4第四章檸檬酸、谷氨酸發(fā)酵機制ppt課件

1、一、檸檬酸簡介一、檸檬酸簡介v檸檬酸又名枸櫞酸，學名檸檬酸又名枸櫞酸，學名-羥基丙烷三羧酸，是生物體主羥基丙烷三羧酸，是生物體主要代謝產(chǎn)物之一?；瘜W名稱要代謝產(chǎn)物之一?；瘜W名稱2-羥基丙三羧酸，英文文獻俗羥基丙三羧酸，英文文獻俗名名citric acid，分子式，分子式C6H8O7。無色或白色晶體，無臭，。無色或白色晶體，無臭，味極酸，易溶于水和乙醇、微溶于乙醚、水溶液呈酸性反味極酸，易溶于水和乙醇、微溶于乙醚、水溶液呈酸性反應。應。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第四章第四章 檸檬酸發(fā)酵機制檸檬酸發(fā)酵機制食品工業(yè)：主要作為飲品的酸味劑，用于各種清食品工業(yè)：主要作為飲品的酸味劑，用于各種清涼飲料，還有汽

2、水、糖果、餅干、罐頭、果醬、涼飲料，還有汽水、糖果、餅干、罐頭、果醬、果汁等食品的制造。果汁等食品的制造。 也可用作油脂的抗氧劑；也可用作油脂的抗氧劑； 醫(yī)藥工業(yè)：是許多醫(yī)藥品的原材料，如檸檬酸哌醫(yī)藥工業(yè)：是許多醫(yī)藥品的原材料，如檸檬酸哌吡嗪驅(qū)蛔蟲藥）、檸檬酸鐵銨補血劑）、檸吡嗪驅(qū)蛔蟲藥）、檸檬酸鐵銨補血劑）、檸檬酸鈉輸血劑等。此外，檸檬酸還用在許多檬酸鈉輸血劑等。此外，檸檬酸還用在許多醫(yī)藥中做酸化劑；醫(yī)藥中做酸化劑； 化學工業(yè)：檸檬酸的酯類可以作為無毒增塑劑，化學工業(yè)：檸檬酸的酯類可以作為無毒增塑劑，來制造食品包裝的塑料薄膜；來制造食品包裝的塑料薄膜； 其它方面，如用于工業(yè)、民用的洗滌劑中作

3、為助其它方面，如用于工業(yè)、民用的洗滌劑中作為助劑，制造無公害洗滌劑；用在混凝土中作緩凝劑；劑，制造無公害洗滌劑；用在混凝土中作緩凝劑；在電鍍中、皮革業(yè)、油墨、曬圖等工業(yè)中也被得在電鍍中、皮革業(yè)、油墨、曬圖等工業(yè)中也被得到廣泛應用。到廣泛應用。 二、檸檬酸的應用概況二、檸檬酸的應用概況三、我國檸檬酸生產(chǎn)現(xiàn)狀三、我國檸檬酸生產(chǎn)現(xiàn)狀 生產(chǎn)狀況：生產(chǎn)狀況： 60年代開始，生產(chǎn)檸檬酸年總產(chǎn)量居世界第年代開始，生產(chǎn)檸檬酸年總產(chǎn)量居世界第一，出口量一直占國內(nèi)總產(chǎn)量的一，出口量一直占國內(nèi)總產(chǎn)量的50%以上。目前，生產(chǎn)廠以上。目前，生產(chǎn)廠家近百家，萬噸級以上的有家近百家，萬噸級以上的有6家。主要有安徽豐原生物化

4、家。主要有安徽豐原生物化學集團公司生產(chǎn)能力為學集團公司生產(chǎn)能力為12.0萬噸萬噸/年）、江蘇無錫羅氏中年）、江蘇無錫羅氏中亞檸檬酸有限公司生產(chǎn)能力為亞檸檬酸有限公司生產(chǎn)能力為4.0萬噸萬噸/年）、安徽華源年）、安徽華源生物藥業(yè)有限公司生產(chǎn)能力為生物藥業(yè)有限公司生產(chǎn)能力為3.5萬噸萬噸/年等。年等。存在問題：出口量增長過快，技術(shù)創(chuàng)新相對滯后，加上國際存在問題：出口量增長過快，技術(shù)創(chuàng)新相對滯后，加上國際市場競爭激烈，已出現(xiàn)嚴重的供大于求的局面，設備利用市場競爭激烈，已出現(xiàn)嚴重的供大于求的局面，設備利用率不到率不到60%，行業(yè)經(jīng)濟效益呈滑坡態(tài)勢。，行業(yè)經(jīng)濟效益呈滑坡態(tài)勢。第二節(jié)第二節(jié) 檸檬酸合成途徑

5、與代謝調(diào)控檸檬酸合成途徑與代謝調(diào)控 1940年，年，Krebs: TCA； 1953年，年，Jagnnathan證實黑曲霉中存在證實黑曲霉中存在EMP途途徑所有酶；徑所有酶； 1954年，年，Shu提出葡萄糖提出葡萄糖80%經(jīng)經(jīng)EMP途徑代謝；途徑代謝； 1954-1955年，年，Ramakrishman等發(fā)現(xiàn)黑曲霉中等發(fā)現(xiàn)黑曲霉中存在存在TCA循環(huán)。循環(huán)。一、檸檬酸合成途徑的發(fā)現(xiàn)一、檸檬酸合成途徑的發(fā)現(xiàn)二、黑曲霉檸檬酸生物合成途徑二、黑曲霉檸檬酸生物合成途徑 黑曲霉利用糖類發(fā)酵生成檸檬酸其生物合成途徑是，葡黑曲霉利用糖類發(fā)酵生成檸檬酸其生物合成途徑是，葡萄糖經(jīng)萄糖經(jīng)EMP、HMP途徑降解生成

6、丙酮酸，丙酮酸一方面氧化途徑降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化脫羧生成乙酰脫羧生成乙酰CoA，另一方面經(jīng)，另一方面經(jīng)CO2固定化反應生成草酰乙固定化反應生成草酰乙酸，草酰乙酸與乙酰酸，草酰乙酸與乙酰CoA縮合生成檸檬酸?？s合生成檸檬酸。 (1)生長期與產(chǎn)酸期都存在生長期與產(chǎn)酸期都存在EMP與與HMP途徑，前者途徑，前者EMP:HMP=2:1，后者，后者EMP:HMP=4：1(2)黑曲霉檸檬酸產(chǎn)生菌中存在黑曲霉檸檬酸產(chǎn)生菌中存在TCA循環(huán)與乙醛酸循環(huán)，在循環(huán)與乙醛酸循環(huán)，在以糖質(zhì)原料發(fā)酵，當檸檬酸積累時，以糖質(zhì)原料發(fā)酵，當檸檬酸積累時，TCA和乙醛酸循環(huán)被和乙醛酸循環(huán)被阻斷或減弱。阻斷或減弱。 (

