氨基酸生产方法
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。
氨基酸生产——精选推荐
氨基酸⽣产第⼀章氨基酸的概述⼀、氨基酸的物理性质氨基酸系⽆⾊或⽩⾊晶体，具有200℃以上的⾼熔点，熔融的同时也分解。
除了脯氨酸和羟脯氨酸溶于酒精外，⼀般都不溶于有机溶剂，⽽易溶于⽔，在⽔中的溶解度随氨基酸的种类⽽异，在酸性或碱性中溶解度增⼤。
1、氨基酸的酸碱度α-氨基酸中存在α-氨基和α-是他们在结构。
按其酸碱性质的不同，可将其分为三⼤类。
即酸性氨基酸，碱性氨基酸和中性氨基酸。
其中以种性氨基酸的种类最多。
2、两性电解质特性氨基酸分⼦内含有氨基和羧基，汽⽔溶液随PH值不同⽽离解，但是，侧链上的氨基，羧基，咪唑基，酚基等的存在，PK,PI受到影响、氨基酸直接⽤离⼦交换树脂和离⼦交换膜分离，间接⽤溶度差晶析分离都是利⽤氨基酸阴阳离⼦的两性电解质性质。
⼆、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质与其分⼦的特殊官能团如羧基、氨基和⽀链R集团是分不开的氨基酸的羧基具有-羧酸羧基的性质，氨基酸的氨基具有伯胺氨基的性质，NH基与COOH2基共同参加的离⼦交换反应，与⾦属离⼦形成配合物等。
三、氨基酸的⽤途氨基酸是构成蛋⽩质的基本单位，是合成⼈体激素、酶及抗体的原料，参与⼈体新陈代谢和各种⽣理活动，再⽣命中显⽰特殊作⽤。
因此各种不同的氨基酸可以⽤来治疗不同的疾病。
不但氨基酸本⾝有治疗作⽤，氨基酸的衍⽣物也有治疗作⽤。
20多年来，氨基酸在医药、保健⽅⾯的应⽤进展迅速，作为营养剂代谢改善剂、抗溃疡、防辐射、抗菌、治癌、镇痛，以及为特殊病⼈配制⼈⼯合成膳⾷等应⽤越来越多，议案计算为原料的激素，抗菌素，酶抑制剂，抗癌药等⽣物活性多肽，层出不穷。
氨基酸是组成蛋⽩质的基本单位，也是蛋⽩质在体内代谢的基本形式，各种氨基酸的代谢异常往往产⽣蛋⽩质代谢紊乱，可以⽤某些氨基酸治疗这些疾病。
此外，由于胃肠消化系统功能障碍，烧伤、外伤、⼿术等⼤出⾎造成的蛋⽩质缺损或低蛋⽩证，⽤氨基酸复合制剂治疗，具有良好的效果；对⼀些特殊环境下的⼯作⼈员的特殊营养亦需⽤专门的氨基酸制剂。
氨基酸的微生物生产与应用
氨基酸的微生物生产与应用氨基酸是构成生命体的重要有机分子，它们在生物体内扮演着多种重要角色。
氨基酸不仅是蛋白质的组成单位，还参与合成酶、激素和维持生命代谢的平衡。
传统上，氨基酸主要通过化学合成或从天然资源中提取，但这些方法经常受到工艺复杂、生产成本高以及环境污染等问题的限制。
然而，利用微生物进行氨基酸生产的方法在过去几十年中得到了广泛应用和发展。
微生物生产氨基酸的方法主要包括两个方面：发酵法和合成生物学方法。
发酵法是通过利用微生物菌株来生产目标氨基酸的方法。
在这种方法中，需要寻找适合生产目标氨基酸的微生物菌株，并对其进行优化培养条件和发酵工艺。
目前，广泛应用于氨基酸发酵生产的微生物菌株包括大肠杆菌、突变酵母菌、枯草杆菌等。
发酵法相对简单和成本较低，但其产量和纯度相对较低，需要进一步提高。
合成生物学方法是通过改造微生物的代谢途径和基因组来合成目标氨基酸的方法。
这种方法利用生物工程技术，通过转基因操作和代谢途径的调控，使微生物菌株能够有效地合成目标氨基酸。
合成生物学方法具有选择性高、产量高、纯度高等优点，在研究和应用上具有广阔的前景。
目前，合成生物学方法已经成功合成了许多极为复杂的氨基酸。
氨基酸的微生物生产不仅有着广泛的应用价值，还对人类社会的可持续发展有着积极的影响。
首先，氨基酸作为高附加值的生物产物，广泛应用于食品、化工、医药和农业等领域。
作为添加剂，氨基酸能够提高产品的质量和安全性。
其次，微生物生产氨基酸相对于传统方法具有更低的生产成本和更低的环境污染。
这种绿色生产方式符合可持续发展的要求，有助于减少对自然资源的依赖和环境负荷。
最后，通过合成生物学方法可实现高效产量和精准调控，为未来的创新和发展提供了广阔的空间。
在应用方面，氨基酸的微生物生产已经成为食品工业和医药工业的重要领域。
