氨基酸工艺学复习

1、至今氨基酸生产方法虽有抽提法，化学合成法及生物法(包括直接发酵法和酶转化法)，

但绝大多数氨基酸是以发酵法或酶转化法生产。

2、在工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。

3、根据原料淀粉的性质及采用的水解催化剂的不同，水解淀粉为葡萄糖的方法有下列三

种：酸解法、酶解法、酸酶结合法。

4、酸解法又称酸糖化法。它是以酸(无机酸或有机酸)为催化剂，在高温高压下将淀粉水解

转化为葡萄糖的方法。

（1）工艺流程：淀粉、水、盐酸→调浆→进料→水解→冷却、中和→脱色→过滤→糖化液（2）工艺特点：高温、高压；糖化时间短；副产物多、糖化收率低。

（3）优点：用酸解法生产葡萄糖，具有生产方便、设备要求简单、水解时间短、设备生产能力大等优点。

（4）缺点：水解作用是在高温、高压及一定酸度条件下进行的，因此，酸解法要求有耐腐蚀、耐高温、耐高压的设备。淀粉在酸水解过程中研发生的化学变化是很复杂的，除了淀粉的水解反应外，尚有副反应的发生，这将造成葡萄糖的损失而使淀粉的转化率降低。酸水解法对淀粉原料要求较严格，淀粉颗粒不宜过大，大小要均匀。颗粒大，易造成水解不透彻;淀粉乳浓度也不宜过高，浓度高，淀粉转化率低，这些是酸解法存在的待解决的问题。

5、酶解法是用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。

（1）工艺：原料→粉碎→调浆→液化→灭酶→调整pH→糖化→灭酶→中和→过滤→糖化液α-淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉；糖化酶的用量：100-120 u/干淀粉。

（2）利用α-淀粉酶将淀粉液化转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为液化。利用糖化酶将糊精及低聚糖进一步水解转化为葡萄糖，这个过程在生产中称为糖化。（3）双酶法：用专一性很强的淀粉酶和糖化酶为催化剂，将淀粉水解成为葡萄糖的工艺。双酶法水解可分为两步：第一步是液化过程，利用ɑ－淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及低聚糠，使淀粉的可溶性增加。第二步是糖化，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖。

双酶法优点: ①酶专一性高，副产物少，糖液纯度高；②反应条件温和，不需要耐高温高压、耐酸的设备；③可在较高的淀粉浓度下水解；④制取的水解糖液营养丰富，可简化培养基，提高糖酸转化率，利于后道提取；⑤糖液质量高，可被充分利用；⑥适用于大米或粗淀粉原料，避免淀粉大量流失，减少粮耗。

缺点：是酶反应时间长，生产周期长，夏天糖液容易变质，。酶本身是蛋白质，引起糖液过滤困难，要求设备较多。

（4）优点：

①采用酶法制备葡萄糖，酶解反应条件较温和。因此，不需耐高温、高压、耐酸的设备，便于就地取材，容易运作。

②微生物酶作用的专一性强，淀粉水解的副反应少，因而水解糖液的纯度高，淀粉转化率(出糖率)高。

③可在较高淀粉乳浓度下水解，而且可采用粗原料。

④用酶解法制得的糖液颜色浅，较纯净，无异味，质量高，有利于糖液的充分利用。

⑤缺点：酶解反应时间较长(48h)，需要的设备较多，需要具有专门培养酶的条件，而且酶本身是蛋白质，易引起糖液过滤困难。

6、酸酶结合水解法是集中酸法和酶解法制糖的优点而采用的结合生产工艺。根据原料淀粉

性质可采用酸酶水解法或酶酸水解法。

7、总结：水解糖液的质量和降低糖耗、提高原料利用率方面来考虑，酶解法最好，其次是

酸酶法，酸法最差。从淀粉水解整个过程所需的时间来看，酸法最短，酶解法最长。

8、淀粉双酶水解工艺主要包括淀粉液化和糖化两个步骤。液化是利用液化酶使淀粉糊化，

粘度降低，并水解得到糊精和低聚糖的程度。糖化是用糖化酶将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖的过程。淀粉的液化是在α-淀粉酶的作用下完成的，α-淀粉酶能水解淀粉及其产物内部的α-1,4糖苷键（故此酶属于内酶），不能水解α-1,6糖苷键，但能越过α-1,6糖苷键继续水解α-1,4糖苷键，而将α-1,6糖苷键留在水解产物中。糖化酶是葡萄糖淀粉酶，能将淀粉从非还原性末端水解α-1,4-糖苷键，产生葡萄糖，也能缓慢水解α-1,6-糖苷键，转化成葡萄糖。

