氨基酸生产工艺课件(PPT 55页)
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《氨基酸工艺学》7 氨基酸分离提取和精制
1、常规过滤
➢ 常规过滤时，固体颗粒被截留在多孔性介质表面形成滤饼，液 体在推动力的作用下穿过滤饼和多孔性介质的微孔，从而获得 澄清的过滤液。
➢ 由于操作阻力较大，且固体颗粒的粒径越小，操作阻力越大， 因此，常规过滤适用于悬浮颗粒粒径在10-100μm范围内的悬浮 液。
➢ 在氨基酸工业中，常采用板框压滤机和真空转鼓式过滤机过滤 预处理后的发酵液。
1、离子交换的基本概念
➢ 树脂颗粒吸附过程大致分为5个阶段：
① 发酵液中的氨基酸阳离子扩 散至树脂颗粒表面（外扩散）； ② 氨基酸阳离子穿过树脂颗粒 表面向树脂颗粒内部扩散（内 扩散）； ③ 氨基酸阳离子与树脂颗粒中 的H+交换（离子交换）；④ 交换产生的游离H+从树脂颗粒 内部向树脂表面扩散（内扩 散）； ⑤ 游离的H+进一步扩散至发 酵液中（外扩散）。
聚糖、明胶、骨胶等天然有机高分子聚合物。 ➢ 化学合成聚合物包括有机高分子聚合物和无机高分子聚合物，
其中，常见的有机高分子聚合物有聚丙烯酰胺类衍生物、聚丙 烯酸类和聚苯乙烯类衍生物等，常见的无机高分子聚合物有聚 合铝盐和聚合铁盐等。 ➢ 氨基酸发酵液絮凝操作过程中，影响絮凝效果的因素很多，主 要有絮凝剂的种类和相对分子质量、絮凝剂用量、发酵液pH值、 搅拌速率和搅拌时间等因素。
离子型。 ➢ 离子型絮凝剂带多价电荷，且长链线状结构上的电荷密度会显
著影响其的絮凝效果。 ➢ 通过絮凝预处理过程，可将氨基酸发酵液中的微生物细胞和碎
片、菌体和蛋白质等胶体粒子聚集形成粗大絮凝团，从而提高 氨基酸发酵液的过滤速率和滤液质量。
5、絮凝
➢ 高分子絮凝剂的吸附架桥过程：
5、絮凝
➢ 高分子絮凝剂可分为天然聚合物和化学合成聚合物。 ➢ 天然聚合物包括聚糖类胶粘物、海藻酸钠、壳聚糖、脱乙酰壳
氨基酸生产ppt课件
A
ห้องสมุดไป่ตู้
活性 超过生理需要量
A合成酶系（E1,E2…） 反馈抑制
A
野生型菌株酶合成水平的反馈阻遏
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
野生型菌株酶活性水平的反馈抑制
Gene编码酶
效应物位点 过量A 酶活中心
过量A作用效应物位点，酶构型变化，影响酶活性中心而失活
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
25.1 概述
氨基酸的生产方法
第三类用抗氨基酸结构类似物突变株，如利用乳糖发酵
短杆菌 的S-(2-氨基乙基）-L-半胱氨酸（AEC,赖氨酸结构类食物） 抗性菌株生产赖氨酸。利用黄色短杆菌的5-甲基色氨酸（5-MT，酪 氨酸结构类似物）抗性菌株生产酪氨酸。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
25.1 概述
氨基酸的生产方法
2、酶法：利用酶来制造氨基酸。应用完整 菌体或从微生物细胞抽提的酶类合成氨基酸。 天冬氨酸已于1973年应用完整菌体固定化 进行生产，这是世界上最早应用固定化菌体 的例子。赖氨酸、色氨酸、丙氨酸也可以生 产。
同功酶的主要功能在于其代谢调节。在一个分支代 谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是 由几个同功酶所催化时，则分支代谢的几个最终产 物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用而不致过 剩
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
ห้องสมุดไป่ตู้
活性 超过生理需要量
A合成酶系（E1,E2…） 反馈抑制
A
野生型菌株酶合成水平的反馈阻遏
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
野生型菌株酶活性水平的反馈抑制
Gene编码酶
效应物位点 过量A 酶活中心
过量A作用效应物位点，酶构型变化，影响酶活性中心而失活
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
25.1 概述
氨基酸的生产方法
第三类用抗氨基酸结构类似物突变株，如利用乳糖发酵
短杆菌 的S-(2-氨基乙基）-L-半胱氨酸（AEC,赖氨酸结构类食物） 抗性菌株生产赖氨酸。利用黄色短杆菌的5-甲基色氨酸（5-MT，酪 氨酸结构类似物）抗性菌株生产酪氨酸。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
25.1 概述
氨基酸的生产方法
2、酶法：利用酶来制造氨基酸。应用完整 菌体或从微生物细胞抽提的酶类合成氨基酸。 天冬氨酸已于1973年应用完整菌体固定化 进行生产，这是世界上最早应用固定化菌体 的例子。赖氨酸、色氨酸、丙氨酸也可以生 产。
同功酶的主要功能在于其代谢调节。在一个分支代 谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是 由几个同功酶所催化时，则分支代谢的几个最终产 物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用而不致过 剩
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
氨基酸生产工艺课件
➢
11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。21.8.1715:02:2315:02Aug-2117-Aug-21
➢
12、在购买时，你可以用任何语言；但在销售时，你必须使用购买者的语言。15:02:2315:02:2315:02Tuesday, August 17, 2021
➢ 氨基酸原料生产企业约20多家，制剂生产企业30 多家。甘氨酸3000多吨，赖氨酸及其盐酸盐约 1000吨，天门冬氨酸、缬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、 丙氨酸等几百吨。
