第九章氨基酸的生产工艺 氨基酸的应用 全世界AA的年需求量以10%的速度增长，年总产量120万吨以上，而其需 求量达800万吨，作为食品添加剂占40%，饲料添加剂占40%，医药保健品占20% 年产值己接近600亿美元。 氨基酸主要用于食品、医药、农业、化妆品的生产等方面。 在食品工业上的应用。甘氨酸、丙氨酸具有甜味，天冬氨酸、谷氨酸具有酸 味，谷氨酸钠、天冬氨酸钠具有鲜味，它们都可用作食品添加剂。如甘氨酸用于 清凉饮料、肉汤、酱菜等的加工，不仅能增加甜味，还能缓和苦味。赖氨酸、蛋 氨酸等人体必需的氨基酸常作为食品添加剂，用以提高食品的营养价值。在饲料 工业，目前作为饲料添加剂的氨基酸有蛋氨酸、赖氨酸、谷氨酸钠、甘氨酸、丙 氨酸和苏氨酸7种。其中以蛋氨酸（鸡饲料）、赖氨酸为主，近年某些国家己将 苏氨酸用作饲料添加剂，主要用于以麦类为主的饲料中。 在医药工业上的应用。氨基酸在医药上的应用很广。例如，氨基酸的混合液 可供病人注射用，氨基酸的混合粉剂可作宇航员、飞行员的补品。又如，精氨酸 药物用于治疗由氨中毒造成的肝昏迷：丝氨酸药物用作疲劳回复剂：蛋氨酸、胱 氨酸用于治疗脂肪肝：甘氨酸、谷氨酸用于调节胃液：L一谷氨酸与L一谷氨酰 胺用于治疗脑出血后的记忆力障碍等 在化妆品生产中的应用。氨基酸及其衍生物与皮肤的成分相似，具有调节皮 肤pH和保护皮肤的功能，现己广泛用于配制各种化妆品。例如，胱氨酸用于护 发素中，丝氨酸用于面霜中。又如，谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸与脂肪酸形成的表 面活性剂，具有清洗、抗菌等功能，用于护肤品、洗发剂中。 在农业上的应用。一些氨基酸在体外并无杀茵功能，但它们能干扰植物与病原菌 之间的生化关系，使植物的代谢及抗病能力发生变化，从而达到杀菌的目的。例 如，苯丙氨酸和丙氨酸可用于治疗苹果疮痂病。又如，美国一家公司用甘氨酸制 成了除草剂。这类农药易被微生物分解，不会造成环境污染。赖氨酸、蛋氨酸添 加在饲料中，能加速家畜、家禽的生长，改善肉的质量。 氨基酸也用于其他方面。例如，聚谷氨酸用于合成人造皮革和涂料。 谷氨酸生产，最早于1866年德国的Ritthausen博士利用硫酸水解小麦面筋
第九章 氨基酸的生产工艺 氨基酸的应用 全世界 AA 的年需求量以 10%的速度增长，年总产量 120 万吨以上，而其需 求量达 800 万吨，作为食品添加剂占 40%，饲料添加剂占 40%，医药保健品占 20%。 年产值已接近 600 亿美元。 氨基酸主要用于食品、医药、农业、化妆品的生产等方面。 在食品工业上的应用。甘氨酸、丙氨酸具有甜味，天冬氨酸、谷氨酸具有酸 味，谷氨酸钠、天冬氨酸钠具有鲜味，它们都可用作食品添加剂。如甘氨酸用于 清凉饮料、肉汤、酱菜等的加工，不仅能增加甜味，还能缓和苦味。赖氨酸、蛋 氨酸等人体必需的氨基酸常作为食品添加剂，用以提高食品的营养价值。在饲料 工业，目前作为饲料添加剂的氨基酸有蛋氨酸、赖氨酸、谷氨酸钠、甘氨酸、丙 氨酸和苏氨酸 7 种。 其中以蛋氨酸(鸡饲料)、赖氨酸为主，近年某些国家已将 苏氨酸用作饲料添加剂，主要用于以麦类为主的饲料中。 在医药工业上的应用。氨基酸在医药上的应用很广。例如，氨基酸的混合液 可供病人注射用，氨基酸的混合粉剂可作宇航员、飞行员的补品。又如，精氨酸 药物用于治疗由氨中毒造成的肝昏迷；丝氨酸药物用作疲劳回复剂；蛋氨酸、胱 氨酸用于治疗脂肪肝；甘氨酸、谷氨酸用于调节胃液；L－谷氨酸与 L－谷氨酰 胺用于治疗脑出血后的记忆力障碍等。 在化妆品生产中的应用。氨基酸及其衍生物与皮肤的成分相似，具有调节皮 肤 pH 和保护皮肤的功能，现已广泛用于配制各种化妆品。例如，胱氨酸用于护 发素中，丝氨酸用于面霜中。又如，谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸与脂肪酸形成的表 面活性剂，具有清洗、抗菌等功能，用于护肤品、洗发剂中。 在农业上的应用。一些氨基酸在体外并无杀菌功能，但它们能干扰植物与病原菌 之间的生化关系，使植物的代谢及抗病能力发生变化，从而达到杀菌的目的。例 如，苯丙氨酸和丙氨酸可用于治疗苹果疮痂病。又如，美国一家公司用甘氨酸制 成了除草剂。这类农药易被微生物分解，不会造成环境污染。赖氨酸、蛋氨酸添 加在饲料中，能加速家畜、家禽的生长，改善肉的质量。 氨基酸也用于其他方面。例如，聚谷氨酸用于合成人造皮革和涂料。 谷氨酸生产，最早于1866年德国的Ritthausen博士利用硫酸水解小麦面筋
