氨基酸发酵工艺课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,概述,氨基酸的应用,食品工业：,大豆蛋白的氨基酸组成影响其营养效价。,氨基酸名称缩写,1,概述,氨基酸的应用,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。,1,概述,氨基酸的生产方法,1,、发酵法,（,1,）直接发酵,野生菌株,营养缺陷型突变,抗氨基酸结构类似物突变株,抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型菌株,营养缺陷型回复突变株发酵。,（,2,）添加前体的发酵,1,概述,氨基酸的生产方法,2,、酶法：利用酶来制造氨基酸。,3,、提取法：蛋白质水解液中提取。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸,4,、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。,1,概述,氨基酸的国外生产概况,日本和德国为世界主要氨基酸生产国。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。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。,1,概述,氨基酸的国内生产概况,天津氨基酸公司、湖北八峰氨基酸公司,生产规模及产品质量与国外大厂有较大差距。,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，,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。,2,氨基酸发酵的代谢控制,控制发酵的环境条件,氨基酸发酵受菌种的生理特性和环境条件的影响，对专性需氧菌来说环境条件的影响更大。,谷氨酸产生菌因环境条件的影响会引起发酵的转换，生成各种不同的产物。,发酵液预处理：离心分离或沉淀去除菌体。,2琼脂培养基，32 培养18-24 h。,4 谷氨酸生产工艺,4 谷氨酸生产工艺,生物素： 乳酸或琥珀酸 谷氨酸,5时投入晶种，投放量为0.,菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形；,二氢吡啶-2,6-二羧酸,它们能生产高品质的氨基酸，可直接用于输液制剂的生产。,代谢产物的细胞透性是氨基酸发酵的重要因素，只有使细胞内的氨基酸渗透到细胞外，才能大量积累氨基酸。,谷氨酸晶体有两种，分别为-型和-型。,促进ATP的积累，增加氨基酸的生物合成,淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烃,大量通气，控制温度34-37 。,氨基酸的生物合成需要能量，ATP的积累可促进氨基酸的生物合成。,氨基酸控制：苏氨酸和蛋氨酸是赖氨酸产生菌的生长因子。,（4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。,菌体生长阶段温度不宜过高，否则菌体易衰老，pH增高，糖耗减慢，酸产量低。,（1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素，避免pH过高,氮源除用于菌体生长外，还用于氨基酸合成，在氨基酸发酵中常常是用氨水、尿素来调节pH，所以氨基酸发酵所用的C/N比一般微生物发酵的低，或者说氮源用量更高。,2,氨基酸发酵的代谢控制,溶解氧：,乳酸或琥珀酸 谷氨酸,酮戊二酸,（通气不足） （适中） （通气过量、转速过快）,NH,4,+,:,酮戊二酸,谷氨酸 谷酰胺,（缺乏） （适量） （过量）,pH,：,谷酰胺，,N,乙酰谷酰胺 谷氨酸,（,pH 5-8,，,NH,4,+,过多）,（中性或微碱性）,磷酸：,缬氨酸 谷氨酸,（高浓度磷酸盐）,生物素：,乳酸或琥珀酸 谷氨酸,（过量） （限量）,2,氨基酸发酵的代谢控制,控制细胞渗透性,代谢产物的细胞透性是氨基酸发酵的重要因素,，只有使细胞内的氨基酸渗透到细胞外，才能大量积累氨基酸。,（,1,）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。,（,2,）青霉素：抑制细胞壁的合成，由于细胞内外的渗透压差使谷氨酸泄漏出来。,2,氨基酸发酵的代谢控制,2,氨基酸发酵的代谢控制,控制旁路代谢,例如：,L,异亮氨酸的生物合成可由,L,苏氨酸改为,D,苏氨酸途径，即采用旁路代谢。