➢ 谷氨酸钠的生产规模最大，居世界首位。
氨基酸发酵
➢ 氨基酸发酵：就是以糖类和铵盐为主要原 料的培养基中培养微生物，积累特定的氨 基酸。
多种。
氨基酸
➢ 氨基酸（amino acid）：含有氨基和羧 基的一类有机化合物的通称。
➢ 是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的 有机化合物，氨基一般连在α-碳上。
➢ 侧链不同，氨基酸的性质不同。
氨基酸的用途
➢ 1.食品工业 ➢ 强化食品:赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦
中。 ➢ 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸。 ➢ 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二
菌株发酵 ➢ 营养缺陷型回复突变株发酵 ➢ 添加前体法
主要菌种：
➢ 谷氨酸棒杆菌 ➢ 黄色短杆菌 ➢ 乳糖发酵短杆菌 ➢ 短芽孢杆菌 ➢ 粘质赛式杆菌 ➢ 还有采用基因工程菌进行生产的
➢ 往往是生物素缺陷型，也有些是氨基酸缺陷型。
➢ 酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造 氨基酸。
➢ 提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨酸、 半胱氨酸和酪氨酸
肽甜味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯)，此产品 1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万 吨。
第4章氨基酸发酵生产工艺
• ⑵酶法转化工艺
利用酶的离体专一性反应，催化底物生产有活性 的氨基酸。
D-氨基酸和DL-氨基酸的手性拆分 工艺简便、转化率高、副产物少、容易精制。 占总量的10%左右
• ⑶全化学合成生产工艺
不受氨基酸品种的限制，理论上可生产天然氨基 酸和非天然氨基酸。
产物是DL-型外消旋体，必须拆分才得单一对映 体。
• 组成蛋白质的氨基酸有20种，多数为L-型，也是 人体能吸收利用的活性形式
• 初级代谢产物 • 根据R基团的化学结构不同，分为：15种脂肪族的， 2种芳香族的，2种杂环的，以及1种亚基氨基酸。 • 根据R基团的极性，分为：12种极性与8种非极性 • 根据酸碱性，分为：2种酸性的，3种碱性的，以及 15种中性氨基酸。 • 根据人体生理生化过程能否合成，分为：(8+2)种必 需和10种非必需氨基酸 • 应用：药品、食品、饲料、化工等
4.1.2 氨基酸的理化性质
• 无色晶体，熔点200~300℃，一般溶于水、稀酸 稀碱，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，常用乙醇 沉淀氨基酸。 • 除甘氨酸外，有旋光性，测定比旋度可鉴定氨基 酸的纯度。 • 芳香族氨基酸在紫外有吸收峰，可用于鉴别、合 成、定性和定量分析中。
• 氨基酸是弱的两性电解质，在酸性环境，带正电荷； 碱性环境，带负电荷；净电荷为0时的pH值为等电 点pI。由于静电作用，等电点时，溶解度最小，容 易沉定，可用于氨基酸的制备。
氨基酸
分子量
甘氨酸
75.07
丙氨酸
89.10
缬氨酸
117.15
亮氨酸
131.18
异亮氨酸
131.18
丝氨酸
105.09
苏氨酸
119.12
半胱氨酸
氨基酸生产工艺课件(PPT 55页)
2.1 用野生株的方法
• 这是从自然界获得的分离菌株进行发酵 生产的一种方法。
• 典型的例子就是谷氨酸发酵。 • 改变培养条件的发酵转换法中,有变化铵
离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷 氨酰胺和缬氨酸发酵
2.2 用营养缺陷变异株的方法
• 这一方法是诱变出菌体内氨基酸生物合 成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体， 使生物合成在中途停止，不让最终产物 起控制作用。
• 日本在美国、法国等建立了合资的氨基 酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍 生物。
• 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司, 湖北八峰氨基酸公司,但目前无论生产规模及产 品质量还难于与国外抗衡。
• 在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和发 酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术 和仿造产品,1991年销售量为二千万瓶,1996年达 六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞,北京费森尤斯,昆 明康普莱特,但生产原料都依赖进口。
二肽甜味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产 品1981年获FDA批准,现在每年产量已达 数万吨。
• 2.饲料工业： • 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 • 3.医药工业：
• 多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代 谢失调
• 苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气 对骨髓肿瘤治疗有效,且副作用低。
第二节 氨基酸生产工艺
• 氨基酸是构成蛋白成分
• 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20 多种。
氨基酸
• α 碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基 和氨基及侧链。侧链不同，氨基酸的性 质不同。
