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氨基酸生产.ppt

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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 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。,第一节 氨基酸的生产,一、氨基酸的生产方法 发酵法:直接发酵法:野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵、抗氨基酸结构类似物突变株发酵、抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型回复突变株发酵。添加前体法,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 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。,目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20多种。 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。 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。,二、氨基酸产生菌的选育,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。,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、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。 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。,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。 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。,四、氨基酸发酵的工艺控制,培养基 pH 温度 氧,(一)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,2、氮源:铵盐、尿素、氨水; 同时调整pH值 营养缺陷型添加适量氨基酸主要以添加有机氮源水解液 需生物素和氨基酸,以玉米浆作氮源 尿素灭菌时形成磷酸铵镁盐,须单独灭菌,可分批流加 氨水用pH自动控制连续流加,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高。,(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。,(三)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。 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。,(四)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,第二节 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30万吨/年,占氨基酸总量的2/3。 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
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