分离到一种酸性氨基酸，原料取材，命名为谷氨酸。1910年日本的味之素公司 用水解法生产谷氨酸。1956年日本协和发酵公司分离到谷氨酸棒杆菌，1957年 开始发酵法生产味精。我国1958年开始研究，1965年在上海天厨味精厂投产。 目前我国味精的年产量己达100万吨，产销量占世界第一位 谷氨酸除用于制造味精外，还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射液等。我 国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相 比还存在一定差距。主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化率和提取 率低，易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等。 9.1谷氨酸生物合成途径及调节机制 谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解(EWP途径)和己糖磷酸支 路(WMP途径)生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA),然后进入三羧酸 循环，生成Q一酮戊二酸。α一酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有N+4存在 的条件下，生成谷氨酸。即，谷氨酸的生物合成途径包括EMP、HP、TCA循环、 DCA循环和CO2固定作用等。 谷氨酸脱氢酶 谷氨酸脱 主要的酶反应： a一酮戊二酸+NH4++NADPH?2 谷氨酸十 H20+NADP 在TCA循环中： a一酮戊二酸+NADP+CoA-SH 琥珀酰CoA+C02 CH2-COO-CoA-SH NAD NADH CHa-COO CH +C02 C-C00 glutara C-S-CoA Suceinyl-CoA AG"=-33.5 kJ/mol
分离到一种酸性氨基酸，原料取材，命名为谷氨酸。1910 年日本的味之素公司 用水解法生产谷氨酸。1956 年日本协和发酵公司分离到谷氨酸棒杆菌，1957 年 开始发酵法生产味精。我国 1958 年开始研究，1965 年在上海天厨味精厂投产。 目前我国味精的年产量已达 100 万吨，产销量占世界第一位。 谷氨酸除用于制造味精外，还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射液等。我 国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相 比还存在一定差距。主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化率和提取 率低，易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等。 9.1 谷氨酸生物合成途径及调节机制 谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解（EMP 途径）和己糖磷酸支 路（HMP 途径）生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶 A（乙酰 COA），然后进入三羧酸 循环，生成 α－酮戊二酸。α－酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有 NH+4 存在 的条件下，生成谷氨酸。即，谷氨酸的生物合成途径包括 EMP、HMP、TCA 循环、 DCA 循环和 CO2 固定作用等。 主要的酶反应： α－酮戊二酸 + NH4+＋NADPH2 谷氨酸＋ H2O＋NADP 在 TCA 循环中： α－酮戊二酸 +NADP＋CoA-SH 琥珀酰 CoA＋CO2 谷氨酸脱 氢酶 谷氨酸脱氢酶
由葡萄糖生成谷氨酸的总反应式为： C6H.0。+NH3+02→CH,0N+C03+3H,0 谷氨酸对糖的重量理论转化率为81.T%。实际生产上由于菌体生长、副产物生成 和生物合成的耗能等消耗部分糖，实际转化率低于81.7%。因此，必须合理地控 制发酵，使糖最大限度地用于合成谷氨酸。 葡萄！ 葡萄糖-6鳞酸 →6-酸葡萄糖酸 戊楷一3磷酸 丙糖3磷酸 丙酸 +乙酰CM ,草酰乙酸 节果酸 乙酰CaA柠酸 乙酷酸环 延胡索酸 乙醛酸」 顺乌头酸 ←异柠檬酸 我珀酸 线珀酸 a酮成二酸 N 透过细胞膜 一谷氨酸 图5-7谷氨的生物合成途径 EP途径和HMP途径 谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌和黄色短杆菌中，均存在这两条途径。 TCA循环 顺乌头酸和ATP对柠檬酸合成酶有抑制作用草酰乙酸和乙酰-CoA分别对其 抑制有拮抗作用：异柠檬酸脱氢酶受乙醛酸和草酰乙酸的协同反馈抑制：氟乙酸 是乌头酸酶的专一抑制剂：ā一酮戊二酸脱氢酶的活力很弱，使糖代谢流进入