氨基酸的用途
• 1.食品工业： • 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小
麦中) • 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 • 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量
《氨基酸发酵生产技术》——课件十、味精精制车间中和工艺
味精中和工艺
中和及脱色工艺流程
纯碱、氢氧化钠 外购麸酸 粉状活性炭 （助滤剂）
中和
脱色搅拌
高位罐 加压泵 板框压滤机
洗涤
清液
吹干
拆机
工艺总说明：
谷氨酸加水溶解用碳酸钠（即纯碱）或氢氧化钠中 和，生成谷氨酸一钠盐，经脱色、除铁等离子，再经 蒸发、结晶、分离、干燥、筛分等单元操作，提到高 纯度的晶体或粉体味精。
注意：
2.1中和pH原则上控制试纸pH6.4～6.7(pH计6.5～7.4) ， 最好用pH进行在线监控，每班校正；中和温度控制 60℃，中和过程pH控制略偏酸，中完后搅拌均匀，再 调节准确。pH的控制原则是在确保麸酸完全中和溶解 彻底的前提下尽量控制低些，以利脱色。
2.2中和之前要先在中和罐底放少许纯净水(可以用相应 料液和采用纯碱或者氢氧化钠，如果用纯碱或固体片碱 要先进行预先溶解，碱浓度视具体情况而定。
注意事项：纯碱和氢氧化钠的区别：但就质量而言，用纯 碱的中和的料液质量好，（必须用食用级的）
名称 纯碱
内容 纯度 高
中和过程 价格 难、易起泡 视具体情况
液体烧碱 低
容易
片碱
高-----低
容易
2、中和时的pH控制：
3.工艺注意事项：
3.1 中和的pH和温度要严格控制，pH过高过低会导致出现二 钠盐和溶解不彻底，从而影响收率；温度过高或过低会影响 过滤效果和过滤速度。
3.2 中和过程中如果出现泡沫难中和，可以适当用蒸汽喷淋 或者食物油进行消泡，中和碱液最好做成花洒成雾状。
3.3 中和液的波美可以根据料液的具体情况而定，一般来说脱 色效果好可以考虑适当提高料液的浓度，当料液脱色效果差 时要适当降低料液的浓度。
中和及脱色工艺流程
纯碱、氢氧化钠 外购麸酸 粉状活性炭 （助滤剂）
中和
脱色搅拌
高位罐 加压泵 板框压滤机
洗涤
清液
吹干
拆机
工艺总说明：
谷氨酸加水溶解用碳酸钠（即纯碱）或氢氧化钠中 和，生成谷氨酸一钠盐，经脱色、除铁等离子，再经 蒸发、结晶、分离、干燥、筛分等单元操作，提到高 纯度的晶体或粉体味精。
注意：
2.1中和pH原则上控制试纸pH6.4～6.7(pH计6.5～7.4) ， 最好用pH进行在线监控，每班校正；中和温度控制 60℃，中和过程pH控制略偏酸，中完后搅拌均匀，再 调节准确。pH的控制原则是在确保麸酸完全中和溶解 彻底的前提下尽量控制低些，以利脱色。
2.2中和之前要先在中和罐底放少许纯净水(可以用相应 料液和采用纯碱或者氢氧化钠，如果用纯碱或固体片碱 要先进行预先溶解，碱浓度视具体情况而定。
注意事项：纯碱和氢氧化钠的区别：但就质量而言，用纯 碱的中和的料液质量好，（必须用食用级的）
名称 纯碱
内容 纯度 高
中和过程 价格 难、易起泡 视具体情况
液体烧碱 低
容易
片碱
高-----低
容易
2、中和时的pH控制：
3.工艺注意事项：
3.1 中和的pH和温度要严格控制，pH过高过低会导致出现二 钠盐和溶解不彻底，从而影响收率；温度过高或过低会影响 过滤效果和过滤速度。
3.2 中和过程中如果出现泡沫难中和，可以适当用蒸汽喷淋 或者食物油进行消泡，中和碱液最好做成花洒成雾状。
3.3 中和液的波美可以根据料液的具体情况而定，一般来说脱 色效果好可以考虑适当提高料液的浓度，当料液脱色效果差 时要适当降低料液的浓度。
氨基酸发酵生产工艺学
1、调浆：干淀粉用水调成淀粉乳，加盐酸0.5-0.8％至 pH1.5。 2、糖化：蒸汽加热，加压糖化25min。冷却至80℃下中 和。 3、中和：烧碱中和，至pH4.0-5.0 4、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8 ％，在70℃及酸性条件下搅拌后过滤。
整理课件
22
酶法糖化：以大米或碎米为原料时采用
整理课件
3
3、合适C/N
氮源用于调整pH。 合成菌体。 生成氨基酸，因此比一般微生物发酵 的C/N低。
整理课件
4
4、磷酸盐：对发酵有显著影响。不足时糖 代谢受抑制。
5、镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和 羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷酸 脱氢酶活力。
6、钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多利 于产酸，钾少利于菌体生长。
（1）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。 （2）－酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢
酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。 （3）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化
NADPH2 的能力弱。
（4）菌体本身利用谷氨酸的能力低。
整理课件
18
4.谷氨酸产生菌（全是细菌）
棒杆菌属 北京棒杆菌 C. pekinense Corynebacterium 钝齿棒杆菌 C. crenatum
我国现有50余家生产，年产量达160万吨万吨，居世界
首位。
整理课件
12
二、谷氨酸的生物合成机理
1. 谷氨酸 （-氨基戊二酸）
O C-OH H2N- C- H H-C-H
第一代鲜味剂 L-谷氨酸单钠盐——味精
H-C-H
H-C O
OH L-型
整理课件
13
2.谷氨酸的生物合成
葡萄糖
中间产物
整理课件
22
酶法糖化：以大米或碎米为原料时采用
整理课件
3
3、合适C/N
氮源用于调整pH。 合成菌体。 生成氨基酸，因此比一般微生物发酵 的C/N低。
