谷氨酸生产及调节

1、谷氨酸生产及调节111412252邹亚巍一 谷氨酸的简介及用途二 谷氨酸的制备机理及代谢网络三 谷氨酸发酵生产的调控四 小结一 谷氨酸的简介及用途 谷氨酸（Glu），学名：-氨基戊二酸；其单钠盐：谷氨酸钠，商品名称味精，是重要的调味品。性质 溶解性：微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇，溶于盐酸溶液。等电点：3.223.22；用途 1、食品业 谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。在食品中浓度为0.2%-0.5%，每人每天允许摄入量(ADl)为0120

2、微克/千克(以谷氨酸计)。在食品加工中一般用量为0.21.5克/公斤。 2、日用化妆品等 谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种，作为营养药物可用于皮肤和毛发。用于生发剂，能被头皮吸收，预防脱发并使头发新生，对毛乳头、毛母细胞有营养功能，并能扩张血管，增强血液循环，有生发防脱发功效。用于皮肤，对治疗皱纹有疗效。 3、下游产品开发 谷氨酸可生产许多重要下游产品如L谷氨酸钠、聚谷氨酸等。新型的聚合氨基酸，含有氨基的药物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，形成大分子前药或靶向大分子载体，接入特异性的基因，可进行特殊的分离或提纯，这一聚合物在医药领域会有很广泛的应用前景。 4、医药行业 谷氨酸还可

3、以用于医药中，因为谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一，虽然它不是人体必须的氨基酸，但它可作为碳氮营养与机体代谢，有较高的营养价值。谷氨酸被人体吸收后，易与血氨形成谷酰氨，能解除代谢过程中氨的毒害作用，因而能预防和治疗肝昏迷，保护肝脏，是肝脏疾病患者的辅助药物。脑组织只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，故谷酰胺可作为脑组织的能量物质，改进维持大脑机能。谷氨酸作为神经中枢及大脑皮质的补剂，对于治疗脑震荡或神经损伤、癫痫以及对弱智儿童均有一定疗效。用谷氨酸制成的成药有药用谷氨酸内服片，谷氨酸钠（钾）注射液，谷氨酸钙注射液，乙酰谷氨酸注射液等。 二 谷氨酸的制备机理及代谢网络 谷氨酸的生物合成途径大致是

4、：葡萄糖经EMP途径或HMP途经生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A，然后进入TCA，再通过乙醛酸循环、CO2固定作用，生成a-酮戊二酸，a-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下生成谷氨酸三 谷氨酸发酵生产及调控 谷氨酸生产菌 日前用于谷氨酸发酵的菌种有谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、黄色短杆菌、嗜氨小杆菌、球形节杆菌。我国常使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌A51.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6T13等。GAGA生物合成的内在因素 GA产生菌必须具备以下条件： 1.KGA脱氢酶酶活性微弱或丧失 这是菌体生成并积累KGA的关键，KGA是菌

5、体进行TCA循环的中间性产物，很快在KGA脱氢酶的作用下氧化脱羧生成琥珀酸辅酶A，在正常的微生物体内他的浓度很低，也就是说，由KGA进行还原氨基化生成GA的可能性很少。只有当体内KGA脱氢酶活性很低时，TCA循环才能够停止，KGA才得以积累。 2.GA产生菌体内的NADPH的在氧化能力欠缺或丧失 （1）NADPH是KGA还原氨基化生成GA必须物质，而且该还原氨基化所需要的NADPH是与柠檬酸氧化脱羧相偶联 的。 （2）由于NADPH的再氧化能力欠缺或丧失，使得体内的NADPH有一定的积累，NADPH对于抑制KGA的脱羧氧化有一定的意义。 3.产生菌体内必须有乙醛酸循环（DCA）的关键酶异柠檬酸

6、裂解酶。 该酶是一种调节酶，或称为别构酶，其活性可以通过某种方式进行调节，通过该酶酶活性的调节来实现DCA循环的封闭，DCA 循环的封闭是实现GA 发酵的首要条件。 4.菌体有强 烈 的L 谷 氨酸脱氢酶活性 L 谷氨酸脱氢酶，实质上GA产生菌体内该酶的酶活性都很强，该反应的关键是与异柠檬酸脱羧氧化相偶联GAGA发酵的外在因素 GA发酵是一个典型的代谢控制发酵，固然有其内在的菌体特性，但是正如任何事物发展的基本规律一样，外在因素仍然有重要的作用，对于GA的发酵也是一样。 1.供氧浓度 过量：NADPH的再氧化能力会加强，使KGA的还原氨基化受到影响，不利于GA 的生成。 供氧不足：积累大量的乳

7、酸，使发酵液的pH值下降，不利于GA的产生，同时，一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖酸转化率，降低了产物的提出率。 2. NH4+浓度 （1）影响到发酵液的pH值 （2）与产物的形成有关： 过低，不利于KGA的还原氨基化 过高，产生固安酰胺 NH4+的供给方式： （1）液氨 （2）流加尿素 3.磷酸盐 过量：（1）促进EMP途径，打破EMP与TCA之间的平衡，积累丙酮酸，产生乳酸等 （2）产生并积累Val， 途径如下：Glucose 丙酮酸 + 丙酮酸 （焦磷酸硫胺素，TPP） 活性乙醛 乙酰乳酸 Val Val （1）可以抑制葡萄糖转变丙酮酸，使GA的生物合成受到阻止 （2）消耗了丙酮酸，降低

8、了糖酸转化率 （3）发酵液中的Val存在，严重的影响GA 的结晶、提出。 环境因素的影响 （1）生物素：作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合在，进而影响磷酯的合成。 当磷酯含量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变形，谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。 生物素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产谷氨酸，你谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多 （2）种龄和种量的控制 一级种子控制在11-12h，二级控制在7-8h。 种量为1。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸量不高。 （3）pH 发酵前期，幼龄细胞对pH较敏感，pH过低，菌体生长旺盛，营养成分消耗

9、大，转入正常发酵慢，长菌不长酸。 谷氨酸脱氢酶最适pH为7.0-7.2，转氨酶最适pH 7.2-7.4。在发酵中后期，保持pH不变。过高转为谷氨酰胺，过低氨离子不足。 4）通风：不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐大小要求通风量不同。 在长菌体阶段，通风量过大，生物素缺乏，抑制菌体生长。 在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累a-酮戊二酸。四 小结谷氨酸是如何积累的？ 谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通过控制生物素亚适量，使最后一代细菌细胞变形、拉长，改变了细胞膜的通透性，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。 1.谷氨酸高产菌株丧失或仅有微弱的a-酮戊二酸脱氢酶活力，使a-酮戊二酸不能继续氧化；2.CO2固定反应的能力强，使四碳二羧酸全部是由CO2固定反应提供，而不走乙醛酸循环，以提高对糖的利用率；3.谷氨酸脱氢酶的活力很强，并