7、3)由于由于TCA和乙醛酸循環(huán)被阻斷或減弱，草酰乙酸是由和乙醛酸循環(huán)被阻斷或減弱，草酰乙酸是由丙酮酸丙酮酸PYR或磷酸烯醇式丙酮酸或磷酸烯醇式丙酮酸PEP羧化生成的。羧化生成的。即由兩個即由兩個CO2固定化反應體系，其中以丙酮酸羧化酶作用固定化反應體系，其中以丙酮酸羧化酶作用下固定化下固定化CO2生成草酰乙酸為主。生成草酰乙酸為主。三、檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)機制三、檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)機制 1、磷酸果糖激酶、磷酸果糖激酶PFK）：）：（一糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)（一糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)Mn2+濃度對磷酸果糖激酶的影響濃度對磷酸果糖激酶的影響 Mn2+ 缺乏為何會使NH4+濃度升高呢？

8、 當培養(yǎng)基中當培養(yǎng)基中Mn2+ 缺乏時，微生物體內(nèi)積累幾種氨基缺乏時，微生物體內(nèi)積累幾種氨基酸酸GA、GLu、Arg、Gln等），這些氨基酸的積累，意味等），這些氨基酸的積累，意味著體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成受阻，而外源蛋白質(zhì)的分解速度則不著體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成受阻，而外源蛋白質(zhì)的分解速度則不受到影響，這樣受到影響，這樣NH4+的消耗下降，的消耗下降，NH4+濃度就會升高。濃度就會升高。 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶PFKPFK的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 檸檬酸和ATP對該酶有抑制 生產(chǎn)菌需要解除該抑制作用AMP、無機磷以及NH4+對該酶有活化作用NH4+有效解除檸檬酸和ATP對該酶有抑制 ，故生產(chǎn)上通過添加銨鹽來提高檸檬酸

9、產(chǎn)量 Mn2+的影響：Mn2+缺乏菌體的TCA酶活下降Mn2+缺乏可能干擾蛋白質(zhì)合成，導致蛋白質(zhì)分解NH4+水平升高減少檸檬酸對該酶的抑制2、CO2固定反應 v經(jīng)過 CO2固定反應提供C4二羧酸 v（1磷酸烯醇式丙酮酸 + CO2 = 草酰乙酸C4二羧酸）v 酶：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶v（2丙酮酸 + CO2 = 草酰乙酸C4二羧酸）v 酶：丙酮酸羧化酶v 以上兩種CO2固定反應所需要的輔酶都是生物素。v草酰乙酸的積累利于加速檸檬酸合成（二三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)（二三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)1、檸檬酸合成酶的調(diào)節(jié)：檸檬酸合成酶是、檸檬酸合成酶的調(diào)節(jié)：檸檬酸合成酶是TCA循環(huán)第一個循環(huán)第一個酶。但黑曲霉中檸檬酸

10、合成酶沒有調(diào)節(jié)作用。酶。但黑曲霉中檸檬酸合成酶沒有調(diào)節(jié)作用。2、順烏頭酸水合酶、異檸檬酸脫氫酶的調(diào)節(jié)：、順烏頭酸水合酶、異檸檬酸脫氫酶的調(diào)節(jié)： 順烏頭酸水合酶、順烏頭酸水合酶、NAD和和NADP-異檸檬酸脫氫酶在檸檬異檸檬酸脫氫酶在檸檬酸產(chǎn)生與不產(chǎn)生時，這酸產(chǎn)生與不產(chǎn)生時，這3種酶均存在組成酶）；而控制銅離種酶均存在組成酶）；而控制銅離子子0.3mg/L，鐵離子，鐵離子2mg/L和和pH2.0情況下，這情況下，這3種酶均不出現(xiàn)種酶均不出現(xiàn)活力?；盍?。 順烏頭酸水合酶是催化檸檬酸順烏頭酸水合酶是催化檸檬酸順烏頭酸順烏頭酸異檸檬異檸檬酸可逆反應。研究表明，黑曲霉中有一種單純的位于線粒酸可逆反應。研

11、究表明，黑曲霉中有一種單純的位于線粒體上的順烏頭酸水合酶，它在催化時能建立下面的平衡：體上的順烏頭酸水合酶，它在催化時能建立下面的平衡：檸檬酸檸檬酸:順烏頭酸順烏頭酸:異檸檬酸異檸檬酸90:3:7。鐵為順烏頭酸酶的激。鐵為順烏頭酸酶的激活劑，活劑， 3、-酮戊二酸脫氫酶的調(diào)節(jié) 在黑曲霉檸檬酸產(chǎn)生菌中，在黑曲霉檸檬酸產(chǎn)生菌中，TCATCA循環(huán)的一個顯著特點循環(huán)的一個顯著特點是，是，-酮戊二酸脫氫酶的合成受葡萄糖和銨離子的阻遏。酮戊二酸脫氫酶的合成受葡萄糖和銨離子的阻遏。因此當以葡萄糖為碳源時，在檸檬酸生成期，菌體內(nèi)不存因此當以葡萄糖為碳源時，在檸檬酸生成期，菌體內(nèi)不存在在-酮戊二酸脫氫酶或活力很

12、低。酮戊二酸脫氫酶或活力很低。 - -酮戊二酸脫氫酶催化的反應是酮戊二酸脫氫酶催化的反應是TCATCA循環(huán)中唯一不循環(huán)中唯一不可逆反應，一旦可逆反應，一旦-酮戊二酸脫氫酶喪失，就會引起：酮戊二酸脫氫酶喪失，就會引起：TCATCA循環(huán)中的蘋果酸、富馬酸、琥珀酸是由草酰乙酸循環(huán)中的蘋果酸、富馬酸、琥珀酸是由草酰乙酸逆逆TCATCA循環(huán)生成，使循環(huán)生成，使TCATCA循環(huán)成循環(huán)成“馬蹄形馬蹄形”。-酮戊酮戊二酸又抑制異檸檬酸脫氫酶的活性。二酸又抑制異檸檬酸脫氫酶的活性。v菌體要大量合成檸檬酸，從葡萄糖經(jīng)過EMP到檸檬酸整個代謝途徑需要暢通，在這個過程中：丙酮酸氧化脫羧，每分子丙酮酸可產(chǎn)生一分子的NA