整理课件
4
4、磷酸盐：对发酵有显著影响。不足时糖 代谢受抑制。
5、镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和 羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷酸 脱氢酶活力。
6、钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多利 于产酸，钾少利于菌体生长。
（1）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。 （2）－酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢
酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。 （3）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化
NADPH2 的能力弱。
（4）菌体本身利用谷氨酸的能力低。
整理课件
18
4.谷氨酸产生菌（全是细菌）
棒杆菌属 北京棒杆菌 C. pekinense Corynebacterium 钝齿棒杆菌 C. crenatum
我国现有50余家生产，年产量达160万吨万吨，居世界
首位。
整理课件
12
二、谷氨酸的生物合成机理
1. 谷氨酸 （-氨基戊二酸）
O C-OH H2N- C- H H-C-H
第一代鲜味剂 L-谷氨酸单钠盐——味精
H-C-H
H-C O
OH L-型
整理课件
13
2.谷氨酸的生物合成
葡萄糖
中间产物
氨基酸工艺学课件
1936年美国人开始从甜菜废液制取味精。
1957年日本发酵法生产味精。
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15
绪论
氨基酸发酵的现状 1.谷氨酸 1964年发酵法生产味精才获得成功并
在上海工业化生产。 2006年我国味精总产量130多万吨，居
世界首位。
编辑版ppt
16
绪论
编辑版ppt
17
绪论
编辑版ppt
பைடு நூலகம்
18
绪论
编辑版ppt
19
绪论
➢2006年我国味精行业经济技术指标
1）味精精制成本：山东齐鲁味精集团公司 5223.00元/t
2）糖化收率：山东齐鲁味精集团公司 99.99 % 3）平均产酸：河南莲花味精集团 15.10 % 4）发酵转化率：山东齐鲁味精集团公司 65.70
% 5）提取收率：江苏菊花味精集团公司 99.90 % 6）精制收率：山东铃兰味精工业公司 99.10 %
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6
氨基酸的种类：
– ⑴蛋白质氨基酸：蛋白质组成成分，只有 20种。
– ⑵非蛋白质氨基酸：不参与蛋白质构成的 氨基酸，种类繁多，机构不一。
– 工业生产的主要为蛋白质氨基酸。
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7
蛋白质氨基酸的种类：
根据营养学
– 必须氨基酸：赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯 丙氨酸8种氨基酸，人体不能自己制造， 需要由食物提供。
– 半必须氨基酸：精氨酸、组氨酸，人体合 成的力不足于满足自身的需要，需要从食 物中摄取一部分。
– 其余的十种氨基酸人体能够自己制造，我 们称之为非必须氨基酸。
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8
根据化学结构 1、 脂肪族氨基酸：丙、缬、亮、异亮、
1957年日本发酵法生产味精。
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15
绪论
氨基酸发酵的现状 1.谷氨酸 1964年发酵法生产味精才获得成功并
在上海工业化生产。 2006年我国味精总产量130多万吨，居
世界首位。
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绪论
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17
绪论
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பைடு நூலகம்
18
绪论
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19
绪论
➢2006年我国味精行业经济技术指标
1）味精精制成本：山东齐鲁味精集团公司 5223.00元/t
2）糖化收率：山东齐鲁味精集团公司 99.99 % 3）平均产酸：河南莲花味精集团 15.10 % 4）发酵转化率：山东齐鲁味精集团公司 65.70
% 5）提取收率：江苏菊花味精集团公司 99.90 % 6）精制收率：山东铃兰味精工业公司 99.10 %
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6
氨基酸的种类：
– ⑴蛋白质氨基酸：蛋白质组成成分，只有 20种。
– ⑵非蛋白质氨基酸：不参与蛋白质构成的 氨基酸，种类繁多，机构不一。
– 工业生产的主要为蛋白质氨基酸。
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7
蛋白质氨基酸的种类：
根据营养学
– 必须氨基酸：赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯 丙氨酸8种氨基酸，人体不能自己制造， 需要由食物提供。
– 半必须氨基酸：精氨酸、组氨酸，人体合 成的力不足于满足自身的需要，需要从食 物中摄取一部分。
– 其余的十种氨基酸人体能够自己制造，我 们称之为非必须氨基酸。
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8
根据化学结构 1、 脂肪族氨基酸：丙、缬、亮、异亮、
