经典赖氨酸的发酵工艺
赖氨酸的生产工艺
1.赖氨酸概述 2
赖氨酸广泛存在于动物蛋白质中,赖氨酸 的生产最早是用酸水解酪素,经分离谷氨 酸后制得,其后又从血粉中提取 猪血粉中 赖氨酸含量约9%～10% ,但这种方法,工艺 比较复杂,产量受到限制,
1.赖氨酸概述 3
1960年以来,日本用营养缺陷型的谷氨酸 菌株直接发酵生产赖氨酸,其产量不断扩 大,
2.赖氨酸的性质 1
赖氨酸盐酸盐的化学式为C6H14O2N2·HCl, 含氮量为15.34%,相对分子质量182.65,
由于游离的赖氨酸易吸收空气中的二氧化 碳,故制取结晶比较困难，一般商品都是 赖氨酸盐酸盐的形式，
2. 赖氨酸的性质 2
赖氨酸的化学名为2,6-二氨基己酸,具有 不对称的α-碳原子,故有两种光学活性 的异构体 L/D型 ,
氨水+氯化铵洗脱
通过调节氨水与氯化铵的物质的量之比为 1:1,可直接使赖氨酸成单盐酸盐形式存在, 不需在中和,
洗脱剂 3
3 氢氧化钠洗脱 特点是没有氨味,容 易操作,但在洗脱液中Na+含量较高,影响 赖氨酸的提纯精制,
洗脱剂 4
洗脱剂的浓度对洗脱效果有影响,一般来 讲,为了分离只能用适当浓度的洗脱剂， 如果洗脱剂浓度太高,达不到洗脱目的， 如果洗脱剂浓度太低,洗脱时间长,收集不 集中,赖氨酸浓度低，
赖氨酸发酵工艺及控制要点 8
生物素对赖氨酸生物合成的影响 在以葡 萄糖,丙酮酸为唯一碳源的情况下,添加过 量生物素 200～500μg/L ,赖氨酸积累量 显著增加,因为生物素量增加,促进了草酰 乙酸的合成,增加了天冬氨酸供给，
生物素对赖氨酸生物合成的影响 续
另一方面,过量生物素使细胞内合成的谷 氨酸对谷氨酸脱氢酶起反馈抑制作用,抑 制谷氨酸的大量合成,使代谢流转向合成 天冬氨酸的方向进行,
赖氨酸的生产工艺【共66张PPT】
赖氨酸提取精制工艺流程
6.4 离子交换法提取赖氨酸
离子交换法提取赖氨酸可用三柱串联的方 式，以提高收率。
上柱吸附：上柱方式 、交换量 、上柱流 速
洗脱剂（氨水洗脱 、氨水+氯化铵洗脱 、 氢氧化钠洗脱）
上柱吸附 －上柱方式
上柱方式 上柱方式有正上柱和反上柱两 种。如果发酵液含菌体等固形物较多，流 速较快时，容易造成树脂层堵塞，这是采 用反上柱较好。
（2）菌体
菌体 一般含量在15~20g（干重）/L。
（3）培养基残留物
培养基残留物 如残糖6~20g/L(随原料不同而异)，无机离
子（如NH4+、Ca2+、Mg2+、K+和一些阴 离子，其中NH4+浓度较高）。
（4）色素
色素 发酵液中的这些杂质对赖氨酸的提取和精
制影响很大，特别是菌体和钙离子等，应 尽量除去。
2. 赖氨酸的性质 (3)
赖氨酸盐酸盐熔点为263℃，单斜晶系， 比旋光度+21°。
在 水 中 的 溶 解 度 为 0℃ 时 53.6g/100mL， 25℃ 时 为 89g/100mL ， 50℃ 时 为 111.5 g/100 mL，70℃时为142.8 g/100 mL。
在酒精中的溶解度为0.1g/100mL。
培 养 条 件 ： 培 养 温 度 30-32℃ 。 通 风 比 1:0.2m3/(m3 • min)，搅拌转速200r/min。 培养时间 8～11h。
根据发酵规模，必要时可采用三级培养。
4.2 赖氨酸发酵工艺及控制要点
（1）发酵工艺流程
赖氨酸发酵工艺及控制要点(2)
（2）发酵培养基组成 不同菌株，发酵培养基的组成不完全
第十讲赖氨酸的生产工艺Leabharlann 优选第十讲赖氨酸的生产工艺
赖氨酸的生产工艺
赖氨酸发酵工艺及控制要点(2)
（2）发酵培养基构成 不同菌株，发酵培养基旳构成不完全
相同，赖氨酸发酵培养基旳构成见有关文 件。
赖氨酸发酵工艺及控制要点(3)
（3）发酵工艺条件及影响原因 温度、 pH值控制、种龄和接种量、 供 氧对赖氨酸发酵旳影响、生物素对赖氨酸 生物合成旳影响、硫酸铵对赖氨酸发酵旳 影响。
直接发酵法工艺流程
赖氨酸旳两步发酵法
先使用大肠杆菌旳赖氨酸缺陷型菌株，因 缺乏二氨基庚二酸脱羧酶，不能生成赖氨 酸，于是积累大量旳二氨基庚二酸 （DAP）。
然后再选用具有二氨基庚二酸脱羧酶旳产 气杆菌或大肠杆菌，进行酶法脱羧而生成 L-赖氨酸。
4.1 L-赖氨酸生产菌种及扩大培养
直接发酵法生产赖氨酸工艺生产菌种： 中科院北京微生物研究所选育旳北京棒杆菌
1977年，日本东丽企业以合成旳己内酰 胺为原料，用酶法生产L-赖氨酸。
1.赖氨酸概述 (4)