13、DH，在有氧的條件下，每分子的NADH經(jīng)過呼吸鏈徹底氧化成H2O，并氧化磷酸化產(chǎn)生3分子的ATP，造成了微生物體內(nèi)能荷的增加，能荷增加則抑制PFK等關(guān)鍵酶的酶活性，使得從葡萄糖到檸檬酸的代謝停止。（三能荷調(diào)節(jié)對檸檬酸發(fā)酵的影響（三能荷調(diào)節(jié)對檸檬酸發(fā)酵的影響v如果NADH還原型不能夠快速的被氧化轉(zhuǎn)變成NAD氧化型），則整個反應就會因為缺乏作為推動力的氧化型的NAD而停止，仍然不能夠合成檸檬酸。檸檬酸產(chǎn)生菌可在有氧的條件下大量生成檸檬酸，也就是說，NADH即被氧化了，又沒有產(chǎn)生ATP。解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑uncoupleruncoupler）v使氧化和磷酸化脫偶聯(lián)，氧化仍可以進行，而磷酸化不能進行，解

14、偶聯(lián)劑為離子載體或通道，能增大線粒體內(nèi)膜對H+的通透性，消除H+梯度，因而無ATP生成，使氧化釋放出來的能量全部以熱的形式散發(fā)。常用解偶聯(lián)劑主要有：v質(zhì)子載體： 2，4-二硝基酚(DNP)，羰基-氰-對-三氟甲氧基苯肼(FCCP)。v質(zhì)子通道：增溫素thermogenin）。v其它離子載體：如纈氨霉素。v某些藥物：如過量的阿斯匹林也使氧化磷酸化部分解偶聯(lián)，從而使體溫升高。v一種假設：該菌體內(nèi)存在一條側(cè)系呼吸鏈，NAD(P)H經(jīng)過該呼吸鏈，可以正常的傳遞H+，將其氧化為H2O，但是并沒有氧化磷酸化生成ATP；能夠正常產(chǎn)生ATP的呼吸鏈稱之為標準呼吸鏈。v實驗證明，在某些微生物體內(nèi)確實存在側(cè)系呼吸

15、鏈，該側(cè)系呼吸鏈中的酶系強烈需氧，如在檸檬酸的發(fā)酵中，發(fā)酵液的溶氧濃度在很低水平維持一段時間，或中斷供氧一段時間20分鐘），則這一側(cè)系呼吸鏈不可逆的失活，其結(jié)果是菌體不再產(chǎn)酸，而是產(chǎn)生了大量的菌體。草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸琥珀酸琥珀酸異檸檬酸異檸檬酸蘋果酸蘋果酸延胡索酸延胡索酸乙醛酸乙醛酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA乙酸乙酸乙酸乙酸（四乙醛酸循環(huán)和醋酸發(fā)酵檸檬酸（四乙醛酸循環(huán)和醋酸發(fā)酵檸檬酸v丙酮酸脫羧反應是不可逆的，存在異檸檬酸裂解酶，草酰乙丙酮酸脫羧反應是不可逆的，存在異檸檬酸裂解酶，草酰乙酸的供給只能由乙醛酸循環(huán)來完成酸的供給只能由乙醛酸循環(huán)來完成v3醋酸醋酸 1檸檬酸檸檬酸v生成的

16、檸檬酸一生成的檸檬酸一半轉(zhuǎn)化為異檸檬半轉(zhuǎn)化為異檸檬酸酸v順烏頭酸水合酶順烏頭酸水合酶催化反應平衡為：催化反應平衡為：檸檬酸：異檸檬檸檬酸：異檸檬酸：順烏頭酸酸：順烏頭酸 = 90：7：3。細胞質(zhì)。細胞質(zhì)中積累大量異檸中積累大量異檸檬酸。檬酸。 Mn2+Mn2+缺乏缺乏抑制蛋白合成抑制蛋白合成NH4+NH4+，有一條呼吸活動強的不，有一條呼吸活動強的不產(chǎn)生產(chǎn)生ATPATP的側(cè)呼吸鏈：解除磷酸果糖激酶的代謝調(diào)節(jié)，促進的側(cè)呼吸鏈：解除磷酸果糖激酶的代謝調(diào)節(jié)，促進EMPEMP途途徑暢通。徑暢通。 丙酮酸羧化酶是組成型酶，不被調(diào)節(jié)控制。丙酮酸氧化脫羧丙酮酸羧化酶是組成型酶，不被調(diào)節(jié)控制。丙酮酸氧化脫羧生

17、成乙酰生成乙酰CoACoA和和CO2CO2的固定兩個反應的平衡，以及檸檬酸合成酶不的固定兩個反應的平衡，以及檸檬酸合成酶不被調(diào)節(jié)，增強了合成檸檬酸的能力。被調(diào)節(jié)，增強了合成檸檬酸的能力。小結(jié)：小結(jié)： 順烏頭酸水合酶在催化時建立了以下平衡：順烏頭酸水合酶在催化時建立了以下平衡： 檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸=90：3：7 同時控制同時控制Fe2+含量時，順烏頭酸酶活力降低，使檸檬酸積累。含量時，順烏頭酸酶活力降低，使檸檬酸積累。 隨著檸檬酸積累，隨著檸檬酸積累，pH降低到一定程度時，使順烏頭酸酶和異檸降低到一定程度時，使順烏頭酸酶和異檸檬酸脫氫酶失活，更有利于檸檬酸的積累

18、。檬酸脫氫酶失活，更有利于檸檬酸的積累。（五檸檬酸發(fā)酵的產(chǎn)率（五檸檬酸發(fā)酵的產(chǎn)率1、無、無CO2固定反應的產(chǎn)率固定反應的產(chǎn)率合成合成1分子檸檬酸需要分子檸檬酸需要3分分子乙酰輔酶子乙酰輔酶A，也就是需要，也就是需要1.5分子的葡萄糖。分子的葡萄糖。理論產(chǎn)率為：理論產(chǎn)率為：192 /( 1801.5) = 71.1%2、經(jīng)過、經(jīng)過 CO2固定反應提供固定反應提供C4二羧酸二羧酸四、檸檬酸發(fā)酵過程的控制要點四、檸檬酸發(fā)酵過程的控制要點（1控制控制Mn2+、NH4+濃度，解除檸檬酸對濃度，解除檸檬酸對PFK的抑制，使的抑制，使EMP暢通無阻。暢通無阻。（4控制培養(yǎng)基中的控制培養(yǎng)基中的Fe2+ 的濃度

