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您当前的位置： 一种提高L-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法与流程
2021-02-02 09:02:07|
485|
起点商标网 一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法
技术领域
[0001]
本发明涉及l-谷氨酸发酵领域，尤其是一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法。
背景技术：
[0002]
近几年来，随着l-谷氨酸在食品、医药、化工和饲料等行业的广泛应用，l-谷氨酸产量需求巨大，仅味精一种产品，年产量就达到了170多万吨，出口50多个国家，销售收入近180亿元，市场前景巨大。l-谷氨酸的生产方法有很多，包括：化学合成法、蛋白质水解法、酶法和微生物发酵法，但能够进行大规模工业化生产l-谷氨酸的方法只有微生物发酵法。
[0003]
然而目前我国l-谷氨酸发酵行业仍然存在着发酵产酸低、糖酸转化率低、副产物多和提取收率低等问题。同时，近几年来随着原材料成本上涨、劳动力成本提高和环境问题，进一步加剧了l-谷氨酸行业的困难，限制了企业的经济效益。因此如何进一步提高微生物发酵生产l-谷氨酸产量和糖酸转化率的能力，就成为了重中之重。
技术实现要素：
[0004]
本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，将氨基酸螯合微量元素一部分添加到发酵培养基中，另一部分随葡萄糖流加发酵，所述氨基酸螯合微量元素由蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰和丙氨酸螯合锌组成，其中，氨基酸螯合微量元素由蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰和丙氨酸螯合锌的重量比为：10-20：10-15 ：2-6。
[0006]
上述氨基酸与微量元素螯合后，一方面补充了发酵培养基中有效氨基酸的营养成分，另一方面增加了菌体对于微量元素的吸收效果，提高了菌体的生长活力和生产性能，从而提高了l-谷氨酸的产量和糖酸转化率。
[0007]
优选的，上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，具备步骤如下：（1）菌体活化：将保藏在-80℃冰箱中的生物素亚适量型谷氨酸棒杆菌接种到斜面上传代活化，传代两次；斜面培养基为蛋白胨5g/l，牛肉膏10g/l，酵母粉4g/l，玉米浆干粉25ml/l，kh
2
po
4
1g/l，mgso
4
0.2g/l，nacl1g/l，琼脂粉25g/l，甲硫氨酸0.2g/l，ph=6.8-7.0；（2）种子培养：将活化好的菌株用无菌水洗脱，洗脱后全部接种到配置好的种子培养基中进行种子培养，所述种子培养基为：葡萄糖 40g/l，玉米浆干粉 10g/l，kh
2
po
4 2g/l，mgso
4
·
7h
2
o 0.8g/l，蛋氨酸螯合铁80mg/l，蛋氨酸螯合锰60mg/l，丙氨酸螯合锌20mg/l；种子培养条件为：温度维持在32
±
2℃，溶氧控制在20-40%，ph通过氨水控制在近7.0；（3）发酵培养：当种子培养基中的菌体量（od
600
）达到15以上时，按20%的接种量接种到发酵培养基，发酵过程中氨基酸螯合微量元素随葡萄糖溶液流加，所述氨基酸螯合微量元素包括蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，各组分在葡萄糖溶液中的含量分别为
100-200mg/l、100-150mg/l、20-60mg/l，所述发酵培养基为葡萄糖60g/l，玉米浆30g/l，豆浓 20 ml/l，kh
2
po
4 2.5g/l，mgso
4
·
7h
2
o 1.2g/l，kcl 1g/l，蛋氨酸螯合铁80mg/l，蛋氨酸螯合锰60mg/l，丙氨酸螯合锌20mg/l，甜菜碱1g/l，v
b1
0.5mg/l；发酵培养条件为：温度控制在34
±
2℃，溶氧维持在30-50%，ph通过氨水控制在近7.0。
[0008]
优选的，上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，所述蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌在葡萄糖溶液中的含量分别为150-170mg/l、110-130mg/l、30-50mg/l。
[0009]
优选的，上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，所述蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌在葡萄糖溶液中的含量分别为160mg/l、120mg/l、40mg/l。
[0010]
优选的，上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，流加的所述葡萄糖溶液的质量浓度为80%，发酵过程中维持残糖含量为3-5g/l。
