谷氨酸发酵控制

一简述甜菜糖蜜添加吐温发酵的机理

吐温是一种表面活性剂，它是在菌体细胞不饱和脂肪酸合成的过程中，作为抗代谢物具有抑制作用，对生物素具有拮抗作用。通过拮抗脂肪酸的生物合成，达到控制磷脂合成，导致磷脂合成不足。结果形成磷脂合成不足的不完全的细胞膜，提高了谷氨酸向膜外漏出的渗透性。

二简述甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵的机理

添加青霉素可抑制谷氨酸生产菌细胞壁的后期合成，主要抑制糖肽转肽酶，影响细胞壁肽聚糖的生物合成。因为青霉素的结构与革兰氏阳性的谷氨酸菌所特有的糖肽的D-Ala-D-Ala末端结构类似，因而它取代合成糖肽的底物而和酶的活性中心结合，是五肽末端的丙氨酸不能被肽酶移去，谷氨酸桥一头无法与它前面的丙氨酸相接，因此交联不能形成，网状的结构连接不起来，糖肽的合成就不能完成，于是菌体内的尿二磷和N-乙酰胞壁酸便大量的积累，青霉素与转肽酶相结合，形成了青霉素的酶，结果形成不完全的细胞壁，导致形成不完全的细胞膜。由于青霉素合成细胞壁后期生物合成，是细胞膜处于无保护的状态，又由于膜内外的渗透压差，进而导致细胞膜的物理损伤，形成不完全的细胞膜，失去渗透障碍物，增大了谷氨酸向胞外分泌的渗透能力。

三简述温度敏感突变株发酵生产谷氨酸的机理

谷氨酸温度敏感突变株的突变位置是在决定与谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜结构基因上，发生碱基的转换或者颠换，一个碱基被另一

个碱基所置换，这样为该基因所指导的酶在高温下失活，导致细胞膜某些结构的改变，当控制培养温度为最适温度时，菌体正常的生长，当温度提高到一定的程度时，菌体便停止生长且大量的产酸。而它仅需通过控制物理的方式就可以完成谷氨酸生产菌由生长型细胞向产酸型细胞的转变。

四简述谷氨酸发酵培养基对发酵的影响及控制措施 影响因素及控制措施如下： 1.生物素

谷氨酸在发酵的过程中，前期：菌体的生殖期，一定量的生物素是菌体增殖期所必须的一般在5ug/L，而在产物合成期，要控制生物素的浓度,一般在0.5ug/g，以保证产物的正常合成。

2. 碳源

谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖等；有些菌种能利用醋酸、乙醇、正烷烃等作碳源。淀粉水解糖的质量对发酵影响很大。一般还原性的糖的浓度控制在125—150g/L。

3 碳氮比

碳氮比对谷氨酸发酵影响很大，在发酵的不同阶段，控制碳氮比以促进以生长阶段向产酸阶段转化，在长菌阶段，如氨根离子过量会抑制菌体生长，在产酸阶段，如氨根离子不足，a-酮戊二酸不能还原并氨基化，而积累a-酮戊二酸，谷氨酸生成量少。

一般发酵工业碳氮比为100：(0.2～2.0)，谷氨酸的碳氮比为100：(15～30)，当碳氮比在100：11以上才开始累积谷氨酸。

4. 磷酸盐

是某些蛋白质和核酸的组成成分，参与一系列的代谢反应，ADP、A TP 是重要的能量传递者。工业生产上常用K2HPO4·3H2O、KH2PO4、Na2 HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O等磷酸盐，也可用磷酸。对谷氨酸发酵的影响：

磷浓度过高时，菌体的代谢转向合成缬氨酸，但磷含量过低，菌体生长不好。当培养基中配用1～1.5g/L时，磷浓度为0.0044～0.0066mol/L。当配用0.5～0.7g/L时，磷浓度为0.005～0.007mol/L。当配用1.7～2.0g/L时，磷浓度为0.0048～0.00565mol/L。

