谷氨酸的生物合成包括交接途徑（EMP）、磷酸己糖途徑（HMP）、三羧酸循環（TCA）、乙醛酸循環、CO2的固定反應等。其合成途徑大致是：葡萄糖經糖酵解(EMP途徑)和己糖磷酸支路(HMP途徑)生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A(乙酰CoA)，然後進入三羧酸循環，生成α-酮戊二酸。α-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有NH4+存在的條件下，生成谷氨酸。隨發酵的進行，菌體迅速繁殖，導致溶氧供應不足，生成的代謝產物就會是乳酸或琥珀酸，而使pH值降低。
發酵產谷氨酸需要註意以下因素：
1.供氧濃度
供氧不足：積累大量的乳酸，使發酵液的pH值下降，不利於谷氨酸的產生，同時，葡萄糖轉成了乳酸，降低了產物的提出率。
2、銨根離子濃度
它可以影響到發酵液的pH值和產物的形成，是合成谷氨酸的原料；
3、磷酸鹽濃度
要適當，過量會促進EMP途徑，打破EMP與TCA之間的平衡，積累丙酮酸，產生乳酸並積累Val；
4、發酵液中的碳氮比
發酵過程中,應正確控制碳氮比。壹般在菌體生長期碳氮比應大壹些(氮低）,在產酸期,碳氮比應小些(氮高）。在碳源和氮源的比為3∶1時，谷氨酸棒狀桿菌會大量合成谷氨酸，但當碳源和氮源的比為4∶1時，谷氨酸棒狀桿菌只生長而不合成谷氨酸
5、生物素
生物素過量時菌體生長繁殖快,細胞膜致密使得細胞內的谷氨酸無法排出,發酵液中由菌種細胞排出的谷氨酸僅能占氨基酸總量的12%；生物素亞適量時,菌體代謝失調,細胞膜通透性增強,細胞內的谷氨酸能及時排出,有利於谷氨酸的積累。因此分不同階段進行控制。
6、發酵溫度
發酵前期應采取菌體生長最適溫度,即30～32 ℃。發酵中、後期菌體生長基本停止, 為積累大量谷氨酸, 應適當提高發酵溫度
7、發酵液pH
pH對細胞的生長和谷氨酸脫氫酶的活性有影響。壹般保持在7.0-7.5
8、通風
通風的實質就是供氧並使菌體和培養基充分混合。谷氨酸產生菌為兼性好氧菌, 在有氧、無氧的條件下都能生長,只是其代謝產物不同。在谷氨酸發酵過程中,通風必須適度。
9、泡沫
谷氨酸發酵是好氣性發酵, 因通風和攪拌產生泡沫是正常的, 但泡沫過多會帶來壹系列問題: (1) 泡沫形成泡蓋時, 代謝產生的氣體不能及時排出,妨礙菌體呼吸作用,影響菌體的正常代謝; (2) 泡沫過多, 發酵液會外溢,造成浪費和汙染; (3) 泡沫過多,易沖上罐頂,造成染菌。