一种利用嗜热乳杆菌从l-谷氨酸生物转化法生产l-谷氨酰胺的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物发酵技术领域，特别是涉及一种利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生 物转化法生产L-谷氨酰胺的方法。
【背景技术】
[0002] L-谷氨酰胺占人体游离氨基酸的61%，是人体最普遍的、不可缺乏的条件性必需 氨基酸。
[0003] 近二十年前，科学家们只知道L-谷氨酰胺的存在但并不是十分了解它的作用。一 般将其视为治疗消化道溃疡药物之一。但是十多年来这种情况有了巨大的改变。由于一系 列的突破性发现，科学家们认为L-谷氨酰胺是"不可缺乏的非必需氨基酸"，它已经成为发 展新型药物、临床治疗及运动营养保健的重要材料。
[0004]目前，生产L-谷氨酰胺的方法有发酵法、酶法和化学合成法。化学合成法生产过 程中要用易燃易爆的二硫化碳，工人工作条件难以令人满意，产品带有或轻或重的醋酸硫 化物臭味；酶法需要制备谷氨酰胺合成酶，制备费用高，技术难度大；发酵法是现在较通用 的L-谷氨酰胺生产方法，现有技术中主要是采用以葡萄糖为底物，黄色短杆菌为菌种直接 发酵法生产L-谷氨酰胺，该方法原材料便宜易得，产品质量可靠稳定，但是，存在着生产周 期长，效率低，产品收率低，产品不易分离提取等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种有效提高L-谷氨酰胺的 生产效率，降低L-谷氨酰胺的生产成本，缩短生产周期，发酵过程产物积累浓度高，产物易 分离提取的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺的方法。
[0006] 为实现上述发明目的所采取的技术方案为：
[0007] -种利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺的方法，其特征在 该方法是以L-谷氨酸为反应底物，以嗜热乳杆菌全细胞为生化反应的酶进行生物转化生 产L-谷氨酰胺。
[0008] 上述嗜热乳杆菌全细胞的制备方法为：首先将斜面保存的嗜热乳杆菌进行摇瓶种 子培养和发酵培养，然后离心分离，菌体破碎得到。
[0009] 上述摇瓶种子培养和发酵培养所用的培养基组成为：酪朊水解物l〇g/L，酵 母膏5g/L，牛肉膏5g/L，葡萄糖20g/L，柠檬酸二铵2g/L，吐温801. OmL/L，KH2P046g/ L, MgS04?7H20 0? 58g/L，MnS04?4H20 0? 15g/L，FeS04?7H200. 03g/L，L-谷氨酸钠25g/ L〇
[0010] 上述发酵培养条件为：发酵液接种量为5%~15%，pH值为5. 5~6. 5,培养温度 为40°C~45°C，通风量为0. 2~1. 5vvm，搅拌转速为100~200r/min，发酵时间为15~ 24h〇
[0011] 上述离心分离是指在4000~6000r/min，4~6°C下离心10~15分钟。
[0012] 上述菌体破碎采用超声波破碎，超声波工作频率20~25KHz，功率为500W~ 800W，间歇时间为30s~35s，破碎时间为10~15min。
[0013] 所述生物转化生产过程为：首先配制质量百分比浓度为15%~20%的L-谷氨酸 的水溶液，然后加入其质量的30 %~40 %的硫酸铵，用碱调整pH值为5. 8~6. 0,最后加入 L-谷氨酸质量的10%~15%的嗜热乳杆菌全细胞，在温度45°C~50°C，搅拌转速200~ 300r/min的转化条件下进行生物转化。
[0014] 在生物转化过程中流加氨水。
[0015] 在生物转化反应开始5h后，根据pH值的变化情况流加一定量的氨水，使反应体系 的pH值保持在5. 8~6. 0。
[0016] 在生物转化过程中，当转化体系连续3小时pH值的变化小于0. 1时，反应终止。
[0017] 本发明的设计原理为：
[0018] 通常来说，L-谷氨酰胺的生物合成途径是首先由葡萄糖生物合成谷氨酸，再由谷 氨酸生物合成L-谷氨酰胺，其中由L-谷氨酸生物合成L-谷氨酰胺有两个步骤：
[0019] 1.谷氨酸（GA)在谷氨酸激酶（glutamatekinase)和ATP参与下生成y-谷氨酰 磷酸；
[0020] 2.y-谷氨酰磷酸和NH4+在谷氨酰胺合成酶（GM合成酶）和Mg2+参与下进一步 生成谷氨酰胺。
[0021] 从上面可以看出，谷氨酸激酶是谷氨酰胺生物合成中的关键酶，因为它催化了谷 氨酰胺生物合成中的第一步。ATP分子中含有的两个高能磷酸键可以供给生物体活动时所 需能量，也可供给磷酸基。