目前，国际上赖氨酸产生菌种旳生产水平 一般为12～14 g/L，对糖旳转化率为45%。 采用淀粉水解糖（或纯糖）发酵，其产酸 率、提取率较高；而采用糖蜜发酵，其产 酸率、提取率要低某些。
1.赖氨酸概述 (5)
赖氨酸发酵工艺及控制要点(9)
硫酸铵对赖氨酸发酵旳影响 硫酸铵对赖 氨酸发酵影响很大。当硫酸铵含量大时菌 体生长迅速，使赖氨酸产量低。但在无其 他铵离子情况下，用量为4.0%～4.5%时赖 氨酸产量最高。
6. 赖氨酸旳提取和精制
赖氨酸旳提炼过程涉及： 发酵液预处理 提取 精制
6.1 赖氨酸发酵液旳主要性质
采用淀粉水解糖(或纯糖)发酵，其产酸率 为9%～11%，提取率为83%～87%，原ห้องสมุดไป่ตู้消 耗3.2～3.5t(淀粉)/t(赖氨酸)；
赖氨酸的生产工艺
赖氨酸的提取3
强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交 换树脂对纯赖氨酸溶液和发酵液中赖氨酸 的吸附量是不同的
赖氨酸的提取4
弱酸性阳离子交换树脂对纯赖氨酸的吸附 能力大;但对发酵液中的赖氨酸吸附能力 大为降低;这是因为发酵液中除赖氨酸外 还有相当多杂质影响所致 因此;从发酵液 中提取赖氨酸常选用强酸性阳离子交换树 脂
1 赖氨酸概述 2
赖氨酸广泛存在于动物蛋白质中;赖氨酸 的生产最早是用酸水解酪素;经分离谷氨 酸后制得;其后又从血粉中提取猪血粉中 赖氨酸含量约9%～10%;但这种方法;工艺 比较复杂;产量受到限制
1 赖氨酸概述 3
1960年以来;日本用营养缺陷型的谷氨酸 菌株直接发酵生产赖氨酸;其产量不断扩 大
洗脱剂2
2氨水+氯化铵洗脱 特点是可以洗脱树脂 吸附的Ca2+等阳离子;提高树脂的交换容 量;由于在碱性条件下赖氨酸先被洗脱;然 后才有Ca2+等离子被洗脱;采取分段收集 不会导致赖氨酸收集液中Ca2+含量增加
氨水+氯化铵洗脱
通过调节氨水与氯化铵的物质的量之比为 1:1;可直接使赖氨酸成单盐酸盐形式存在; 不需在中和
赖氨酸提取精制工艺流程
6 4 离子交换法提取赖氨酸
离子交换法提取赖氨酸可用三柱串联的方 式;以提高收率
上柱吸附：上柱方式 氢
氧化钠洗脱
上柱吸附 上柱方式
上柱方式 上柱方式有正上柱和反上柱两 种 如果发酵液含菌体等固形物较多;流速 较快时;容易造成树脂层堵塞;这是采用反 上柱较好
使用氨水洗脱时;一般浓度为3 6%~5 4% 如果用5％的氨水洗脱;收集液赖氨酸平均 浓 度 可 达 6%~8%; 洗 脱 高 峰 段 ; 赖 氨 酸 盐 酸盐含量和达15%~16%
氨基酸类药物的发酵生产—赖氨酸的发酵生产
游离的赖氨酸易吸收空气中的二氧化碳，故 制取结晶比较困难。 一般商品都是赖氨酸盐酸盐的形式。
赖氨酸含有α-氨基及ε-氨基，只有在ε-氨基 为游离状态时，才能被动物机体所利用， 故具有游离ε-氨基的赖氨酸称为有效氨基酸 。故在提取浓缩中，要特别注意防止有效 赖氨酸受热破坏而影响其使用价值。
3.生产菌种 赖氨酸的生产方法有抽提法、化学合成法、酶 法以及发酵法，目前主要以发酵法生产为主， 由微生物发酵生产的赖氨酸都是L-赖氨酸。
– 选育亮氨酸缺陷型菌株，如(AECr+ +Leu–，赖氨 酸积累量可达41g/L)
– 选育抗亮氨酸结构类似物突变株，如抗AEC+丙氨 酸缺陷型+抗2-噻唑丙氨酸，赖氨酸积累量可达 110g/L
菌株 谷氨酸棒杆菌
遗传标记 Hse-
谷氨酸棒杆菌 黄色短杆菌
Hse-、AECr、2-TAr、 Urea-
清洗
上柱后，需用水洗去停留在树脂层的菌体、 残糖等杂质，直至洗涤水清亮，同时使树 脂疏松以利洗脱。
2.洗脱剂 从树脂上洗脱赖氨酸所采用的洗脱剂有氨水 、氨水十氯化铵或氢氧化钠等。
洗脱剂的浓度对洗脱效果有影响，一般来讲，为了浓 缩需要较高浓度的洗脱剂，为了分离只能用适当浓度 的洗脱剂。如果洗脱剂浓度太高，达不到纯化的目的 。如果洗脱剂浓度太低，洗脱时间长，收集不集中， 赖氨酸浓度低。
结晶析出的赖氨酸盐酸盐粗晶体含量约为 78%～84%，除含有一定水分（15%～20%） 外，还含有色素等杂质，制造食品级和医 药级赖氨酸盐酸盐需要进一步精制纯化。
单元四 氨基酸类药物的发酵生产
项目三 赖氨酸的发酵生产 任务一 赖氨酸基本知识
1.赖氨酸的简介
赖氨酸是人和动物营养的必需氨基酸，对机体的生 长有重要的影响，且在八种必需氨基酸中是唯一的 仅L型成分才能有效利用的基本氨基酸。