19、及產(chǎn)酸發(fā)酵的的濃度及產(chǎn)酸發(fā)酵的pH，使順烏頭酸水合酶、異檸檬酸脫氫酶失活。，使順烏頭酸水合酶、異檸檬酸脫氫酶失活。（2） 控制溶氧，防止側(cè)系呼吸鏈失活?？刂迫苎?，防止側(cè)系呼吸鏈失活。（3篩選丙酮酸羧化酶高活性菌株，培養(yǎng)基生物篩選丙酮酸羧化酶高活性菌株，培養(yǎng)基生物素含量充足，提高素含量充足，提高CO2固定合成草酰乙酸能力固定合成草酰乙酸能力檸檬酸發(fā)酵中，三個控制點檸檬酸發(fā)酵中，三個控制點 C6H12O6控制Mn+ NH4+濃度，解除檸檬酸對PFK的抑制（1點：EMP暢通無阻控制溶氧，防止側(cè)系呼吸鏈失活丙酮酸 + 丙酮酸（2點：通過CO2固定反應生成C4二羧酸乙酰輔酶A + C4二羧酸 檸檬酸（3

20、點：檸檬酸后述的酶活性喪失或很低，控制培養(yǎng)基中的Fe2+ 的濃度檸檬酸發(fā)酵中，三個控制點五、檸檬酸產(chǎn)生菌育種的傳統(tǒng)方法：五、檸檬酸產(chǎn)生菌育種的傳統(tǒng)方法： 1. 透明圈大的菌株透明圈大的菌株 平板：平板：10%甘薯甘薯 + 2 %的瓊脂的瓊脂 + 0.5% CaCO3 誘變后，涂布，透明圈大的則好誘變后，涂布，透明圈大的則好 2. 顯色圈大小顯色圈大小 平板：麥汁培養(yǎng)基平板：麥汁培養(yǎng)基 + pH值指示劑值指示劑 誘變后，誘變后，33培養(yǎng)培養(yǎng)3天，變色圈大的則好。天，變色圈大的則好。 3. 不分解檸檬酸的菌株不分解檸檬酸的菌株 不利用檸檬酸為碳源的菌株，說明其不利用檸檬酸為碳源的菌株，說明其TCA

21、循環(huán)中檸檬循環(huán)中檸檬酸后續(xù)酶的活性較低，或者喪失，這有利于積累檸檬酸。酸后續(xù)酶的活性較低，或者喪失，這有利于積累檸檬酸。方法：以檸檬酸為唯一碳源的培養(yǎng)基上生長不好的突變株。方法：以檸檬酸為唯一碳源的培養(yǎng)基上生長不好的突變株。 4. 選育不長孢子、少長孢子、遲長孢子的菌株選育不長孢子、少長孢子、遲長孢子的菌株 在培養(yǎng)基中如果菌株能夠大量合成積累檸檬酸，自然會使在培養(yǎng)基中如果菌株能夠大量合成積累檸檬酸，自然會使TCA循環(huán)中的中間產(chǎn)物濃度降低，這樣不利于孢子的形成。循環(huán)中的中間產(chǎn)物濃度降低，這樣不利于孢子的形成。 （中間產(chǎn)物少，（中間產(chǎn)物少，C架少，不利于合成代謝，不利于孢子的架少，不利于合成代謝，

22、不利于孢子的形成）形成） 第五章第五章 氨基酸發(fā)酵機制氨基酸發(fā)酵機制 （谷氨酸發(fā)酵）（谷氨酸發(fā)酵）一、概一、概 述述v在食品工業(yè)上的應用。甘氨酸、丙氨酸具有甜味，天冬氨酸、谷氨在食品工業(yè)上的應用。甘氨酸、丙氨酸具有甜味，天冬氨酸、谷氨酸具有酸味，谷氨酸鈉、天冬氨酸鈉具有鮮味，可用作食品添加劑酸具有酸味，谷氨酸鈉、天冬氨酸鈉具有鮮味，可用作食品添加劑。蛋氨酸、賴氨酸、谷氨酸鈉、甘氨酸、丙氨酸和蘇氨酸目前作為。蛋氨酸、賴氨酸、谷氨酸鈉、甘氨酸、丙氨酸和蘇氨酸目前作為飼料添加劑。飼料添加劑。v在醫(yī)藥工業(yè)上的應用。氨基酸的混合液可供病人注射用，氨基酸的在醫(yī)藥工業(yè)上的應用。氨基酸的混合液可供病人注射用，

23、氨基酸的混合粉劑可作宇航員、飛行員的補品。精氨酸藥物用于治療由氨中混合粉劑可作宇航員、飛行員的補品。精氨酸藥物用于治療由氨中毒造成的肝昏迷；絲氨酸藥物用作疲勞回復劑；蛋氨酸、胱氨酸用毒造成的肝昏迷；絲氨酸藥物用作疲勞回復劑；蛋氨酸、胱氨酸用于治療脂肪肝；于治療脂肪肝；L谷氨酸與谷氨酸與L谷氨酰胺用于治療腦出血后的記憶谷氨酰胺用于治療腦出血后的記憶力障礙等。力障礙等。v在化妝品生產(chǎn)中的應用。氨基酸及其衍生物與皮膚的成分相似，具在化妝品生產(chǎn)中的應用。氨基酸及其衍生物與皮膚的成分相似，具有調(diào)節(jié)皮膚有調(diào)節(jié)皮膚pH和保護皮膚的功能。胱氨酸用于護發(fā)素中，絲氨酸用和保護皮膚的功能。胱氨酸用于護發(fā)素中，絲氨酸

24、用于面霜中。谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸與脂肪酸形成的表面活性劑，于面霜中。谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸與脂肪酸形成的表面活性劑，具有清洗、抗菌等功能，用于護膚品、洗發(fā)劑。具有清洗、抗菌等功能，用于護膚品、洗發(fā)劑。v在農(nóng)業(yè)上的應用。一些氨基酸在體外并無殺菌功能，但能干擾植物在農(nóng)業(yè)上的應用。一些氨基酸在體外并無殺菌功能，但能干擾植物與病原菌之間的生化關(guān)系，使植物的代謝及抗病能力發(fā)生變化，從與病原菌之間的生化關(guān)系，使植物的代謝及抗病能力發(fā)生變化，從而達到抑菌的目的。苯丙氨酸和丙氨酸可用于治療蘋果瘡痂病。用而達到抑菌的目的。苯丙氨酸和丙氨酸可用于治療蘋果瘡痂病。用甘氨酸制成了除草劑，易被微生物分解，不會造成環(huán)境