,2,氨基酸发酵的代谢控制,2,氨基酸发酵的代谢控制,降低反馈作用物的浓度,控制反馈作用物浓度，克服反馈抑制和阻遏，使氨基酸的生物合成反应能够顺利进行。,2,氨基酸发酵的代谢控制,2,氨基酸发酵的代谢控制,消除终产物的反馈抑制与阻遏作用,消除终产物的反馈抑制与阻遏作用，是通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法来进行。,例：利用抗性突变株消除,S,-(,-,氨基乙酸,)-L-,半胱氨酸（即,AEC,）（赖氨酸的结构类似物）与,L-,苏氨酸的协同抑制。,2,氨基酸发酵的代谢控制,2,氨基酸发酵的代谢控制,促进,ATP,的积累，增加氨基酸的生物合成,氨基酸的生物合成需要能量，,ATP,的积累可促进氨基酸的生物合成。,2,氨基酸发酵的代谢控制,3,氨基酸发酵的工艺控制,培养基,pH,温度,氧,3,氨基酸发酵的工艺控制,培养基,1,、碳源：,淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烃,碳源浓度,要适当，避免碳源浓度过高，否则对菌体生长不利，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,。,3,氨基酸发酵的工艺控制,培养基,2,、氮源：,铵盐、尿素、氨水，同时调整,pH,值。,营养缺陷型需要添加适量氨基酸时，主要添加有机氮源水解液。,需生物素和氨基酸时，以玉米浆作氮源。,尿素灭菌时分解或形成磷酸铵镁盐，须单独灭菌，,40,的尿素可在,108,40min,，高温会生产缩脲。,氨水用,pH,自动控制连续流加。,10、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。,-酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酰胺,二氢吡啶-2,6-二羧酸,控制pH方法：流加尿素和氨水,日本和德国为世界主要氨基酸生产国。,2 氨基酸发酵的代谢控制,谷氨酸等电点pH 3.,3 氨基酸发酵的工艺控制,3、中和：冷却至80，烧碱中和至pH 4.,生物素：赖氨酸生产菌大多是生物素缺陷型，限量的生物素有利于谷氨酸积累，大量的生物素抑制谷氨酸生成，增加天冬氨酸，提高赖氨酸产量。,4 谷氨酸生产工艺,9、锰：是许多酶的激活剂。,2 氨基酸发酵的代谢控制,二级种子接种量2，种龄一般为812h；,在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累a-酮戊二酸。,（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。,消除终产物的反馈抑制与阻遏作用，是通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法来进行。,氨水用pH自动控制连续流加。,菌种：谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸缺陷型变异株，抗赖氨酸结构类似物、抗苏氨酸结构类似物。,4 谷氨酸生产工艺,（4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。,3,氨基酸发酵的工艺控制,培养基,3,、碳氮比,氮源除用于菌体生长外，还用于氨基酸合成，在氨基酸发酵中常常是用氨水、尿素来调节,pH,，所以氨基酸发酵所用的,C/N,比一般微生物发酵的低，或者说氮源用量更高。,谷氨酸发酵在,C/N,小于,100:11,时才开始积累谷氨酸，所以通常情况下谷氨酸发酵,C/N,为,100,:(15,30),。,合成菌体使用,3,6,的氮源；合成谷氨酸用去,30,80,氮源。,3,氨基酸发酵的工艺控制,培养基,4,、,NH,4,+,浓度：,过低增加,-,酮戊二酸积累，过高使谷氨酸转化为谷氨酰胺。,5,、磷酸盐：,对发酵有显著影响。不足时糖代谢受抑制。,6,、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。,7,、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。,3,氨基酸发酵的工艺控制,培养基,8,、钠：,调节渗透压作用，一般在调节,pH,值时加入。,9,、锰：,是许多酶的激活剂。,10,、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。