谷氨酸发酵条件优化研究开题报告

谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为a-氨基戊二酸。谷氨酸大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。味精中含少量谷氨酸。谷氨酸在许多领域都起着重要作用，主要有以下几个方面：(1)食品行业：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。（2）医药行业：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。（3）日用化妆品：在日用化妆品行业，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治疗皱纹，用于毛发作为生发剂。

谷氨酸生物合成的主要途径是：葡萄糖经糖酵解（EMP途径）和磷酸戊糖途径（HMP途径）生成丙酮酸，再被氧化成乙酰辅酶A（乙酰C0A），然后进入三羧酸循坏，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，经还原氨基化反应生成谷氨酸。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。提取谷氨酸的方法主要有等电点法、离子交换法、等电点-离子交换法、盐酸盐法，锌盐法等几种方法。目前各味精厂主要是采用等电点或等电点-离子交换法提取谷氨酸，优点是能节约酸碱用量、产品得率高，易于操作等。

谷氨酸发酵是实验课中经常涉及的一个实验内容。实验室购买的谷氨酸棒杆菌产谷氨酸量非常低。本次实验的目的是优化此菌株的培养条件，包括生物素、硫胺素、氮源和碳源等的添加量，使之最适于特定发酵过程的进行。

在摇瓶发酵条件下，为进一步研究谷氨酸棒杆菌的最佳发酵条件，以发酵液中谷氨酸产量及24h菌体量为评价指标，采用单因素与正交实验方法，通过控制温度、PH、接种量、转速、溶氧五个方面的变量的统一值，从生物素、硫胺素、氮源和碳源等的添加量几个方面，对发酵条件进行优化。

本实验首先配LB培养基、发酵培养基和种子培养基。然后着重研究发酵条件对谷氨酸产量及24h菌体量的影响。按以下步骤进行操作：

（1）生物素的添加量对谷氨酸产量及24h菌体量的影响；将通过比较5种不同浓度（0、1.5mg、2.4mg、3mg、4mg）的生物素来确定最适生物素浓度。

（2）硫胺素的添加量对谷氨酸产量及24h菌体量的影响；将通过比较5种不同浓度（0、1.0、2.0、3.0、4.0）的硫铵素来确定最适硫铵素浓度。

（3）氮源种类及添加量对产物及24h菌体量的影响；将通过比较5种不同浓度（10、20、30、40、50）单位为（g/L）的玉米浆来确定最适玉米浆浓度。

（4）碳源种类及添加量对产物及24h菌体量的影响；将通过比较5种不同浓度（80、100、120、140、160、180）单位为（g/L）的葡萄糖来确定最适葡萄糖浓度。

（5）甲醇、甘油等小分子的添加量对产物及24h菌体量的影响；将通过比较5种不同浓度（0、1、2、3、4）单位为（g/L）的甲醇来确定最适甲醇浓度；以及将通过比较5种不同浓度（0、100、200、250、300）单位为（g/L）的甘油来确定最适甘油浓度。还需要测菌体湿重=（菌体重量*100%/发酵液重量）、还原糖含量：（利用生物传感分析仪）和谷氨酸含量：（利用生物传感分析仪）。同时需要控制好发酵过程的工艺条件。

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1)2022-2022-1学期第11-19周-2022-2022-2学期第2周（2022.11.12-2022.03.10）完成翻译，谷氨酸棒杆菌活化；

2)第3-5周（2022.03.11-2022.03.31）生物素、硫胺素的添加量对谷氨酸产量及24h菌体量的影响；

3)第6-7周（2022.04.01-2022.04.14 ）氮源种类及添加量对产物及24h菌体量的影响；

4)第8-9周（2022.04.15-2022.04.28）碳源种类及添加量对产物及24h菌体量的影响；

5)第10-12周（2022.04.29-2022.05.19）甲醇、甘油等小分子的添加量对产物及24h菌体量的影响；