《赖氨酸的发酵流程》课件
在液体，提高产酸效率。
赖氨酸发酵的前景和应用
• 在医药领域中，赖氨酸广泛用于制备抗生素和其他药物。 • 在饲料行业中，赖氨酸可以作为动物饲料添加剂，提高动物的生长速度。 • 赖氨酸还可用于食品工业中，为食品添加剂提供调味、增香和增鲜的功能。
《赖氨酸的发酵流程》 PPT课件
赖氨酸（L-lysine）是一种重要的氨基酸，对人体和动物具有多种作用。它在 蛋白质合成、增强免疫力、维持生理平衡等方面发挥着关键作用。
赖氨酸的来源和生产
赖氨酸可以从天然物质（如肉类、乳制品和大豆）中获取，但通常以工业方 法进行大规模生产。生产赖氨酸的最常用菌株是某些特定菌种的发酵产物。
1
菌种培养
通过合适的培养条件，培养高效赖氨酸发酵的菌种。
2
发酵培养基的调制
准确调制培养基，提供维持细胞生长和产酸的营养条件。
3
发酵过程控制
保持适宜的温度、酸碱度和氧气供应等条件，监控发酵过程中生物量和代谢产物 的变化。
常见的赖氨酸发酵方法
传统固态发酵
使用含有赖氨酸发酵菌的固体底物进行发酵。
液态发酵
赖氨酸的发酵流程简介
赖氨酸的发酵流程包含多个步骤，从菌种准备，到发酵培养基的调制，再到酵母的培养和发酵过程。这 些步骤每一步都需要严格控制，以确保高产量和高纯度的赖氨酸。
赖氨酸发酵的基本条件
• 适宜的温度 • 适宜的酸碱度 • 适宜的氧气供应 • 合适的发酵容器和培养基
赖氨酸发酵过程中的关键步骤
赖氨酸的发酵生产工艺
赖氨酸的发酵生产工艺
赖氨酸是一种重要的氨基酸，在医药、食品、饲料等领域具有广泛的应用价值。
赖氨酸的发酵生产工艺是通过微生物菌种在合适的培养基中进行发酵而得到的。
赖氨酸的发酵生产工艺主要包括菌种选择、培养基配方、发酵条件控制等几个方面。
首先是菌种选择，赖氨酸的发酵生产工艺中常用的微生物菌种包括大肠杆菌、乳酸菌、黄曲霉、窄盘菌等。
选择菌种时要考虑菌株的稳定性、产量、生长速度等因素。
其次是培养基配方，培养基是赖氨酸发酵生产工艺中重要的组成部分。
一般情况下，培养基的主要成分包括碳源、氮源、无机盐和生长因子。
常见的碳源有葡萄糖、蔗糖等，常见的氮源有氨基酸、蛋白胨等。
培养基中的无机盐如磷酸盐、硫酸盐等提供微生物生长所需的矿物质元素。
再次是发酵条件控制，发酵条件的控制对于赖氨酸的产量和质量起着至关重要的作用。
在发酵过程中，需要考虑到温度、pH值、氧气供应和搅拌速度等因素。
一般情况下，赖氨酸的发酵温度在35-37摄氏度之间，pH值在6-7之间。
同时，提供足够的氧气和适当的搅拌速度可以促进微生物的生长和代谢产物的合成。
为了提高赖氨酸的产量和减少副产物的积累，还可以采用一些辅助措施，如添加葡萄糖、氨基酸等增加培养基的营养成分，
或采用液体循环发酵工艺等。
总的来说，赖氨酸的发酵生产工艺需要综合考虑菌种选择、培养基配方和发酵条件控制等因素，以高效地提高赖氨酸的产量和质量。
随着微生物工程的发展，对于赖氨酸的发酵生产工艺的改进和优化将有望进一步提高其产量和应用价值。
赖氨酸盐酸盐生产工艺
赖氨酸盐酸盐生产工艺
赖氨酸盐酸盐是一种重要的生物活性物质，广泛应用于药物、保健品、饲料等领域。
下面介绍赖氨酸盐酸盐的生产工艺。
赖氨酸盐酸盐的生产主要分为以下几个步骤：
1. 赖氨酸发酵产酸法
首先，通过微生物发酵技术制备赖氨酸。
选择适合的微生物菌株，例如赖氨酸酶原生质体株或过量表达赖氨酸酶的菌株。
在发酵罐中加入适当的碳源、氮源和矿物盐等成分，控制好发酵条件（温度、pH值、酸碱度等），利用微生物代谢产生赖氨酸。
2. 赖氨酸盐的制备
将发酵液经过离心等分离技术，得到含有赖氨酸的发酵液。
然后，将发酵液加入适量的盐酸中搅拌反应，在保持适当的反应温度下，控制反应时间，使赖氨酸与盐酸发生反应生成赖氨酸盐酸盐。
3. 赖氨酸盐酸盐的提纯
经过反应生成赖氨酸盐酸盐后，利用蒸发和结晶等分离技术，将赖氨酸盐酸盐与未反应的物质分离开。
然后对得到的赖氨酸盐酸盐进行进一步的结晶、洗涤和干燥等步骤，提高其纯度。
4. 赖氨酸盐酸盐的包装和贮存
经过提纯后，将赖氨酸盐酸盐装入合适的包装容器中，密封包装。
在干燥、阴凉、通风的条件下进行贮存，以保持其稳定性和质量。
总结来说，赖氨酸盐酸盐的生产工艺包括赖氨酸发酵产酸、赖氨酸盐的制备、赖氨酸盐的提纯和赖氨酸盐酸盐的包装贮存等步骤。
在生产过程中要控制好各个环节的条件和操作，以保证产品的质量和产量。
此外，还需要注意遵守相关法规、规范和安全操作规程，确保生产过程的安全和环保。
