NH4+双阶段发酵控制谷氨酸工艺研究Study on the Process of Controlling Glutamic Acid by NH4+ Two-Stage Fermentation
刘景阳,余子辰,徐庆阳
摘要(Abstract)：
为了缓解L-谷氨酸发酵过程中由于流加氨水调节pH所带来的高浓度NH_4~+抑制作用的问题，提出了NH_4~+双阶段发酵控制工艺。NH_4~+双阶段发酵控制工艺是指在L-谷氨酸发酵过程中采用NaOH和氨水的混合液代替氨水进行pH的调节，同时根据不同阶段NH_4~+浓度的需求调整NaOH与氨水的混合比例，使其最适于L-谷氨酸发酵。通过实验发现，发酵开始时采用NaOH和氨水摩尔混合比例为1∶7的调节液，发酵19 h后采用NaOH和氨水摩尔混合比例为1∶3的调节液代替氨水进行pH的调节，对于L-谷氨酸发酵提升效果最好，在此条件下最大OD_(600)达到了63,较基础发酵提高了23.5%,最终的菌体量为58,提高了52.6%,下降幅度为5,降低了61.5%,L-谷氨酸最终产量为171 g/L,提高了11.8%,糖酸转化率也由60.2%提高到了61.6%,同时对其代谢流进行分析后发现，L-谷氨酸代谢流提高了3.9%,L-丙氨酸、L-赖氨酸和乳酸代谢流分别降低了21.7%、21.5%和24.7%。NH_4~+双阶段发酵控制有利于提高菌体的活力和产酸性能，对于谷氨酸行业的精细化控制具有借鉴意义。
关键词(KeyWords)： L-谷氨酸;NH_4~+;双阶段发酵控制;精细化控制;代谢流
基金项目(Foundation): 内蒙古自治区重点项目(2021GG0299)
作者(Author): 刘景阳,余子辰,徐庆阳
参考文献(References)：
- [1]黄继红，蔡凤英，关丹，等.中国味精工业100年综述[J].中国调味品，2020,45(3):167-171.
- [2]白长胜.谷氨酸菌体蛋白硫酸水解工艺研究[J].中国调味品，2021,46(1):83-85.
- [3]KHAN N S,MISHRA I M,SINGH R P,et al.Modeling the growth of Corynebacterium glutamicum under product inhibition in L-glutamic acid fermentation[J].Biochemical Engineering Journal,2005,25(2):173-178.
- [4]韩隽，姬慧军.关于混合水解液的研究及应用[J].中国调味品，2017,42(11):92-94.
- [5]黄静，史建明，霍文婷，等.NH4+对L-色氨酸发酵的影响[J].中国生物工程杂志，2011,31(3):55-60.
- [6]AZADEH F,HOSSEIN R S M,ALI R S.Application of RSM for optimization of glutamic acid production by Corynebacterium glutamicum in bath culture[J].Heliyon,2021,7(6):7359.
- [7]郑梦杰，白秀峰.铵离子抑制avermectin生物合成的机理[J].中国抗生素杂志，2001,26(3):171-175,183.
- [8]冯宁，白亚磊，徐庆阳，等.NH4+浓度对黄色短杆菌XV0505发酵生产L-缬氨酸的影响[J].生物加工过程，2011,9(2):12-17.
- [9]白长胜.利用提取菲汀后的玉米浸泡水发酵生产谷氨酸[J].中国调味品，2020,45(12):112-114.
- [10]白长胜，韩隽，梁恒宇，等.谷氨酸发酵过程中溶氧控制条件优化[J].食品工业，2015,36(4):179-181.
- [11]户红通，徐达，徐庆阳，等.谷氨酸发酵过程膜偶联间歇透析发酵工艺研究[J].食品与发酵科技，2018,54(1):9-13,23.
- [12]XU Q Y,BAI F,CHEN N,et al.Removing the by-products acetic acid and NH4+ from the L-tryptophan broth by vacuum thin film evaporation during L-tryptophan production[J].Electronic Journal of Biotechnology,2018,33:46-51.
- [13]杨赞，詹良静，翟龙飞，等.NH4+对多黏菌素4E产生菌Paenibacillus polymyxa SIIA-1408代谢过程的影响[J].中国抗生素杂志，2017,42(5):348-352.
- [14]?AL1K G,üNLüTABAK F,?ZDAMAR T H.Product and by-product distributions in glutamic acid fermentation by Brevibacterium flavum:effects of the oxygen transfer[J].Biochemical Engineering Journal,2001,9(2):91-101.
- [15]田原，张勇，宋安东，等.pH值反馈控制赖氨酸补料发酵中的碳氮源补加方法[J].过程工程学报，2011,11(3):492-496.
- [16]陈运军，熊隽.谷氨酸浓度在线监测系统递阶遗传算法研究[J].中国调味品，2021,46(2):97-101.
- [17]刘剑.溶氧影响谷氨酸发酵代谢的机制及代谢通量分析[D].上海：华东理工大学，2012.
- [18]LIU X C,LIN X H,LIU S C,et al.The effect of NH4+ on phosphoenolpyruvate carboxykinase gene expression,metabolic flux and citrate content of citrus juice sacs[J].Plant Physiology and Biochemistry:PPB,2021,167:123-131.
- [19]XU Y,FU X Y,SHARKEY T D,et al.The metabolic origins of non-photorespiratory CO2 release during photosynthesis:a metabolic flux analysis[J].Plant Physiology,2021,186(1):297-314.
- [20]蔡萌萌，王健，陈宁，等.溶氧对L-羟脯氨酸发酵的影响及其控制[J].发酵科技通讯，2018,47(3):166-169.
- [21]陈立平，朱传广，孙海东.溶氧和无机盐控制对L-色氨酸发酵的影响[J].现代食品，2018(8):47-50,58.