第10节氨基酸发酵生产工艺学.ppt

第十章 氨基酸生产工艺 (p208-214) 本章内容： 第一节 概述 第二节 氨基酸发酵的代谢控制 第三节 氨基酸发酵的工艺控制 第四节 谷氨酸生产工艺 目的要求： 熟悉谷氨酸生产的流程 了解氨基酸生产代谢控制的方法 第一节 概 述 氨基酸是构成蛋白质的基本成分。 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20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。以及在化妆品中的应用。 5.农业 杀虫、杀菌、除草剂、农药稳定剂、植物促进剂、脱叶剂。 应用新领域的扩展 药物合成原料 氨基酸盐 多聚氨基酸（应用于食品包装、保鲜剂、日用洗涤剂等） 氨基酸鳌合剂（应用于日用化工、洗涤、照相显影剂） 氨基酸塑料作为超导材料等 氨基酸的生产方法 目前绝大多数应用发酵法或酶法生产。 极少数为天然提取或化学合成法生产。 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 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 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。 国外生产概况 氨基酸的制造始于1820年，蛋白质酸水解生产氨基酸。 1850年化学合成氨基酸。 1956年分离到谷氨酸棒状杆菌，日本采用微生物发酵法工业化生产谷氨酸成功。 1957年生产谷氨酸钠（味精）商业化，从此推动了氨基酸生产的大发展。 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。 氨基酸的世界市场中，谷氨酸钠约占氨基酸总量的75％，其次为赖氨酸，占产量10％，其他约占15％。 发酵生产的原料 国外谷氨酸采用甘蔗糖蜜或淀粉水解糖为原料的强制发酵工艺，产酸率13～15％，糖酸转化率50～60％； 国内采用淀粉水解糖或甜菜糖蜜为原料生物素亚适量发酵工艺，产酸率10％，转化率60％。 我国氨基酸生产情况 20世纪80年代50种左右，80年代400种，目前1000多种，其中药物类已经达到100多种。目前产量已达上百万t，产值超过百亿美元。 菌种改良和新工艺开发，促进了中国氨基酸产业发展，应用于输液的18种氨基酸原料只有丝氨酸和色氨酸不能工业化生产仍需进口外，其余16种均已投产，国产化80％以上。 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。 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。 第二节 氨基酸发酵的代谢控制 控制发酵的条件 控制细胞渗透性 控制旁路代谢 降低反馈作用物的浓度 消除终产物的反馈抑制与阻遏作用 促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成 第三节 氨基酸发酵的工艺控制（p209-210） 培养基 温度 pH 氧 一、培养基 1、碳源 作用：构成菌体、合成氨基酸的骨架及能量来源。 种类：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 种类：铵盐、尿素、氨水； 作用：合成菌体蛋白、合成氨基酸的来源。同时调整pH值。因此，所需的氮源比一般