在食品工业中，氨基酸作为增味剂、营养增补剂和调味剂广泛应用于各类食品中，帮助提高产品的口感和滋味，满足人们对食品品质的需求。
氨基酸的生产
能防止稻瘟病，提高米的蛋白质含量；长链酰基氨基酸能 提高农作物对病害的抵抗力。
生产方法
提取法 将蛋白质原料用酸水解， 从水解液中提取氨基 酸。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸用提取法生产。
合成法 D、L-蛋氨酸，D、L-丙氨酸，甘氨酸和苯丙氨酸； 需进行拆分。
中和剂为纯碱，也可用烧碱配成NaOH溶液。用纯碱 中和，反应较温和，糖液质量有保证，但是产生泡 沫多；用烧碱中和，易局部过碱使葡萄糖发生焦化 变为焦糖（焦糖抑制谷氨酸菌的生长，增加糖液色 泽及精制困难）。在操作中将碱配成一定的浓度， 然后再用于中和。
➢ 脱色
活性炭吸附法 常用粉末状活性炭。 ✓ 活性炭耗量视糖液色泽情况与活性炭质量而定。 ✓ 粉末炭用量相当于投淀粉量 0.6%～0.8%。 ✓ 脱色效果与投炭量、质量、温度、pH值、时间有关 ✓ 脱色温度低些，对脱色效果较为有利，但温度过低，
项目实施
任务一 L-赖氨酸的发酵生产
一、生产前准备 （二）确定生产技术、生产菌种和工艺路线 1. 生产技术：微生物直接发酵技术 2.菌种：北京棒状杆菌AS1.563 3.发酵工艺路线
二、生产工艺过程
（一）菌种培养 1、斜面培养基和培养条件 （1）培养基成分（％）为: 葡萄糖0.5（保藏斜面培养基不加），牛肉膏1.0， 蛋白胨1.0，NaCl0.5，琼脂2.0，pH7.0～7.2。 0.1MPa，灭菌30min后，于30℃保温24h，检 查无菌后，放冰箱备用。 （2）培养条件：菌种活化后于30～32℃恒温培 养18～24h 。
酶法 利用微生物产生的酶制造氨基酸。赖氨酸、色氨酸、 天冬氨酸、酪氨酸可用酶法生产。
发酵法 以淀粉水解糖，或糖蜜、醋酸为原料，利用氨基 酸生产菌进行代谢发酵。发酵工艺，采用分批流加法，计 算机控制，生产管理自动化，产酸率和转化率均较高。我 国20世纪60年代发酵法生产谷氨酸，目前发展相当规模， 赖氨酸、天冬氨酸、丙氨酸等用发酵法和酶法生产。
氨基酸生产
(二）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。
控制：
• （1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素， 避免pH过高
• （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。
氨基酸生产工艺
氨基酸的用途
1. 食品工业：
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
七、非糖质原料的谷氨酸发酵
• 醋酸发酵谷氨酸 • 机理：醋酸形成乙酰CoA，再进入TCA， 因此凡能利用葡萄糖原料的菌种也可作 为醋酸发酵谷氨酸的菌株。
• 以醋酸钠或醋酸铵与醋酸的混合液为原 料，且浓度不超过4％。发酵过程中也需 流加以保持pH。
• 3、菌体生长停止期：谷氨酸合成。
• 措施：提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4。大量通气， 控制温度34-37 ℃。
• 4、发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。
• 措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。 • 发酵周期一般为30h。
四、谷氨酸发酵控制
