ĐỀ TÀI : LÊN MEN SẢN XUẤT AXIT GLUTAMIC

Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
4.10.1 Nồng độ 48.
4.10.2. Thời điểm bổ sung hoá chất 48.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 49.
I. Cơ sở lý thuyết phương pháp lên men:
1. Giới thiệu về sản phẩm:
******************************************************************************
Trang 7/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
Axit glutamic là một axit amin công nghiệp quan trọng có công thức hóa học là:
C
5
H
9
O
4
N
Công thức cấu tạo: HOOC – CH
2
– CH
2
– CH – COOH
|
NH
2
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu axit glutamic (L-AG) được đẩy mạnh nhất.
Càng ngày ta càng sử dụng nhiều L-AG trong việc nâng cao sức khỏe và điều trị một số
bệnh của con người.
L-AG rất cần cho sự sống, tuy là một loại aminoaxit không phải thuộc loại không thay
thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàn cho thấy nó là một loại axitamin đóng vai trò quan
trọng trong quá trình trao đổi chất của con người và động vật trong việc xây dựng protit và
xâydựng các cấu tử của tế bào.
L-AG có thể đảm nhiệm chức năng tổng hợp nên các aminoaxit khác như alanin, lơsin,
prolin,oxyprolin…, nó tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho cơ thể tiêu hóa nhóm
amin và tách NH
3
ra khỏi cơ thể. Nó chiếm phần lớn thành phần protit và phần xám của
não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương, vì vậy
trong y học còn sử dụng L-AG trong trường hợp suy nhược thần kinh nặng, mỏi mệt, mất
trí nhớ, sự đầu độc NH
3
vào cơ thể, một số bệnh về tim, bệnh teo bắp thịt….
L-AG dùng làm thuốc chữa các bệnh về thần kinh và tâm thần, bệnh chậm phát triển trí
óc ở trẻ em, bệnh bại liệt bệnh hôn mê gan.
L-AG còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa chất quan trọng:
N-acetylglutamat là chất hoạt động bề mặt, vi sinh vật có thể phân giải được, ít ăn da, được
dùng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm, xà phòng và dầu gội đầu. Axit
oxopyrolidicacboylic, một dẫn xuất khác của L-AG được dùng làm chất giữ ẩm cho mỹ
phẩm. Acetylglutamat được dùng trong xử lý ô nhiễm nước biển do dầu hỏa và dầu thực
vật gây nên.
L-AG phân bổ rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng hợp chất và dạng tự do, có trong thành
phần của protein động thực vật.
2. Tính chất của L-AG:
2.1. Tính chất lí học:
+ Axít L-glutamic (thường gọi là Axít glutamic) là những tinh thể không màu, ít tan
trong nước, etanol, không tan trong ete, axeton.
L-AG có vị ngọt của thịt
Hằng số vật lí:
+ Trọng lượng phân tử: 137
+ Nhiệt độ phân hủy: 247 ÷ 249
0
C
******************************************************************************
Trang 8/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
+ Thăng hoa: 200
0
C
+ Độ quậy cực riêng với tia D ở 22
0
C, 31
0
C
+ Độ tan: tan ít trong H
2
O
2.2. Tính chất hóa học:
Thuộc loại axit amin có chứa một nhóm amin và 2 nhóm cacbonxylic:
- Công thức hóa học: C
5
H
9
O
4
N
- Công thức cấu tạo: HOOC – CH
2
– CH
2
– CH – COOH
|
NH
2
- L-AG hòa tan trong H
2
O tạo dung dịch có tính axit, làm quỳ tím hóa đỏ
2.2.1 Phản ứng cháy:
C
5
H
9
O
4
N + O
2
CO
2
+ H
2
O + N
2
2.2.2. Tác dụng với axit:
COOH COOH
| |
( CH
2
)
2
+ HCl  (CH
2
)
2

| |
CH – NH
2
CH – NH
3
Cl
| |
COOH COOH
2.2.3. Tác dụng với bazơ:
COOH COONa
| |
( CH
2
)
2
+ 2NaOH  (CH
2
)
2
+ 2H
2
O

| |
NH
2
– CH NH
2
– CH
| |
COOH COONa
2.2.4. Tác dụng với muối:
COOH COONa
| |
******************************************************************************
Trang 9/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
( CH
2
)
2
+ 2NaOH  (CH
2
)
2
+ 2H
2
O

| |
NH
2
– CH NH
2
– CH
| |
COOH COONa
2.2.5. Tác dụng với rượu tạo hợp chất mang nhóm chức este:

COOH COOC
2
H
5
| |
( CH
2
)
2
+ 2C
2
H
5
OH  (CH
2
)
2
+ 2H
2
O

| |
NH
2
– CH NH
2
– CH
| |
COOH COOC
2
H
5

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành L- AG:
3.1. Nguồn cacbon:
Nguồn cacbon cung cấp chẳng những các đơn vị bộ khung cacbon của L-AG mà còn
cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp của chúng. Có bốn dạng nguồn
cacbon đó là cacbon hydrat, cacbua hydro, cồn, và axit hữu cơ. Cacbon hydrat được sử
dụng rộng rãi nhất.
