L-丝氨酸酶法生产工艺放大试验培训课件

而得到分离的方法。 • 纸层析法是以滤纸作为惰性支持物的。滤纸纤维与水亲和力较
强，而与有机溶剂亲和力弱，所以纸层析以滤纸纤维和结合水 为固定相，以有机溶剂为流动相。当有机相沿滤纸流动经过样 品点时，样品点上的溶液在水相和有机相之间进行分配，样品 移动速率与样品的极性及水亲和力有关，因此，极性氨基酸移 动较慢，而非极性氨基酸移动较快。
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• 离子交换罐
• 小试生产时：
V
20 2
2
500
157000mm3
0.157L
nL - 丝 nL 甘 0.2V 0.20.157 0.0314mol
n得丝 0.03140.77 0.024178mol
m得丝 0.024178105 2.539g
储罐：高位槽
• 4.展层 将点了样的硅胶板放在盛有展开剂（约0·5cm）的展 开槽中。距离硅胶板上端二厘米处取出硅胶板。 注：展开剂 不能超过一厘米出画的线。由于毛细管作用，展开剂在硅胶板 上缓慢前进，样品由于与展开剂的亲和力不同而分离。
• 5.显色 展开好后，取出，晾干，用装有茚三酮的喷雾器进行喷 雾显色，多数在日光下可找到色点。 用铅笔将各斑点框出，并 找出斑点中心，用小尺量出各斑点到原点的距离和溶剂前沿到 起始线的距离，然后计算出样品的比移值
• 废液储罐
• 已知此液总体积为16510L • 选用搪玻璃卧式储罐型号为HG/T2375 94 • 公称容积为20000L • 实际容积为22332L • 直径D为2400mm • 长度L为5374mm • 液位计直径为65/50mm
产品的检验与分析
• 检验原理： • 纸层析法是利用各物质不同的分配系数，使混合物随流动相时
成蛋白质的常见20种氨基酸中的一种，是哺乳动物的非必 需氨基酸，也是生酮氨基酸。在自然界中也有D-丝氨酸， 如丝原蛋白中。在一些抗生素中也有D-丝氨酸。符号： S。
• 学名：2-氨基-3羟基丙酸。
• 英文名：L-Serine ，缩写：L-Ser ，
• 分子式：C3H7NO3 ，结构式：CH2OHCH(NH2)COOH ，分子 量：105.09 。
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在一定的条件下某种物质的Rf值是常数。Rf值的大小与物质的 结构、性质、溶剂系统、层析滤纸的质量和层析温度等因素有 关。
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产品的检验与分析
• 实验器材与试剂
• （1）实验器材：硅胶板，层析缸，毛细管，铅笔，展开剂，显色 剂
• （2）实验试剂 • 展开剂: 正丁醇：丙酮：氨水：水（10：10：2：1） 100ml 指
示剂: 茚三酮—丙酮（1→50） 20ml • （3）待测溶液：L-丝氨酸反应液 • 实训步骤： • 1.试剂准备:展开剂以及茚三酮显色剂配制。 • 2.划线:用铅笔在硅胶板上距末端一厘米出轻轻画一横线。
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• 3.点样 用毛细管分别吸取待测样品溶液，在横线上轻轻点样， 分别点三次。 注：点完一次之后等到残余溶剂渗入之后再点样 ，点样不宜太多，否则会降低Rf值，斑点直径控制在2毫米，不 宜超过5毫米。同时点样点之间距离在一厘米左右，防止边缘效 应。硅胶板在空气中放置时间要尽量短，否则会因吸潮而降低 活性。
• L-丝氨酸广泛用于配置第三代复方氨基酸输液和营养增补剂， 并用于合成多种丝氨基酸衍生物，如心血管 、抗癌、爱滋病新 药及基因工程用保护氨基酸等。
