ? 偶聯(lián)反應(yīng) α KGA NADPH α KGA GA NADP 異檸檬酸 L谷氨酸脫氫酶 異檸檬酸脫羧氧化 （三）、 GA 生物合成的 最理想途徑 ? 1. 在前述 GA 合成所必需的條件的基礎(chǔ)上（ …… ， 封閉乙醛酸循環(huán) ）體系 不存在 CO2固定反應(yīng) ，則有： ? 3/2 C6H12O6 + NH4+ → C5H9NO4 + 4 CO2 ? 產(chǎn)率： 147 /（ 180*3/2） == % 3/2Glucose EMP 丙酮酸 + 丙酮酸 + 丙酮酸 CO2 乙酰輔酶 A + 乙酰輔酶 A + 乙酰輔酶 A 檸檬酸（ DCA循環(huán)封閉） 谷氨酸 不存在 CO2固定反應(yīng) 草酰乙酸 ? GA 合成所必需的條件的基礎(chǔ)上（ …… ， 封閉乙醛酸循環(huán) ） 存在 CO2固定反應(yīng) ，則有： ? C6H12O6 + NH4+ → C5H9NO4 + CO2 ? 產(chǎn)率： 147 / 180 == % Glucose EMP 丙酮酸 + 丙酮酸 CO2 CO2 草酰乙酸 （草酰乙酸羧化酶） 乙酰輔酶 A + C4二羧酸 蘋(píng)果酸 （蘋(píng)果酸合成酶） 檸檬酸（ DCA循環(huán)封閉） 谷氨酸 存在 CO2固定反應(yīng) 可見(jiàn)，在 GA的生物合成過(guò)程中， CO2固定反應(yīng)對(duì)于產(chǎn)率的提高有著多么重要的作用。糖的代謝才能沿著 α 酮戊二酸的方向進(jìn)行 , 從而有利于谷氨酸的積累。 ? （ 2）由于 NADPH的在氧化能力欠缺或喪失，使得體內(nèi)的 NADPH有一定的 積累 ， NADPH對(duì)于抑制 α KGA的脫羧氧化 有一定的意義。只有當(dāng)體內(nèi) α KGA脫氫酶活性很低時(shí)， TCA循環(huán)才能夠停止， α KGA才得以積累，為谷氨酸的生成奠定物質(zhì)基礎(chǔ) 。 ? 2 具有 CO2 固定反應(yīng)的酶系 ? 菌種能利用 CO2 產(chǎn)生大量草酰乙酸 , 有利于谷氨酸的大量積累。 ? 第 2階段是產(chǎn)酸階段 ,谷氨酸得以大量積累。維持溫度 30 32℃ 谷氨酸發(fā)酵 ? :谷氨酸合成 . 措施 :提供必須的氨及 pH維持在 **,控制溫度 3437 ℃. ? :菌體衰老 ,糖耗慢 ,殘?zhí)堑?. 措施 :營(yíng)養(yǎng)物耗盡酸濃度不增加時(shí) ,及時(shí)放罐 . 發(fā)酵周期一般為 30h. ** 某醋廠轉(zhuǎn)產(chǎn)用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，結(jié)果代謝產(chǎn)物沒(méi)有谷氨酸而產(chǎn)生了乳酸及琥珀酸，其原因是：溶氧不足 谷氨酸發(fā)酵 ?谷氨酸除用于制造味精外還可用于治療神經(jīng)衰弱及配制營(yíng)養(yǎng)注射液，應(yīng)用前景廣泛。 谷氨酸理論轉(zhuǎn)化率 ?如果 四碳二羧酸 (草酰乙酸 、 蘋(píng)果酸 )全部由CO2固定獲得 ,則 1摩爾葡萄糖生成 1摩爾的谷氨酸 . ? C6H12O6+NH3+→C 5H9O4+CO2+3H2O ? 理論轉(zhuǎn)化率 =147/180=% 谷氨酸產(chǎn)生菌的主要特征 1. ?酮戊二酸氧化能力微弱 : ?酮戊二酸脫氫酶喪失或活性低 . 2. 谷氨酸脫氫酶活性強(qiáng) . 3. 還原性輔酶 Ⅱ(NADPH +H+)進(jìn)入呼吸鏈能力缺陷或微弱 . 4. 異檸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固定能力強(qiáng) . 8 .解除谷氨酸反饋抑制 . 9. 具有向胞外分泌谷氨酸的能力 . 谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞膜的通透性 ? 通過(guò)用能積累谷氨酸菌株做實(shí)驗(yàn) ，結(jié)果表明：谷氨酸的分泌是由細(xì)胞膜控制 ? 控制細(xì)胞膜通透性的方法： 1. 控制磷脂的合成； 2. 控制細(xì)胞壁的合成；選育溫敏突變株 （ 1）生物素營(yíng)養(yǎng)缺陷型 ? 作用機(jī)制 :生物素是脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶 乙酰 CoA羧化酶 的輔酶 ,參與了脂肪酸的合成 ,進(jìn)而影響脂肪酸的合成 .當(dāng)磷脂合成量少到正常的 1/2左右時(shí) ,細(xì)胞變形 ,Glu向膜外泄漏 . ? 