Trong phòng thí nghiệm có thể dùng đường glucoza, fructoza, sacaroza, mantoza, riboza,
và xyloza.
Mục đích công nghiệp: thường dùng đường glucoza thủy phân từ tinh bột, xenluloza
bằng axit hay enzim, rỉ đường mía và rỉ đường củ cải đường.
Khi dùng giống thiên nhiên lên men rỉ đường cần thêm một số chất kháng biotin như
penicilin, axit béo no C
14
-C
18
với liều lượng và thời gian thích hợp. Nếu dùng giống đột
biến không bị giới hạn bởi biotin thì điều hòa liều lượng các chất sinh trưởng thứ hai đạt
giá trị tối ưu cho từng giống tương ứng.
Nồng độ cơ chất ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất sinh tổng hợp L-AG của giống: trong
phạm vi từ 10 ÷ 21%, nồng độ glucoza càng cao, hiệu suất lên men L-AG càng thấp, hàm
lượng L-AG nội bào càng cao, hoạt lực các enzim cần cho oxy hóa glucoza và α-
xetoglutaric decaboxylaza càng cao.
******************************************************************************
Trang 10/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
3.2. Nguồn nitơ:
Cung cấp nitơ cho quá trình lên men L-AG là rất quan trọng bởi vì nitơ cần thiết cho
việc tổng hợp protêin tế bào và chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử axit glutamic. Thường
dùng các loại muối chứa NH
4
+
như NH
4
Cl, (NH
4
)
2
SO
4
…dĩ nhiên lượng lớn ion NH
4
có
trong môi trường là cần thiết, nhưng lại không có lợi cho sự phát triển của vi khuẩn cũng
như việc tích lũy L-AG. Vì thế người ta để nồng độ amoni thấp ở giai đoạn đầu và thêm
dần về sau. Trong công nghiệp thường dùng NH
3
dưới dạng nước, khí hoặc urê. Khi dùng
ure cần quan tâm đến nồng độ ban đầu vì khả năng chịu đựng ure của mỗi giống mỗi khác.
3.3. Nguồn muối vô cơ khác:
Các ion vô cơ cần cho sinh trưởng và tích lũy L-AG. Sự có mặt của các ion sau đây là
cần thiết: K
+
, Mg
+2
, Fe
+2
, Mn
+2
, PO
4
-3
, và SO
4
-2
. Liều lượng thường được dùng như sau:
K
2
HPO
4
: 0,05 ÷ 0,2% FeSO
4
: 0,0005 ÷ 0,01%
KH
2
PO
4
: 0,05 ÷ 0,2% MnSO
4
: 0,0005 ÷ 0,005%
MgSO
4
: 0,025 ÷ 0,1%
Trong đó Fe
+2
, K
+
, và đặc biệt Mn
+2
là quan trọng nhất để thu được lượng lớn L-AG. K
+
cần cho tích lũy L-AG nhiều hơn là cho sinh trưởng. Khi nghiên cứu tác dụng của Fe
+2
,
Mn
+2
, FeCl
3
, axitamin và một vài hợp chất đến sinh trưởng của M. Glutamicus, các nhà
nghiên cứu đã chỉ ra trong môi trường cơ bản, tác dụng của Fe
+2
là đặc biệt không kim loại
nào có thể thay thế vai trò của nó. Một lượng nhỏ Mn
+2
cạnh tranh với Fe
+2
trong việc hỗ
trợ vi khuẩn phát triển. Lượng lớn Fe
+2
vượt qua tác dụng cạnh tranh của Mn
+2
hỗ trợ tích
cực cho sinh trưởng của các vi khuẩn. Nhờ phản ứng tạo phức càng cua với các chất có
trong môi trường mà Fe
+2
phát huy được tác dụng. Thêm hỗn hợp các axit amin và clorua
sắt vào môi trường có lợi cho vi khuẩn phát triển. Nhưng khi nồng độ Fe
+2
quá cao và môi
trường có L-AG, glucoza và axit hữu cơ của chu trình tricacboxylic thì L-AG sẽ bị B.
