L-谷氨酸生产关键技术创新与产业化应用

L-谷氨酸是目前产量最大的氨基酸品种,也是我国生产规模最大的生物发酵产品。随着合成生物技术以及新型生产装备和技术的发展,国内L-谷氨酸菌种和生产技术近年来取得了明显的提升。本文从L-谷氨酸产业的现状分析和关键技术创新需求的角度出发,概述了L-谷氨酸菌种和生产技术的研究进展,介绍了近年来L-谷氨酸生产关键技术的创新开发和产业应用的进展。     

环氧树脂固定化L-谷氨酸氧化酶

通过环氧树脂作为载体对经(NH4)2SO4盐析处理后的L-谷氨酸氧化酶(LGOX)进行固定化,优化固定化工艺条件,并利用固定化LGOX转化产α-酮戊二酸(α-KG)。结果表明:饱和度45%的(NH4)2SO4为最佳盐析浓度;当选用环氧树脂ES-105作为固定化载体、树脂加量为20 m L酶液(14 U/m L)加入3.5 g载体、固定化K3PO4缓冲液浓度为0.2 mol/L(p H 7.0)、固定化温度25℃、固定化时间24 h时,固定化LGOX酶活力最高,其酶活回收率为85.9%,比酶活55.7 U/g。利用该固定化酶转化L-谷氨酸产α-KG,当谷氨酸钠质量浓度为100 g/L,反应20 h,产物收率达98.2%。固定化酶重复使用14批次后,产物收率仍有90%以上;重复使用20批,收率有83.2%。因此,该固定化酶具有具良好的操作稳定性。     

L-谷氨酸氧化酶的研究进展

L-谷氨酸氧化酶（L-glutamate oxidase,GLOD）是一种以FAD为辅基的黄素蛋白酶类,可以专一性地氧化谷氨酸生成过氧化氢、氨和α-酮戊二酸,广泛应用于食品、医药、发酵等领域。从谷氨酸氧化酶的微生物来源、酶学性质、发酵条件、分离纯化及分析应用等方面进行阐述,并对其研究前景进行展望。     

耐温性L-谷氨酸发酵菌种的选育

应用基因组改组技术提高,L-谷氨酸生产菌在高温发酵条件下的谷氨酸产量。以天津短杆菌T6—13变异株SW07-1为原始亲株,分别经紫外线（UV）-硫酸二乙酯（DES）和X射线诱变,获得5株耐温性能略有提高的突变菌株。经2轮基因组改组,获得耐高温（能在44℃生长）的L-谷氨酸菌株F2-50。F2—50在38℃下,摇瓶发酵40h,发酵液中L-谷氨酸浓度比原始出发菌株提高了近41％,在41℃高温下,摇瓶发酵40h,L-谷氨酸浓度比原始出发菌株提高了近2倍。     

谷氨酸棒杆菌TL1105的L-组氨酸生物合成途径分析

目的：对谷氨酸棒杆菌TL1105由葡萄糖生物合成L-组氨酸的代谢途径进行分析,以确定L-组氨酸合成的最佳途径和最大理论产率。方法：运用METATOOL软件对谷氨酸棒杆菌TL1105合成L-组氨酸进行途径分析。结果：确定了L-组氨酸合成的最佳途径,并确定最大理论产率为1．2;通过比较途径分析所获得的基础反应模型,确定了5-磷酸核糖焦磷酸是L-组氨酸合成途径的关键节点,并且确定了谷氨酸的大量合成是L-组氨酸合成的重要前提;添加谷氨酸,L-组氨酸的产量提高了39．2％。结论：以途径分析为指导,改变外界环境因子,L-组氨酸的产量得到显著的提高。     

利用谷氨酸生产菌转化生产L-天门冬氨酸

L-天门冬氨酸在生理代谢上具有重要作用,是高血氨症、心肌功能障碍、脑神经机能亢进和肝脏系统疾病的有效治疗药物,又可作为合成高效无毒甜味剂的原料。利用微生物生产L-天门冬氨酸的方法较多,近几年来又有关于     