• 1、生物素：作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键 酶乙酰CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合在，进而影响 磷酯的合成。 • 当磷酯含量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变 形，谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。 • 生物素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产 谷氨酸，代谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多。
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。
天然蛋白质水解生产氨基酸的方法
天然蛋白质水解生产氨基酸的方法氨基酸是构成生物体的基本物质，是分子生物学研究中的重要物质，其水解是蛋白质等天然大分子物质批量制备氨基酸的有效方法。
本文分述了天然蛋白质水解生产氨基酸的方法，主要包括以下几个方面：选择蛋白质来源；研究蛋白质的特性；设计蛋白质水解反应原理；实施蛋白质水解反应；对氨基酸进行分离和纯化；测定氨基酸组成；条件优化和改善。
首先，选择蛋白质来源。
好的蛋白质来源可以有效地帮助氨基酸的生产。
通常，各种家畜和食品蛋白质都可以作为有效的蛋白质质量来源，如乳制品，肉类，豆类，水产品，蔬菜等。
对于蛋白质的选择，可以根据蛋白质的性质，如种类，氨基酸组成，结构，活性，物理性质等，结合目标蛋白质水解用途，提出适宜的蛋白质来源。
其次，研究蛋白质的特性。
通常，需要研究并评估蛋白质的氨基酸组成，结构，及其其它化学和生物学特性。
如果蛋白质的氨基酸组成特征不明确，可以通过质谱法，液相色谱，等途径测定其组成。
通过X射线衍射，质量分析法，折射谱，可以研究蛋白质的结构特性。
根据蛋白质的特性，可以进一步探讨其水解反应。
第三，设计蛋白质水解反应原理。
蛋白质水解反应原理大体上可以分为两类：酶解法和非酶解法。
酶解法具有高效率，收率高，适用于弱酸性和弱碱性蛋白质；非酶解法适用于高温高度抗性等蛋白质，但它的灵敏度和选择性不如酶解法，可用不同的方式来实施蛋白质水解，例如电离的方法，超声的方法，热的方法，光的方法，酸的方法，碱的方法等等。
第四，实施蛋白质水解反应。
一般来说，酶解法反应涉及离子交换模拟的操作，其中必须控制温度，PH值，时间，添加剂的量等。
实施非酶解法反应，必须考虑温度，PH值，离子强度，气体类型，添加剂加热方式等因素，还可以添加辅助物质，如碳酸钠，硫酸钠，木糖醇等，以提高反应率。
第五，对氨基酸进行分离和纯化。
氨基酸的分离和纯化是蛋白质水解反应的核心步骤，如果在此步骤出现偏差，整个氨基酸反应将受到影响。
一般来说，可以利用如溶剂萃取、分子筛、盐析、离子交换和凝胶色谱等技术，从氨基酸混合物中分离和纯化氨基酸，进而可以提高氨基酸的收获率和品质。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发酵法
直接发酵法
原料成本低，反应条件温和，容易实现大规模生产
产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长
添加前体法
化学合成法
生产的氨基酸品种不受限制，除可以制备天然氨基酸外，还可用于制备各种特殊结构的非天然氨基酸
合成得到的氨基酸都是DL型氨基酸，成本高，反应复杂，步骤多，副产物多
酶转化法
可用于生产难以用发酵法或合成法制备的光学活性氨基酸，技术工艺简单，产生浓度高，转化率及生产效率较高，副产物少
其过程需以化学合成、生物合成或天然存在的氨基酸前体为原料，同时培养具有相应酶的微生物
氨基酸生产方法及其特点
氨基酸生产方法
特点
优点
缺点
提取法
酸水解法
水解迅速而彻底，产物全部为L-型氨基酸，无消旋作用
色氨酸全部被破坏，丝氨酸和酪氨酸部分被破坏，且产生大量废酸污染坏境
碱水解法
水解迅速而彻底，且色氨酸不被破坏
含羟基或巯基的氨基酸全部被破坏，且产生消旋作用
酶水解法
反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸不破坏，无消旋作用