Flavum 2297 đồng hóa và tiêu hao dần. Hiện tượng tiêu hao L-AG còn được thúc đẩy nhờ
nồng độ biotin và MgSO
4
. Song nếu có mặt (NH
4
)
2
SO
4
với nồng độ cao hiện tượng tiêu hao
L-AG sẽ bị ức chế.
3.4. Nguồn các chất điều hòa sinh trưởng:
Chất điều hòa sinh trưởng bậc nhất trong môi trường lên men L-AG nhờ các giống thiên
nhiên là biotin. Để có hiệu suất lên men L-AG cao, nồng độ biotin phải nhỏ hơn nồng độ
tối ưu cần thiết cho sinh trưởng. Nồng độ biotin tối ưu cho lên men L-AG phân biệt rõ rệt
cho từng loại giống, nhưng nói chung khoảng từ 2 đến 5 μg/l môi trường. biotin quyết định
sự tăng trưởng tế bào, quyết định cấu trúc màng tế bào, cho phép L-AG thấm ra ngoài môi
trường hay không và có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hóa cơ chất tạo nên L-AG.
Biotin được cung cấp dưới dạng hóa chất tinh khiết hay nguyên liệu giàu biotin như cao
ngô, rỉ đường củ cải đường và rỉ đường mía.
3.5. Nguồn các chất khác:
******************************************************************************
Trang 11/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
Axit xitric, axit oxalic, tri- hoặc tetra-poliphotphat là 4 hóa chất ở nồng độ 0,05 ÷ 0,1%
ức chế 100% thể thực khuẩn của Micrbacterium ammoniaphilum. Thường cho vào môi
trường lên men L-AG 1 trong 4 hóa chất kể trên để phòng ngừa thực khuẩn thể.
Sản xuất L-AG trong môi trường giàu biotin nên cho vào môi trường phụ gia gồm một
mạch polioxyethylen và ít bã của axit béo bão hòa để tăng hiệu suất lên men L-AG.
Hợp chất polyglyxerin đặc biệt từ glyxerin và polyoxyalken và đưa hợp chất này vào
môi trường lên men làm cho Corynebacterium glutamicum tích lũy được một lượng lớn L-
AG trong một thời gian ngắn, khoảng 18 giờ.
3.6. Ảnh hưởng của pH:
pH tối ưu cho sinh trưởng và tạo L-AG của các vi khuản sinh L-AG là trung tính hoặc
hơi kiềm. Khi dùng môi trường sacarit người ta phải điều chỉnh pH suốt quá trình lên men
vì môi trường luôn có xu hướng trở nên axit do sự hình thành L-AG và các axit hữu cơ
khác gây nên. Liên tục bổ sung NH
4
+
để thực hiện hai chức năng cơ bản là điều chỉnh pH
và cung cấp NH
3
cho việc tổng hợp phân tử L-AG, có thể thay nhóm amôn bằng urê vì
phần lớn ta có thể đưa NH
3
dưới dạng khí hoặc nước vào lên men để điều chỉnh pH trong
khoảng 7 ÷ 8 giờ, tối ưu cho sinh trưởng và tạo L-AG.
3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Đa số vi khuẩn sinh L-AG sinh trưởng và tạo L-AG tốt ở 30 ÷ 35
0
C, số ít ở 35 ÷ 37
0
C, cá
biệt ở 41 ÷ 43
0
C. Khi tiến hành quá trình nuôi dưỡng chính ở 37
0
C và nuôi dưỡng ở 30
0
C
thì hiệu suất chuyển hóa là 15% và kéo theo sự chuyển hóa của axit lactic. Thêm xistin vào
môi trường có thể nuôi B. divaricatum ở 37
0
C ở giai đoạn phụ mà vẫn tạo hiệu suất lên men
cao, trong khi nếu không thêm chỉ có thể nuôi cấy được ở 30
0
C.
