氨基酸生产工艺
氨基酸的制作方法
氨基酸的制作方法
有多种制作氨基酸的方法，以下是其中几种常见的方法：
1. 微生物发酵法：一般采用大肠杆菌、酵母菌、屈菜花霉菌、酪酸乳杆菌等微生物，通过发酵将废弃物或廉价原料转化为氨基酸。
2. 化学合成法：该方法利用化学合成的原理，通过有机合成化学手段合成氨基酸，但是该方法制备成本高，且对环境污染严重。
3. 氨基酸水解法：氨基酸水解是指利用酸或酶水解蛋白质，使其分解成氨基酸和多肽，再进行脱离、纯化和分离。
4. 磷酸化反应法：该方法将含有羧基的物质与无水磷酸反应，生成关键的磷酸酯键，从而合成氨基酸。
总而言之，不同的制备方法适用于不同的氨基酸，其选择往往取决于经济性、产品纯度、工艺性能和环保性等因素。
各种氨基酸的生产工艺设计
各种氨基酸的生产工艺设计
氨基酸是生命体中重要的化学物质，有多种生产工艺设计可用于其制备。
以下是几种常见的氨基酸生产工艺设计。
1.天然氨基酸提取工艺：天然氨基酸可从天然蛋白质中提取。
首先，将天然蛋白质源材料（如大豆、动物骨骼等）进行粉碎和溶解。
然后使用酶（如蛋白酶）或酸（如盐酸）将蛋白质水解为氨基酸。
接下来，通过过滤、浓缩、结晶等步骤来分离和纯化氨基酸。
2.化学合成工艺：化学合成是一种常用的氨基酸生产方法。
首先，选择合适的起始原料，如甘氨酸和苯丙氨酸，然后经过一系列的化学反应，如取代反应、羧酸酯化反应等，逐步构建氨基酸的分子结构。
最后，通过结晶、溶解、过滤等步骤来纯化合成的氨基酸。
3.微生物发酵工艺：微生物发酵是一种使用微生物（如大肠杆菌、酵母菌等）合成氨基酸的生产方法。
首先，选择合适的微生物菌种，并调节培养基中的营养成分，如碳源、氮源和微量元素等，以促进菌种的生长和代谢。
然后，通过发酵过程中的菌种培养、酶促反应等控制酶的活性和代谢产物的合成。
最后，通过纯化步骤来提取和纯化发酵产生的氨基酸。
4.生物转化工艺：生物转化是一种使用转基因生物的工艺，通过修改和调节其代谢途径来合成氨基酸。
首先，选择适合的转基因生物并导入目标氨基酸的合成途径相关基因。
然后，通过培养和生长转基因生物，并调节培养条件（如温度、PH值等）来控制氨基酸的产生。
最后，通过纯化步骤来提取和纯化生物转化产生的氨基酸。
第11章氨基酸生产工艺
4 体内及体外基因重组的方法
• 基因工程包括细胞内基因重组方法和试管内 的体外基因重组方法。
• 体内基因重组在应用上又称为杂交育种，主 要方法包括：转化、转染、接合转移、转导 和细胞融合等，这都是在细胞内暂时地产生 染色体的局部二倍体，在两条DNA链之间引 起两次以上的交叉，是遗传性重组现象。
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。
4. 化学工业：谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙氨 酸纤维。
二、氨基酸的生产方法
• 发酵法： 直接发酵法：野生菌株发酵、营养
• （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。
• 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。
• 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。
各种氨基酸的生产工艺
各种氨基酸的生产工艺1、谷氨酸(1)等电离交工艺方法——从发酵液中提取谷氨酸，即将谷氨酸发酵液降温并用硫酸调PH 值至谷氨酸等电点(pH3.0- 3.2)，温度降到10以下沉淀，离心分离谷氨酸，再将上清液用硫酸调pH 至 1.5 上732 强酸性阳离子交换树脂，用氨水调上清液pH10 进行洗脱，洗脱下来的高流分再用硫酸调pH1.0 返回等电车间加入发酵液进行等电提取，离交车间的上柱后的上清液及洗柱水送去环保车间进行废水处理。
该工艺方法的缺点是：废水量大，治理成本高，酸碱用量大。
(2)连续等电工艺——将谷氨酸发酵液适当浓缩后控制40℃左右，连续加入有晶种的等电罐中，同时加入硫酸，控制等电罐中PH 值维持在 3.2 左右，温度40℃进行结晶。
该工艺方法废的优点是：水量相对较少；缺点是：氨酸提取率及产品质量较差。
(3)发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺——谷氨酸发酵液经灭菌后进入超滤膜进行超滤，澄清的谷氨酸发酵液在第一调酸罐中被调整pH 值为 3.20～3.25，然后进入常温的等电点连续蒸发降温结晶装置进行结晶，分离、洗涤，得到谷氨酸晶体和母液，将一部分母液进入脱盐装置，脱盐后的谷氨酸母液一部分与超滤后澄清的谷氨酸发酵液合并；另一部分在第二调酸罐中被调整pH 值至 4.5～7，蒸发、浓缩、再在第三调酸罐中调pH 值至3.20～3.25 后，进入低温的等电点连续蒸发降温结晶装置，使母液中的谷氨酸充分结晶出来，低温的等电点连续蒸发降温结晶装置排出的晶浆被分离、洗涤，得到谷氨酸晶体和二次母液。
(4)水解等电点法发酵液-----浓缩（78.9kPa，0.15MPa 蒸汽）----盐酸水解（130℃，4h）----过滤-----滤液脱色-----浓缩-----中和，调pH 至 3.0-3.2（NaOH 或发酵液）-----低温放置，析晶-------谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省(5)低温等电点法发酵液-----边冷却边加硫酸调节pH4.0-4.5-----加晶种，育晶2h-----边冷却边加硫酸调至pH3.0-3.2------冷却降温------搅拌16h------4℃静置4h------离心分离--------谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省(6)直接常温等电点法发酵液-----加硫酸调节pH4.0-4.5-----育晶2-4h-----加硫酸调至pH3.5-3.8------育晶2h------加硫酸调至pH3.0-3.2------育晶2h------冷却降温------搅拌16-20h------沉淀2-4h-------谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、操作容易、生产周期短、酸碱用量省。
