氨基酸发酵：菌种、培养基与代谢控制

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：氨基酸发酵属于典型的代谢控制发酵，是由于氨基酸的生物合成受到严格反馈调节。目前用于发酵生产氨基酸的菌种主要有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌、黏质沙雷菌等。L-谷氨酸是生物机体内氮代谢中最重要的氨基酸之一，是连接糖代谢与氨基酸代谢的中间产物。（二）L谷氨酸发酵培养基已知所有谷氨酸产生菌只能以葡萄糖等作为碳源。尿素是国内谷氨酸发酵中较常用的氮源，目前也常通入气态氨以补充氮源。

氨基酸发酵属于典型的代谢控制发酵，是由于氨基酸的生物合成受到严格反馈调节。目前用于发酵生产氨基酸的菌种主要有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌、黏质沙雷菌等。这些菌株包括野生型菌株，如谷氨酸、丙氨酸、缬氨酸等生产菌种；包括营养缺陷型突变株，如赖氨酸、苏氨酸等生产菌种；包括氨基酸结构类似抗性突变株，如赖氨酸、精氨酸等生产菌种；还包括营养缺陷型兼结构类似抗性突变株，如高丝氨酸、亮氨酸等生产菌种。

L-谷氨酸是生物机体内氮代谢中最重要的氨基酸之一，是连接糖代谢与氨基酸代谢的中间产物。L-谷氨酸发酵生产工艺主要包括以下工序：原料预处理、培养基配制、种子培养、发酵、谷氨酸提取与精制。

（一）菌种

目前国内大多数厂家使用的菌种是天津工业微生物研究所选育的天津短杆菌T6-13及其变异株（如复旦大学选育的FM-415、华南理工大学选育的S9114、浙江工学院选育的L-S168和天津轻工业学院选育的TG931等菌株）。这些菌株均是优良的谷氨酸生产菌，具有高产酸、高转化率等特点，在许多方面优于国外菌种。目前谷氨酸生产菌能够在体外积累100g/L以上的谷氨酸。

（二）L谷氨酸发酵培养基

已知所有谷氨酸产生菌只能以葡萄糖等作为碳源。所用的山芋淀粉、玉米淀粉、大米或木淀粉都需先进行水解，制成葡萄糖。谷氨酸分子中氮含量占9.5%，所以培养基中必须提供相对充足的氮源。尿素是国内谷氨酸发酵中较常用的氮源，目前也常通入气态氨以补充氮源。生物素是谷氨酸产生菌的必需生长因子，培养基中必须提供生物素，但是生物素过量对谷氨酸的合成和分泌又有十分不利的影响，所以生物素浓度要控制在谷氨酸产生菌的亚适量。

（三）谷氨酸发酵生产(www.chuimin.cn)

发酵初期，即菌体生长的延滞期，糖基本没有利用，尿素分解放出氨使pH略上升。延滞期的长短取决于接种量、发酵操作方法（分批或流加）及发酵条件，一般为2～4h。接着进入对数生长期，代谢旺盛，糖耗快，尿素大量分解，pH很快上升。但随着氨被利用，pH又下降，溶氧浓度急剧下降，然后又维持一定水平上，菌体浓度迅速增大。这个时期，为了及时供给菌体生长必需的氮源及调节培养液的pH至7.5～7.8，必须流加尿素。又由于代谢旺盛，泡沫增加并放出大量发酵热，需加入消泡剂及冷却，使温度维持在30～32℃。这个阶段主要是菌体生长，几乎不产酸，一般为12h左右。

当菌体生长基本停止就转入谷氨酸合成阶段，此时菌体浓度基本不变，糖与尿素分解后产生的α-酮戊二酸和氨主要用来合成谷氨酸。这一阶段，为提供谷氨酸合成所需的氨及维持pH在7.0～7.2，必须及时流加尿素，又为促进谷氨酸的合成需要加大通气量，并将发酵温度提高到谷氨酸合成的最适温度34～37℃。

发酵后期，菌体衰老，糖耗缓慢，残糖低，此时流加尿素必须相应减少。当营养物质耗尽酸度不再增加时，需及时放罐。发酵周期一般为30～36h。

（四）谷氨酸提取

从谷氨酸发酵液中提取谷氨酸方法，一般有等电点法、离子交换法、金属盐沉淀法、盐酸盐法和电渗析法等，其中以等电点法和离子交换法较普遍。

氨基酸发酵：菌种、培养基与代谢控制

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