[0011]
有益效果：上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，采用氨基酸螯合微量元素，一方面补充了发酵培养基中有效氨基酸的营养成分，另一方面增加了菌体对于微量元素的吸收效果，提高了菌体的生长活力和生产性能，从而提高了l-谷氨酸的产量和糖酸转化率，发酵38 h，菌体量（od600）最高达到了40，l-谷氨酸的产量为181g/l，糖酸转化率为68.1%，分别比对照组提高了17.6%、13.8%和3.1%。
具体实施方式
[0012]
实施例1一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，具体步骤如下：菌体活化：将保藏在-80℃冰箱中的生物素亚适量型谷氨酸棒杆菌gkg-047(中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏菌株，编号：cgmcc no.5481)接种到斜面上传代活化，接种到斜面上传代活化，传代两次。斜面培养基为蛋白胨5g/l，牛肉膏10g/l，酵母粉4g/l，玉米浆干粉25ml/l，kh
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1g/l，mgso
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0.2g/l，nacl1g/l，琼脂粉25g/l，甲硫氨酸0.2g/l，ph=6.8-7.0；种子培养：将活化好的菌株用无菌水洗脱，洗脱后全部接种到配置好的种子培养基中进行种子培养。种子培养基为：葡萄糖 40g/l，玉米浆干粉 10g/l，kh
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4 2g/l，mgso
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·
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2
o 0.8g/l，蛋氨酸螯合铁80mg/l，蛋氨酸螯合锰60mg/l，丙氨酸螯合锌20mg/l。种子培养条件为：温度维持在32℃左右，溶氧控制在20-40%，ph通过氨水控制在7.0左右。
[0013]
发酵培养：当种子培养基中的菌体量（od
600
）达到15以上时，按20%的接种量接种到发酵培养基，发酵过程中氨基酸螯合微量元素随葡萄糖溶液流加。发酵培养基为葡萄糖60g/l，玉米浆30g/l，豆浓 20 ml/l，kh
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4 2.5g/l，mgso
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·
7h
2
o 1.2g/l，kcl 1g/l，蛋氨酸螯合铁80mg/l，蛋氨酸螯合锰60mg/l，丙氨酸螯合锌20mg/l，甜菜碱1g/l，v
b1 0.5mg/l。发酵培养条件为：温度控制在34℃，溶氧维持在30-50%，ph通过氨水控制在7.0左右，发酵液中残糖控制在3-5g/l，流加葡萄糖的质量浓度为80%，其中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为150mg/l、110mg/l、30mg/l。
[0014]
实施例2流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为160mg/l、
120mg/l、40mg/l，其他步骤参照实施例1。
[0015]
实施例3流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为170mg/l、130mg/l、50mg/l，其他步骤参照实施例1。
[0016]
实施例4流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为100mg/l、100mg/l、20mg/l，其他步骤参照实施例1。
[0017]
实施例5流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为200mg/l、150mg/l、60mg/l，其他步骤参照实施例1。
[0018]
实施例6采用常规发酵，发酵培养基和流加葡萄糖中不添加蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，而是选择添加0.45mmol/l feso
4
、0.34mmol/l mnso
4
和0.18mmol/l znso
4
（等摩尔浓度的对应无机盐离子），其他步骤参照实施例1。
[0019]
实施例7采用常规发酵，发酵培养基和流加葡萄糖中不添加蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，而是选择添加0.79mmol/l 蛋氨酸和0.18mmol/l 丙氨酸（等摩尔浓度的对应氨基酸），其他步骤参照实施例1。
[0020]