,11,、铜离子：,对氨基酸发酵有明显毒害作用。,3,氨基酸发酵的工艺控制,培养基,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。,来源,：玉米浆、麸皮水解液、甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。,3,氨基酸发酵的工艺控制,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,氨基酸发酵的工艺控制,pH,对氨基酸发酵的影响及其控制,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。,氨基酸的生物合成需要能量，ATP的积累可促进氨基酸的生物合成。,11、铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害作用。,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。,氮源除用于菌体生长外，还用于氨基酸合成，在氨基酸发酵中常常是用氨水、尿素来调节pH，所以氨基酸发酵所用的C/N比一般微生物发酵的低，或者说氮源用量更高。,2 氨基酸发酵的代谢控制,3 氨基酸发酵的工艺控制,pH： 谷酰胺，N乙酰谷酰胺 谷氨酸,浓度：过多促进菌体生长，氨基酸产量低。,3、提取法：蛋白质水解液中提取。,2琼脂培养基，32 培养18-24 h。,4 谷氨酸生产工艺,2 氨基酸发酵的代谢控制,2 氨基酸发酵的代谢控制,7 谷氨酸发酵研究新进展,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。,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。,（4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。,发酵前期，幼龄细胞对pH较敏感，pH过低，菌体生长旺盛，营养成分消耗大，转入正常发酵慢，长菌不长酸。,pH对氨基酸发酵的影响及其控制,2 氨基酸发酵的代谢控制,3,氨基酸发酵的工艺控制,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,。谷氨酸前者,30,32,C,，后者,34,37C,。,菌体生长阶段温度不宜过高，否则菌体易衰老，,pH,增高，糖耗减慢，酸产量低。,当菌体生长温度过高时：要减少通风量，少量多次流加尿素，来促进菌体生长。,发酵中后期：维持合成温度，以利氨基酸合成。,3,氨基酸发酵的工艺控制,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。,供氧不足时产酸受轻微影响的天冬氨酸族氨基酸发酵,4,谷氨酸生产工艺,谷氨酸生产概述,起初工业化生产采取小麦或大豆蛋白质水解制取。,1957,年，日本率先采用微生物发酵生产，并实现工业化，被誉为现代发酵工业的重大创举，使发酵工业进入调节调控水平。,目前世界产谷氨酸钠,30,吨,/,年，占氨基酸总量的,2/3,。,我国现有,200,余家生产，年产量达,15,万吨，居世界首位。,谷氨酸发酵生产流程,4,谷氨酸生产工艺,谷氨酸产生菌株特点,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,不易被低浓度的谷氨酸抑制,谷氨酸产酸期钾多利于产酸，钾少利于菌体生长。,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。,8 赖氨酸生产工艺简介,例：利用抗性突变株消除S-(-氨基乙酸)-L-半胱氨酸（即AEC）（赖氨酸的结构类似物）与L-苏氨酸的协同抑制。,温度对氨基酸发酵的影响及其控制,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。,8 赖氨酸生产工艺简介,谷氨酸脱氢酶最适pH为7.,发酵液预处理：离心分离或沉淀去除菌体。,菌种：谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸缺陷型变异株，抗赖氨酸结构类似物、抗苏氨酸结构类似物。,二氢吡啶-2,6-二羧酸,5时投入晶种，投放量为0.,在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累a-酮戊二酸。,供氧不足时产酸受轻微影响的天冬氨酸族氨基酸发酵,2 氨基酸发酵的代谢控制,氨基酸的生物合成需要能量，ATP的积累可促进氨基酸的生物合成。