1.2 Производство глутаминовой кислоты

Г лутаминовая кислота (α-аминоглутаровая) имеет следующую структурную формулу

Глутаминовая кислота не является незаменимой, однако она находит широкое применение в различных областях промышленности. В наибольших масштабах глутаминовую кислоту в виде глутамата натрия используют в пищевой промышленности как усилитель вкусовых качеств пищевых продуктов и консервант. Приоритет в производстве этой аминокислоты бесспорно принадлежит Японии. Крупнейшим производителем глутамата натрия является фирма «Адзиномото».

Для биосинтеза глутаминовой кислоты используют культуры Corynebacterium glutamicum ВНИИгенетика-490, Corynebacterium glutamicum 541Р, Brevibacterium species 22.

Глутаминовая кислота может образовываться микроорганизмами двумя путями:

– восстановительным аминированием α-кетоглутаровой кислоты с образованием глутаминовой кислоты:

– переаминированием α-кетоглутаровой кислоты с участием свободных аминокислот микробной клетки в присутствии фермента аминотрансаминазы:

В том и другом случае предшественником глутаминовой кислоты является α-кетоглутаровая кислота, содержание которой пополняется за счет реакций, протекающих в цикле трикарбоновых кислот. Для интенсивного синтеза глутаминовой кислоты необходимо иметь мутант с нарушенной ферментативной системой превращения α-кетоглутаровой кислоты в янтарную кислоту (нарушено образование α-кетоглутаратдегидрогеназы).

В отличие от биосинтеза лизина концентрация биотина в среде в процессе биосинтеза глутаминовой кислоты не должна превышать 2–5 мкг/л. В противном случае интенсивно накапливаются другие аминокислоты (аланин, аспарагин, лизин, а также янтарная кислота). С увеличением концентрации биотина возрастает синтез биомассы и снижается уровень накопления глутаминовой кислоты. Максимум образования биомассы не совпадает с максимумом биосинтеза глутаминовой кислоты, т.к. потребность этих процессов в биотине различна. Некоторые антибиотики (пенициллин, тетрациклин) снимают тормозящее действие избытка биотина.

Например, биосинтетическая способность штамма Brevibacterium species 22, применяемого в производстве лизина, может быть переключена с лизина на глутаминовую кислоту путем добавления в обычную кукурузно-мелассную среду небольших количеств пенициллина (2–4 ед./мл среды), который изменяет проницаемость плазмалеммы клетки. Штамм Corynebacterium glutamicum ВНИИгенетика-3144 способен синтезировать глутаминовую кислоту на средах, содержащих до 40 мкг/л биотина, что в 8–10 раз превышает концентрацию биотина для известных продуцентов (1–5 мкг/л).

Основным источником углерода для получения глутаминовой кислоты является сахароза, глюкоза, свекловичная меласса, гидролизат крахмала. В качестве источника азота чаще всего используют мочевину в количестве 1,5–2,0%. В питательную среду также вносят биостимуляторы, например, кукурузный экстракт, дрожжевой экстракт. Недостаток азота в среде приводит к снижению концентрации глутаминовой кислоты и накоплению в среде повышенных количеств α-кетоглутаровой кислоты.

При культивировании штамма Corynebacterium glutamicum 541Р используется среда, состав которой приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1