经典赖氨酸的发酵工艺
经典赖氨酸的发酵工艺赖氨酸是重要的氨基酸之一，其具有丝氨酸和蛋氨酸所不具备的特殊性质，是蛋白质合成的重要成分。
因此，赖氨酸在医药、生化工程、畜牧、保健品等领域有着广泛的应用。
本文将介绍赖氨酸的发酵工艺。
1、菌种选择赖氨酸的发酵常用的菌株有棒状杆菌、芽胞杆菌、嗜酸乳杆菌等。
其中棒状杆菌是目前应用最广泛的菌株，其产量和生长速度都比其他菌株高。
2、培养基配方赖氨酸的生产需要一种含有充分营养的发酵培养基。
肉汤培养基、玉米浆培养基、大豆蛋白水解物培养基等都可以作为赖氨酸发酵培养基的基础配方。
3、发酵条件发酵条件是影响赖氨酸产量的因素之一，包括pH值、温度、搅拌速度、氧气含量等。
常用的发酵条件为：温度37℃，pH6.5-7.0，搅拌速度300r/min，氧气含量5-20%。
4、发酵过程发酵过程分为批次发酵和连续发酵。
批次发酵一般分为四个阶段：生长、中期、后期和稳定期。
稳定期一般持续24-30小时，产生的赖氨酸稳定。
5、赖氨酸提取经过发酵过程，赖氨酸与其他细胞成分一起被培养基中的微生物细胞包裹着，无法直接获得。
因此，需要采用一些方法将赖氨酸从培养基中提取出来。
常用的提取方法有离子交换法、逆流萃取法、低分子量有机化合物萃取法等。
6、赖氨酸纯化提取出来的赖氨酸还需要进行进一步的纯化，以得到纯度高达98%以上的赖氨酸。
常用的纯化方法有凝胶过滤、离子交换、逆流色谱和气相色谱法等。
总之，赖氨酸的发酵工艺包括菌种选择、培养基配方、发酵条件、发酵过程、赖氨酸提取和赖氨酸纯化等步骤。
只有在严格控制各个条件的同时，才能得到高产、高纯度的赖氨酸。
经典赖氨酸的发酵工艺
只有赖氨酸或苏氨酸与变构位置结合时，酶活影 响不大，当赖氨酸与苏氨酸同时结合到两个变构 位置时，酶活受到强烈的抑制。此外，AK是赖氨 酸合成途径中唯一的反馈调节点。 ④赖氨酸亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁， 赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡啶二羧酸合成酶 为亮氨酸所阻遏。 ⑤蛋氨酸比苏氨酸优先合成，蛋氨酸合成的过剩就 会阻遏高丝氨酸-O-转乙酰酶，使得生物合成的代 谢流转向苏氨酸。苏氨酸比赖氨酸优先合成，苏 氨酸的过剩会反馈抑制高丝氨酸脱羧酶的活性， 使得生物合成转向赖氨酸。
二、赖氨酸性质
• 2，6-二氨基己酸 C6H14O2N2 • 游离赖氨酸易与空气中的二氧化碳结合， 都是以盐酸盐的形式存在 • 熔点 263 ℃ • 比旋光度 +21° • 0 ℃ 溶解度 53.6g/100ml
三、国内外赖氨酸发酵概况
• L-赖氨酸是继L-谷氨酸之后用微生物方法大量投产的氨基 酸。 目前，世界上赖氨酸的总生产能力约６０万ｔ／年， 产量约３８—４１万ｔ／年。美国ＡＤＭ公司是目前世界 上最大的赖氨酸生产企业，现有生产能力１５．８９万ｔ ／年，占世界市场的４０％以上。日本味之素公司，生产 能力９．０８万ｔ／年 。日本协和发酵公司总能力约６ 万ｔ／年该公司计划将其赖氨酸生产能力扩大到１０万ｔ ／年，争取将赖氨酸的市场份额增长到３０％以上。 • 六十年代中期我国开始进行L-赖氨酸菌株选育和发酵研究。 我国是赖氨酸消费增长最快的国家，已经成为世界上赖氨 酸第二大消费国，有巨大的市场容量和良好的市场前景。 目前，我国较大的赖氨酸生产企业有５家以上，能力已达 ６．５万ｔ ／年。但受国外赖氨酸进口的冲击，产量不 足４万ｔ／年。
四、赖氨酸生物合成途径
葡萄糖 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 乙酰辅酶 草酰乙酸 TCA 天冬氨酸 天冬氨酸半醛 赖氨酸 丙氨酸 高丝氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 α-酮戊二酸 缬氨酸 反馈阻遏 反馈抑制 谷氨酸 α-酮戊二酸 丙氨酸 亮氨酸
赖氨酸的生产工艺简介
种子培养
斜面菌种 一级种子培养 二级种子培养 发酵罐