《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
发酵法生产氨基酸的工艺流程
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1. 原料处理。
选择合适的碳源（如葡萄糖、蔗糖、乳清）和氮源（如氨、尿素）。
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
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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
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2020/11/22
氨基酸生产工艺
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氨基酸生产工艺
1、用野生株的方法
w 这是从自然界获得的分离菌株进行发酵生产 的一种方法。
w 典型的例子就是谷氨酸发酵。 w 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
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氨基酸生产工艺
2、 用营养缺陷变异株的方法
w 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。
w 利用此方法发酵的有:苏氨酸、赖氨酸、异亮 氨酸、组氨酸和精氨酸。
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氨基酸生产工艺
负反馈控 制
w w w w w w w w w w
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谷氨酸 N-乙酰 谷氨酸激酶
N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸
鸟氨酸
瓜氨酸缺陷型菌株生产鸟氨酸
瓜氨酸
精氨酸缺陷型菌株生产瓜氨酸 精氨酸结构类似物抗性突变株
精氨酸缺陷型菌株生产瓜氨酸 精氨酸结构类似物抗性突变株
精氨酸 抗反馈调节突变株生产精氨酸
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3、结构类似物抗性突变株的方法
w 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。
表❖＝示色2。8氨0n酸m的，max
280=5.6x103;
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4、化学通性：
-COOH：成盐、成酯、酰胺化、脱羧、酰氯化； -NH2：成盐、脱氨 两性解离 肽键
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酪氨酸酚羟基：米伦反应、福林-达尼斯反应； 精氨酸胍基:坂口反应 色氨酸吲哚基：遇芳醛变红 组氨酸咪唑基：pauly反应
w 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。 PPT文档演模板
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几种方法的比较
合成法 发酵法
酶法
原料
石油 碳源、氮源 底物
产物浓度 高
低
高
产物类型 DL L
L
副产物 少
多
少
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第三节 氨基酸的用途
w 1.食品工业： w 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦中) w 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 w 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽
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。
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氨基酸生产工艺
w 2.饲料工业：
w 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料
w 3.医药工业：
w 多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调 w 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
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2、种子扩大培养：
斜面
一级种子
二级种子
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3、发酵工艺及控制要点：
⑴流程：
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w 压缩空气 斜面 淀粉水解糖
w 油水分离器 摇瓶种子 配料
w 过滤器
种子罐 灭菌
w w w
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发酵罐 提取分离
赖氨酸
氨基酸生产工艺
w 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。
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负反馈控 制
w w w w w w w w w w
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谷氨酸 N-乙酰 谷氨酸激酶
N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸
鸟氨酸
瓜氨酸缺陷型菌株生产鸟氨酸
瓜氨酸