实施例8采用常规发酵，发酵培养基和流加葡萄糖中不添加蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，而是选择添加0.45mmol/l feso
4
、0.34mmol/l mnso
4
、0.18mmol/l znso
4
、0.79mmol/l 蛋氨酸和0.18mmol/l 丙氨酸（等摩尔浓度的对应无机盐离子和氨基酸），其他步骤参照实施例1。
[0021]
实施例9采用常规发酵，发酵培养基和流加葡萄糖中不添加蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，其他步骤参照实施例1。
[0022]
表1实施例生物量、l-谷氨酸产量和糖酸转化率对比指标 最大菌体量l-谷氨酸产量（g/l）糖酸转化率（%）实施例13816766.7实施例24018168.1实施例338.917567.2实施例436.616366.4实施例538.116567.3实施例63415965实施例735.515864.6实施例837.817366.7实施例93215564.5通过实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5的对比分析可以得出，随着蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌添加量的提高，菌体的生长性能和生产性能出现先升
高后下降的趋势，这表明当添加量过低时，营养物质的缺乏导致菌体活力下降，反之添加量过高，高底物浓度和高渗透压带来的负面效应也会降低菌体的生长和生产能力，其中实施例2，即当流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为160mg/l、120mg/l、40mg/l时，最大菌体量达到了40，l-谷氨酸产量为181 g/l，糖酸转化率为68.1%，效果最好。
[0023]
分析实施例2、实施例6、实施例7、实施例8和实施例9，即添加氨基酸螯合剂、单独添加等量对应无机盐离子、单独添加等量对应氨基酸、混合添加对应无机盐离子与氨基酸和不添加对应无机盐离子和氨基酸，五种不同添加方式所示结果表明，向发酵液中添加无机盐离子和氨基酸确实有利于菌体生长和发酵产酸，其中添加氨基酸螯合剂效果最为明显，与不添加对应无机盐离子和氨基酸的常规发酵（最大菌体量为32，l-谷氨酸产量为155 g/l，糖酸转化率为64.5%）相比，最大菌体量、l-谷氨酸产量和糖酸转化率分别提高了20%、16.7%和3.6%，由此可以推断氨基酸螯合剂的添加，加快了菌体对于无机盐离子和氨基酸的吸收效果，从而在提高菌体活力，增加l-谷氨酸产量和糖酸转化率方面表现出积极作用。
[0024]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术领域
[0001]
本发明涉及l-谷氨酸发酵领域，尤其是一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法。
背景技术：
[0002]
近几年来，随着l-谷氨酸在食品、医药、化工和饲料等行业的广泛应用，l-谷氨酸产量需求巨大，仅味精一种产品，年产量就达到了170多万吨，出口50多个国家，销售收入近180亿元，市场前景巨大。l-谷氨酸的生产方法有很多，包括：化学合成法、蛋白质水解法、酶法和微生物发酵法，但能够进行大规模工业化生产l-谷氨酸的方法只有微生物发酵法。
[0003]
然而目前我国l-谷氨酸发酵行业仍然存在着发酵产酸低、糖酸转化率低、副产物多和提取收率低等问题。同时，近几年来随着原材料成本上涨、劳动力成本提高和环境问题，进一步加剧了l-谷氨酸行业的困难，限制了企业的经济效益。因此如何进一步提高微生物发酵生产l-谷氨酸产量和糖酸转化率的能力，就成为了重中之重。
技术实现要素：
[0004]
本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，将氨基酸螯合微量元素一部分添加到发酵培养基中，另一部分随葡萄糖流加发酵，所述氨基酸螯合微量元素由蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰和丙氨酸螯合锌组成，其中，氨基酸螯合微量元素由蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰和丙氨酸螯合锌的重量比为：10-20：10-15 ：2-6。
[0006]
上述氨基酸与微量元素螯合后，一方面补充了发酵培养基中有效氨基酸的营养成分，另一方面增加了菌体对于微量元素的吸收效果，提高了菌体的生长活力和生产性能，从而提高了l-谷氨酸的产量和糖酸转化率。
[0007]
优选的，上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，具备步骤如下：（1）菌体活化：将保藏在-80℃冰箱中的生物素亚适量型谷氨酸棒杆菌接种到斜面上传代活化，传代两次；斜面培养基为蛋白胨5g/l，牛肉膏10g/l，酵母粉4g/l，玉米浆干粉25ml/l，kh
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1g/l，mgso