由葡萄糖生成谷氨酸的总反应式为： 谷氨酸对糖的重量理论转化率为 81.7%。实际生产上由于菌体生长、副产物生成 和生物合成的耗能等消耗部分糖，实际转化率低于 81.7%。因此，必须合理地控 制发酵，使糖最大限度地用于合成谷氨酸。 EMP 途径和 HMP 途径 谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌和黄色短杆菌中，均存在这两条途径。 TCA 循环 顺乌头酸和 ATP 对柠檬酸合成酶有抑制作用草酰乙酸和乙酰-CoA 分别对其 抑制有拮抗作用；异柠檬酸脱氢酶受乙醛酸和草酰乙酸的协同反馈抑制；氟乙酸 是乌头酸酶的专一抑制剂；α－酮戊二酸脱氢酶的活力很弱，使糖代谢流进入 C6H12O6 NH3 O2 C5H9O4N CO2 3H2O 2 3 + + → + +
TCA循环后受阻在a一酮戊二酸处，在有NH4十存在下，由谷氨酸脱氢酶催化还 原氨基化生成谷氨酸。 DCA循环 在谷氨酸发酵中，DCA循环一方面可以作为TCA循环有缺陷是C4二羧酸的 补充，另一方面会使谷氨酸对糖转化率减少。TCA循环的中间产物比抑制异柠 檬酸脱氢酶更强烈的抑制异柠檬酸裂解酶：当菌体内异柠檬酸浓度低时，异柠檬 酸代谢进入TCA循环比进入DCA循环更容易。 C02固定 草酰乙酸的补充是通过C02固定反应来完成的。固定反应酶：磷酸烯醇式丙 酮酸羧化酶和苹果酸酶。 NH4+的导入 有三种方式：①α一酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸：②由天冬氨酸或丙氨酸 通过氨基转移作用将氨基转给α一酮戊二酸而生成：③谷氨酸合成酶途径。但是 谷氨酸产生菌中天冬氨酸转氨酶(G0T)和丙氨酸转氨酶(GPT)活力很低，转氨途径 并不重要。 异柠檬酸脱氢酶不仅催化α一酮戊二酸的生成，提供合成谷氨酸的前体物，并为 谷氨酸脱氢酶提供了所必需的辅酶NADPH十H+ 谷氨酸合成酶对N4十的亲和力比谷氨酸脱氢酶强得多，当环境中N4+浓度很 低时，可由谷氨酸合成酶途径合成谷氨酸。细胞内谷氨酸浓度很高时，反馈抑制 谷氨酸脱氢酶活性，但不抑制谷氨酸合成酶，所以该酶在谷氨酸发酵中的作用值 得重视。 谷氨酸生产菌及种子扩大培养 目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆 菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆 菌等。 菌种的共同特征为： 细胞形态为棒杆、短杆 3 G+,无芽孢，无鞭毛，不能运动 都是需氧型
TCA 循环后受阻在α－酮戊二酸处，在有 NH4＋存在下，由谷氨酸脱氢酶催化还 原氨基化生成谷氨酸。 DCA 循环 在谷氨酸发酵中， DCA 循环一方面可以作为 TCA 循环有缺陷是 C4 二羧酸的 补充，另一方面会使谷氨酸对糖转化率减少。 TCA 循环的中间产物比抑制异柠 檬酸脱氢酶更强烈的抑制异柠檬酸裂解酶；当菌体内异柠檬酸浓度低时，异柠檬 酸代谢进入 TCA 循环比进入 DCA 循环更容易。 CO2 固定 草酰乙酸的补充是通过 CO2 固定反应来完成的。固定反应酶：磷酸烯醇式丙 酮酸羧化酶和苹果酸酶。 NH4＋的导入 有三种方式：① α－酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸；②由天冬氨酸或丙氨酸 通过氨基转移作用将氨基转给α－酮戊二酸而生成；③谷氨酸合成酶途径。但是 谷氨酸产生菌中天冬氨酸转氨酶(GOT)和丙氨酸转氨酶(GPT)活力很低，转氨途径 并不重要。 异柠檬酸脱氢酶不仅催化α－酮戊二酸的生成，提供合成谷氨酸的前体物，并为 谷氨酸脱氢酶提供了所必需的辅酶 NADPH＋H＋ 谷氨酸合成酶对 NH4＋的亲和力比谷氨酸脱氢酶强得多，当环境中 NH4＋浓度很 低时，可由谷氨酸合成酶途径合成谷氨酸。细胞内谷氨酸浓度很高时，反馈抑制 谷氨酸脱氢酶活性，但不抑制谷氨酸合成酶，所以该酶在谷氨酸发酵中的作用值 得重视。 谷氨酸生产菌及种子扩大培养 目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆 菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆 菌等。 菌种的共同特征为： 1) 细胞形态为棒杆、短杆 2) G+，无芽孢，无鞭毛，不能运动 3) 都是需氧型