斜面种子的制备：要求种子纯，没有杂菌和噬菌体污染。 培养基：蛋白胨1％、牛肉膏1％、氯化钠0.5%、葡萄糖0.5%、 琼脂2％。组成pH7.0-7.2琼脂培养基。灭菌后30℃保温24h检 查无菌后放冰箱备用。 培养条件：30－32℃培养18-24h。 一级种子培养：培养基：葡萄糖2％、玉米浆1-2％、尿素0.1%、 磷酸氢二钾0.1%、硫酸镁0.04%、硫酸氨0.4%。pH7.0-7.2。 培养条件：30-32℃，培养15-16h。 二级种子培养：用种子罐培养，用水解糖代替葡萄糖。 培养条件：温度30－32℃；通风量1：0.2(V/V)，搅拌 200r/min。 时间8－11h。
3）真空浓缩：去除氨，并提高Lys含量，真空 时温度65℃，浓度22～23°Bé 4）中和结晶：加入工业盐酸，搅拌，pH5.2， 自然冷却结晶，至5℃结晶完全（粗结晶，含 一分子结晶水的粗L-Lys盐酸盐） 5）重结晶：用蒸馏水溶解，11-12°Bé，加入 活性炭脱色，压滤，再真空浓缩至22°Bé， 再结晶、冷却、离心分离并水洗 6）干燥：60℃热风干燥，去结晶水，得到LLys盐酸盐，含水0.1%以下
1）发酵液的处理：菌体分离 离心分离法：高速离心机分离除去菌体，用碟 片式自动卸渣高速离心机，分离菌体和草酸 钙等 添加絮凝剂沉淀法：用草酸除去发酵液中的 Ca2+ ，调节pH至2～3，加入絮凝剂（如聚丙 烯酰胺），使菌体聚集而沉淀。然后加助滤 剂过滤即可除去菌体。 2）离子交换吸附及洗脱：铵型阳离子交换树脂， 洗脱剂为氨水加氯化铵；用茚三酮检查流出 液，pH9.5～12，得率可达90%～95%
种龄：对数生长期种子 接种量： 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。 生物素：（1）赖氨酸生产菌为生物素缺陷型，发酵 培养基中需要生物素作 为生长因子。（2）过量生物 素可促使细胞内合成的谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈 抑制作用增强，抑制谷氨酸大量生成，使代谢流通向 合成天冬氨酸方向进行，增加其含量，提高赖氨酸产 量。（3）要充足，20～30g/L以上 维生素B1 ：有促进作用 醋酸：加入醋酸比单独采用糖质原料Lys产量高 硫酸铵：适当增加，4%～4.5% 流加糖和其它生长因 子
赖氨酸的生产工艺 (2)
赖氨酸的提取(5)
强酸性阳离子交换树脂的氢型对赖氨酸的 吸附比铵型容易得多。但是铵型强酸性阳 离子交换树脂能选择性地吸附赖氨酸和其 他碱性氨基酸，不吸附中性和酸性氨基酸， 故容易与其他氨基酸分离。
第43页，共70页。
赖氨酸的提取(6)
另外，选用铵型树脂，可以简化树脂的转 型操作，如在用氨水洗脱赖氨酸的同时， 树脂已转成铵型，不必再生。所以从发酵 液中提取赖氨酸均选用铵型强酸性阳离子 交换树脂。
第13页，共70页。
4 赖氨酸的生产发酵
赖氨酸的发酵生产有直接（一步）发酵和 两步发酵。
赖氨酸的直接发酵法可使用黄色短杆菌、 谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、诺卡杆 菌等，碳源可为葡萄糖、醋酸、乙醇和石 蜡。其转化率和产酸率也有所不同。
第14页，共70页。
直接发酵法工艺流程
第15页，共70页。
赖氨酸的生产工艺 (2)
第1页，共70页。
1. 赖氨酸概述 (1)
赖氨酸是人和动物营养的必需氨基酸，它 对于机体的生长有着重要的影响。
在八种必需氨基酸中，是唯一的仅L-型成 分才能有效利用的基本氨基酸。
而在小麦、玉米、稻米等植物蛋白质中缺 乏赖氨酸，因此赖氨酸广泛应用于营养食 品、食品强化剂、饲料及医药等方面。
第5页，共70页。
1.赖氨酸概述 (5)
采用淀粉水解糖(或纯糖)发酵，其产酸 为9%～11%，提取率为83%～87%，原料消 耗3.2～3.5t(淀粉)/t(赖氨酸)；
第6页，共70页。
而 采 用 糖 蜜 ( 含 糖 50%) 发 酵 ， 其 产 酸 率 7%～9%，提取率80%～85%，原料消耗 6～8t/t。我国广西赖氨酸厂，采用甘蔗糖 蜜发酵，菌种产酸率8.2%，提取率82.4%， 接近国际先进水平。
赖氨酸的生产工艺 (2)
第四十页，共70页。
赖氨酸的提取(3)
强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交 换树脂对纯赖氨酸溶液和发酵液中赖氨酸 的吸附量是不同的。
细菌的赖氨酸生物合成途径需要经过二氨 基庚二酸（DAP）合成赖氨酸；
第十二页，共70页。
3. 赖氨酸生物合成途径(续）
酵母、霉菌的赖氨酸生物合成途径，需要 经过α-氨基己二酸合成赖氨酸。
