Proceso de fermentación para la producción de ácido glutámico
Las bacterias productoras de ácido glutámico incluyen Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium fermentadora de lactosa, Brevibacterium sporadicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniaphagogenes, etc. Las cepas de uso común en mi país incluyen Corynebacterium pekingensis, Corynebacterium purulentum, etc.
La vía biosintética del glutamato es aproximadamente la siguiente: la glucosa genera piruvato a través de la glucólisis (vía EMP) y la rama de hexosa fosfato (vía HMP), y luego se oxida a acetil coenzima A (acetil COA). el ciclo del ácido tricarboxílico para generar ácido α-cetoglutárico. El α-cetoglutarato es catalizado por la glutamato deshidrogenasa y en presencia de NH4+ para generar glutamato. Cuando falta biotina el crecimiento bacteriano es muy lento; cuando hay exceso de biotina se produce la fermentación del ácido láctico. Por lo tanto, generalmente es necesario controlar la biotina en condiciones subóptimas para obtener altos rendimientos de ácido glutámico.
En la fermentación del ácido glutámico, si se puede cambiar la permeabilidad de la membrana celular para que el ácido glutámico pueda ser descargado continuamente fuera de la célula, se producirá una gran cantidad de ácido glutámico. Las investigaciones muestran que el principal factor que afecta la permeabilidad de la membrana celular es el contenido de fosfolípidos en la membrana celular. Por lo tanto, la reproducción de bacterias productoras de glutamato a menudo comienza con el control de la síntesis de fosfolípidos o el daño de la membrana celular, como ocurre con la reproducción de cepas deficientes en biotina. La biotina es una coenzima de acetil-CoA necesaria en la síntesis de ácidos grasos insaturados. Las cepas con deficiencia de biotina no pueden sintetizar biotina, inhibiendo así la síntesis de ácidos grasos insaturados. Los ácidos grasos insaturados son uno de los componentes de los fosfolípidos. Por lo tanto, la síntesis de fosfolípidos también se reduce en consecuencia, lo que conducirá a una estructura de la membrana celular incompleta y aumentará la permeabilidad de la membrana celular al glutamato.
Durante el proceso de fermentación la regulación y control del oxígeno, temperatura, pH y fosfato es la siguiente: ① Oxígeno. Las bacterias productoras de ácido glutámico son bacterias aeróbicas. La ventilación y la agitación no solo afectarán la tasa de utilización de las fuentes de nitrógeno y carbono por parte de las bacterias, sino que también afectarán el ciclo de fermentación y la síntesis de ácido glutámico. Especialmente en las últimas etapas de la fermentación, aumentar la aireación es beneficioso para la síntesis de ácido glutámico. ②Temperatura. La temperatura óptima para el crecimiento bacteriano es de 30 a 32°C. Cuando las células bacterianas crecen hasta una etapa estable, aumentar adecuadamente la temperatura es beneficioso para la producción de ácido. Por lo tanto, en la etapa posterior de la fermentación, la temperatura se puede aumentar a 34-37°C. ③pH. El pH óptimo para la fermentación por bacterias productoras de ácido glutámico es de 7,0 a 8,0. Sin embargo, durante el proceso de fermentación, con la utilización de nutrientes y la acumulación de metabolitos, el pH de la solución de cultivo seguirá cambiando. Por ejemplo, a medida que se utiliza la fuente de nitrógeno, se libera amoníaco y el pH aumentará; cuando se utiliza azúcar para generar ácidos orgánicos, el pH disminuirá. ④Fosfato. Es necesario en el proceso de fermentación del ácido glutámico, pero la concentración no puede ser demasiado alta, de lo contrario se recurrirá a la fermentación de valina. Después de la fermentación, la extracción se suele realizar mediante el método de resina de intercambio iónico