,2 氨基酸发酵的代谢控制,4 谷氨酸生产工艺,0，加细菌-淀粉酶在85 下液化30 min，加糖化酶60 糖化24 h，过滤后可供配制培养基。,pH：6.,4,谷氨酸生产工艺,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。,GLDH,NADPH,NADP,+,GLDH,：谷氨酸脱氢酶,以,HMP,为主，,HMP,约占,90%,CO,2,氨的导入方式：,-,酮戊二酸还原氨基化谷氨酸,由天冬氨酸或丙酮酸通过氨基转移，将氨基转给,-,酮戊二酸,谷氨酸合成酶途径,CO,2,CO,2,葡萄糖,磷酸烯醇丙酮酸,丙酮酸,乙酰,CoA,草酰乙酸,天冬氨酸,柠檬酸,-,酮戊二酸,谷氨酸,反馈抑制,优先合成,增强反馈抑制,谷氨酸合成调节机制,影响谷氨酸合成的因素,因素,代谢途径,氧,乳酸或琥珀酸 谷氨酸,NH,4,+,-,酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酰胺,pH,谷氨酰胺或,N-,乙酰谷氨酰胺 谷氨酸,磷酸盐,缬氨酸 谷氨酸,适量,缺乏,适量,不足,过量,适量,适量,过量,亚适量,过量,4,谷氨酸生产工艺,淀粉的酸水解工艺,1,、调浆：,干淀粉用水调成,10-11,Bx,（,白利度,）的淀粉乳，加盐酸,0.5-0.8,至,pH 1.5,。,2,、糖化：,蒸汽加热、加压糖化,25min,。,3,、中和：,冷却至,80,，烧碱中和至,pH 4.0-5.0,（,避免产生焦糖又保证过滤，中和为沉淀胶体）。,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。,4,谷氨酸生产工艺,淀粉的,酶法糖化,工艺,以大米或碎米为原料时采用大米浸泡磨浆，再调成,15,Bx,，,pH 6.0,，加细菌,-,淀粉酶在,85 ,下液化,30 min,，加糖化酶,60 ,糖化,24 h,，过滤后可供配制培养基。,4,谷氨酸生产工艺,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：活性炭或树脂吸附和亚硝酸法破坏以减少糖蜜中的生物素。,也可以在发酵液中加入表面活性剂吐温,60,或添加青霉素。,4,谷氨酸生产工艺,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,pH 7.0-7.2,琼脂培养基，,32 ,培养,18-24 h,。,4,谷氨酸生产工艺,菌种扩大培养,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。,pH 6.5,6.8,。,1000ml,装,200-250ml,振荡，,32,培养,12h,。,4,谷氨酸生产工艺,菌种扩大培养,3,、二级种子培养：,用种子罐培养，料液量为发酵罐投料体积的,1,，用水解糖代替葡萄糖，于,32,进行通气搅拌,7-10h,。种子质量要求：二级种子培养结束时，无杂菌或噬菌体污染，菌体大小均一，呈单个或八字排列。活菌数为,10,8,-10,9,/ml,。,4 谷氨酸生产工艺,8 赖氨酸生产工艺简介,以HMP为主，HMP 约占90%,大量通气，控制温度34-37 。,菌体生长阶段温度不宜过高，否则菌体易衰老，pH增高，糖耗减慢，酸产量低。,谷氨酸产酸期钾多利于产酸，钾少利于菌体生长。,氮源除用于菌体生长外，还用于氨基酸合成，在氨基酸发酵中常常是用氨水、尿素来调节pH，所以氨基酸发酵所用的C/N比一般微生物发酵的低，或者说氮源用量更高。,2 氨基酸发酵的代谢控制,9、锰：是许多酶的激活剂。,天津氨基酸公司、湖北八峰氨基酸公司 生产规模及产品质量与国外大厂有较大差距。,温度对氨基酸发酵的影响及其控制,（高浓度磷酸盐）,缬氨酸 谷氨酸,11、铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害作用。,大量通气，控制温度34-37 。,氮源除用于菌体生长外，还用于氨基酸合成，在氨基酸发酵中常常是用氨水、尿素来调节pH，所以氨基酸发酵所用的C/N比一般微生物发酵的低，或者说氮源用量更高。,2 氨基酸发酵的代谢控制,控制pH方法：流加尿素和氨水,2琼脂培养基，32 培养18-24 h。,4、发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。,4,谷氨酸生产工艺,谷氨酸发酵,1,、适应期：,尿素分解出氨使,pH,上升。糖不利用。