同样是二氨基庚二酸合成赖氨酸途径，不 同的细菌，赖氨酸的生物合成途径的调节 机制有所不同。
第十三页，共70页。
1977年，日本东丽公司以合成的己内酰胺 为原料，用酶法生产L-赖氨酸。
第四页，共70页。
1.赖氨酸概述 (4)
目前，国际上赖氨酸产生菌种的生产水平 一般为12～14 g/L，对糖的转化率为45%。 采用淀粉水解糖（或纯糖）发酵，其产酸 率、提取率较高；而采用糖蜜发酵，其产 酸率、提取率要低一些。
第四十九页，共70页。
洗涤
上柱后，需用水洗去停留在树脂的菌体、 残糖等杂质，直至洗涤水清亮，同时使树 脂疏松以利洗涤。
第五十页，共70页。
洗脱剂
（1）氨水洗脱 优点是洗脱液经浓缩除氨 后，含杂质较小，有利于后工序精制；缺 点是树脂吸附的阳离子，如Ca2+、Mg2+等不 易洗脱。
第二十五页，共70页。
赖氨酸发酵工艺及控制要点(7)
供氧对赖氨酸发酵的影响 赖氨酸是天冬 氨酸族氨基酸，它的最大生成量是在供氧 充足，细菌呼吸充足条件下实现的。供氧 不足，细菌呼吸受抑制，赖氨酸产量降低， 供氧不足只是轻微影响赖氨酸生成。严重 供氧不足时，产赖氨酸量很少而积累乳酸。
赖氨酸的发酵流程
五、灭菌操作
自从发酵技术应用纯种培养后，要 求发酵全过程只能有生产菌，不允许 其他任何微生物共存，因此所有发酵 过程必须进行纯种培养。为了确保纯 种培养，在生产菌接种前，要对培养 基通入的空气、各种添加物、设备、 管道等进行灭菌，还要对生产环境进 行消毒。
赖氨酸的发酵流程
目录
一、赖氨酸的简介 二、菌种的选育 三、赖氨酸的发酵工艺流程 四、赖氨酸的提取与精制工艺
一、赖氨酸的简介
赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发 育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能 的作用。缺乏赖氨酸的症状包括疲劳，虚弱，恶 心，呕吐，头晕，没有食欲，发育迟缓，贫血等。 赖氨酸为碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖 氨酸含量甚低，且在加工过程中易被破坏而缺乏， 故称为第一限制性氨基酸。
二、菌种的选育
根据赖氨酸的发酵机制（图1）菌种的选育遵循： 1）切断或减弱支路代谢，选育高丝氨酸缺陷型
（Hom－）突变株，或蛋氨酸和苏氨酸或异亮氨酸 缺陷型（Met－ + Thr－、Ile－）突变株； 2）解除赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制作用，选育 结构类似物抗性突变株，使赖氨酸大量积累，
赖氨酸发酵机制
四、赖氨酸的提取与精制工艺
1）发酵液的处理：用草酸除去发酵液中的Ca3+ ，调节pH至2～3 2）菌体分离：用碟片式自动卸渣高速离心机，分离菌体和草酸钙等 3）离子交换吸附及洗脱：铵型阳离子交换树脂，洗脱剂为氨水加氯
化铵；用茚三酮检查流出液，pH9.5～12，得率可达90%～95%
4）真空浓缩：去除氨，并提高Lys含量，真空时温度65℃，浓度22～
23°Bé
5）中和结晶：加入工业盐酸，搅拌，pH5.2，自然冷却结晶，至5℃结
晶完全（粗结晶，含一分子结晶水的粗L-Lys盐酸盐）
赖氨酸发酵工艺研究指导书
赖氨酸的发酵调控研究一、实验目的1、了解赖氨酸发酵常用的发酵菌种。
2、掌握L-赖氨酸发酵的工艺控制过程和方法。
3、能熟练运用发酵过程的基本原理，根据实验的不同要求，正确的设计实验方案，并按照实验方案进行实验研究二、实验原理赖氨酸的生产方法有水解法(已淘汰)、合成法、酶法和直接发酵法。
直接发酵法合成的赖氨酸是一种次级代谢产物。
微生物合成赖氨酸是诱导物的诱导调节、自身产物的反馈调节、自身产物的分解调节、以及细胞膜透性的调节等次级代谢调节综合作用的结果。
谷氨酸棒杆菌合成赖氨酸的自身产物调节作用如图1所示。
图1 谷氨酸棒杆菌合成赖氨酸的自身产物调节作用三、材料与分析方法1、菌种谷氨酸棒杆菌（编号10065，中国微生物菌种保藏管理中心）。
2、培养基（1）斜面培养基：牛肉膏1.1%，蛋白胨1.0%，葡萄糖0.5%，NaCl 0.5%，琼脂0.2%，pH7.0，在0.1Mpa压力下灭菌20min。
（2）种子培养基：糖蜜2.0%，豆饼水解液0.5%，(NH4)2SO4 0.4%，CaCO3 0.5%，K2HPO4 0.1%，MgSO4 0.04%，pH7.0,，于250mL三角瓶内装25mL种子培养基, 在0.1Mpa压力下灭菌20min。