25、污染。甘氨酸制成了除草劑，易被微生物分解，不會造成環(huán)境污染。氨基酸的制備方法氨基酸的制備方法v發(fā)酵法：發(fā)酵法又可分為直接發(fā)酵法與添加前體發(fā)酵法：發(fā)酵法又可分為直接發(fā)酵法與添加前體的發(fā)酵法。添加前體法是以氨基酸的中間產(chǎn)物為的發(fā)酵法。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)化為相應的氨基酸。原料，用微生物法轉(zhuǎn)化為相應的氨基酸。v提取法：將蛋白質(zhì)原料用酸水解，然后從水解液提取法：將蛋白質(zhì)原料用酸水解，然后從水解液中提取氨基酸。目前，胱氨酸、半胱氨酸和酪氨中提取氨基酸。目前，胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸仍用提取法生產(chǎn)。酸仍用提取法生產(chǎn)。v酶法：利用微生物細胞或微生物產(chǎn)生的酶來制造酶法：利用微生物

26、細胞或微生物產(chǎn)生的酶來制造氨基酸。氨基酸。v合成法：用化學合成法制造的氨基酸有合成法：用化學合成法制造的氨基酸有DL-DL-蛋氨蛋氨酸、酸、DL-DL-丙氨酸，甘氨酸和苯丙氨酸。丙氨酸，甘氨酸和苯丙氨酸。 二、氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn)二、氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn) 氨基酸本身的合成在不同生物體中，有較大的差異，然而許多氨基酸的合成途徑在不同生物體中也有共同之處。 按照起始物可將氨基酸的合成分成幾個家族： 谷氨酸族-酮戊二酸族） 包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、賴氨酸和脯氨酸； 丙酮酸族 包括：丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸； 天冬氨酸族草酰乙酸族） 包括：天冬氨酸、天冬酰胺、蘇氨酸和異亮氨酸； 磷酸甘油酸族 包括：甘氨

27、酸、絲氨酸和半胱氨酸； 芳香族 包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸； 組氨酸 合成為單獨的一條途徑。氨基酸氨基酸使用的菌株使用的菌株 谷氨酸谷氨酸谷氨酸棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌或黃色短桿菌、谷氨酸棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌或黃色短桿菌、北京棒桿菌、鈍齒棒桿菌北京棒桿菌、鈍齒棒桿菌纈氨酸纈氨酸北京棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌北京棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌丙氨酸丙氨酸 凝結(jié)芽孢桿菌凝結(jié)芽孢桿菌脯氨酸脯氨酸鏈形寇氏桿菌鏈形寇氏桿菌 、黃色短桿菌、黃色短桿菌賴氨酸賴氨酸黃色短桿菌黃色短桿菌 、乳糖發(fā)醇短桿菌、乳糖發(fā)醇短桿菌 、谷氨酸棒桿菌、谷氨酸棒桿菌蘇氨酸蘇氨酸大腸桿菌、大腸桿菌大腸桿菌、大腸桿菌鳥氨酸鳥氨酸 谷氨酸棒

28、桿菌谷氨酸棒桿菌 、黃色短桿菌、黃色短桿菌亮氨酸亮氨酸黃色短桿菌黃色短桿菌酪氨酸酪氨酸氨酸棒桿菌氨酸棒桿菌部分氨基酸及其生產(chǎn)所用菌株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)酵氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵 氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。由氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。由發(fā)酵所生成的產(chǎn)物發(fā)酵所生成的產(chǎn)物氨基酸，都是微生氨基酸，都是微生物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累的關(guān)鍵是取物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累的關(guān)鍵是取決于是否能打破微生物的正常代謝調(diào)節(jié)。決于是否能打破微生物的正常代謝調(diào)節(jié)。v控制旁路代謝控制旁路代謝v降低反饋作用物的濃度：控制反饋作用物濃度是克服反饋抑降低反饋作用物的濃度：

29、控制反饋作用物濃度是克服反饋抑制和阻遏，使氨基酸的生物合成反應能順利進行的一種手段制和阻遏，使氨基酸的生物合成反應能順利進行的一種手段v消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏：通過使用抗氨基酸結(jié)構(gòu)類似消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏：通過使用抗氨基酸結(jié)構(gòu)類似物突變株的方法來進行物突變株的方法來進行v控制細胞滲透性控制細胞滲透性v控制發(fā)酵環(huán)境控制發(fā)酵環(huán)境v促進促進ATP的積累，以利于氨基酸的生物合成的積累，以利于氨基酸的生物合成D-蘇氨酸蘇氨酸L-蘇氨酸蘇氨酸-酮基丁酸酮基丁酸L-異亮氨酸異亮氨酸L-L-蘇氨酸蘇氨酸脫氫酶脫氫酶反饋抑制反饋抑制D-D-蘇氨酸蘇氨酸脫氫酶脫氫酶谷氨酸谷氨酸N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸N

30、-乙酰乙酰-谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸-半醛半醛N-乙酰鳥氨酸乙酰鳥氨酸鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精胺琥珀酸精胺琥珀酸精氨酸精氨酸負反饋控制負反饋控制N-乙酰谷乙酰谷氨酸激酶氨酸激酶Arg-天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰胺磷酸天冬氨酰胺磷酸天冬氨酸半縮醛天冬氨酸半縮醛高絲氨酸高絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸賴氨酸賴氨酸天冬氨天冬氨酸激酶酸激酶協(xié)同反協(xié)同反饋抑制饋抑制谷氨酸產(chǎn)生菌因環(huán)境條件變化而引起的發(fā)酵轉(zhuǎn)換谷氨酸產(chǎn)生菌因環(huán)境條件變化而引起的發(fā)酵轉(zhuǎn)換環(huán)境因子環(huán)境因子發(fā)發(fā) 酵酵 產(chǎn)產(chǎn) 物物 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換溶解氧溶解氧谷氨酸谷氨酸乳酸和琥珀酸乳酸和琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸（通氣不足）（通氣不足）（適中）（適