控制關(guān)鍵 :使用該類突變株必須限制發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素 亞適量 (510?g/L).在發(fā)酵初期 (08小時(shí) ),細(xì)胞正常生長(zhǎng) ,當(dāng)生物素耗盡后 ,在菌的再次倍增時(shí) ,開(kāi)始出現(xiàn)異常形態(tài)細(xì)胞 ,即完成了細(xì)胞從生長(zhǎng)型到積累型轉(zhuǎn)換 . 突變株 （ 2）油酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型 ? 作用機(jī)制 :油酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型喪失了合成油酸的能力 ,通過(guò)控制油酸使磷脂合成量減少到正常量的 1/2左右 . ? 控制關(guān)鍵 :保證在培養(yǎng)基中油酸 亞適量 ,完成細(xì)胞從生長(zhǎng)型到生產(chǎn)型的轉(zhuǎn)換 . 其他 （ 3）添加表面活性劑 ? 添加 表面活性劑 (如吐溫 60)或 不飽和脂肪酸(C1618),也能造成細(xì)胞滲漏 ,積累谷氨酸 . ? 機(jī)理 :兩者在脂肪酸合成時(shí) 對(duì)生物素 有 拮抗 作用 ,導(dǎo)致 磷脂 合成不足 ,形成不完整的細(xì)胞膜 . ? 關(guān)鍵 :控制好脂肪酸或表面活性劑的時(shí)間和濃度 ,必須在藥劑加入后 ,在這些藥劑存在下進(jìn)行分裂 ,形成產(chǎn)酸型細(xì)胞 . 其他 （ 4）添加青霉素 ? 機(jī)理 :青霉素抑制谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞壁后期的合成 ,細(xì)胞膜在失去保護(hù) ,在滲透壓的作用下受損 ,向外泄露谷氨酸 . ? 控制關(guān)鍵 :一般在進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的早期 (36小時(shí) )添加 .添加青霉素后倍增的菌體不能合成完整的細(xì)胞壁 ,完成細(xì)胞功能的轉(zhuǎn)換 . 其他 谷氨酸發(fā)酵強(qiáng)制控制工藝 ? 為了穩(wěn)產(chǎn) ,克服培養(yǎng)基原料中某些成分不易控制帶來(lái)的影響 ,在谷氨酸發(fā)酵時(shí)可采取 “ 強(qiáng)制控制 ” 的方法 ,如 :―高生物素 高吐溫 ” 或 “ 高生物素 高青霉素 ” 的方法 . ? 控制方法 :在發(fā)酵培養(yǎng)基中預(yù)先配加一定量 (過(guò)量 )的純生物素 ,大大地削弱每批原料中生物素含量變化的影響 ,高生物素、大接種量能促進(jìn)菌體迅速增殖 .再在菌體倍增的早期加入相對(duì)高的吐溫或青霉素 ,形成產(chǎn)酸型細(xì)胞 .固定其它條件 ,確保高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。 ? 目前世界產(chǎn)谷氨酸鈉 30萬(wàn)噸 /年 ，占氨基酸總量的 2/3。也有不含鹽的顆粒較大的 “ 結(jié)晶味精 ” 。以 80％最為常見(jiàn)，其余為精鹽。 中國(guó)味精產(chǎn)量走勢(shì) 02040608010012095 96 97 98 99 2022 2022 2022產(chǎn)量萬(wàn)噸 中國(guó)味精業(yè)空間巨大 2022年?yáng)|南亞地區(qū)味精人均消費(fèi)量 ： ?臺(tái)灣： 2022克 ?韓國(guó)： 1200克 ?日本： 1020克 ?香港： 1000克 ?中國(guó)大陸： 500克 中國(guó)味精消費(fèi)每年至少有 160萬(wàn)噸 的空間 作為調(diào)味品的 市售味精 ，為干燥顆?；蚍勰蚝欢康氖雏}而稍有吸濕性，故應(yīng)密封防潮貯存。 美國(guó) Reeds博士的最新研究發(fā)現(xiàn) ， 飲食中的谷氨酸進(jìn)入消化道時(shí) ， 提供消化道表面細(xì)胞代謝所需的大部分能量 ， 也提供其 合成必需氨基酸 所需的材料 。 還味精一個(gè)清白 美國(guó) FDA的研究報(bào)告 ， 解除消費(fèi)者的疑慮 ，澄清了一般人對(duì)味精的誤解 ， 也使科學(xué)家改變研究態(tài)度 ， 而能從正面的角度來(lái)思考味精這一種廣泛被使用的調(diào)味料 ， 到底對(duì)人體有哪些重要性 ， 這是二十一世紀(jì)的一個(gè)重要研究課題 。 