3.8. Ảnh hưởng của hệ thống gió và khuấy:
Mục đích: Thứ nhất duy trì nồng độ oxy hòa tan ở mức trên giá trị tới hạn, thứ hai khống
chế nồng độ CO
2
ảnh hưởng rất lớn tới sinh trưởng và tích lũy L-AG của các vi khuẩn.
Cung cấp đủ oxy (ứng với tốc độ chuyển dịch oxy r
at
= 10,5 x 10
-7
[mol/ml.ph] ) quá
trình lên men diễn ra dịu dàng, trơn tru, hoạt lực hô hấp của các tế bào cao, tiêu thụ đường
nhanh, thời gian tạo L-AG dài ( 4 ÷ 24 giờ), tốc độ tạo L-AG và hiệu suất lên men tốt, còn
khi cung cấp thiếu oxy ( r
ab
= 2,3 x 10
-7
[mol/ml.ph] ), nhu cầu oxy không được đảm bảo thì
sau 10 giờ lên men, tốc độ sinh trưởng và tốc độ tiêu thụ đường chậm, thời gian tạo L-AG
ngắn (4 ÷ 6 giờ), hiệu suất lên men L-AG kém nhưng lại tạo ra một lượng lớn axit lactic và
axit sucxinic. Khi cung cấp dư thừa oxy (r
ab
= 68,1 x 10
-7
[mol/ml.ph] ) thì sự sinh trưởng và
tiêu hao đường bị ức chế mạnh mẽ, hoạt lực hô hấp của tế bào thấp, chỉ có một lượng cực
kỳ nhỏ L-AG được tạo thành và thay vào đó là axit α - xetoglutaric. Như vậy cung cấp ít
hoặc thừa oxy đều không tốt: cung cấp ít oxy làm hại cho quá trình sinh trưởng, cung cấp
thừa oxy làm hại cho sự tạo L-AG.
Mức oxy hòa tan ở hai điều kiện không và có khống chế áp suất oxy hòa tan là cực kỳ
thấp, xấp xỉ bằng không và hiệu suất lên men L-AG là giống nhau. Nếu khống chế áp suất
oxy hòa tan (P
L
) thì phải làm sao cho áp suất đó lớn hơn 0 và nhỏ hơn 0,35 atm, bởi vì
******************************************************************************
Trang 12/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
trong phạm vi này hiệu suất lên men L-AG đạt giá trị cực đại và nếu để P
L
lớn hơn 0,35 atm
thì tốc độ tiêu hao đường và tạo L-AG đều giảm.
3.9. Ảnh hưởng của việc cung cấp điện tử:
Cung cấp điện tử cho quá trình lên men L-AG từ glucoza nhờ B. flavum No2247 bằng
cách thêm thuốc nhuộm mang tính khử hoặc oxy hóa vào môi trường ngay từ đầu hoặc dẫn
dòng điện yếu một chiều qua dịch trong quá trình lên men và thấy rằng đỏ trung tính nồng
độ 0,01 mM có tác dụng rất tốt, dòng điện 200 ÷ 300 μA/cm
2
ở điện thế 1,5V khi được dẫn
qua dịch có tác dụng làm tăng hiệu suất lên men L-AG từ 44,3 g/l lên 51g/l, tức là tăng
khoảng 15%. Bản chất của hiệu ứng trên là chỗ khi có dòng điện chạy qua các tế bào hấp
thụ nhiều ion kali hơn và do vậy, màng tế bào có tính bán thấm tốt hơn đối với L-AG.
Trong trường hợp lên men trong môi trường giàu biotin, chế độ cung cấp điện tử làm thay
đổi thành phần axit béo tế bào và cấu trúc bề mặt tế bào dẫn tới tế bào giàu biotin tương tự
tế bào nghèo biotin và dễ cho L-AG nội bào thấm ra ngoài môi trường.