5. 硫酸镁

镁离子是许多重要的酶(如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、羧化酶等)的激活剂。发酵培养基配用0.25 ～1g/L时，Mg2+浓度40～60mg ／L。硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分。培

养基中的硫已由硫酸镁供给，不必另加。

6. 钾

钾是许多酶的激活剂。对谷氨酸发酵的影响：

谷氨酸发酵产物生成所需要的钾盐比菌体生长需要量高，钾盐少利于长菌体，钾盐充足利于产谷氨酸。菌体生长需钾约为 1.0～1.5mmol ／L，谷氨酸生成需钾约为2.0～10.0mmol／L。

7. 微量元素

锰：是某些酶的激活剂。羧化反应必需锰，如谷氨酸生物途径中，草酰琥珀酸脱羧生成α-酮戊二酸是在Mn2+存在下完成的。一般培养

基配用MnSO4·4H2O 2mg／L。

铁：是细胞色素氧化酶、过氧化氢酶的成分，又是若干酶的激活剂。五简述谷氨酸发酵的条件对发酵的影响及控制措施

1. 温度对发酵的影响及控制

温度要影响酶的活性，生物合成的途经，影响发酵液的物理性质以及菌种对营养物质的吸收。

（1）发酵前期：应满足菌体生长所需的最适温度它的最适生长温度在30～34摄氏度。若温度偏高，菌生长快易衰老；若温度偏低，菌生长慢发酵周期延长。

（2）发酵中期：应将温度提高到最适产酸温度一般控制在35～37摄氏度。

2. PH值影响及控制

PH对微生物的生长和代谢产物的形成有很大的影响，它影响酶的活性，影响微生物细胞膜所带的电荷，影响培养基某些营养物质和中间代谢产物的离解，同时也影响微生物的代谢途经。

一般发酵前期控制pH在7.3左右。发酵中期控制pH在7.2左右。发酵后期控制pH在7.0左右，将放罐时，为了后续提取，pH6.5～6.8左右。

2.1调节PH的方法：①添加碳酸钙法

当采用酸性铵盐作为碳源时，NH4+被利用，剩下的酸根引起pH下降，此时使用。缺点：用量大，操作时易染菌，对产物提取有影响。

②尿素流加法优点：尿素的分解、利用和pH变化具有一定规律 性，容易控制。流加量和次数根据pH的变化，菌体生长、耗糖量、发酵阶段来确定。

③液氨添加法液氨的作用：作为氮源；调解pH。使用方法：根据pH的变化自动控制流加。

3 溶氧量对发酵过程的影响及控制

发酵前期：供氧要满足菌体生长的要求；当发酵液中PL>PL临界时，供氧充足，菌体生长速率达最大值。但是再提高供氧反而对菌体生长起到抑制作用。谷氨酸合成期，需要大量的氧。

多级控制模式：发酵前期逐步提高通气量，发酵中期控制通气量在最高值并维持6～10h，发酵后期逐步降低气量。在整个过程中，提高、维持以及降低通气量根据实际生产时菌体生长和产物生成的需氧量而定。工厂中一般是根据OD值的变化和耗氧速率的变化来控制通气量。

六简述谷氨酸发酵过程中的主要变化及中间代谢控制 适应期: 特点：细胞进行呼吸作用，合成大分子物质和所需能量，菌体个体长大，没有分裂，糖等基质基本不耗或很少消耗，pH稍微上升。适应期的长短取决于菌种活力、种子量、发酵培养基和发酵条件等，一般为3h左右。但采用高生物素、大种量的强制发酵工艺时适应期非常短。

对数生长期：特点：菌体：代谢逐渐旺盛，菌体大量繁殖，个体生长与群体繁殖循环交替进行，培养物的混浊度与菌体增殖情况基本一致，OD直线增长，菌体形态与二级种子相同，绝大多数为“V”型