固定化细胞生产L-苹果酸

L-苹果酸是人体必需的一种有机酸。在医药方面,它是治疗肝功能不全,特别是多氨症的有效治疗剂。L-苹果酸锌可作为牙膏中的抗菌斑剂和抗牙结石剂。它还用作除垢剂、驱虫剂和荧光增白剂的合成原料。在食品工业上,L-苹果酸广泛用作食品添加剂、防腐剂,有抑菌与辅助抗氧化的作用;还有助于香味的产生和食品的稳定。它是一种优良的酸味剂和保鲜剂。L-苹果酸主要用于食品和饮料中,与柠檬酸相比,它的刺激性较为缓慢,酸味保留时间较长,可配制成类似     

L-谷氨酸补料分批发酵的研究

对谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriuin glutamicum)HCJ46产L-谷氨酸的补料分批发酵条件进行研究.结果表明:最适初糖质量浓度和最佳残糖维持质量浓度分别为100和(10～20)g/L;对发酵控温方式进行研究,确定了最佳温度控制策略为0～8h维持32℃,8～16h维持34℃、16～32h维持36℃,同时发现相对溶氧控制在30%左右时产酸最高.在以上的优化条件下,L-谷氨酸产量从72g/L提高到95g/L,提高了31.9%.     

代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌合成及分泌途径生产L-缬氨酸

谷氨酸棒状杆菌是目前微生物发酵生产L-缬氨酸的主要工业菌株。文中首先在谷氨酸棒状杆菌VWB-1中敲除了alaT (丙氨酸氨基转移酶),获得突变菌株VWB-2,作为出发菌株。进而对L-缬氨酸合成途径关键酶——乙酰羟酸合酶 (ilvBN) 的调节亚基进行定点突变 (ilvBN1M13),解除L-缬氨酸对该酶的反馈抑制。然后辅助过量表达L-缬氨酸合成途径关键基因ilvBN1M13、乙酰羟酸异构酶 (ilvC)、二羟酸脱水酶 (ilvD)、支链氨基酸氨基转移酶 (ilvE),加强通往L-缬氨酸的碳代谢流,提高菌株的L-缬氨酸水平。最后,基于过量表达L-缬氨酸转运蛋白编码基因brnFE及其调控蛋白编码基因lrp1,提高细胞的L-缬氨酸转运能力。最终获得工程菌株VWB-2/pEC-XK99E-ilvBN1M13CE-lrp1-brnFE在5 L发酵罐中的L-缬氨酸产量达到461.4 mmol/L,糖酸转化率达到0.312 g/g葡萄糖。     

酶法转化L-谷氨酸生产a-酮戊二酸

利用L-谷氨酸氧化酶(LGOX),对酶法转化L-谷氨酸生产α-酮戊二酸(α-KG)的工艺条件进行了研究。首先对野生菌链霉菌Streptomyces sp.FMME066进行亚硝基胍诱变,获得一株遗传性状稳定的突变株Streptomyces sp.FMME067;突变株在最优培养基(g/L):果糖10,蛋白胨7.5,KH2PO4 1,CaCl2 0.05条件下,LGOX酶活为0.14 U/mL。LGOX的生化特征为最适pH 8.5、温度35℃,Mn2+是激活剂。对LGOX转化L-谷氨酸生产α-KG的条件进行优化,在最优条件下转化24 h,α-KG产量为38.1 g/L,转化率为81.4%。研究结果为开发LGOX酶法转化生产α-KG的工业化奠定了坚实的基础。     