,2-4h,。措施：接种量和发酵条件控制使该期缩短。,2,、对数生长期：,糖耗快，尿素大量分解使,pH,上升，氨被利用,pH,又迅速下降；溶氧急剧下降后维持在一定水平；菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形；不产酸；,12h,。,措施：,采取流加尿素办法及时供给菌体生长必须的氮源及调节,pH,在,7.5-8.0,；维持温度,30- 32,4,谷氨酸生产工艺,谷氨酸发酵,3,、菌体生长停止期：,谷氨酸合成，糖和尿素分解产生,-,酮戊二酸和氨用于合成谷氨酸,。,措施：,及时流加尿素以提供足够的氨并使,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,。,4,谷氨酸生产工艺,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成，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,4,谷氨酸生产工艺,谷氨酸发酵控制,（,2,）种龄和种量的控制,一级种子控制在,11-12h,，二级控制在,7-8h,。接种量为,1,。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸量不高。,4,谷氨酸生产工艺,谷氨酸发酵控制,（,3,）,pH,发酵前期，幼龄细胞对,pH,较敏感，,pH,过低，菌体生长旺盛，营养成分消耗大，转入正常发酵慢，长菌不长酸。,谷氨酸脱氢酶最适,pH,为,7.0-7.2,，转氨酶最适,pH 7.2-7.4,。在发酵中后期，保持,pH,不变。过高转为谷氨酰胺，过低氨离子不足,4,谷氨酸生产工艺,谷氨酸发酵控制,（,4,）通风：,不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐大小要求通风量不同。,在长菌体阶段，通风量过大，生物素缺乏，抑制菌体生长。,在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累,a-,酮戊二酸。,4,谷氨酸生产工艺,4,谷氨酸的提取,1,、等电点法：,操作简单，收率,60,。周期长，占地面积大。,谷氨酸等电点,pH 3.22,。谷氨酸晶体有两种，分别为,-,型和,-,型。,-,型晶体轴长接近，晶体粗壮，颗粒大，易分离；,-,型晶体长短不一，针壮或鳞片壮，晶粒细，不易沉淀淅出。操作中应控制条件以利于形成,-,型晶体。,5,谷氨酸的提取,2,、离子交换法：,用阳离子交换树脂提取吸附谷氨酸形成的阳离子，再用热碱洗脱，收集相应流分，再加盐酸结晶。收率可达,80,90,。,提取法工艺要点,1.,谷氨酸含量：要求谷氨酸含量在,4%,以上；,2.,结晶温度与降温速度：温度低于,30,，降温速度要慢；,3.,加酸：加酸是为了调节,pH,，前期加酸要快，后期加酸要慢，直至等电点；,4.,投晶种与育晶：谷氨酸含量,5%,，,pH 4.0-4.5,时投入晶种，投放量为,0.2-0.3%,；,5.,搅拌：,20-30 r/min,。,6,味精,生产工艺,谷氨酸制造味精的工艺流程,味精,谷氨酸单钠，具有强鲜味，由谷氨酸用适量的碱中和得到，目前已经是人们日常生活中的常用烹调用品，国内消耗量很大。,工艺要点,1.,中和：应使谷氨酸单钠盐的量最大，应向谷氨酸溶液中加入,Na,2,CO,3,，,温度控制在,65,，浓度,21-24,o,Brix,（,白利度,），,pH 6.6-6.8,，不超过,7.0,，否则生成二钠盐；,2.,中和液的脱色与除铁,生产上要求脱色、除铁后，液体透光率达,90%,以上，,Fe,2+,浓度低于,5mg/L,。,3.,中和液的浓缩和结晶,当溶液浓缩到,29.5-30.5,o,Brix,时，加入晶体，,65-70 ,结晶,12-20h,。,继续选育突变菌株：,转化率高、高生物素含量下保持高产酸、提高原料利用率、拓宽原料来源、简化操作。,生物工程新技术应用：,DNA,重组技术、原生质体融合技术、固定化细胞技术，产量提高了,1,倍。,改进发酵工艺：,开拓原料、改进流加工艺、计算机控制。,7,谷氨酸发酵研究新进展,概述,赖氨酸：,L-2,6-,二氨基己酸，为人体必需的八种氨基酸之一。,菌种：,谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸缺陷型变异株，抗赖氨酸结构类似物、抗苏氨酸结构类似物。,生产方法：,原用提取法、化学合成法、酶法，自,1960,年日本直接发酵成功后现在已经是主要方法。