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• 棒状杆菌能克服这两个缺点，但载体受体系统 研究较晚且有限制修饰系统的障碍，所以获得 利于外源基因导入及表达且能稳定遗传的受体 菌是尚待解决的问题。
3.1.2 载体的构建
• 有效的载体需要有在受体菌中可启动的 复制起始位点，这可从棒状杆菌家族内 源小质粒中获得;
• 载体所需的筛选标记及外源基因插入的 多克隆位点，可从常用的克隆载体中获 得。
• 细胞内基因重组技术的缺点是，现在只在同种或有 近缘关系的微生物之间进行并较难成功。
• 代谢工程在阐明代谢途径及其调控规律的基础 上，应用重组DNA技术可以改变代谢途径分支 点上的流量或引入新的代谢步骤与构建新的代 谢网络。
• 其主要步骤为:
• 鉴定目标代谢途径涉及的酶(特别是限速酶);
• 取得酶基因，必要时可用蛋白质工程技术，如 定点诱变，基因剪接等，使蛋白具有新的特点 (增强活性或稳定性、解除反馈抑制等);
• 日本在美国、法国等建立了合资的氨基 酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍 生物。
• 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司, 湖北八峰氨基酸公司,但目前无论生产规模及产 品质量还难于与国外抗衡。
• 在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和发 酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术 和仿造产品,1991年销售量为二千万瓶,1996年达 六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞,北京费森尤斯,昆 明康普莱特,但生产原料都依赖进口。
• 我国现已有200余家生产，年产量达15万吨，居 世界首位。
• 产生菌株特点： • 革兰氏阳性 • 不形成芽胞 • 没有鞭毛，不能运动 • 需要生物素作为生长因子 • 在通气条件下才能产生谷氨酸。
• 谷氨酸生物合成机理：
• 由三羧酸循环中产生的a-酮戊二酸，在谷 氨酸脱氢酶和氢供体存在下进行还原性 氨化作用而得到。
• 9、铁：是细胞色素、细胞色素氧化酶和 过氧化氢酶的活性基的组成分，可促进 谷氨酸产生菌的生长。
• 10、铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害 作用。
• 生长因子：生物素 作用：影响细胞膜透性和代谢途径。
浓度：过多促进菌体生长，氨基酸产量低。 过少菌体生长缓慢，发酵周期长。
与其它培养条件的关系：氧供给不足， 生物素过量时，发酵向其它途径转化。
• 提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨 酸、半胱氨酸和酪氨酸
• 合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙 氨酸。
• 传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物 的成本高,工艺复杂,难以达到工业化生产的目 的。
• 生产氨基酸的大国为日本和德国。
• 日本的味之素、协和发酵及德国的德固 沙是世界氨基酸生产的三巨头。它们能 生产高品质的氨基酸,可直接用于输液制 剂的生产。
2.1 用野生株的方法
• 这是从自然界获得的分离菌株进行发酵 生产的一种方法。
• 典型的例子就是谷氨酸发酵。 • 改变培养条件的发酵转换法中,有变化铵
离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷 氨酰胺和缬氨酸发酵
2.2 用营养缺陷变异株的方法
• 这一方法是诱变出菌体内氨基酸生物合 成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体， 使生物合成在中途停止，不让最终产物 起控制作用。
菌株的育种
• 从自然界中筛选有产酸能力的菌株,并建立其培养条件. • 在确立突变技术和阐明氨基酸生物合成系统调节机制
的基础上发展为营养缺陷变异株、抗药性菌株的育种。 • 随着重组DNA技术的发展,接合、转导、转染、细胞融
合等手段首先用于体内基因重组,是早期用基因重组方 法构建生产菌株的尝试。 • 随着载体、受体系统的构建及体外基因重组技术的日 益完善,氨基酸生物工程菌的构建有了长足的发展。 • 苏氨酸等的生产菌株被成功地构建并应用于工业化生 产。
• 2、一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、 磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰组成。 pH6.5-6.8。1000ml装200-250ml振荡，32℃ 培 养12h。
• 据专家估计,到2000年,世界氨基酸产值可达45亿 美元,占生物技术市场的7%,国内的氨基酸产值可 达40亿元,占全国发酵产业总产值的12%。
氨基酸发酵生产发展的历回顾
• 所谓氨基酸发酵,就是以糖类和铵盐为主 要原料的培养基中培养微生物,积累特定 的氨基酸。
• 这些方法成立的一个重要原因是使用选 育成的氨基酸生物合成高能力的菌株。
• 菌体生长温度过高，则菌体易衰老，pH 高，糖耗慢，周期长，酸产量低。
• 采取措施：少量多次流加尿素，维持最 适生长温度，减少风量等，促进菌体生 长。
氧对氨基酸发酵的影响及其控制
• 要求供氧充足的谷氨酸族氨基酸发酵： 生物合成与TCA循环有关。
• 适宜在缺氧条件下进行的亮氨酸、苯丙 氨酸和缬氨酸发酵：菌体呼吸受阻时产 量最大。
限制精氨酸的浓度可解除 反馈抑制，实现鸟氨酸的 生物合成。
消除终产物的反馈抑制与阻遏作用
• 使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法。
促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成
• ATP的积累可促进氨基酸的生物合成
氨基酸发酵的工艺控制