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第一节 氨基酸种类及理化性质
一、氨基酸组成及结构 w 1、元素：C、H、O、N等 w 2、通式：
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3、氨基酸的一般物理性质
(T2常)yr见熔、氨点Tr：基p氨、酸基P均h酸e为在的无熔近色点紫结极外晶高光,，其区一形的般状最在因大构
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二、分类与命名
1、命名： 2、分类：⑴带电状况：酸性、中性、碱性；
⑵侧链结构：脂肪、芳香、杂环； ⑶侧链极性：极性、非极性； ⑷人体需求：必需、非必需。
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第二节 氨基酸的生产方法
w 一、蛋白水解法： w 1、酸水解 w 2、碱水解 w 3、酶水解
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1、酸水解
w
盐酸、硫酸
w
110-120℃
w
12-24h
w
缺点：氨基酸结构被破坏，污染环境
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2、碱水解
w 氢氧化钠、氢氧化钡
w
100℃
w
6h
缺点:氨基酸结构被破坏，消旋
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3、酶解
w 优点 缺点：水解不彻底，可用于生产肽、胨等
精氨酸 抗反馈调节突变株生产精氨酸
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4 、 体内及体外基因重组的方法
w 基因工程包括细胞内基因重组方法和试管内 的体外基因重组方法。
w 体内基因重组在应ห้องสมุดไป่ตู้上又称为杂交育种，主 要方法包括：转化、转染、接合转移、转导
和细胞融合等，这都是在细胞内暂时地产生 染色体的局部二倍体，在两条DNA链之间引 起两次以上的交叉，是遗传性重组现象。
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氨基酸生产工艺
二、合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯 丙氨酸。
三、酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来 制造氨基酸。
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。
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四、发酵法
直接发酵法：野生菌株发酵、 营养缺陷型突变株发酵、 氨基酸结构类似物抗性突变株发酵 营养缺陷型兼抗性突变株发酵。
⑵培养基：
葡萄糖 糖蜜 玉米浆 豆饼 硫酸铵 碳酸钙 磷酸氢二钾 硫酸镁 味液 生物素 硫胺素 铁 锰 pH
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⑶工艺条件：
温度
pH 种龄、接种量 氧 生物素 硫酸铵 其他
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第五节 赖氨酸的提取和精制
一、发酵液成分： 1、氨基酸 2、菌体 3、培养基 4、色素
(((吸43(51))2的单光在紫紫丙)旋)收型度碱常0光❖＝ ❖溶味无钠性20m可 外 外 氨光酪苯7峰2而 差 中 酒吸℃感a解5味盐，7x性氨丙见区 区酸=5＝（异 别 ，精以：收性、有能n1酸氨：((光和.2m上4其λ但很 能<2：有鲜使5：的酸x除，72区色1。味2m不大把的味偏n的构00各甘2mma3都氨随-x为，振能，氨0;3成a），氨种xn0不没酸甜是光溶并基蛋酸m和氨0同有有、味平n解能酸外)白摩基均m氨有精面光吸，于溶从质尔酸)基有的的向只吸收氨有解其的消在酸光味主左有收光基机于溶2有光水苦要 或吸酪酸0，的稀 溶 液所系中种，成向收都氨但能不酸 剂 中谷分右数的氨。具酸在力同或 。 沉氨。旋ε溶基有在、远。，酸转稀 通 淀解旋酸近苯有的， 左析旋25出7者=。通2.0常x1用02（; -）表示，右旋者用（+）
w
熔点：263℃
w
单斜晶系
w
比旋光度：+21°
w
水中溶解度：53.6g/ml（0℃）
w
口服半致死量（LD50）：4.0g/kg
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二、赖氨酸发酵生产
w 斜面菌种 种子培养
发酵 上柱
w
洗脱
w
浓缩
精制盐
重结晶
粗盐
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1、菌种：北京棒杆菌、钝齿棒杆菌；
疗有效,且副作用低。
w 4.化学工业： w 谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙氨酸纤维。
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第四节 赖氨酸生产实例
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氨基酸生产工艺
一、概述
w 1、结构：2，6-二氨基己酸
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w 2、存在形式：盐酸盐
w 3、物理性质：相对分子质量：182.65
二、发酵液预处理：离心、沉淀
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三、赖氨酸提取:离子交换法
1、柱子：强酸性阳离子交换树脂，pH2.0
弱酸性阳离子交换树脂，pH7.？0-9.0
2、阳离子：H+：吸附力强 NH4+:选择性好，简化操作
3、上柱： 4、洗脱：⑴氨水：
⑵氨水+氯化铵： ⑶氢氧化钠：
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