色氨酸发酵工艺原理及工业生产

湖北大学

发酵工程与设备课程设计

题目色氨酸发酵工艺

专业年级08生物工程

学生姓名赵雄峰

学号2008221107100168

指导老师李亚东

2011年6月4日

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目录

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1前言

前言------------------------------------------------3 --------------------------------------------6

2发酵机制

发酵机制--------------------------------------------6

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发酵工艺及特点--------------------------------------7

3发酵工艺及特点

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4菌种的制备及种子的扩大培养

菌种的制备及种子的扩大培养--------------------------9

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培养基的组成及制备----------------------------------12

5培养基的组成及制备

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6无菌空气制备系统

无菌空气制备系统-----------------------------------13

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7部分工艺计算

部分工艺计算----------------------------------------15 --------------------------------------------17

三废处理--------------------------------------------17

8三废处理

---------------------------------------------18 9参考文献

参考文献---------------------------------------------18

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一.前言

L-色氨酸是种重要的氨基酸,广泛应用于医药、食品和饲料等行业。近年来,各行业对L-色氨酸的需求量日益增加,而现有产量远不能满足国内外市场的需求。因此,开发微生物酶法生产L-色氨酸的工艺路线具有广阔的应用前景。目前我国市场上销售的[色氨酸主要依靠进口，我国国务院已于2004、2007年将I 色氨酸生产列入"鼓励外商投资产业目录"之中。直接发酵法生产[色氨酸的研究，对发展我国氨基酸发酵工业具有重大的意义。本文对发酵液中色氨酸的快速测定、出发菌株的生理特征和产酸特性、I 色氨酸高产菌株的选育及发酵条件的优化进行了重点研究。

1.1色氨酸的理化性质

色氨酸属于中性芳香族氨基酸，结构中含有吲哚基，在生物体中，色氨酸以结

合态或游离态存在。其结构式如图1-1所示：色氨酸是手性化合物，有[型和0型两种镜像结构。[色氨酸是人体必须氨基酸，它参与人体与动物的蛋白质合成和代谢网络调节，并广泛的存在于自然界中；0-色氨酸不能合成蛋白质，在人体内几乎不发生代谢作用。

L-色氨酸化学名为L-2-氨基-3-吲哚基丙酸，别名为L-氨基吲哚丙酸、胰化蛋白氨基酸。其分子式为C 11H 12O 2N 2，相对分子量为204.21，熔点为289℃，等电点PI 为5.89，pKa（25℃）为2.38及9.39，微苦、呈绢丝光泽六角片状白色结晶，在水中溶解度1.147％（25℃）2.80％（75℃）,

微溶于乙醇，不溶于乙

醚、氯仿，在碱液中稳定，在强酸中易分解。1.2L-色氨酸的用途

L-色氨酸在生物体内不能自然合成，需要从食物中摄取，是动物和一些真菌生命活动中的必须氨基酸。L-色氨酸在蛋白质中含量很低，平均含量约1％或更少。L-色氨酸能调节蛋白质的合成、调节免疫及消化功能，增加

5-羟色胺代谢作用以

图1-1色氨酸的结构式

及增强认知能力等，因此在人和动物的新陈代谢、生长发育中有重要作用L-色氨酸的这些营养和药用价值使其被广泛应用于医药、饲料和食品等行业。

1.2.1色氨酸在医学上的应用

在生物体内L-色氨酸是合成生理活性物质及某些激素的前体物（如烟酸、5-羟色胺、色素、吲哚乙酸、辅酶和生物碱等）。这些生理活性物质和激素会参与生物体多种生命活动。例如，吲哚乙酸可以调节植物生长；5-羟色胺是动物的一种神经递质，它可以调节祌经的抑制和兴奋状态、调节血管的收縮，具有抗抑郁、抗高血压、镇痛、促进睡眠等功能；褪黑素可以调节动物毛发生长及性成熟等多种生物节律，并可以选择性影响大脑内不同结构5-羟色胺代谢。吲哚生物碱中的长春碱和长春新碱被广泛的用作抗癌性药物。由于众多代谢途径中涉及到L-色氨酸，所以色氨酸和它的代谢产物在调节胃口、睡眠与清醒节奏和疼痛知觉等神经行为上起着重要作用，从而使其在医药领域的用途成为医学界的研究热门。L-色氨酸代谢功能失调，可引起神经系统的功能障碍。L-色氨酸常常被用作复合氨基酸制剂和氨基酸注射液，用来改善睡眠效果、消除精神紧张、预防、治疗嗜酸细胞增多性肌痛综合症和粗糙病等。到目前为止，L-色氨酸作为治疗精神分裂症、髙血压、抑郁症、癩皮病和镇痛等用途已经得到很好的认可。L-色氨酸还可以与维生素、铁剂等合用提高抗贫血疗效，或与组氨酸合用防治消化道溃疡等。

1.2.2色氨酸在食品和词料添加剂中的应用

由于植物蛋白中比较缺乏L-色氨酸，所以可用L-色氨酸做食品或词料添加剂，使植物蛋白质的利用率得以提高。我国农业部已经将L-色氨酸确认为六种饲料级氨基酸之一，使得L-色氨酸成为继赖氨酸、蛋氨酸之后的第三大饲料添加用氨基酸。L-色氨酸可以调节畜禽生产性能、釆食量以及饲料转化率；减少肝脏中脂肪的积累量、提高蛋白质合成率从而增加畜禽的瘦肉比例；减轻应激反应从而减少畜禽攻击行为；还可以转化为尼克酰胺促进畜禽生长并预防尼克酰胺缺乏症的出现〔等。因此，在动物饲料中添加L-色氨酸，对动物的生长和健康起着重大的作用。在食品方面，L-色氨酸可被用于水解蛋白质和酶解明胶制剂的营养强化剂。L-色氨酸具有抗氧化作用，可以作为防腐剂防止奶粉变质；或是作为鱼类保鲜剂，用以阻止氧化发生，防止蛋白质分解、发霉等。

1.3色氨酸的生产方法

1.31水解法

废蚕丝、毛发和血粉等蛋白质原料含有相对相对丰富的L-色氨酸，可以通过酶水解或碱水解法来提取L-色氨酸。由于蛋白质中色氨酸的含量不是很高、材料来源有限、生产周期较长、工艺及产品成分复杂等缺点，现在已经很少使用水解法来生产色氨酸.

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