3.10. Ảnh hưởng của thực khuẩn thể:
Thực khuẩn thể là kẻ thù không đội trời chung của các vi khuẩn được ứng dụng trong
sản xuất công nghiệp. Các thực khuẩn thể của B. lactofermentum No2256, một chủng đang
được dùng trong các nhà máy sản xuất L-AG tại Nhật. hầu hết các thực khuẩn thể phân lập
được rất nhạy cảm với các tác nhân vật lý và hóa học, dễ bị bất hoạt trong 5 ÷ 10 phút ở
75
0
C, khá bền ở pH 6 ÷ 9, sống hàng tháng ở trạng thái ẩm 10% và chết nhanh chóng ở độ
ẩm 90%. Độ đục sinh khối vi khuẩn và hiệu suất lên men L-AG phụ thuộc thời điểm xâm
nhập vào thời điểm 0 ÷ 8 giờ sau khi bắt đầu lên men. Ngược lại độ đục dịch men không
thay đổi nếu sau 12 giờ vi khuẩn mới bị các thực thể tấn công. Vi khuẩn vẫn phát triển bình
thường. Thời kỳ làm quen của các thực thể rất ngắn, chỉ khoảng 30 ÷ 50 phút. Sau đó
các thực khuẩn thể sinh sản theo hàm số logarit. Để an toàn sản xuất, người ta cho các chất
giống thực khuẩn thể vào môi trường ngay từ đầu và không bao giờ hy vọng chọn được
một chủng vi khuẩn mãi mãi bền vững với thực khuẩn thể bởi vì các thực khuẩn thể có đặc
tính đột biến chuỗi, tức là luôn tự biến đổi để thích nghi với vi khuẩn chủ mới ra đời. Ngoài
ra phải tiến hành biện pháp luân canh, 2 ÷ 3 tháng đổi giống sản xuất một lần.
4. Các yếu tố điều hòa quá trình lên men:
4.1. Biotin:
4.1.1. Sự hấp thụ biotin của tế bào:
Nồng độ biotin tế bào phụ thuộc vào nồng độ biotin trong môi trường. Ba loại môi
trường tùy theo nồng độ biotin: Nghèo biotin (3μg/l), giàu biotin (20μg/l) và dư thừa biotin
(300μg/l). Khi được nuôi dưỡng trong môi trường nghèo và giàu biotin, các tế bào vi khuẩn
hấp thụ toàn bộ biotin ở giai đoạn tiềm phát và ở thời kỳ đầu của giai đoạn phát triển
logarit. Lúc này nồng độ tế bào đạt tới mức cao nhất và giảm dần về lượng theo sự gia tăng
của sinh khối. mức cuối cùng của biotin tế bào ở môi trường nghèo biotin là 0,5μg/l tế bào
khô và ở môi trường giàu biotin là 1,5μg/l tế bào khô. Khi được nuôi dưỡng trong môi
trường thừa biotin, các tế bào vi khuẩn không hấp thụ hết số biotin có trong môi trường mà
để lại để lại 50μg/l. lúc này các tế bào đã bão hòa biotin và dừng sinh trưởng khi môi
******************************************************************************
Trang 13/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
trường không còn cơ chất, cơ chất khống chế sinh trưởng chứ không phải là biotin khống
chế sinh trưởng như ở trong môi trường nghèo biotin, mức biotin bão hòa của tế bào là
20μg/l tế bào khô. Nồng độ biotin môi trường 3μg/l là tối ưu tạo L-AG và 20μg/l cần thiết
cho sinh trưởng tối đa và 300μg/l cần thiết để bão hòa vi khuẩn. Trong đó mức sau cùng ít
ai quan tâm tới. Nếu cấy truyền các tế bào bão hòa biotin vốn không có khả năng L-AG vào
môi trường không có biotin thì các tế bào vẫn sinh trưởng và tích lũy L-AG bởi vì qua sinh
trưởng biotin tế bào giảm dần về lượng cho tới khi đạt mức thấp nhất là 0,5μg/l tế bào khô,
mức sản sinh L-AG của tế bào. Nồng độ tế bào tối ưu cho việc tạo L-AG là 0,2μg/l hoặc ít
hơn.
Như vậy giảm nồng độ biotin nội bào của các tế bào giàu biotin xuống mức tối thiểu qua
sinh trưởng là biện pháp hữu hiệu chuyến sang trạng thái sinh L-AG. Đây chưa phải là biện
pháp duy nhất.
