一种高产的谷氨酸发酵模型
2007-02-25 22:57:40 来源：本站原创评论：0 点击：

2. 结果
2.1 采用低糖发酵，糖浓度低于2%时葡萄糖自动连续流加过程的发酵结果见图1。

2.2 发酵成绩的描述主要考核各项变化指标在不同时间的变化率，详见表1。
表1. 发酵中各时期主要指标的描述

　　为了得到比较高的发酵产率，在发酵的中后期，应采取补糖的方式提高发酵生产能力。实验发现：糖的补充，必然出现乳酸值的升高现象（图1）。这一过程与氧的供应量无直接关系，而与补糖的数量和时间密切相关：每补一次糖，都会出现乳酸的升高的现象，然后乳酸逐渐下降（图1）。补糖数量越多，时间越晚，乳酸的峰值越高，乳酸值的下降越慢。
　　2.3放罐时乳酸增高是造成谷氨酸转化率下降的重要原因
　　由于补糖过多过晚，造成的放罐时乳酸的增高，是造成发酵转化率下降的重要原因，这已被许多发酵厂家证实[4,5]。
　　3 讨论
　　3.1谷氨酸发酵中乳酸产生的机理
　　众所周知，谷氨酸菌的产酸是微生物产生次生物质的代谢问题。谷氨酸过程控制的主要目标的构建成一条理想的葡萄糖转化谷氨酸的代谢通道。这个通道的要素是发酵菌在生长初期形成的具有产酸能力的总菌体量，它由种子液的质量、各种生物素决定因子、其他营养因子和发酵条件所确定。谷氨酸发酵控制的全过程都是围绕这四方面进行的。
　　对于大多数发酵工厂而言，由于测定方法的限制，生物素的量不能快速地精确测定，光密度指标也很不敏感。因此寻找一个可靠的指示代谢通道的指标，是谷氨酸代谢控制的关键。乳酸峰值大小和出现时间是非常可靠又可行的代谢通道指标。
　　从理论上来说，乳酸是葡萄糖转化为谷氨酸时最重要中间产物，它与丙酮酸之间的转化是可逆的：
乳酸脱氢酶
　　L-乳酸+NAD 丙酮酸+NADH+H+ （1）
　　因此，L-乳酸出现峰值（指发酵时间为10-14小时时出现的峰值），表明了发酸过程中丙酮酸和NDAH的大量存在，为谷氨酸的合成中需要的NADPH的生成创造了必要的物质条件，在有a-酮戊二酸存在时，大量合成谷氨酸：
　　谷氨酸脱氢酶
　　a-酮戊二酸+ NADPH+NH4+ 谷氨酸+NADP+H+ （2）
　　出现乳酸峰值后的4-5小时，恰恰是产谷氨酸的高峰期，大量NH4+被消耗，NADH也可以转化成NADPH，被用于谷氨酸的合成，由于反应（1），L-乳酸向丙酮酸转化，L-乳酸的量急剧地下降到最低点，此后的发酵进入中期，代谢强度减弱，谷氨酸产生的逐渐速率变慢。
　　由此可见。乳酸峰值的大小是发酵过程控制成功与否的主要指标。它表明了发酵液配方、菌体发育程度及条件控制是否最适，代谢通道是否足够"粗"，它的检测方法十分简单：只要在第10小时-15小时每小时测定一次乳酸值，其中最高的乳酸值就是峰值。
　　3.2 特殊的乳酸值升高现象
配料成分中生物素含量太高造成乳酸值和光密度增高，见表一第17批次的结果。
缺氨也引起乳酸的增高，见第18批次的结果：在发酵中由于短时间停电，停止供给NH3水，结果出现乳酸值增高现象。
　　3.2 补料控制的研究
　　补料是提高谷氨酸发酵能力（产量/单位罐体积，单位时间）的主要途径。在乳酸峰值出现后的5-6小时，乳酸值逐渐降到最小值，这意味着谷氨酸代谢能力还没有被充分利用。但是补糖能引起乳酸值的升高（图1）。通过乳酸含量的分析，深入补料引起乳酸值升高和下降的机理，确定补料量及时间，将有可能得到最好的发酵控制结果。经研究谷氨酸发酵中最佳的补糖时机是在发酵中期乳酸值下降到低谷前的1-2小时，这一时间比传统的补糖时间要早。在最适当的时间补糖可以提高发酵的生产能力，但是，必须在乳酸检测结果的指导下进行，否则会引起发酵放罐时的乳酸增高。
　　3. 4谷氨酸发酵中乳酸控制的模型
　　通过谷氨酸发酵中乳酸出现规律的研究，设想进一步用各种补料的手段，在乳酸峰值出现后的最佳时机补料（包括糖、生物素或其它限制因子）。有可能使乳酸峰值出现后的乳酸低谷升高、并延续到发酵的中后期，并下降。通过这种方式，有可能提高发酵中后期的产谷氨酸能力，创造出和挖掘出谷氨酸发酵的最大生产能力。图2是用乳酸曲线表达的各种谷氨酸发酵可能的模型。

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