9、在谷氨酸生物合成中，生成谷氨酸的主要酶反应有以下三种：

（1）谷氨酸脱氢酶（GHD,细菌）催化还原氨基化反应

（2）转氨酶(AT)转氨作用

（3）谷氨酸合成酶(GS)催化的合成反应

10、谷氨酸发酵代谢途径：谷氨酸的合成主要途径是α-酮戊二酸的还原性氨基化，是通过谷氨酸脱氢酶完成的。α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体，它来源于三羧酸循环，是三羧酸循环的一个中间代谢产物。图P36

11、谷氨酸发酵机理：谷氨酸以α-酮戊二酸为碳架，当以糖质为发酵原料时，合成途径包括EMP、HMP、TCA循环、乙醛酸循环等及细胞膜透性的控制。

11、谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型（一般是细菌），因此在谷氨酸发酵时通过控制生物素亚适量，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。谷氨酸产生菌应仅有微弱ɑ-酮戊二酸脱氢酶活力，使ɑ-酮戊二酸继续氧化能力微弱。

12、从谷氨酸发酵中菌体形态的变化来看，大致可以分为长菌型细胞、转移期细胞、产酸型细胞3种不同时期的细胞形态。

13、细胞膜通透性的控制方法可以分为两种类型: 一类是通过控制磷脂的合成来控制细胞膜通透性。另一类是通过控制细胞壁的合成间接控制细胞膜通透性。1）控制磷脂的合成：（1）生物素缺陷型(2)添加表面活性剂(3)油酸缺陷型(4)甘油缺陷型（5）温度敏感突变株

2）阻碍细胞壁的合成。

14、谷氨酸发酵的代谢控制育种策略：

（一）选育耐高渗透压菌株

1．耐高糖。选在20一30％葡萄糖的平板上生长好的突变株。

2．耐高谷氨酸。选育在15-20％味精的平板上生长好的突变株。

3．耐高糖、高谷氨酸。选育在20％葡萄糖加15％味精的平板上生良好的突变株。

（二）选育不分解利用谷氨酸的突变株

谷氨酸发酵，目的是积累谷氨酸。如果菌种一边合成谷氨酸，一边分解利用谷氨酸，就达不到积累谷氨酸的目的。所以必须使菌种不能分解利用谷氨酸，即选育以谷氨酸为唯一碳源菌体不长或生长微弱的突变株。1. 影印平板法； 2. 摇瓶法

（三）选育细胞膜渗透性好的突变株

1.抗V p类衍生物。据有关资料报道，抗Vp类衍生物如香豆素、芦丁等能遗传性地改变细胞膜的渗透性。

2.选育溶菌酶敏感性突变株。谷氨酸菌对溶菌酶都不敏感。用溶菌酶破壁时，首先用青霉素预处理后才能破壁。如果经诱变处理，使菌种对溶菌酶敏感，就使菌种的细胞壁网状结构变得较松散，细胞壁对细胞膜的保护作用降低，渗透性变大。

3.选育二氨基庚二酸缺陷型突变株。二氨基庚二酸是谷氨酸菌细胞壁的组成成分，选育二氨基庚二酸缺陷突变株，限量添加二氨基庚二酸，使细胞壁合成不完整，细胞壁对细胞膜的保护作用降低，渗透性变大。

4.选育温度敏感性突变株。谷氨酸温度敏感突变株的突变位点发生在与谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜结构基因上，常发生顺反子中碱基的转换或颠换，一个碱基为另一个碱基所置换，这样为该顺反子所控制的酶对温度敏感，容易受热失活，即在低温下正常表达而在高温下失活，导致细胞膜某些结构的改变。

（四）选育强化CO 2固定反应的突变株

1.选育以琥珀酸为唯一碳源的培养基上生长快、大的菌株。以琥珀酸为唯一碳源，菌体要想生长，碳代谢必须走四碳二羧酸的脱羧反应。菌体生长越快，四碳二羧酸的脱羧反应越强，而四碳二羧酸的脱羧反应与二氧化碳固定反应是相同酶所催化的，所以以琥珀酸为唯一碳源，菌体长得越好，二氧化碳固定反应越强。