分裂。耗糖：耗糖速度逐渐加快，糖作为碳源和能源用于合成细胞成分和合成反应所需要的能量。pH：尿素被尿酶分解放出氨使pH 上升，氨被菌体利用又使pH下降，这时必须及时流加液氨，补充氮源和调节pH。温度：由于菌体代谢活动放热，一般发酵5h左右温度开始上升，应注意降温。CO2：由于菌体不断增加，代谢旺盛，排气中CO2浓度显著增加。耗氧：耗氧量很快增加，溶解氧下降，CO2排气中浓度也下降。

对数生长期发酵控制：

应根据情况提高风量，在对数生长期末期要加大风量，供给充足的氧，并及时流加液氨，供给充分的氮源，促进增值型菌体向生长型菌体转化。

转化期：是菌体由增殖型向生产型转化的时期。特点：菌体数量达到最大值，培养液的OD值与菌体增殖不一致。“V”字形和伸长、膨大菌形同时存在，且伸长菌体不断增加。这是代谢最旺盛的阶段，耗糖加快，谷氨酸生成迅速增加，耗氧速率加快，并接近最大值，放热也达最大值，且泡沫显著增加。

转化期发酵控制:此时期的变化受生物素和风量的明显影响。生物素用量与供氧应巧妙地配合好。一般来说，加大风量对菌体的伸长、膨大有促进作用。

产酸期:特点:菌体完成由增殖型向生产型转化后，菌型几乎都伸长、膨大，边缘不完整，像花生形。大量积累谷氨酸，耗糖与产酸相适应，产酸达到最大值。

产酸期发酵控制：应继续流加液氨，保证有充足的氮源，pH维持在7.0~7.2。为加快产酸速率，可适当提高温度，继续供氧。在发酵后期，耗氧量减少，可适当降低风量，流加液氨以少量为好，控制pH6.8~7.0。当残糖降到1%时，根据发酵情况，可将风量降到最低，促进中间产物转化成谷氨酸。

序异常现象原因分析处理方法 10时pH值高(1)初尿过多 (2)尿素灭菌温度过高

、时间过长停搅拌,小通风,待菌体生长,pH下降后再按正常发酵进行

2发酵前期pH值过高(1)初尿过多 (2)菌种被烧死 (3)种子感染噬菌体 (4)培养基缺乏或抑制

菌体生长(1)按第1项方法处理

(2)补种

(3)按感染噬菌体处理

(4)根据情况补料,补种(5)均先停搅拌、小通风 3菌体生长缓慢或不长(1)感染噬菌体 (2)培养基贫乏 (3)菌种老化

(4)前期风量过大,或初

尿过多抑制生长(1)按感染噬菌体处理 (2)补料,并停搅拌 (3)换种、补种 (4)停搅拌、小通风

4中后期耗糖慢、产酸低(1)菌种老化 (2)前期风量过大后期 无力

(3)种子或发酵前期温 度过高 (4)生物素不足 (1) 略减风量,如残糖 高可补种,或并罐发酵 (2) 略减风量,如残糖 高可补种,或并罐发酵 (3) 略减风量,如残糖 高可补种,或并罐发酵 (4) 补料

514h后OD值继上升(1)生物素过量 (2)染菌(1)提高风量,提高温度 (2)按染菌处理

6耗糖快,pH偏低, 产酸低(1) 培养基丰富,生物素 过量

(2) pH低,流尿不及时

(3) 通风不足,空气短路, 搅拌转速低

(4) 感染杂菌(1)提高风量,提高pH (2)及时流尿,提高pH (3)提高风量,提高pH (4)按染菌处理

7发酵液变红色生物素充足,风量不足提高风量 8谷氨酸生成后又下跌(1)pH偏低,NH4+过量,谷 氨酸转变为谷酰胺

(2)大量下跌,可能染菌(1)及时流尿,提高pH (2)按染菌处理

9泡沫太多(1)水解糖质量不好 (2)染菌(1)改进水解糖质量 (2)按染菌处理