這份報(bào)告是 美國(guó)食品藥物管理局 （ FDA）委托獨(dú)立的科學(xué)研究機(jī)構(gòu) ——美國(guó)實(shí)驗(yàn)生物學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)盟 （ FASEB） 進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)三年的研究評(píng)估后得出的 。 1987年 ,聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織 和 世界衛(wèi)生組織 宣布 ,取消對(duì)味精的食用限量 , 作為一種增加食品風(fēng)味的調(diào)味料 ,味精不再需要評(píng)價(jià)其每日容許攝入量 ,消費(fèi)者可以放心食用味精。 自 1970年起 美國(guó)食品藥物管理局 (FDA)與 世界衛(wèi)生組織 (WHO)的聯(lián)合食品專家委員會(huì) ，就味精的安全性加以慎重研討 ， 認(rèn)為一般人味精攝取量可以達(dá)到一天 /公斤體重 。有很濃的鮮味 ,味精被食用后 ,經(jīng)胃酸作用轉(zhuǎn)化為谷氨酸 ,被消化吸收構(gòu)成蛋白質(zhì)并參與體內(nèi)其他代謝過(guò)程 ,有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。 味精的產(chǎn)品特性 味精 ,也稱味素 ,因味精起源于小麥 ,俗稱 麩酸鈉、谷氨酸鈉 （分子式 C5H8NO4Na ） 。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)傳統(tǒng)的工藝不斷地進(jìn)行改革。 我國(guó) 成為世界上最大的味精生產(chǎn)大國(guó)。 59 氨基酸 使用的菌株 谷氨酸 谷氨酸棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌或黃色短菌桿、北京棒桿菌、鈍齒棒桿菌 纈氨酸 北京棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌 丙氨酸 凝結(jié)芽孢桿菌 脯氨酸 鏈形寇氏桿菌 、黃色短桿菌 賴氨酸 黃色短桿菌 、乳糖發(fā)醇短桿菌 、谷氨酸棒桿菌 蘇氨酸 大腸桿菌、大腸桿菌 鳥(niǎo)氨酸 谷氨酸棒桿菌 、黃色短桿菌 亮氨酸 黃色短桿菌 酪氨酸 氨酸棒桿菌 表 1 部分氨基酸及其生產(chǎn)所用菌株 氨基酸發(fā)酵是典型的 代謝控制發(fā)酵 以谷氨酸為例 ， 谷氨酸的大量積累不是由于生物合成途徑的特異 ， 而是菌體代謝 調(diào)節(jié)控制 和 細(xì)胞膜通透性 的特異調(diào)節(jié)以及 發(fā)酵條件 的適合 。因此氨基酸的生產(chǎn)具有重要的意義。 一、氨基酸發(fā)酵 ? 氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有 8種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱為必需氨基酸 ，人體只有通過(guò)食物來(lái)獲得。 ? 在 80年代中后期 ,我國(guó)從日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵以技貿(mào)合作的方式引進(jìn)輸液制劑的制造技術(shù)和仿造產(chǎn)品 ,1991年銷售量為二千萬(wàn)瓶 ,1996年達(dá)六千萬(wàn)瓶 ,主要廠家有 無(wú)錫華瑞 ,北京費(fèi)森尤斯 ,昆明康普萊特 ,但生產(chǎn)原料都依賴進(jìn)口。 ? 日本在美國(guó)、法國(guó)等建立了合資的氨基酸生產(chǎn)廠家 ,生產(chǎn)氨基酸和天冬甜精等衍生物。 ? 日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵及德國(guó)的德固沙是世界氨基酸生產(chǎn)的三巨頭。 ? 合成法 ：用化學(xué)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。目前，胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸仍用提取法生產(chǎn)。