2.选育氟丙酮酸敏感性突变株。氟丙酮酸是丙酮酸脱氢酶的抑制剂，菌种对氟丙酮酸越敏感，说明菌种丙酮酸向乙酰CoA的转化反应越弱，相对地CO2固定反应比例也就越大。

（五）选育减弱乙醛酸循环的突变株

四碳二竣酸是由CO2固定反应和乙醛酸循环所提供的，减弱乙醛酸循环，CO2固定反应所占的比例就会增大，谷氨酸的产率就高。

1. 选育琥珀酸敏感型突变株。琥珀酸是乙醛酸循环关键酶异柠檬酸裂解酶的阻遏物，菌种对琥珀酸越敏感，异柠檬酸裂解酶的合成能力越弱，乙醛酸循环就越弱。

2.选育不利用醋酸的突变株。以醋酸为唯一碳源，菌种要生长，必须走乙醛酸循环。如果菌种不能利用乙酸，说明乙醛酸循环受阻。

3.利用基因工程技术，使异柠檬酸裂解酶活力降低。

(七) 选育强化三羧酸循环中从柠檬酸到a-酮戊二酸代谢的突变株。

(八) 选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株。

15、代谢控制发酵：

16、种子制备的工艺流程：（1）实验室种子制备。冷冻干燥管中的菌种经无菌手续接入适宜种子生长的斜面培养基中，经培养成熟后挑选菌落正常的菌可再一次接入试管斜面。生产中试管斜面种子一般只移接3次，每3个月移种一次，使用方便。一级种子：一级种子培养的目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基组成应以少含糖分、多含有机氮为主，培养条件从有利于长菌考虑。（2）生产车间种子制备（二级、三级）。接种方式：种子悬浮液一般采用微孔接种法接种，摇瓶种子可在火焰保护下接入种子罐或采用压差法接入。种子罐之间或发酵罐间的移种方式，主要采用压差法，由种子接种管道进行移种，移种过程中要防止接受罐表压降至零，否则会引起染菌。

17、发酵热包括生物热、搅拌热、汽化热、辐射热等。

18、噬菌体侵染的异常现象典型特征：二高三低。pH高：NH3·H2O利用低；残糖高：糖利用低；OD低：噬菌体侵染，细胞增殖缓慢；温度低：微生物代谢慢，生物热产生降低；谷氨酸低：微生物量少，代谢慢。

19、防治噬菌体对谷氨酸发酵的污染：战胜噬菌体对谷氨酸发酵的危害，必须采取防治结合、以防为主、防重于治的方针。具体措施主要有使用抗性菌株、利用药物和净化环境等，其中采用菌株管理和环境净化为中心的综合防治措施是根本的防治方法。1）、净化生产环境、消灭污染源2）、改进提高对空气的净化能力3）、保证纯菌培养、做到种子本身不带噬菌体4）、轮换使用不同类型的菌种5）、合理使用抗性菌株6）、改进设备装置、消灭死角7）、利用药物防治噬菌体。

20、谷氨酸发酵污染噬菌体后的挽救：并罐法、菌种轮换或使用抗性菌株、放罐重消法、罐内灭噬菌体法。

21、目前国内各味精厂主要采用以下几种方法提取谷氨酸：等电点法、离子交换法、金属盐法、盐酸水解-等电点法、离子交换膜电渗析。国内谷氨酸发酵采用等电点提取工艺，归纳

起来有带菌体直接常温等电点、带菌体冷冻低温一次等电点、除菌体常温等电点、浓缩水解等电点和低温浓缩等电点等。

22、等电点提取谷氨酸的原理：谷氨酸分子中有两个羧基和一个碱性氨基等电点为pH3.22，当Glu所处溶液的pH等等电点时，它的溶解度最低，Glu会以晶出，得以和发酵液中的残糖等杂质分离。

23、离子交换法提取谷氨酸的原理：离子交换法从发酵液提取谷氨酸，是谷氨酸与发酵液中其它同性离子性质不同，树脂对这些离子的吸附能力的差异，采用不同的树脂将这些离子分别选择地吸附，然后根据吸附能力差别，用洗脱剂分别先后洗脱。