产生L-谷氨酸的棒状杆菌新种

从北京某食品厂的淀粉废浆水中分离出一株革兰氏染色阳性、无芽孢的产L-谷氨酸细菌。生物素是必需生长因素,硫胺素或某些氨基酸有促进生长的作用,能耐较高浓度的尿素,除由葡萄糖、果糖、甘露糖、麦芽糖、蔗糖及商藻糖产酸外,还能由肌醇、糊精及木糖产酸,但均不产气。通气培养在含葡萄糖和尿素或铵盐的适宜培养基中,能积累大量L一谷氨酸,经鉴定认为是一新种,定名为北京棒状杆菌A S 1.299(Corynebacterium pekinensen. Sp. A S 1.299)。     

苹果酸对L-谷氨酸发酵代谢流迁移的影响

为更全面深入地理解细胞内谷氨酸代谢的调控机制,以黄色短杆菌GDK-9为供试菌株,应用MATLAB软件和代谢流分析方法定量研究添加苹果酸后L-谷氨酸发酵中、后期胞内的代谢流迁移。在L-谷氨酸发酵中、后期添加2．0g／L苹果酸后,合成副产物L-丙氨酸和乳酸的代谢流量明显减少,分别降低了22．1％和16．5％,EMP途径和乙醛酸循环的代谢流分别减少了2．26％和9．09％,HMP途径的代谢流增加了2．26％,而L-谷氨酸生物合成的代谢流从73．59％增长至79．92％,较未添加前提高了6．33％。添加适量苹果酸能使关键节点发生代谢流迁移,提高了L-谷氨酸合成中心代谢途径的代谢流量。     

维生素对谷氨酸棒杆菌SYPS-062直接发酵合成L-丝氨酸的影响

研究了VB1,生物素,VB6,VB2,叶酸和VB12对一株谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）SYPS-062直接利用糖质原料发酵生产L-丝氨酸的影响,并且初步分析了这几种维生素对菌株SYPS-062发酵积累L-丝氨酸的调控机制。添加一定量的生物素,VB1和VB6表现出对L-丝氨酸积累分别为35%,28%和11%的促进;添加VB2实现了L-丝氨酸和生物量的等幅提高;而叶酸和VB12则通过促进菌株SYPS-062中1C单元循环的效率使L-丝氨酸的积累量分别提高了39%和82%,并且实现了产物转化率（YP/S）及单位细胞产率（YP/X）的显著提高。将六种维生素在其分别的最优浓度下复配,添加在发酵培养基中,结果发现发酵周期有6 h左右的缩短,并且达到的最大生物量及L-丝氨酸的积累分别为11 g/L和9.0 g/L。     

酶法转化L-谷氨酸生产α-酮戊二酸

利用L-谷氨酸氧化酶(LGOX),对酶法转化L-谷氨酸生产α-酮戊二酸(α-KG)的工艺条件进行了研究。首先对野生菌链霉菌Streptomyces sp.FMME066进行亚硝基胍诱变,获得一株遗传性状稳定的突变株Streptomyces sp.FMME067;突变株在最优培养基(g/L):果糖10,蛋白胨7.5,KH2PO4 1,CaCl2 0.05条件下,LGOX酶活为0.14 U/mL。LGOX的生化特征为最适pH 8.5、温度35℃,Mn2+是激活剂。对LGOX转化L-谷氨酸生产α-KG的条件进行优化,在最优条件下转化24 h,α-KG产量为38.1 g/L,转化率为81.4%。研究结果为开发LGOX酶法转化生产α-KG的工业化奠定了坚实的基础。     

Pgk和ilvN基因对谷氨酸棒杆菌产L-丝氨酸的影响

为增加谷氨酸棒杆菌A36的L-丝氨酸合成途径的碳流,首先过表达磷酸甘油酸激酶(pgk),以增加前体物质3-磷酸甘油酸的积累,但经发酵分析发现其对菌株A36的L-丝氨酸产量无显著影响。进一步敲除副产物L-缬氨酸合成途径的乙酰羟酸合酶(AHAS)基因ilvN,敲除该基因后L-缬氨酸只有微量积累,但重组菌并未形成营养缺陷型菌株,L-丝氨酸的产量反而下降,分析发现L-缬氨酸的存在在一定程度上有助于L-丝氨酸的生成。在培养基中分别添加不同质量浓度的L-缬氨酸,在L-缬氨酸添加量为750 mg/L时,重组菌L-丝氨酸产量达到34.19 g/L,糖酸转化率为0.34 g/g,生产强度为0.28 g/(L·h),相比出发菌株A36分别提高了11.8%、13.3%和12.0%。     