生物素缺陷型 可 脲酶强阳性 不分解淀粉 7) 发酵中菌体发生明显的形态变化，同时细胞膜渗透性的变化。 中 C02固定反应酶系活力强 乙醛酸循环弱 10) ā-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱 11) 谷氨酸脱氢酶活力强 乡 不分解谷氨酸，并能耐高浓度谷氨酸 北京棒杆菌AS1.299 形态特征： 普通光学显微镜观察在普通肉汁斜面上培养6、12、24及48小时的染色培养物， 细胞通常为短杆至小棒状，有时微呈弯曲状，两端钝圆，不分枝，呈多种形态， 即培养6小时细胞有延长现象：细胞呈单个、成对及V字型排列：细胞大小为 0.7-0.9×1.0-2.5μm 培养特征： 普通肉汁琼脂斜面中间划直线培养，呈中度生长，菌苔线状，24h为白色， 48h后稍呈淡黄色，随培养时间的延长颜色稍增深，表面湿润，光滑，有光泽， 无粘性，不产生水溶性色素。 普通肉汁琼脂平板菌落圆形，培养24h菌落为白色，直径约1mm,48h为2.5 mm,延长培养至一周可达4.5-6.5m,淡黄色，中央隆起，表面湿润，光滑且有 光泽，边缘整齐并呈半透明状，无粘性，不产生水溶性色素。 种子扩大培养： 1） 斜面：肉膏培养基，1824h,32℃ 2) 一级种子：三角瓶200ml/1000ml△，瓶口八层纱布包扎，碳 源为葡萄糖。摇床性能介绍（往复，96rpm,76mm振幅：旋转，偏心距5cm,220rpm), 瓶口八层纱布包扎，碳源为葡萄糖 二级种子：种子罐500升，培养基为水解糖 一级种子质量要求：
4) 生物素缺陷型 5) 脲酶强阳性 6) 不分解淀粉 7) 发酵中菌体发生明显的形态变化，同时细胞膜渗透性的变化。 8) CO2 固定反应酶系活力强 9) 乙醛酸循环弱 10) α-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱 11) 谷氨酸脱氢酶活力强 12) 不分解谷氨酸，并能耐高浓度谷氨酸 北京棒杆菌 AS1.299 形态特征： 普通光学显微镜观察在普通肉汁斜面上培养 6、12、24 及 48 小时的染色培养物， 细胞通常为短杆至小棒状，有时微呈弯曲状，两端钝圆，不分枝，呈多种形态， 即培养 6 小时细胞有延长现象；细胞呈单个、成对及 V 字型排列；细胞大小为 0.7-0.9×1.0-2.5μm。 培养特征： 普通肉汁琼脂斜面 中间划直线培养，呈中度生长，菌苔线状，24 h 为白色， 48 h 后稍呈淡黄色，随培养时间的延长颜色稍增深，表面湿润，光滑，有光泽， 无粘性，不产生水溶性色素。 普通肉汁琼脂平板 菌落圆形，培养 24h 菌落为白色，直径约 1mm，48 h 为 2.5 mm，延长培养至一周可达 4.5-6.5mm，淡黄色，中央隆起，表面湿润，光滑且有 光泽，边缘整齐并呈半透明状，无粘性，不产生水溶性色素。 种子扩大培养： 1) 斜面：肉膏培养基，18~24h，32℃ 2) 一级种子：三角瓶 200ml/1000ml△，瓶口八层纱布包扎，碳 源为葡萄糖。摇床性能介绍（往复，96rpm,76mm 振幅；旋转，偏心距 5cm，220 rpm）， 瓶口八层纱布包扎，碳源为葡萄糖 3) 二级种子：种子罐 500 升，培养基为水解糖 一级种子质量要求：
10 用显微镜观察，菌体粗壮、均匀，排列整齐。 用琼脂平板检查，无杂菌，无噬菌斑。 出 0D值净增在0.6左右。 4) 种子培养液pH在6.4左右。 种子培养液残糖含量在0.5%以下 二级种子质量要求： pl在7.2左右： 2) 残糖含量在1.5%以下：其他同一级种子。 谷氨酸发酵调控 在谷氨酸发酵过程中，影响菌种代谢途径的因素见下表，并且谷氨酸产生菌需要 生长因子一生物素。当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢：当生物素过量时 则转为乳酸发酵。因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的 谷氨酸。 表影响谷氨酸代谢途径的因素 因素代谢途径 话录 氧 乳酸或琥珀酸履谷氨酸 适量 NH+4 过基 a-酮戊二酸缺乏谷氨酸适量谷氨酰胺 金生2新盖 磷酸盐 亚适量 缬氨酸谷氨酸 在发酵过程中，氧、温度、H和磷酸盐等的调节和控制如下：①氧。