,8,赖氨酸生产工艺简介,赖氨酸的发酵控制,氨基酸控制：,苏氨酸和蛋氨酸是赖氨酸产生菌的生长因子。该菌缺乏蛋白质分解酶，有机氮源需经水解后才能使用。,生物素：,赖氨酸生产菌大多是生物素缺陷型，限量的生物素有利于谷氨酸积累，大量的生物素抑制谷氨酸生成，增加天冬氨酸，提高赖氨酸产量。,8,赖氨酸生产工艺简介,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。,大豆蛋白的氨基酸组成影响其营养效价。,搅拌：20-30 r/min。,2 氨基酸发酵的代谢控制,大量通气，控制温度34-37 。,消除终产物的反馈抑制与阻遏作用，是通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法来进行。,2琼脂培养基，32 培养18-24 h。,3 氨基酸发酵的工艺控制,当溶液浓缩到29.,（1）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。,二氢吡啶-2,6-二羧酸,促进ATP的积累，增加氨基酸的生物合成,乳酸或琥珀酸 谷氨酸,味精谷氨酸单钠，具有强鲜味，由谷氨酸用适量的碱中和得到，目前已经是人们日常生活中的常用烹调用品，国内消耗量很大。,措施：及时流加尿素以提供足够的氨并使pH维持在7.,缬氨酸 谷氨酸,8 赖氨酸生产工艺简介,2 氨基酸发酵的代谢控制,三级种子种量10，种龄68h。,菌体生长阶段温度不宜过高，否则菌体易衰老，pH增高，糖耗减慢，酸产量低。,氨基酸控制：苏氨酸和蛋氨酸是赖氨酸产生菌的生长因子。,O-,琥珀酸高丝氨酸,天冬氨酸,天冬氨酰磷酸,天冬氨酸,-,半醛,高丝氨酸,二氢吡啶,-2,6-,二羧酸,赖氨酸,高丝氨酸磷酸,苏氨酸,蛋氨酸,异亮氨酸,优先合成,反馈抑制,阻遏,赖氨酸的发酵控制,赖氨酸发酵的工艺条件：,温度：前期,32,，中后期,34,。,pH,：,6.5,7.5,，最适,6.5,7.0,。,pH,控制：流加尿素或氨水。,种龄和接种量：对数生长期种子；二级种子接种量,2,，种龄一般为,8,12h,；三级种子种量,10,，种龄,6,8h,。,供氧：充足。,8,赖氨酸生产工艺简介,赖氨酸的提取与精制,发酵液预处理：,离心分离或沉淀去除菌体。,离子交换法提取赖氨酸：,赖氨酸等电点,9.59,，,pH 2.0,左右用强酸性阳离子树脂交换，,pH 7.0,9.0,间用弱酸性阳离子树脂交换。采用铵型树脂，对碱性氨基酸能选择性交换，用氨水洗脱，不必再生和转型。,精制：,离交柱洗脱液中含游离氨基酸和氢氧化铵，真空蒸发去氨，用盐酸成盐，结晶，分离，干燥。,8,赖氨酸生产工艺简介,1,概述,氨基酸的国外生产概况,日本和德国为世界主要氨基酸生产国。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。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。,2,氨基酸发酵的代谢控制,控制旁路代谢,例如：,L,异亮氨酸的生物合成可由,L,苏氨酸改为,D,苏氨酸途径，即采用旁路代谢。,2,氨基酸发酵的代谢控制,消除终产物的反馈抑制与阻遏作用,消除终产物的反馈抑制与阻遏作用，是通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法来进行。,例：利用抗性突变株消除,S,-(,-,氨基乙酸,)-L-,半胱氨酸（即,AEC,）（赖氨酸的结构类似物）与,L-,苏氨酸的协同抑制。,2,氨基酸发酵的代谢控制,促进,ATP,的积累，增加氨基酸的生物合成,氨基酸的生物合成需要能量，,ATP,的积累可促进氨基酸的生物合成。,GLDH,NADPH,NADP,+,GLDH,：谷氨酸脱氢酶,以,HMP,为主，,HMP,约占,90%,CO,2,氨的导入方式：,-,酮戊二酸还原氨基化谷氨酸,由天冬氨酸或丙酮酸通过氨基转移，将氨基转给,-,酮戊二酸,谷氨酸合成酶途径,CO,2,CO,2,赖氨酸的发酵控制,氨基酸控制：,苏氨酸和蛋氨酸是赖氨酸产生菌的生长因子。该菌缺乏蛋白质分解酶，有机氮源需经水解后才能使用。,生物素：,赖氨酸生产菌大多是生物素缺陷型，限量的生物素有利于谷氨酸积累，大量的生物素抑制谷氨酸生成，增加天冬氨酸，提高赖氨酸产量。,8,赖氨酸生产工艺简介,O-,琥珀酸高丝氨酸,天冬氨酸,天冬氨酰磷酸,天冬氨酸,-,半醛,高丝氨酸,二氢吡啶,-2,6-,二羧酸,赖氨酸,高丝氨酸磷酸,苏氨酸,蛋氨酸,异亮氨酸,优先合成,反馈抑制,阻遏,