31、中） （通風過量，轉(zhuǎn)速過快）（通風過量，轉(zhuǎn)速過快）NH4+酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺（適量）（適量）（缺乏）（缺乏）（過量）（過量）pH值值谷氨酰胺，谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺乙酰谷酰胺谷氨酸谷氨酸（pH值值55.8，NH4+過多）過多）（中性或微堿性）（中性或微堿性）磷酸磷酸纈纈 氨氨 酸酸谷氨酸谷氨酸（高濃度磷酸鹽）（高濃度磷酸鹽） （磷酸鹽適中）（磷酸鹽適中）生物素生物素乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸（過量）（過量）（限量）（限量） 早期生產(chǎn)谷氨酸的方法有兩種，一是提取法：甜菜廠付產(chǎn)物糖蜜中含有焦谷氨酸，用強堿處理可得到谷氨酸；二是蛋白質(zhì)水解法：將面筋加酸水解，再分

32、離提純。 1957年發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸在日本協(xié)和發(fā)酵公司投產(chǎn)。 通過代謝調(diào)控發(fā)酵谷氨酸生產(chǎn)菌能夠在體外積累菌體最大生長需要量300多倍的谷氨酸三、谷氨酸發(fā)酵（一合成谷氨酸的生化途徑葡萄糖丙酮酸草酰乙酸檸檬酸琥珀酸透過細胞膜異檸檬酸- 酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸的生物合成途徑大致是：葡萄糖經(jīng)糖酵解谷氨酸的生物合成途徑大致是：葡萄糖經(jīng)糖酵解EMP途徑途徑和己糖磷酸支路和己糖磷酸支路HMP途徑生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶途徑生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A乙酰乙酰COA），然后進入三羧酸循環(huán)，生成），然后進入三羧酸循環(huán)，生成酮戊二酸。酮戊二酸。酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化

33、及有NH4+存在的條件下，存在的條件下，生成谷氨酸。生成谷氨酸。GlucoseGlucose的酵解，的酵解，EMPEMPGlucoseGlucose的有氧氧化，的有氧氧化，HMPHMP丙酮酸的有氧氧化，丙酮酸的有氧氧化，TCATCA循循環(huán)環(huán)乙醛酸循環(huán)途徑，乙醛酸循環(huán)途徑，DCADCA循環(huán)循環(huán)CO2CO2固定反應固定反應-KGA-KGA的還原氨基化的還原氨基化（二谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特征（二谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特征內(nèi)在因素內(nèi)在因素 v1 1 生物素缺陷型生物素缺陷型v谷氨酸產(chǎn)生菌大多數(shù)為生物素缺陷型谷氨酸產(chǎn)生菌大多數(shù)為生物素缺陷型, ,谷氨酸發(fā)酵時谷氨酸發(fā)酵時, , 控制生物控制生物素亞適量素亞適量

34、( (貧乏量貧乏量) ,) ,引起菌種代謝失調(diào)引起菌種代謝失調(diào), , 使谷氨酸得到大量積使谷氨酸得到大量積累。累。v2 2 具有具有CO2 CO2 固定反應的酶系固定反應的酶系v菌種能利用菌種能利用CO2 CO2 產(chǎn)生大量草酰乙酸產(chǎn)生大量草酰乙酸, , 有利于谷氨酸的大量積累。有利于谷氨酸的大量積累。v3.-KGA3.-KGA脫氫酶酶活性微弱或喪失脫氫酶酶活性微弱或喪失v這是菌體生成并積累這是菌體生成并積累-KGA-KGA的關(guān)鍵，的關(guān)鍵，-KGA-KGA是菌體進行是菌體進行TCATCA循環(huán)循環(huán)的中間性產(chǎn)物，很快在的中間性產(chǎn)物，很快在-KGA-KGA脫氫酶的作用下氧化脫羧生成琥脫氫酶的作用下氧化

35、脫羧生成琥珀酸輔酶珀酸輔酶A A，在正常的微生物體內(nèi)他的濃度很低，也就是說，由，在正常的微生物體內(nèi)他的濃度很低，也就是說，由-KGA-KGA進行還原氨基化生成進行還原氨基化生成GAGA的可能性很少。只有當體內(nèi)的可能性很少。只有當體內(nèi)-KGAKGA脫氫酶活性很低時，脫氫酶活性很低時，TCATCA循環(huán)才能夠停止，循環(huán)才能夠停止，-KGA-KGA才得以積才得以積累，為谷氨酸的生成奠定物質(zhì)基礎。累，為谷氨酸的生成奠定物質(zhì)基礎。v4.GA4.GA產(chǎn)生菌體內(nèi)的產(chǎn)生菌體內(nèi)的NADPHNADPH氧化能力欠缺或喪失氧化能力欠缺或喪失v（1 1NADPHNADPH是是-KGA-KGA還原氨基化生成還原氨基化生成G

36、AGA必須物質(zhì)，該還原氨必須物質(zhì)，該還原氨基化所需要的基化所需要的NADPHNADPH是與檸檬酸氧化脫羧相偶聯(lián)是與檸檬酸氧化脫羧相偶聯(lián) 的。的。v（2 2由于由于NADPHNADPH的在氧化能力欠缺或喪失，使得體內(nèi)的的在氧化能力欠缺或喪失，使得體內(nèi)的NADPHNADPH有一定的積累，有一定的積累，NADPHNADPH抑制抑制-KGA-KGA的脫羧氧化。的脫羧氧化。v5. 5. 乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)DCADCA的關(guān)鍵酶的關(guān)鍵酶異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶v該酶是一種別構(gòu)酶，通過該酶酶活性的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)該酶是一種別構(gòu)酶，通過該酶酶活性的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)DCADCA循環(huán)的循環(huán)的封閉，糖的代謝才能沿著封閉，糖

37、的代謝才能沿著 - - 酮戊二酸的方向進行酮戊二酸的方向進行, , 從而有從而有利于谷氨酸的積累。利于谷氨酸的積累。v6. 6. 強烈的強烈的L-L-谷氨酸脫氫酶活性谷氨酸脫氫酶活性v-KGA + NH4+ +NADPH = GA + NADP-KGA + NH4+ +NADPH = GA + NADPvL-L-谷氨酸脫氫酶的酶活性強，谷氨酸脫氫酶的酶活性強， - - 酮戊二酸易生成谷氨酸。酮戊二酸易生成谷氨酸。vL-谷氨酸脫氫酶催化-酮戊二酸易生成谷氨酸是與異檸檬酸脫羧氧化相偶聯(lián)的：v偶聯(lián)反應v -KGA NADPH -KGAv GA NADP 異檸檬酸L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶異檸檬酸脫