4.1.2. Tác dụng của biotin:
Biotin kích thích vi khuẩn sinh trưởng và tích lũy L-AG. Khi đủ biotin vi khuẩn sinh
trưởng vừa phải, diễn biến lên men êm dịu và L-AG tạo được nhiều. Khi thừa biotin vi
khuẩn sinh trưởng rất mạnh mẽ, tiêu hao đường nhanh, sinh rất ít L-AG, thay vào đó là
nhiều axit lactic, α-xetoglutaric, sucxinic, aspactic và alanin. Khi thiếu biotin vi khuẩn sinh
trưởng và tạo L-AG kém.
Nồng độ biotin tối ưu cho sản sinh L-AG thay đổi theo nguồn cơ chất và nồng độ cơ
chất trong môi trường. khi dùng glucoza với nồng độ 10% làm cơ chất thì nồng độ biotin
tối ưu là 3μg/l. Nếu hạ thấp nồng độ glucoza thì nồng độ biotin tối ưu cũng giảm xuống và
đạt giá trị cực kỳ nhỏ. Nếu thay thế glucoza bằng axit axetic thì nồng độ biotin tối ưu chỉ
bằng 1/10 nồng độ biotin tối ưu khi dùng glucoza.
4.1.3. Biotin và con đường trao đổi glucoza:
Lên men L-AG bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nồng độ biotin, nồng độ oxy hòa tan,
nồng độ muối amino và pH. Nồng độ biotin và oxy hòa tan là hai yếu tố chủ yếu điều khiển
sự trao đổi glucoza, xác định loại và lượng sản phẩm của quá trình lên men. Biotin có ảnh
hưởng nhất định đến sự hình thành một số enzim trong các tế bào vi khuẩn sinh L-AG.
4.1.4. Biotin và chu trình glycolat:
Người ta thấy rằng khi thừa biotin, tốc độ phân giải glucoza tăng lên rõ rệt, tạo ra rất
nhiều pyrurat và một lượng đáng kể pyrurat đã bị biến đổi thành lactat và được thải vào
môi trường. Hơn thế biotin còn điều chỉnh tốc độ oxy hóa hoàn toàn cơ chất cacbon và xác
định hiệu suất tăng thu hồi trong sinh tổng hợp L-AG.
Trong điều kiện hiếm khí, tế bào giàu và nghèo biotin đều tổng hợp L-AG từ xirat và
NH
4
+
với tốc độ như nhau.
Chu trình glyoxylat bao gồm các giai đoạn khử cacbon hiếu khí các hợp chất
oxaloaxetat, malat và pyrurat là hệ thống oxy hóa hoàn toàn cơ chất ở các vi sinh vật sinh
L-AG. Chu trình này là một hệ thống luôn được bổ sung các axit dicacboxylic C
4
cần thiết
cho việc sinh tổng hợp L-AG và hoạt động tốt nhờ có mặt của axetat
******************************************************************************
Trang 14/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
Trong môi trường glucoza nghèo biotin, corynebacterium glutamicum hầu như không có
IXL, một enzim then chốt của chu trình glyoxylat. Có hai nguyên nhân gây nên hiện tượng
này: một là sự thiếu hụt axetat do giảm oxy hóa pyruvat ở tế bào nghèo biotin làm giảm
tổng hợp cảm ứng enzim IXL, hai là sự tăng tích tụ sucxinat thường thấy trong tế bào
nghèo biotin làm ức chế IXL. Do vậy chu trình glyoxylat phải chuyển hướng và dòng trao
đổi chất phải chuyển từ izoxytrat sang α- XG và L-AG làm lợi cho tích tụ L-AG.
Chu trình có hai vai trò quan trọng phụ thuộc vào mức độ phân giải malat và
oxaloaxetat. Thứ nhất, hoạt động của nó như là một hệ thống oxy hóa hoàn toàn đối với
axetat và thứ hai củng cố và tăng cường hệ thống sinh tổng hợp L-AG. Thông thường khi
có mặt của IXD và IXL với số lượng lớn thì cơ chất bị oxy hóa hoàn toàn và không có L-
AG sinh ra. Các tế bào nghèo biotin có rất ít IXL và IXD và chúng tạo L-AG tốt.
Người ta thấy khi lên men L-AG từ nguồn cacbon duy nhất là axetat thì cả hai chu trình
trao đổi chất glyoxylat và TCA đều hoạt động cùng hai enzim then chất của hai chu trình
này là IXL và IXD. Cả hai enzim đều thể hiện tác dụng khi có mặt izoxytrat là chất khởi
đầu chung cho cả hai chu trình. IXL xúc tác tạo glyoxylat, còn IXD xúc tác tạo NADPH từ
izoxytrat.