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0.2g/l，nacl1g/l，琼脂粉25g/l，甲硫氨酸0.2g/l，ph=6.8-7.0；（2）种子培养：将活化好的菌株用无菌水洗脱，洗脱后全部接种到配置好的种子培养基中进行种子培养，所述种子培养基为：葡萄糖 40g/l，玉米浆干粉 10g/l，kh
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o 0.8g/l，蛋氨酸螯合铁80mg/l，蛋氨酸螯合锰60mg/l，丙氨酸螯合锌20mg/l；种子培养条件为：温度维持在32
±
2℃，溶氧控制在20-40%，ph通过氨水控制在近7.0；（3）发酵培养：当种子培养基中的菌体量（od
600
）达到15以上时，按20%的接种量接种到发酵培养基，发酵过程中氨基酸螯合微量元素随葡萄糖溶液流加，所述氨基酸螯合微量元素包括蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，各组分在葡萄糖溶液中的含量分别为
100-200mg/l、100-150mg/l、20-60mg/l，所述发酵培养基为葡萄糖60g/l，玉米浆30g/l，豆浓 20 ml/l，kh
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o 1.2g/l，kcl 1g/l，蛋氨酸螯合铁80mg/l，蛋氨酸螯合锰60mg/l，丙氨酸螯合锌20mg/l，甜菜碱1g/l，v
b1
0.5mg/l；发酵培养条件为：温度控制在34
±
2℃，溶氧维持在30-50%，ph通过氨水控制在近7.0。
[0008]
优选的，上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，所述蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌在葡萄糖溶液中的含量分别为150-170mg/l、110-130mg/l、30-50mg/l。
[0009]
优选的，上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，所述蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌在葡萄糖溶液中的含量分别为160mg/l、120mg/l、40mg/l。
[0010]
优选的，上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，流加的所述葡萄糖溶液的质量浓度为80%，发酵过程中维持残糖含量为3-5g/l。
[0011]
有益效果：上述提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，采用氨基酸螯合微量元素，一方面补充了发酵培养基中有效氨基酸的营养成分，另一方面增加了菌体对于微量元素的吸收效果，提高了菌体的生长活力和生产性能，从而提高了l-谷氨酸的产量和糖酸转化率，发酵38 h，菌体量（od600）最高达到了40，l-谷氨酸的产量为181g/l，糖酸转化率为68.1%，分别比对照组提高了17.6%、13.8%和3.1%。
具体实施方式
[0012]
实施例1一种提高l-谷氨酸发酵产量和糖酸转化率的方法，具体步骤如下：菌体活化：将保藏在-80℃冰箱中的生物素亚适量型谷氨酸棒杆菌gkg-047(中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏菌株，编号：cgmcc no.5481)接种到斜面上传代活化，接种到斜面上传代活化，传代两次。斜面培养基为蛋白胨5g/l，牛肉膏10g/l，酵母粉4g/l，玉米浆干粉25ml/l，kh
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0.2g/l，nacl1g/l，琼脂粉25g/l，甲硫氨酸0.2g/l，ph=6.8-7.0；种子培养：将活化好的菌株用无菌水洗脱，洗脱后全部接种到配置好的种子培养基中进行种子培养。种子培养基为：葡萄糖 40g/l，玉米浆干粉 10g/l，kh
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4 2g/l，mgso
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o 0.8g/l，蛋氨酸螯合铁80mg/l，蛋氨酸螯合锰60mg/l，丙氨酸螯合锌20mg/l。种子培养条件为：温度维持在32℃左右，溶氧控制在20-40%，ph通过氨水控制在7.0左右。
[0013]
发酵培养：当种子培养基中的菌体量（od
600
）达到15以上时，按20%的接种量接种到发酵培养基，发酵过程中氨基酸螯合微量元素随葡萄糖溶液流加。发酵培养基为葡萄糖60g/l，玉米浆30g/l，豆浓 20 ml/l，kh
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4 2.5g/l，mgso
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o 1.2g/l，kcl 1g/l，蛋氨酸螯合铁80mg/l，蛋氨酸螯合锰60mg/l，丙氨酸螯合锌20mg/l，甜菜碱1g/l，v