谷氨酸 产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影 响发酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的 合成。②温度。菌种生长的最适温度为30~32℃。当菌体生长到稳定期，适当 提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到34~37℃。③H。 谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0~8.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利 用，代谢产物的积累，培养液的p会不断变化。如随着氮源的利用，放出氨， pH会上升：当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。④磷酸盐。它是谷氨酸发酵
1) 用显微镜观察，菌体粗壮、均匀，排列整齐。 2) 用琼脂平板检查，无杂菌，无噬菌斑。 3) OD 值净增在 0.6 左右。 4) 种子培养液 pH 在 6.4 左右。 5) 种子培养液残糖含量在 0.5%以下 二级种子质量要求： 1) pH 在 7.2 左右； 2) 残糖含量在 1.5%以下；其他同一级种子。 谷氨酸发酵调控 在谷氨酸发酵过程中，影响菌种代谢途径的因素见下表，并且谷氨酸产生菌需要 生长因子──生物素。当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时， 则转为乳酸发酵。因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的 谷氨酸。 表 影响谷氨酸代谢途径的因素 因 素 代 谢 途 径 氧 乳酸或琥珀酸 谷氨酸 NH+4 α-酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酰胺 pH 谷氨酰胺或乙酰谷氨酰胺 谷氨酸 磷酸盐 缬氨酸 谷氨酸 在发酵过程中，氧、温度、pH 和磷酸盐等的调节和控制如下：①氧。谷氨酸 产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影 响发酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的 合成。②温度。菌种生长的最适温度为 30～32 ℃。当菌体生长到稳定期，适当 提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到 34～37 ℃。③pH。 谷氨酸产生菌发酵的最适 pH 在 7.0～8.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利 用，代谢产物的积累，培养液的 pH 会不断变化。如随着氮源的利用，放出氨， pH 会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH 会下降。④磷酸盐。它是谷氨酸发酵
过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。发酵结束后，常用离 子交换树脂法等进行提取。 5.2细胞膜通透性的控制 在谷氨酸发酵生产中，谷氨酸生物合成过程畅通和酶活性调节适当对谷氨酸发酵 很重要，但是细胞膜的谷氨酸通透性尤为重要。 细菌细胞谷氨酸排出控制机制图5一3(P69) 在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面， 就会大量生成谷氨酸。研究表明，谷氨酸的分泌是由细胞膜控制的，或者更确切 地说，细胞膜的谷氨酸通透性受细胞膜的磷脂含量控制。因此，对谷氨酸产生菌 的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，如生物素缺陷型菌种的 选育。生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CA的辅酶。生物素缺陷型 菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。而不饱和脂肪酸是磷 脂的组成成分之一。因此，磷脂的合成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不 完整。当磷脂合成减少到正常量的50%左右时，细胞变形，谷氨酸向膜外漏出 积累于发酵液中。 