24、谷氨酸的中和：

2C5H9NO4+Na2CO3→2C5H8NO4Na+CO2↑+H2O 100kg谷氨酸需要36.1kgNa2CO3

C5H9NO4+NaOH→C5H8NO4Na+H2O 100kg谷氨酸需要40kgNaOH

中和工艺技术条件

（1）中和剂的选择和用量：生产上要求使用含盐分少的碳酸钠或固体氢氧化钠进行中和而不用工业液碱。生产中，通常采用纯碱。

（2）中和液的浓度选择21--23Be

（3）中和温度60－70℃。谷氨酸一钠的溶解度较大，但谷氨酸在常温下溶解度很低。为保证工艺要求浓度，一般加热条件下进行中和。

（4）中和液pH 一般在6.0-66。

（5）中和操作三种方式：先加碱后加谷氨酸、先加谷氨酸后加碱，搅拌不均匀、先加谷氨酸后加碱，搅拌均匀。

25、除铁、锌离子的方法主要用硫化钠和树脂法两种。硫化钠除铁的工艺控制待中和液温度降至50℃以下，复测中和液pH在6.4左右，加入15～18波美度（硫化钠含量为10～12%）的硫化钠，除尽铁离子。加入硫化钠后，搅拌片刻，让其自然沉淀8h以上。将上清液用真空抽入脱色桶脱色桶，进行下道工序脱色。树脂除铁的基本原理中和液中的铁与谷氨酸螯合，形成络合物形式存在。利用带有酚氧基团的树脂(表面具有较强的配位基团）使络合铁与树脂螯合成新的更稳定的络合物，以达到除铁的目的。

26、脱色的方法：活性炭脱色、树脂脱色法。粉状活性炭常用于中和液的第一步脱色，是颗粒炭脱色必备的前处理工序。颗粒炭脱色一般用于最后一次脱色。

27、中和液的浓缩：1。蒸发方法1）常压蒸发2）减压蒸发

28、结晶的过程通常包括晶核的形成晶体的长大两个阶段。（1）晶核的形成称为起晶，三种方法：自然起晶法、刺激起晶法、晶种起晶法。晶种起晶法是将溶液蒸发到介稳区的较低浓度，投入一定量和一定大小的晶种，使溶液中的过饱和溶质在所加的晶种表面上长大。29、氨基酸的应用:(1)食品工业:强化食品，提高食品的营养价值；调味剂：鲜味剂-味精；甜味剂-阿丽泰；保鲜剂：日本开发的聚赖氨酸是一种新颖营养性食品，广泛用于肉禽、海产品的防腐保鲜。乳酸链球菌素做食品防腐剂。(2)医药工业治疗疾病，许多氨基酸及其盐类或它们的衍生物也可用于治疗各种疾病（保护性氨基酸）。氨基酸及其衍生物成为合成手性药物的重要原料。(3)饲料工业：一般饲料中缺乏赖氨酸和蛋氨酸，适量添加即可提高饲料的营养价值。(4)化学工业：用谷氨酸可制成十二烷醚基谷氨酸钠，用做无刺激性的洗涤剂；用谷氨酸制成焦谷氨酸钠，用做保持皮肤湿润的润肤剂。日本已开发并成功上市的由谷氨酸聚合成γ－聚谷氨酸，作为绿色塑料，制成质量接近天然皮革的人造革、食品包装或一次性餐具在自然界可迅速降解，不造成环境污染。美国开发的聚精氨酸，用于制作农用地膜以及洗涤剂、废水处理剂等。(5)农业用氨基酸可制造具有特殊作用的农药，氨基酸农药具有植物生长调节剂的作用。

30、氨基酸发酵的发展动向：（1）现代生物技术在氨基酸工业中的应用：氨基酸育种工作中

广泛应用重组DNA技术，提高了氨基酸生产水平。利用现代生物技术构建氨基酸工程菌株已成为氨基酸工业的发展趋势。（2）生物化工技术的应用：解决氨基酸发酵周期长，分离提取技术落后、产品收率低等问题。采用过程控制,进行最优化控制,连续化、自动化,稳产、高产;探求新工艺、新设备,以提高产率和收得率;研究发酵机制等问题,以便能更好地控制氨基酸这样微生物中间代谢产物的发酵。（3）应用领域拓展：走出传统应用领域，拓展新的应用途径。

31、根据菌体发酵过程变化和作用将发酵分为：①适应期②对数生长期③转化期④产酸期。

32、提高谷氨酸发酵的生产水平必须从以下几方面进行：①选育优良的高产菌种；②适宜的环境条件；③好的原料质量；④合理的发酵设备；⑤有效的管理措施

33、从发酵液中提取得到谷氨酸，仅是味精生产中的半成品。谷氨酸与适量的碱进行中和反应，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质，最后通过减压浓缩、结晶及分离得到较纯的谷氨酸一钠的晶体，不仅酸味消失，而且有很强的鲜味。谷氨酸一钠的商品名称就是味精或味素。如果谷氨酸与过量的碱作用，生成的是谷氨酸二钠不具有味精的鲜味。