• 培养基 • pH • 温度 •氧
培养基
• 1、碳源：淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙 醇、烷烃 碳源浓度过高时，对菌体生长不利， 氨基酸的转化率降低。 菌种性质、生产氨基酸种类和所采用 的发酵操作决定碳源种类
第二节 氨基酸生产工艺
• 氨基酸是构成蛋白成分
• 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20 多种。
氨基酸
• α 碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基 和氨基及侧链。侧链不同，氨基酸的性 质不同。
氨基酸的用途
• 1.食品工业： • 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小
麦中) • 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 • 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量
• （2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些， 以抑制菌体生长。
• （3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或 不加尿素，以免造成氨基酸提取困难。
• （4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。
温度对氨基酸发酵的影响及其控制
• 菌体生长达一定程度后再开始产生氨基 酸，因此菌体生长最适温度和氨基酸合 成的最适温度是不同的。
• 供氧不足时产酸受轻微影响的天冬氨酸 族氨基酸发酵
谷氨酸生产工艺
• 工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质 而制取。
• 1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投 入大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业 的重大创举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶 段。
• 目前世界产谷氨酸钠30吨/年，占氨基酸总量的 2/3。
• 将一种或多种异源的或改造后的酶基因与调节 元件一起克隆进目标生物;
• 使调节元件的作用及培育条件最优化。
3.1 载体-受体系统及克隆表 达的研究
• 3.1.1 受体的获得
• 目前使用的氨基酸工程菌受体主要是大肠杆菌 K-12及棒状杆菌家族，通常是通过诱变选育出 的基础产率较高的菌株。
• 大肠杆菌遗传背景研究得清楚，载体系统完善， 利于工程菌的构建，但它含有内毒素且不能将 蛋白产物分泌至胞外，为应用带来困难。
• 这种方法中有用高丝氨酸缺陷株的赖氨 酸发酵，有用精氨酸缺陷株的鸟氨酸发 酵，还有用异亮氨酸缺陷株的脯氨酸发 酵。
2.3 类似物抗性变异株的方法
• 用一种与自己想获得的氨基酸结构相类 似的化合物加入培养基内，使其发生控 制作用，从而抑制微生物的生长。这样， 就可以得到在这种培养基中能够生长的 变异株，而这种变异株正是解除了调控 机制的，能够生成过量的氨基酸。
• 接合转移可用于基因在亲缘关系远的物种之间的 转移，并且可将外源基因整合于染色体上，易于 稳定遗传。
氨基酸发酵的代谢控制
• 控制发酵的条件 • 控制细胞渗透性 • 控制旁路代谢 • 降低反馈作用物的浓度 • 消除终产物的反馈抑制与阻遏作用 • 促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合
成
控制发酵的条件
• 二、菌种扩大培养
• 1、斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、短 杆菌属、小杆菌属、节杆菌属。
• 我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿棒杆 菌和北京棒杆菌及各种诱变株。
• 生长特点：适用于糖质原料，需氧，以生物 素为生长因子。
• 斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成 的pH7.0-7.2琼脂培养基，32℃培养18-24h。
• 4、磷酸盐：对发酵有显著影响。不足时 糖代谢受抑制。
• 5、镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶 和羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷 酸脱氢酶活力。
• 6、钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多 利于产酸，钾少利于菌体生长。
• 7、钠：调节渗透压作用，一般在调节pH 值时加入。
• 8、锰：是许多酶的激活剂。
• 专性需氧菌，控制环境条件可 改变代谢途径和产物。
控制细胞渗透性
•生物素、油酸和表面活性剂， 引起细胞膜的脂肪酸成分的 改变。 •青霉素：抑制细胞壁的合成， 由于细胞面内外的渗透压而 泄露出来。
控制旁路代谢
降低反馈作用物的浓度
• 利用营养缺陷型突变株进行氨基酸 发酵必须限制所要求的氨基酸的量。
• 酶法糖化：以大米或碎米为原料时采用
• 大米进行浸泡磨浆，再调成15Bx，调 pH6.0，加细菌a-淀粉酶进行液化，85 ℃30min，加糖化酶60 ℃糖化24h，过滤 后可供配制培养基。
• 糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发 酵的碳源，因含丰富的生物素。
• 预处理方法：活性碳或树脂吸附法和 亚硝酸法吸附或破坏生物素。也可以在 发酵液中加入表面活性剂吐温60或添加 中青霉素。
种类：玉米浆、麸皮水解液、甘蔗糖蜜和 甜菜糖蜜为来源。
pH对氨基酸发酵的影响及其控制
• 作用机理：主要影响酶的活性和菌 的代谢。