添加前體法是以氨基酸的中間產(chǎn)物為原料，用微生物法轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氨基酸。 1957 年發(fā)酵法味精正式商業(yè)性生產(chǎn)，這標(biāo)志著氨基酸發(fā)酵工業(yè)的誕生。 ? 二次世界大戰(zhàn)后不久，美國(guó)有人提出用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸的報(bào)告。 1910 年日本味之素公司用水解法生產(chǎn)谷氨酸，與食鹽配合出售。 ? 1866 年德國(guó)的 立好生博士 利用硫酸水解小麥面筋，分離出一種酸性氨基酸，依據(jù)原料的取材，便將此氨基酸命名為 谷氨酸 。 ? 獲得的產(chǎn)物都要按照有關(guān)部門制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和性能測(cè)定，符合要求后才為合格產(chǎn)品。 發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取 ? 利用菌體：離心沉淀或板框壓濾法使菌體與醪液分開(kāi)，也可以用噴霧干燥法直接做成粉劑。 ? 液體深層發(fā)酵：適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 微生物發(fā)酵和控制 ? 發(fā)酵方式可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種。 需氧微生物：將克氏瓶表面培養(yǎng)的菌種接到裝有液體培養(yǎng)基的三角瓶中，在搖床上振蕩培養(yǎng)。 種子擴(kuò)大培養(yǎng) ? 擴(kuò)大培養(yǎng)的方法可以根據(jù)需要采用固體培養(yǎng)或液體培養(yǎng)兩級(jí)不同方式。 發(fā)酵方法的類別與流程 ? 類別： 根據(jù)對(duì)氧的需要區(qū)分： 厭氧和有氧發(fā)酵 根據(jù)培養(yǎng)基物理性狀區(qū)分： 液體和固體發(fā)酵 根據(jù)從微生物生長(zhǎng)特性區(qū)分： 分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵 發(fā)酵的流程 空氣 空氣凈化處理 保藏菌種 斜面活化 擴(kuò)大培養(yǎng) 種子罐 主發(fā)酵 碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 滅菌 產(chǎn)物分離純化 成品 3. 工業(yè)發(fā)酵步驟和工藝流程 (1) 用作培養(yǎng)菌種及擴(kuò)大生產(chǎn)的發(fā)酵罐的培養(yǎng)基的配制 (2) 培養(yǎng)基、發(fā)酵罐以及輔助設(shè)備的消毒滅菌 (3) 將已培養(yǎng)好的有活性的純菌株以一定量接到發(fā)酵罐中 (4) 將接種到發(fā)酵罐中的菌株控制在最適條件下生長(zhǎng)并形 成代謝產(chǎn)物 (5) 將產(chǎn)物抽提并進(jìn)行精制，以得到合格的產(chǎn)品 (6) 回收或處理發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的廢物和廢水 菌種篩選 搖瓶試驗(yàn) 發(fā)酵罐試驗(yàn) 發(fā)酵原料的預(yù)處理 原料不同處理方法也有所差異。 (7)工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見(jiàn)效快，并可以取得較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 (5)由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ坏睾透叨冗x擇性地對(duì)某些較為復(fù)雜的化合物進(jìn)行特定部位地氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，也可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的高分子化合物。 (4)發(fā)酵對(duì)雜菌的污染的防治至關(guān)重要。 (2)微生物菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素，通過(guò)變異和菌種選育，可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使生產(chǎn)設(shè)備得