• 抗衰老作用。 • 食品：L-丝氨酸用于运动饮料 、氨基酸减肥饮料等。 • 饲料：L-丝氨酸用于动物饲料，可促进动物生长发育；
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制备工艺路线
发酵过程
• 结构式：
• 药理作用：
• 磷脂酰丝氨酸补充剂能增加大脑皮层中的神经传递质乙酰胆碱 的产量，乙酰胆碱与思维、推理和注意力集中有关联。磷脂酰 丝氨酸也能刺激多巴胺的合成和释放。磷脂酰丝氨酸似乎和大 脑对压力的反应有关联。一项临床研究发现，在针对健康人施 加压力的实验中，服用磷脂酰丝氨酸的人群对于压力的反应要 比其他人群低。压力反应是通过衡量血液中促肾上腺皮质激素 水平得出的，促肾上腺皮质激素是由脑下垂体分泌的一种激素， 它随之促进肾上腺分泌应激激素皮质醇。磷脂酰丝氨酸主要用 于治疗痴呆症（包括阿兹海默症和非阿兹海默症的痴呆）和正 常的老年记忆损失。
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• “三废”治理及综合利用
• 废水处理
• 各类废水将经厂区污水站预处理达标后，可纳入污水管网，进 污水处理厂集中处理，达标排放。
• 厂区生产废水预处理工艺图：
生产稀 废水
旋转隔栅
调节池2
• 物料衡算
• 已知柱子Φ25×500mm，一个柱子的体积为V，已知NaOH溶液 用量为4V，洗涤水用量为2V，洗涤液用量为4V，其中含氨基酸 的洗脱液体积为1V，含L-丝氨酸的洗脱液体积为0.42V。将含L丝氨酸的洗脱液浓缩液浓缩至原体积的1/10，加入3倍体积的无 水乙醇，将晶体（湿含量15%）离心烘干，L-丝氨酸的分离得率 为77%。年操作日300天。
L-丝氨酸酶法生产工艺放大试验
目录
• 概述 • 制药工艺路线及研究阶段 • 原材料及产品的主要技术规格 • 生产流程简述 • 发酵工艺放大优化 • 分离纯化放大与优化 • 产品的检验与分析 • 主要设备的计算 • 种子罐 • 发酵罐 • 离子交换罐
研究内容：L-丝氨酸
• 概述 L-丝氨酸是一种脂肪族极性α氨基酸。L-丝氨酸是组
• 鉴于化学合成法和酶法各自的优势, 可将二者结合起来, 即先用化学 合成法制备出DL-丝氨酸, 将其氨基乙酰化, 再用固定化酶法进行拆分。 现用于氨基酸拆分的酶主要是氨基酰化酶, 通常将酶固定在DEAE- 葡 聚糖凝胶A -25、碘乙酰纤维素或聚丙烯胺凝胶上。将固定化酶均心 地装入柱内, 底物( 乙酰化氨基酸) 溶液在合适的柱温、pH 条件下以 一定的速度通过酶柱即可。过程如下：
国内外的生产情况
• L-丝氨酸的主要生产方法有以下四种。 • 蛋白质水解法：L-丝氨酸在丝胶蛋白中的含量丰富，蚕茧衣中含
量为13.64%，因此，可用水解蚕茧衣制取。 • 添加前体发酵法：L-丝氨酸在生物体内代谢运转速度极快，直接
发酵法生产困难。一般采用添加前体的发酵法。添加的前体主要 有甘氨酸、甘氨酸三甲内盐或甘油酸，其中以甘氨酸为前体的已 工业化。产生菌可分为两类：异养型和甲基营养型细菌。
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发酵放大主要过程示意图
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分离纯化所需原材料及产品的主要技术规格
• 生产原料 • 氢氧化钠溶液用量66040L 浓度1M • 盐酸用量66040L pH=2 • 无水乙醇用量2080L • 去离子水用量99060L • 717型离子交换树脂用量49530L • 产品的主要技术规格 • 生产规模：80 吨/年 • 生产方法：717型离子交换树脂离子交换层析后，进行浓缩，之