b1 0.5mg/l。发酵培养条件为：温度控制在34℃，溶氧维持在30-50%，ph通过氨水控制在7.0左右，发酵液中残糖控制在3-5g/l，流加葡萄糖的质量浓度为80%，其中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为150mg/l、110mg/l、30mg/l。
[0014]
实施例2流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为160mg/l、
120mg/l、40mg/l，其他步骤参照实施例1。
[0015]
实施例3流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为170mg/l、130mg/l、50mg/l，其他步骤参照实施例1。
[0016]
实施例4流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为100mg/l、100mg/l、20mg/l，其他步骤参照实施例1。
[0017]
实施例5流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为200mg/l、150mg/l、60mg/l，其他步骤参照实施例1。
[0018]
实施例6采用常规发酵，发酵培养基和流加葡萄糖中不添加蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，而是选择添加0.45mmol/l feso
4
、0.34mmol/l mnso
4
和0.18mmol/l znso
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（等摩尔浓度的对应无机盐离子），其他步骤参照实施例1。
[0019]
实施例7采用常规发酵，发酵培养基和流加葡萄糖中不添加蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，而是选择添加0.79mmol/l 蛋氨酸和0.18mmol/l 丙氨酸（等摩尔浓度的对应氨基酸），其他步骤参照实施例1。
[0020]
实施例8采用常规发酵，发酵培养基和流加葡萄糖中不添加蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，而是选择添加0.45mmol/l feso
4
、0.34mmol/l mnso
4
、0.18mmol/l znso
4
、0.79mmol/l 蛋氨酸和0.18mmol/l 丙氨酸（等摩尔浓度的对应无机盐离子和氨基酸），其他步骤参照实施例1。
[0021]
实施例9采用常规发酵，发酵培养基和流加葡萄糖中不添加蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌，其他步骤参照实施例1。
[0022]
表1实施例生物量、l-谷氨酸产量和糖酸转化率对比指标 最大菌体量l-谷氨酸产量（g/l）糖酸转化率（%）实施例13816766.7实施例24018168.1实施例338.917567.2实施例436.616366.4实施例538.116567.3实施例63415965实施例735.515864.6实施例837.817366.7实施例93215564.5通过实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5的对比分析可以得出，随着蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌添加量的提高，菌体的生长性能和生产性能出现先升
高后下降的趋势，这表明当添加量过低时，营养物质的缺乏导致菌体活力下降，反之添加量过高，高底物浓度和高渗透压带来的负面效应也会降低菌体的生长和生产能力，其中实施例2，即当流加葡萄糖中蛋氨酸螯合铁、蛋氨酸螯合锰、丙氨酸螯合锌含量分别为160mg/l、120mg/l、40mg/l时，最大菌体量达到了40，l-谷氨酸产量为181 g/l，糖酸转化率为68.1%，效果最好。
[0023]
分析实施例2、实施例6、实施例7、实施例8和实施例9，即添加氨基酸螯合剂、单独添加等量对应无机盐离子、单独添加等量对应氨基酸、混合添加对应无机盐离子与氨基酸和不添加对应无机盐离子和氨基酸，五种不同添加方式所示结果表明，向发酵液中添加无机盐离子和氨基酸确实有利于菌体生长和发酵产酸，其中添加氨基酸螯合剂效果最为明显，与不添加对应无机盐离子和氨基酸的常规发酵（最大菌体量为32，l-谷氨酸产量为155 g/l，糖酸转化率为64.5%）相比，最大菌体量、l-谷氨酸产量和糖酸转化率分别提高了20%、16.7%和3.6%，由此可以推断氨基酸螯合剂的添加，加快了菌体对于无机盐离子和氨基酸的吸收效果，从而在提高菌体活力，增加l-谷氨酸产量和糖酸转化率方面表现出积极作用。
[0024]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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