• 控制pH方法：流加尿素和氨水 • 流加方式：根据菌体生长、pH变
化、糖耗情况和发酵阶段等因素决 定。
3.1.2 载体的构建
• 有效的载体需要有在受体菌中可启动的 复制起始位点，这可从棒状杆菌家族内 源小质粒中获得;
• 载体所需的筛选标记及外源基因插入的 多克隆位点，可从常用的克隆载体中获 得。
• 细胞内基因重组技术的缺点是，现在只在同种或有 近缘关系的微生物之间进行并较难成功。
• 代谢工程在阐明代谢途径及其调控规律的基础 上，应用重组DNA技术可以改变代谢途径分支 点上的流量或引入新的代谢步骤与构建新的代 谢网络。
• 其主要步骤为:
• 鉴定目标代谢途径涉及的酶(特别是限速酶);
• 取得酶基因，必要时可用蛋白质工程技术，如 定点诱变，基因剪接等，使蛋白具有新的特点 (增强活性或稳定性、解除反馈抑制等);
• 日本在美国、法国等建立了合资的氨基 酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍 生物。
• 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司, 湖北八峰氨基酸公司,但目前无论生产规模及产 品质量还难于与国外抗衡。
• 在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和发 酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术 和仿造产品,1991年销售量为二千万瓶,1996年达 六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞,北京费森尤斯,昆 明康普莱特,但生产原料都依赖进口。
• 我国现已有200余家生产，年产量达15万吨，居 世界首位。
• 产生菌株特点： • 革兰氏阳性 • 不形成芽胞 • 没有鞭毛，不能运动 • 需要生物素作为生长因子 • 在通气条件下才能产生谷氨酸。
• 谷氨酸生物合成机理：
• 由三羧酸循环中产生的a-酮戊二酸，在谷 氨酸脱氢酶和氢供体存在下进行还原性 氨化作用而得到。
• 9、铁：是细胞色素、细胞色素氧化酶和 过氧化氢酶的活性基的组成分，可促进 谷氨酸产生菌的生长。
• 10、铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害 作用。
• 生长因子：生物素 作用：影响细胞膜透性和代谢途径。
浓度：过多促进菌体生长，氨基酸产量低。 过少菌体生长缓慢，发酵周期长。
与其它培养条件的关系：氧供给不足， 生物素过量时，发酵向其它途径转化。
• 提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨 酸、半胱氨酸和酪氨酸
• 合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙 氨酸。
• 传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物 的成本高,工艺复杂,难以达到工业化生产的目 的。
• 生产氨基酸的大国为日本和德国。
• 日本的味之素、协和发酵及德国的德固 沙是世界氨基酸生产的三巨头。它们能 生产高品质的氨基酸,可直接用于输液制 剂的生产。
2.1 用野生株的方法
• 这是从自然界获得的分离菌株进行发酵 生产的一种方法。
• 典型的例子就是谷氨酸发酵。 • 改变培养条件的发酵转换法中,有变化铵
离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷 氨酰胺和缬氨酸发酵
2.2 用营养缺陷变异株的方法
• 这一方法是诱变出菌体内氨基酸生物合 成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体， 使生物合成在中途停止，不让最终产物 起控制作用。
菌株的育种
• 从自然界中筛选有产酸能力的菌株,并建立其培养条件. • 在确立突变技术和阐明氨基酸生物合成系统调节机制
的基础上发展为营养缺陷变异株、抗药性菌株的育种。 • 随着重组DNA技术的发展,接合、转导、转染、细胞融
合等手段首先用于体内基因重组,是早期用基因重组方 法构建生产菌株的尝试。 • 随着载体、受体系统的构建及体外基因重组技术的日 益完善,氨基酸生物工程菌的构建有了长足的发展。 • 苏氨酸等的生产菌株被成功地构建并应用于工业化生 产。
• 2、一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、 磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰组成。 pH6.5-6.8。1000ml装200-250ml振荡，32℃ 培 养12h。
• 据专家估计,到2000年,世界氨基酸产值可达45亿 美元,占生物技术市场的7%,国内的氨基酸产值可 达40亿元,占全国发酵产业总产值的12%。
氨基酸发酵生产发展的历回顾
• 所谓氨基酸发酵,就是以糖类和铵盐为主 要原料的培养基中培养微生物,积累特定 的氨基酸。
• 这些方法成立的一个重要原因是使用选 育成的氨基酸生物合成高能力的菌株。
• 菌体生长温度过高，则菌体易衰老，pH 高，糖耗慢，周期长，酸产量低。
• 采取措施：少量多次流加尿素，维持最 适生长温度，减少风量等，促进菌体生 长。
氧对氨基酸发酵的影响及其控制
• 要求供氧充足的谷氨酸族氨基酸发酵： 生物合成与TCA循环有关。
• 适宜在缺氧条件下进行的亮氨酸、苯丙 氨酸和缬氨酸发酵：菌体呼吸受阻时产 量最大。
限制精氨酸的浓度可解除 反馈抑制，实现鸟氨酸的 生物合成。
消除终产物的反馈抑制与阻遏作用
• 使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法。
促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成
• ATP的积累可促进氨基酸的生物合成
氨基酸发酵的工艺控制
• 培养基 • pH • 温度 •氧
培养基