用途与发展前景
• L-丝氨酸虽属于非必需氨基酸 但具有许多重要 的生理功能和作 用,因此 ,在医药 、食品 、化妆品中均有较为广泛的应用。丝氨 酸是重要的自然保湿因子(N MF) 之一,皮肤角质层保持水分的主 要角色, 因此是很多高级化妆品中的关键添加剂, 只是因其价格 限制了它在化妆品中的应用。
• 化学合成法：DL-丝氨酸可有以羟基乙醛为原料的合成法等，然后 再拆分得L-丝氨酸。
• 酶法：利用丝氨酸羟甲基转移酶催化甲醛和甘氨酸（Gly）可逆的 合成L-Ser，反应过程中SHMT需PLP和四氢叶酸（THFA）作为其辅 因子，由于主要原料来源广泛、价格低廉，并可合成高浓度的产 物，因此该法是目前最有应用前景的L-Ser生产方法。
• 结晶过程 • 离子交换层析完毕后，对料液进行浓缩。采用蒸汽加热，可将
料液浓缩至原体积的1/10。 • 浓缩过程： • 待浓缩液冷却后，加入208L无水乙醇，使L-丝氨酸结晶，最后
离心烘干可得产品267kg/天。年操作日为300天。 • 简述: 717型离子交换树脂→装入离子交换罐→用氢氧化钠溶液
后添加乙醇结晶，离心分离 • 生产天数：300天 • 生产周期：1天 • 生产方式：间歇生产
• 生产流程简述 :
• 本设计采用离子交换层析对两种氨基酸（L-丝氨酸和L-甘氨酸） 进行分离。
• 基本流程：
• 反应液→离子交换层析→浓缩→结晶→过滤干燥→产品 • 反应过程: 发酵结束后收集菌体，菌体沉淀中加入蒸馏水制成
• 原材料及产品的主要技术规格
• 培养基：LB培养基
• 蛋白胨
10g
• 酵母浸出液 5 g
• 氯化钠
5g 水
1L
• 发酵流程
• 1.将LB培养基共0.25m3放入0.3m3的种子罐配料罐中，待搅拌均 匀后，用泵打入种子罐中，种子罐用138℃水蒸气进行夹套加热 灭菌（使培养基从25℃升至121℃），再用冷却水使之冷却到 37℃，接入菌种后培养到对数期待用。
• ③洗脱水体积为99060，分4 个高位槽安放
• 选型为F25000 HG/T 2374-98 • 实际容积为27790L • 直径D为2800mm • 高度H为5379mm • 液位计直径为65/50mm • ④无水乙醇体积2080L • 选型为F3000 HG/T 2374-88 • 公称容积为3000L • 实际容积为3337L • 直径D为1450mm • 高度H为2933mm • 液位计直径为65/50mm
处理→上样→用去离子水洗涤→用Hcl溶液洗脱→浓缩→冷却→ 加入无水乙醇→结晶→离心过滤→烘干→产品
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• 工艺分离 • 生产条件: • 已知L-丝氨酸的小试纯化工艺为：717型离子交换树脂用1M的NaOH溶
液处理成OH-型，水洗至中性后装柱（三根Φ25×500mm的柱子）。 对第一根柱子上样，上样结束后水洗。然后连接另2根柱子，用pH=2 的Hcl洗脱，分别收集只含L-丝氨酸、L-甘氨酸，以及同时含这两种氨 基酸的洗脱液。假设一个柱子的体积为V，已知NaOH溶液用量为4V， 洗涤水用量为2V，洗涤液用量为4V，其中含氨基酸的洗脱液体积为 1V，含L-丝氨酸的洗脱液体积为0.42V。将含L-丝氨酸的洗脱液浓缩液 浓缩至原体积的1/10，加入3倍体积的无水乙醇，将晶体（湿含量 15%）离心烘干，L-丝氨酸的分离得率为77%。年操作日300天，生产 方式：间歇生产。 • 水蒸气138℃，冷却水由27℃进，37℃出。