L-脯氨酸的制备研究

<正> 一前言 L-脯氨酸(L-proline)是蛋白质组成成分之一。它是一种有一亚胺基的氨基酸,是骨胶原、麸朊、玉米朊的一种较重要的成分。 L-脯氨酸,随着医药科学的发展,在复合结晶氨酸基输液的制备和医药合成工业中用途日趋广泛。在我国,目前由L-脯氨酸配伍其它氨基酸组成的用于抢救病人的十四种、十八种氨基酸大输液,已开始用于临床试验;由L-脯氨酸配伍其它氨基酸组成的用于治疗肝病的十五种氨基酸大输液正在准备进行试验;由L-脯氨酸与其它氨基酸等合成的“催产     

L-脯氨酸的制备研究

<正> 一前言 L-脯氨酸(L-proline)是蛋白质组成成分之一。它是一种有一亚胺基的氨基酸,是骨胶原、麸朊、玉米朊的一种较重要的成分。 L-脯氨酸,随着医药科学的发展,在复合结晶氨酸基输液的制备和医药合成工业中用途日趋广泛。在我国,目前由L-脯氨酸配伍其它氨基酸组成的用于抢救病人的十四种、十八种氨基酸大输液,已开始用于临床试验;由L-脯氨酸配伍其它氨基酸组成的用于治疗肝病的十五种氨基酸大输液正在准备进行试验;由L-脯氨酸与其它氨基酸等合成的“催产     

L-核糖的生产研究进展

L-核糖是合成许多抗病毒药物的关键中间体,自然界和生物体中并不存在。L-核糖的制备方法有化学合成法和生物合成法。与化学合成法相比,生物合成法对环境更加有利。生物合成法是应用微生物及其酶以核糖醇或L-阿拉伯糖为原料生产L-核糖。综述了L-核糖的制备方法以及产品的分离纯化技术,并对L-核糖的研究现状和前景进行了展望。     

利用甜菜糖蜜发酵生产L-谷氨酸的中间试验

随着味精工业的日益发展,发酵生产L-谷氨酸的工业用粮不断增加。为开辟L-谷氨酸发酵的原料来源,扩大甜菜糖蜜综合利用的范围,我们遵照毛主席关于“备战、备荒、为人民”的教导,在党的一元化领导下,组成了以工人为主体的试验小组,进行了用甜菜糖蜜代替淀粉水解糖发酵生产L-谷氨酸的试验工作,通过     

谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸北大核心CSCD

L-缬氨酸作为一种支链氨基酸,广泛应用于医药和饲料等领域。本研究借助多种代谢工程策略相结合的方法,构建了生产L-缬氨酸的微生物细胞工厂,实现了L-缬氨酸的高效生产。首先,通过增强糖酵解途径、减弱副产物代谢途径相结合的方式,强化了L-缬氨酸合成前体丙酮酸的供给;其次,针对L-缬氨酸合成路径关键酶—乙酰羟酸合酶进行定点突变,提高了菌株的抗反馈抑制能力,并利用启动子工程策略,优化了路径关键酶的基因表达水平;最后,利用辅因子工程策略,改变了乙酰羟酸还原异构酶和支链氨基酸转氨酶的辅因子偏好性,由偏好NADPH转变为偏好NADH,从而提高了L-缬氨酸的合成能力。在5L发酵罐中,最优谷氨酸棒杆菌工程菌株Corynebacterium glutamicum K020的L-缬氨酸产量、得率和生产强度分别达到了110g/L、0.51g/g和2.29 g/(L·h)。