此外，还可选育油酸缺陷型、甘油缺陷型等。或者添加饱和脂肪酸、表面活性 剂，它们的作用主要是在不饱和脂肪酸合成中，作为抗代谢物。即它们存在，油 酸合成下降，细胞膜透性增加： 5.3谷氨酸生产菌菌种选育模型 生物素缺陷型 生物素是脂肪酸生物合成中乙酰一CoA羧化酶的辅酶，生物素促进脂肪酸合成， 再由脂肪酸合成磷脂。选育生物素缺陷型菌株，阻断生物素合成，最终导致磷脂 合成不足，细胞膜结构不完整，提高细胞膜的谷氨酸通透性。 生物素的浓度对谷氨酸的累积量有明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适 量的情况下，才能分泌大量的谷氨酸。 因此，控制生物素的含量可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性、谷氨酸的 分泌和反馈调节。 当原料中生物素丰高时，可以在发酵适当时间添加饱和脂肪酸及其表面活性剂或 者添加青霉素，也能大量生成谷氨酸
过程中必需的，但浓度不能过高，否则会转向缬氨酸发酵。发酵结束后，常用离 子交换树脂法等进行提取。 5.2 细胞膜通透性的控制 在谷氨酸发酵生产中，谷氨酸生物合成过程畅通和酶活性调节适当对谷氨酸发酵 很重要，但是细胞膜的谷氨酸通透性尤为重要。 细菌细胞谷氨酸排出控制机制图 5－3（P69） 在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面， 就会大量生成谷氨酸。研究表明，谷氨酸的分泌是由细胞膜控制的，或者更确切 地说，细胞膜的谷氨酸通透性受细胞膜的磷脂含量控制。因此，对谷氨酸产生菌 的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，如生物素缺陷型菌种的 选育。生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰 CoA 的辅酶。生物素缺陷型 菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。而不饱和脂肪酸是磷 脂的组成成分之一。因此，磷脂的合成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不 完整。当磷脂合成减少到正常量的 50%左右时，细胞变形，谷氨酸向膜外漏出， 积累于发酵液中。 此外，还可选育油酸缺陷型、甘油缺陷型等。 或者添加饱和脂肪酸、表面活性 剂，它们的作用主要是在不饱和脂肪酸合成中，作为抗代谢物。即它们存在，油 酸合成下降，细胞膜透性增加。 5.3 谷氨酸生产菌菌种选育模型 生物素缺陷型 生物素是脂肪酸生物合成中乙酰－CoA 羧化酶的辅酶，生物素促进脂肪酸合成， 再由脂肪酸合成磷脂。选育生物素缺陷型菌株，阻断生物素合成，最终导致磷脂 合成不足，细胞膜结构不完整，提高细胞膜的谷氨酸通透性。 生物素的浓度对谷氨酸的累积量有明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适 量的情况下，才能分泌大量的谷氨酸。 因此，控制生物素的含量可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性、谷氨酸的 分泌和反馈调节。 当原料中生物素丰富时，可以在发酵适当时间添加饱和脂肪酸及其表面活性剂或 者添加青霉素，也能大量生成谷氨酸
饱和脂肪酸和它的表面活性剂对生物素有拮抗作用，阻断不饱和脂肪酸的合成 使磷脂合成受阻。 青看素的直接作用在于抑制细胞壁的合成。细胞膜失去细胞壁的保护而发生继发 性变化 选育油酸缺陷型 不饱和脂肪酸是磷脂的组成部分。选育油酸（甘油）缺陷型，阻断不饱和脂肪酸 的合成，并限制外源供给量，就可限制磷脂的合成。 选育甘油缺陷型 同上。该菌株缺失α一磷酸甘油脱氢酶，由磷酸二羟丙酮合成α一磷酸甘油的途 径被阻断。 温度敏感突变株 其他突变株 其它营养缺陷型、药物抗性突变株和敏感型突变株
饱和脂肪酸和它的表面活性剂对生物素有拮抗作用，阻断不饱和脂肪酸的合成， 使磷脂合成受阻。 青霉素的直接作用在于抑制细胞壁的合成。细胞膜失去细胞壁的保护而发生继发 性变化。 选育油酸缺陷型 不饱和脂肪酸是磷脂的组成部分。选育油酸（甘油）缺陷型，阻断不饱和脂肪酸 的合成，并限制外源供给量，就可限制磷脂的合成。 选育甘油缺陷型 同上。该菌株缺失α－磷酸甘油脱氢酶，由磷酸二羟丙酮合成α－磷酸甘油的途 径被阻断。 温度敏感突变株 其他突变株 其它营养缺陷型、药物抗性突变株和敏感型突变株