38、羧氧化異檸檬酸脫羧氧化 氨基酸合成的方式氨基酸合成的方式1.氨基轉(zhuǎn)移作用：轉(zhuǎn)氨酶催化的轉(zhuǎn)氨反應氨基轉(zhuǎn)移作用：轉(zhuǎn)氨酶催化的轉(zhuǎn)氨反應-酮酮戊二酸和其它氨基酸經(jīng)過轉(zhuǎn)氨酶的作用下使戊二酸和其它氨基酸經(jīng)過轉(zhuǎn)氨酶的作用下使-酮戊二酸轉(zhuǎn)化成谷氨酸。酮戊二酸轉(zhuǎn)化成谷氨酸。2.谷氨酸合成酶催化反應：谷氨酸合成酶催化反應：3. 還原氨基化作用：還原氨基化作用：NH4+供氫體輔酶供氫體輔酶的存的存在下在下-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下生成酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下生成谷氨酸。谷氨酸。（三（三GA 生物合成的理論得率生物合成的理論得率v1.存在乙醛酸循環(huán)，體系不存在CO2固定反應v3/2 C6H12O6 + N

39、H4+ C5H9NO4 + 4 CO2 v產(chǎn)率：147 /（180*3/2） = 54.4% 3/2GlucoseEMP丙酮酸丙酮酸 + 丙酮酸丙酮酸 + 丙酮酸丙酮酸CO2乙酰輔酶乙酰輔酶A + 乙酰輔酶乙酰輔酶A + 乙酰輔酶乙酰輔酶A檸檬酸檸檬酸DCA循環(huán)）循環(huán)）谷氨酸谷氨酸不存在CO2固定反應草酰乙酸草酰乙酸v2. 封閉乙醛酸循環(huán)， 存在CO2固定反應vC6H12O6 + NH4+ C5H9NO4 + CO2 v產(chǎn)率：147 / 180 = 81.7%GlucoseEMP丙酮酸丙酮酸 + 丙酮酸丙酮酸CO2CO2草酰乙酸草酰乙酸（草酰乙酸羧化酶）（草酰乙酸羧化酶）乙酰輔酶乙酰輔酶A +

40、 C4二羧酸二羧酸蘋果酸蘋果酸（蘋果酸合成酶）（蘋果酸合成酶）檸檬酸檸檬酸DCA循環(huán)封閉）循環(huán)封閉）谷氨酸谷氨酸存在CO2固定反應CO2固定反應 v(1)磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的作用下v 磷酸丙酮酸 + CO2 + GDP = 草酰乙酸 + GTPv(2)蘋果酸酶的作用下v 丙酮酸 + CO2 +NADH = 蘋果酸 + NADv 需要Mn2+做輔因子，所以，在GA發(fā)酵過程中需要向培養(yǎng)基中補充Mn2+（四）、生物素對GA發(fā)酵的影響vGA 產(chǎn)生菌大都是生物素的營養(yǎng)缺陷型，即：VH-v生物素對發(fā)酵的影響是全面的，在發(fā)酵過程中要嚴格控制其濃度。 1. 生物素對糖代謝的影響 （1） VH對于糖酵解有促

41、進作用;對丙酮酸的有氧氧化乙酰輔酶A的生成也有促進作用，對兩者的促進作用不一樣，對前者大一些。這樣培養(yǎng)基中如果有較豐富的VH，就會打破糖酵解與丙酮酸氧化之間的平衡，導致丙酮酸的積累，丙酮酸積累則可能導致乳酸的形成，乳酸生成，則使得碳源利用率降低，而且?guī)淼氖前l(fā)酵液的pH值下降。v當VH缺乏時：vA：丙酮酸的有氧氧化就會減弱(由于VH對TCA循環(huán)的促進作用)，那么：乙酰輔酶A的生成量就會少，產(chǎn)醋酸濃度降低，降低對異檸檬酸裂解酶的誘導作用；vB：VH對TCA循環(huán)促進作用的降低，使中間產(chǎn)物琥珀酸的氧化速度降低，產(chǎn)生積累，阻遏和抑制異檸檬酸裂解酶作用加強；v兩者綜合的作用：異檸檬酸裂解酶的活性喪失，D

42、CA循環(huán)得到封閉。v（2對乙醛酸循的調(diào)控?？梢酝ㄟ^控制VH的濃度，以實現(xiàn)對于乙醛酸循環(huán)的封閉。v當當VHVH豐富時，異檸檬酸裂解酶的活性加強，則豐富時，異檸檬酸裂解酶的活性加強，則DCA DCA 循環(huán)正循環(huán)正常進行，常進行，DCADCA循環(huán)的進行，一方面提供了大量的循環(huán)的進行，一方面提供了大量的“中間性產(chǎn)中間性產(chǎn)物物”，另一方面，菌體的能荷水平得到提高。前者是菌體，另一方面，菌體的能荷水平得到提高。前者是菌體增殖的物質(zhì)基礎，后者則是菌體增殖的能量的保證。結(jié)果增殖的物質(zhì)基礎，后者則是菌體增殖的能量的保證。結(jié)果是利于菌體的增殖和生長；則是利于菌體的增殖和生長；則GAGA的生物合成就會受到影響，的生

43、物合成就會受到影響，甚至停止，這在生產(chǎn)上，就是通常我們說的甚至停止，這在生產(chǎn)上，就是通常我們說的“只長菌，不只長菌，不產(chǎn)酸的現(xiàn)象。產(chǎn)酸的現(xiàn)象。 v以上分析說明，以上分析說明，GAGA發(fā)酵過程中，前期，菌體的增殖期，一發(fā)酵過程中，前期，菌體的增殖期，一定量的生物素是菌體增殖所必需的；而在產(chǎn)物合成期，則定量的生物素是菌體增殖所必需的；而在產(chǎn)物合成期，則要限制生物素的濃度，以保證產(chǎn)物的正常合成。要限制生物素的濃度，以保證產(chǎn)物的正常合成。2.2.生物素影響細胞膜的通透性生物素影響細胞膜的通透性v用能積累谷氨酸菌株做如下實驗:v生物素充足時,細胞內(nèi)含大量谷氨酸,但培養(yǎng)液里幾乎不含谷氨酸v用溶菌酶消化細胞