4.1.5. Các chất thay thế biotin:
Thay thế một phần biotin bằng axit aspactic, nhưng không thể thay thế bằng viatmin
nhóm B hoặc ion kim loại. nhiều chất tương tự biotin hay tiền chất của biotin có thể thay
thế hoàn toàn biotin nhưng hoạt lực thấp và đoi khi làm giảm cả hiệu suất sinh L-AG.
Bảng: Tác dụng của các chất thay thế biotin trong lên men L-AG
Các chất thay thế biotin Lượng
dùng
(μg/l)
Tỷ lệ hoạt
lực
(%)
L-AG
(g/l)
Các chất tương tự biotin
D-biotin 6 100,0 43,7
Biotin-D-sulfoxyt 8 80,8 45,1
Bioxysin 10 91,5 43,1
Dl-destiobiotin 10 52,5 46,1
Các tiền chất của biotin
Axit biotin diamino cacboxylic 1600 0.34 39,4
Axit 7,8-diaminopelargonic 200 3,10 48,1
******************************************************************************
Trang 15/50
Đề tài: Lên men sản xuất axit gltamic GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh
******************************************************************************
Axit 7-xeto-8aminopelargonic 600 0,92 51,3
Axit 7-amino-8xetopelargonic 4000 0,14 44,5
Axit 7,8-dixetopelargonic 25000 0,018 43,1
Axit 7-amino 8-hydroxy pelargonic 400000 0,001 37,2
Axit oleic 500000 0,0014 36,2
Axit oleic là đáng chú ý vì nó có thể thay thế hoàn toàn biotin cả trong kích thích sinh
trưởng lẫn tích lũy L-AG của các chủng Micrococcus glutamicus và B. flavum.
4.2. Các chất kháng biotin:
4.2.1. Penicilin G (PG):
Khi thêm PG vào quá trình lên men làm cho các vi khuẩn M. glutamicus, B. glavum
No2247, B.amoniagenes ATCC 6871 và Microbacterium ammoniaphilum ATCC 15354
tích lũy một lượng lớn L-AG và ngay khi môi trường dư biotin.
Không thêm PG, L-AG nội bào cao hơn hẳn L-AG ngoại bào, khi thêm PG, L-AG nội
bào thấp hơn L-AG ngoại bào rất nhiều. như vậy thêm PG làm cho L-AG dễ thấm từ trong
tế bào ra ngoài môi trường qua tế bào.
4.2.2. Các chất có tác dụng tương tự PG:
Các chất hoạt động bề mặt mang ion dương, ion âm hay không ion hóa đều có tác dụng
tương tự PG. Hai hoạt động bề mặt S
1
( polyetylen glycol được acuyl hóa bằng axit stearic
và palmaitic) và S
2
( laurylamin) chính xác vào thời điểm của pha chỉ số, kết hợp bổ sung rỉ
đường củ cải đã đạt được hiệu quả lên men L-AG 100g/l. Nhiều loại rượu cũng có tác dụng
tương tự PG, dặc biệt là isobutanol. Resorcinol, n-propionat và pentachlorophenol cũng có
hoạt lực tương tự PG.
4.3. Điều chỉnh khả năng bán thấm của tế bào:
4.3.1. Sự giải phóng axit amin tự do nội bào:
Khả năng sinh L-AG giữa có tế bào giàu biotin và nghèo biotin là do sự khác nhau ở độ
thẩm thấu tế bào đối với L-AG gây nên, hơn thế nữa độ thẩm thấu ấy là do bản chất cấu tạo
của màng tế bào quyết định,nói cách khác màng tế bào của tế bào giàu biotin đã được cấu
tạo cần chắc, ngăn cản không cho L-AG nội bào thấm ra ngoài.
4.3.2. Biến tính tế bào dẫn đến khả năng sinh L-AG:
Các tế bào sinh trưởng giàu biotin không có khả năng sinh L-AG ngay sau khi thêm PG,
Tween 60 hay chất hoạt động bề mặt hữu hiệu nào khác mà phải trải qua một hay nhiều chu
******************************************************************************
Trang 16/50

Xem chi tiết: ĐỀ TÀI : LÊN MEN SẢN XUẤT AXIT GLUTAMIC