[0022] 嗜热乳杆菌（Lactobacillusthermophilus)ATCC8317同黄色短杆菌的GA激酶活 性、ATP含量和GM产量之间的关系同表1所示：
[0023]表 1:
[0024]
【主权项】
1. 一种利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺的方法，其特征在该 方法是以L-谷氨酸为反应底物，以嗜热乳杆菌全细胞为生化反应的酶进行生物转化生产 L-谷氨酰胺。
2. 按照权利要求1所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺的 方法，其特征在于上述嗜热乳杆菌全细胞的制备方法为：首先将斜面保存的嗜热乳杆菌进 行摇瓶种子培养和发酵培养，然后离心分离，菌体破碎得到。
3. 按照权利要求2所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺的 方法，其特征在于上述摇瓶种子培养和发酵培养所用的培养基组成为：酪朊水解物10 g/L， 酵母膏5 g/L，牛肉膏5 g/L，葡萄糖20 g/L，柠檬酸二铵2 g/L，吐温80 LO mL/L，KH2P04 6 g/L, MgS04 · 7 H20 0· 58 g/L，MnS04 · 4H20 0· 15 g/L，FeS04 · 7H20 0· 03 g/L，L-谷氨 酸钠25g/L。
4. 按照权利要求2或3所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨 酰胺的方法，其特征在于上述发酵培养条件为：发酵液接种量为5%~15%，pH值为5. 5~ 6. 5,培养温度为40°C~45°C，通风量为0. 2~I. 5vvm，搅拌转速为100~200r/min，发酵 时间为15~24h。
5. 按照权利要求2所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺 的方法，其特征在于上述离心分离是指在4000~6000r/min，4~6°C下离心10~15分钟。
6. 按照权利要求2所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺 的方法，其特征在于上述菌体破碎采用超声波破碎，超声波工作频率20~25KHz，功率为 500W~800W，间歇时间为30s~35s，破碎时间为10~15min。
7. 按照权利要求1所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺 的方法，其特征在于所述生物转化生产过程为：首先配制质量百分比浓度为15%~20%的 L-谷氨酸的水溶液，然后加入其质量的30%~40%的硫酸铵，用碱调整pH值为5. 8~6. 0， 最后加入L-谷氨酸质量的10%~15%的嗜热乳杆菌全细胞，在温度45°C~50°C，搅拌转速 200~300r/min的转化条件下进行生物转化。
8. 按照权利要求1或7所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨 酰胺的方法，其特征是：在生物转化过程中流加氨水。
9. 按照权利要求8所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺的 方法，其特征是：在生物转化反应开始5h后，根据pH值的变化情况流加一定量的氨水，使反 应体系的pH值保持在5. 8~6. 0。
10. 按照权利要求8所述的利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺 的方法，其特征在于在生物转化过程中，当转化体系连续3小时pH值的变化小于0. 1时，反 应终止。
【专利摘要】本发明涉及一种利用嗜热乳杆菌从L-谷氨酸生物转化法生产L-谷氨酰胺的方法，其特征在该方法是以L-谷氨酸为反应底物，以嗜热乳杆菌全细胞为生化反应的酶进行生物转化生产L-谷氨酰胺。本发明建立了一种直接以L-谷氨酸为底物，通过嗜热乳杆菌（Lactobacillus thermophilus ）全细胞酶转化，直接生物合成L-谷氨酰胺的方法。本发明方法生产周期短，原料成本和设备成本低廉，生产效率很高，产物积累浓度高，最终L-谷氨酰胺的产物积累浓度可达150g/L，对L-谷氨酸的分子转化率可达80%，具有极高的经济价值，产业化应用前景十分广阔。<u/>
【IPC分类】C12R1-225, C12P13-14
【公开号】CN104830923
【申请号】CN201510211672
【发明人】仇俊鹏, 高建涛, 陈桃生, 王唐, 廖飞, 徐振华
【申请人】宁夏诚志万胜生物工程有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月29日