44、壁得到的原生質(zhì)體仍不分泌谷氨酸v當把原生質(zhì)體放入低滲溶液里,將其漲破,谷氨酸才排出v生物素亞適量時,培養(yǎng)液里含大量谷氨酸,細胞里含量少v結(jié)論:谷氨酸的分泌是由細胞膜控制；生物素影響細胞膜的通透性進而影響谷氨酸積累v生物素是脂肪酸生物合成最初反應的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶,參與了脂肪酸的合成,進而影響脂肪酸的合成.當磷脂合成量少到正常的1/2左右時,細胞變形,Glu向膜外泄漏.葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸 +丙酮酸丙酮酸乙酰輔酶乙酰輔酶A乙酰輔酶乙酰輔酶乙酰輔酶乙酰輔酶A羧化酶羧化酶CO2丙二酰輔酶丙二酰輔酶AC4丙二酰輔酶丙二酰輔酶ACO2C6CO2培養(yǎng)基中生物素限量時，胞內(nèi)AA 92% 胞外

45、培養(yǎng)基中生物素豐富時，胞內(nèi)AA 12% 胞外 2. VH對菌體細胞膜通透性的影響v菌體進入產(chǎn)物合成期時，有GA的產(chǎn)生，如果能夠大量的把產(chǎn)物及時的排泄到細胞膜外，可以解除GA對L-谷氨酸脫氫酶活性的抑制作用，從而使由GlucoseGA的高效率轉(zhuǎn)化。v谷氨酸發(fā)酵采用的菌種都是VH-，而VH又是菌體細胞膜合成的必須物質(zhì)，因此，通過控制VH的濃度，可以實現(xiàn)對菌體細胞膜通透性的調(diào)節(jié)。v限制發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素亞適量(5-10g/L).在發(fā)酵初期(0-8小時),細胞可以正常生長,當生物素耗盡后,在菌的再次倍增時,開始出現(xiàn)異常形態(tài)細胞,即完成了細胞從生長型到積累型細胞膜缺陷轉(zhuǎn)換.v谷氨酸發(fā)酵過程中,合適的發(fā)酵

46、條件如生長素、發(fā)酵溫度、pH值、通風和發(fā)酵產(chǎn)生的泡沫都是影響谷氨酸積累的主要因素。v在實際生產(chǎn)中,只有針對存在的問題,嚴格控制工藝條件,才能達到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目的。 （五（五GA發(fā)酵的外在因素發(fā)酵的外在因素1.供氧濃度/通風v過量：vNADPH的再氧化能力會加強，使-KGA的還原氨基化受到影響，不利于GA 的生成。v供氧不足： v則丙酮酸向乳酸方向轉(zhuǎn)化，積累大量的乳酸，使發(fā)酵液的pH值下降，不利于GA的產(chǎn)生，同時，一部分葡萄糖轉(zhuǎn)成了乳酸，影響了糖酸轉(zhuǎn)化率，降低了產(chǎn)物的提出率。2. NH4+濃度v（1影響到發(fā)酵液的pH值v（2與產(chǎn)物的形成有關(guān)：vNH4+過量，菌體增殖階段會抑制菌體生長，產(chǎn)酸階段G

47、lu會受谷氨酰胺合成酶作用轉(zhuǎn)化為GlnvNH4+缺乏，不利于-KGA的還原氨基化， -酮戊二酸積累，引起反饋調(diào)節(jié)NH4+的供給方式： （1流加液氨 （2流加0.8%尿素3.磷酸鹽v過量：v（1促進EMP途徑，打破EMP與TCA之間的平衡，積累丙酮酸，產(chǎn)生乳酸等 v（2產(chǎn)生并積累Val， Glucose丙酮酸丙酮酸 + 丙酮酸丙酮酸（焦磷酸硫胺素，（焦磷酸硫胺素，TPP）活性乙醛活性乙醛-乙酰乳酸乙酰乳酸ValVal合成途徑合成途徑 Val1可以抑制葡萄糖 丙酮酸，使GA的生物合成受到阻止 （2消耗丙酮酸，降低了糖酸轉(zhuǎn)化率 （3發(fā)酵液中的Val存在，嚴重的影響GA 的結(jié)晶、提取。v4. 發(fā)酵液的

48、碳氮比v碳源v在一定范圍內(nèi), 谷氨酸的產(chǎn)量隨糖含量的增加而增加；但糖含量過高, 滲透壓過大, 對菌體生長不利, 谷氨酸對糖的轉(zhuǎn)化率低。發(fā)酵液中還原糖的含量一般應控制在10 %13 % ,v氮源v氮源是合成菌體細胞蛋白質(zhì)、核酸和谷氨酸的氨基來源，大約85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌體。v谷氨酸發(fā)酵需要的氮源比一般發(fā)酵工業(yè)多得多，一般發(fā)酵工業(yè)碳氮比為100：0.22.0，谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100：1521。v在谷氨酸發(fā)酵過程中, 菌體生長期碳氮比應大一些(氮低）,在產(chǎn)酸期,碳氮比應小些(氮高）。v5. 生物素v對糖代謝的影響v對細胞膜通透性的影響v6. 發(fā)酵溫度v谷氨酸發(fā)酵前期

49、應采取菌體生長最適溫度,即3032 。溫度過低, 菌體生長繁殖慢;若溫度過高,菌體易衰老, 生產(chǎn)中表現(xiàn)為DO值增長慢, 耗糖慢, pH值高, 最終發(fā)酵周期長,產(chǎn)酸少。v發(fā)酵中、后期菌體生長基本停止, 為積累大量谷氨酸, 應適當提高發(fā)酵溫度產(chǎn)谷氨酸的最適溫度35-37 )。但溫度過高,酶易失活,谷氨酸生成受阻。v7. pH值v1） pH值對谷氨酸產(chǎn)生菌生長的影響v當高于或低于最適生長pH值范圍:(1) 菌體內(nèi)的酶受到抑制, 菌體新陳代謝受阻, 生長停滯; (2) 菌體細胞膜所帶電荷發(fā)生改變, 從而改變細胞膜的滲透性, 影響菌體對營養(yǎng)的吸收和代謝產(chǎn)物的排出; (3) 影響培養(yǎng)基組分和中間代謝產(chǎn)物的離解, 影響菌體對這些物質(zhì)的利用。v2） pH值對谷氨酸積累的影響v谷氨酸脫氫酶是合成谷氨酸的主要酶,它的最適pH為7.07.2 ,當發(fā)酵液的pH值偏酸時(pH 5.0-5.8) ,谷氨酸脫氫酶受到抑制。v在發(fā)酵后期由于耗用大量NH4+ ,pH值下降, 此時就要進行pH值調(diào)節(jié),以保證發(fā)酵的正常進行。前期pH7.58.0），中后期pH7.07.6。通過采用流加尿素，氨水等辦法調(diào)節(jié)pH，補充氮源v8. 泡沫v谷氨