• 1、碳源：淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙 醇、烷烃 碳源浓度过高时，对菌体生长不利， 氨基酸的转化率降低。 菌种性质、生产氨基酸种类和所采用 的发酵操作决定碳源种类
第二节 氨基酸生产工艺
• 氨基酸是构成蛋白成分
• 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20 多种。
氨基酸
• α 碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基 和氨基及侧链。侧链不同，氨基酸的性 质不同。
氨基酸的用途
• 1.食品工业： • 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小
麦中) • 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 • 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量
• （2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些， 以抑制菌体生长。
• （3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或 不加尿素，以免造成氨基酸提取困难。
• （4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。
温度对氨基酸发酵的影响及其控制
• 菌体生长达一定程度后再开始产生氨基 酸，因此菌体生长最适温度和氨基酸合 成的最适温度是不同的。
• 供氧不足时产酸受轻微影响的天冬氨酸 族氨基酸发酵
谷氨酸生产工艺
• 工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质 而制取。
• 1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投 入大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业 的重大创举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶 段。
• 目前世界产谷氨酸钠30吨/年，占氨基酸总量的 2/3。
• 将一种或多种异源的或改造后的酶基因与调节 元件一起克隆进目标生物;
• 使调节元件的作用及培育条件最优化。
3.1 载体-受体系统及克隆表 达的研究
• 3.1.1 受体的获得
• 目前使用的氨基酸工程菌受体主要是大肠杆菌 K-12及棒状杆菌家族，通常是通过诱变选育出 的基础产率较高的菌株。
• 大肠杆菌遗传背景研究得清楚，载体系统完善， 利于工程菌的构建，但它含有内毒素且不能将 蛋白产物分泌至胞外，为应用带来困难。
• 这种方法中有用高丝氨酸缺陷株的赖氨 酸发酵，有用精氨酸缺陷株的鸟氨酸发 酵，还有用异亮氨酸缺陷株的脯氨酸发 酵。
2.3 类似物抗性变异株的方法
• 用一种与自己想获得的氨基酸结构相类 似的化合物加入培养基内，使其发生控 制作用，从而抑制微生物的生长。这样， 就可以得到在这种培养基中能够生长的 变异株，而这种变异株正是解除了调控 机制的，能够生成过量的氨基酸。
• 接合转移可用于基因在亲缘关系远的物种之间的 转移，并且可将外源基因整合于染色体上，易于 稳定遗传。
氨基酸发酵的代谢控制
• 控制发酵的条件 • 控制细胞渗透性 • 控制旁路代谢 • 降低反馈作用物的浓度 • 消除终产物的反馈抑制与阻遏作用 • 促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合
成
控制发酵的条件
• 二、菌种扩大培养
• 1、斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、短 杆菌属、小杆菌属、节杆菌属。
• 我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿棒杆 菌和北京棒杆菌及各种诱变株。
• 生长特点：适用于糖质原料，需氧，以生物 素为生长因子。
• 斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成 的pH7.0-7.2琼脂培养基，32℃培养18-24h。
• 4、磷酸盐：对发酵有显著影响。不足时 糖代谢受抑制。
• 5、镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶 和羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷 酸脱氢酶活力。
• 6、钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多 利于产酸，钾少利于菌体生长。
• 7、钠：调节渗透压作用，一般在调节pH 值时加入。
• 8、锰：是许多酶的激活剂。
• 专性需氧菌，控制环境条件可 改变代谢途径和产物。
控制细胞渗透性
•生物素、油酸和表面活性剂， 引起细胞膜的脂肪酸成分的 改变。 •青霉素：抑制细胞壁的合成， 由于细胞面内外的渗透压而 泄露出来。
控制旁路代谢
降低反馈作用物的浓度
• 利用营养缺陷型突变株进行氨基酸 发酵必须限制所要求的氨基酸的量。
• 酶法糖化：以大米或碎米为原料时采用
• 大米进行浸泡磨浆，再调成15Bx，调 pH6.0，加细菌a-淀粉酶进行液化，85 ℃30min，加糖化酶60 ℃糖化24h，过滤 后可供配制培养基。
• 糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发 酵的碳源，因含丰富的生物素。
• 预处理方法：活性碳或树脂吸附法和 亚硝酸法吸附或破坏生物素。也可以在 发酵液中加入表面活性剂吐温60或添加 中青霉素。
种类：玉米浆、麸皮水解液、甘蔗糖蜜和 甜菜糖蜜为来源。
pH对氨基酸发酵的影响及其控制
• 作用机理：主要影响酶的活性和菌 的代谢。
• 控制pH方法：流加尿素和氨水 • 流加方式：根据菌体生长、pH变
化、糖耗情况和发酵阶段等因素决 定。