（3）发酵培养基：糖蜜20%，豆饼水解液1.0%，玉米浆（氮源）0.6%，(NH4)2 SO4 2%，K2HPO4 0.1%，MgSO4 0.05%，FeSO4 0.2%，MnSO4 0.2%，pH7.0，于250mL三角瓶装液25mL发酵液，在0.1Mpa压力灭菌20min。
3、分析方法（1）丝氨酸的测定采用变色酸-分光光度法测定（见附录1）。
（2）赖氨酸的测定发酵液中赖氨酸含量的测定采用茚三酮比色法，并加以改进。
吸取发酵液4mL, 6000r/min离心10min去菌体及杂质。
取上清液2mL，加茚三酮试剂（A液：茚三酮1.25g溶于94mL乙二醇甲醚中；B液：CuCl2·2H2O 1.97g溶于32mL 0.1mol/L柠檬酸溶液中；将A、B两液混合，用蒸馏水定容到250mL）4mL，混合，在沸水浴加热20min，冷却后测定475nm处的吸光度值，通过查赖氨酸标准曲线得知发酵液中赖氨酸的浓度。
赖氨酸课程设计---年产5万吨赖氨酸工艺设计[30页]doc
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赖氨酸是生物体中重要的氨基酸，其在营养、抗酸、甜味剂、抗病毒、抗菌等方面具有重要的应用价值。
赖氨酸的工艺设计是赖氨酸的生产、使
用和应用的基础。
本文设计了一种以天然赖氨酸为原料，以赖氨酸乳精为
产品，年产5万吨的赖氨酸工艺设计。
一、原料及其准备:
本设计中的原料为天然赖氨酸，其分子式为C3H7NO2，熔点154℃，
极性为正，重量分数为100.09%，它是一种温和的植物氨基酸，具有很强
的甜味性，能够有效改善食材的口感与营养价值，增加食物的表面活性，
且具有降低食物胆固醇、抑菌、降血压、抗血小板凝块等作用。
（1）原料的选用：原料应选用优质天然赖氨酸，产量高、成分纯度高、无污染，有利于发酵生产。
（2）原料检测：在开展生产前，应取样检测原料的纯度、熔点、溶
解度等指标，确保其质量符合工艺要求。
二、发酵工艺：
发酵是生产赖氨酸乳精的重要环节，其发酵工艺主要有原料调配、发
酵培养、发酵反应、发酵终止等几个步骤。
（1）原料调配：发酵前应将原料进行调配，调配的原料应包括赖氨酸、氮源、碳源、矿物质、营养剂等，以保证发酵过程中的酸碱度、氧含量、温度、光照等指标的达标。
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只有赖氨酸或苏氨酸与变构位置结合时，酶活影 响不大，当赖氨酸与苏氨酸同时结合到两个变构 位置时，酶活受到强烈的抑制。此外，AK是赖氨 酸合成途径中唯一的反馈调节点。 ④赖氨酸亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁， 赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡啶二羧酸合成酶 为亮氨酸所阻遏。 ⑤蛋氨酸比苏氨酸优先合成，蛋氨酸合成的过剩就 会阻遏高丝氨酸-O-转乙酰酶，使得生物合成的代 谢流转向苏氨酸。苏氨酸比赖氨酸优先合成，苏 氨酸的过剩会反馈抑制高丝氨酸脱羧酶的活性， 使得生物合成转向赖氨酸。
赖氨酸的发酵工艺
一、赖氨酸概述
• 赖氨酸是一种碱性氨基酸，是仅次于谷氨酸的第 二大氨基酸产品，是谷物蛋白的第一限制性氨基 酸，在谷物食料中添加适量的赖氨酸，其蛋白质 的生物价大大提高。 • 赖氨酸的应用范围很广。①作为食品强化剂；② 作为药物可用作肝细胞再生剂，对改善肝功能， 治疗肝硬化、高氨症，增进食欲、改善营养状况 有明显的疗效；③作为饲料添加剂，在畜、禽类 的饲料中添加少许的赖氨酸，对家禽、家畜的日 增重、料肉比、家禽的产卵量等方面效果尤为显 著。
十、提取工艺 提取工艺
发酵液 →调节pH，加入絮凝剂 → 上清液 → 菌体→ 水洗→ 上清液→ 菌体→ 离子交 换→真空浓缩→ 冷却、调等电点→ 结晶→ 离心分离→粗结晶→ 母液→重结晶→离心 → → → → 分离→二次母液→结晶→干燥→ 成品 从发酵液中提取赖氨酸通常有四种方法： ①沉淀法，使赖氨酸生成难溶性盐(如苦味 酸盐)而沉淀，或使赖氨酸结晶析出；②有 机溶剂抽提法；③离子交换树脂吸附法； ④电渗折法。
四、赖氨酸生物合成途径
葡萄糖 葡萄糖 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 乙酰辅酶 草酰乙酸 TCA 天冬氨酸 天冬氨酸半醛 赖氨酸 丙氨酸 高丝氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 α-酮戊二酸 酮戊二酸 缬氨酸 反馈阻遏 反馈抑制 谷氨酸 α-酮戊二酸 酮戊二酸 丙氨酸 亮氨酸
赖氨酸合成途径的调节机制 ①谷氨酸优先合成，谷氨酸合成过剩就会抑制谷氨 酸脱氢酶（GD）的活性，使得生物合成的代谢流 转向天门冬氨酸。天门冬氨酸的过剩也会抑制磷 酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性，使得天门冬氨酸 不致大量积累。 ②赖氨酸的前体物质天门冬氨酸与乙酰辅酶A的生 成形成平衡合成，乙酰辅酶A的增加能逆转天门冬 氨酸对其自身合成的反馈抑制。 ③天门冬氨酸激酶（AK）受赖氨酸与苏氨酸的协同 反馈。AK是一个变构酶，催化天门冬氨酸和ATP形 成α-天门冬氨酸磷酸，有两个变构位置可以接受 末端产物。 AK受赖氨酸与苏氨酸的协同抑制，当
七、菌种培养
⑴ 斜面菌种 一般用肉汤培养基或蛋白胨培养基 a 肉汤培养基 牛肉膏1％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，氯 化钠0.5％，琼脂2％，pH7.0。 b 蛋白胨培养基 蛋白胨1％，酵母膏1％，氯化钠0.5％， pH7.2。 ⑵ 一级种子培养基（摇瓶种子培养基） a 肉汤培养基 牛肉膏1％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，氯 化钠0.5％，pH7.0。 b 含葡萄糖的肉汤培养基 葡萄糖2％，蛋白胨1％，牛肉膏 0.5％，氯化钠0.25％，pH7.0。 ⑶ 二级种子培养基、三级种子培养基以及发酵培养基 糖蜜2.0%、豆粉水解液0.5%、硫酸铵 0.4%、碳酸钙 0.5%、磷酸氢二钾0.1%、硫酸镁0.04%、pH7.2
五、赖氨酸生产工艺流程图
超滤系统
六、赖氨酸生产菌种的选育改良思路
• • 出发菌株：黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜醋酸棒杆菌 育种思路 1.优先合成的转换——渗漏缺陷型的选育 2.切断支路代谢——营养缺陷型的选育：高丝氨酸缺陷型 3.抗结构类似物突变株的选育：AEC 4.解除代谢互锁：Leu- 、 抗Leu结构类似物、 喹啉s 、 苯醌s 5.增加前体物的合成和阻塞副产物的生成： Ala-、抗Asp结构类似物 选育适宜的CO2固定酶/TCA循环酶活性比突变株 6.改善细胞膜的透过机能 7. 选育温度敏感突变株 8. 应用细胞工程和基因工程育种
八、培养基
1）碳源 淀粉、麦芽糖、蔗糖和葡萄糖。赖氨酸产 生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、 麦芽糖和蔗糖。 2）氮源 氮源可分为无机氮源和有机氮源。赖氨酸 发酵中，二者均有使用 。 3）无机盐 磷盐 （磷酸氢二钾）、硫酸镁 、钾盐 （氯化钾或氢氧化钾 ）、钙盐（碳酸钙或氯化钙 ） 4）生长因子 生物素含量在30µg/L以上较好、 维生素B1即硫胺素盐酸盐能增加赖氨酸产量 、L苏氨酸在培养基中含量高能够产生反馈抑制，使 代谢流向赖氨酸的合成 。
二、赖氨酸性质
• 2，6-二氨基己酸 C6H14O2N2 • 游离赖氨酸易与空气中的二氧化碳结合， 都是以盐酸盐的形式存在 • 熔点 263 ℃ • 比旋光度 +21° • 0 ℃ 溶解度 53.6g/100ml
三、国内外赖氨酸发酵概况
• L-赖氨酸是继L-谷氨酸之后用微生物方法大量投产的氨基 酸。 目前，世界上赖氨酸的总生产能力约６０万ｔ／年， 产量约３８—４１万ｔ／年。美国ＡＤＭ公司是目前世界 上最大的赖氨酸生产企业，现有生产能力１５．８９万ｔ ／年，占世界市场的４０％以上。日本味之素公司，生产 能力９．０８万ｔ／年 。日本协和发酵公司总能力约６ 万ｔ／年该公司计划将其赖氨酸生产能力扩大到１０万ｔ ／年，争取将赖氨酸的市场份额增长到３０％以上。 • 六十年代中期我国开始进行L-赖氨酸菌株选育和发酵研究。 我国是赖氨酸消费增长最快的国家，已经成为世界上赖氨 酸第二大消费国，有巨大的市场容量和良好的市场前景。 目前，我国较大的赖氨酸生产企业有５家以上，能力已达 ６．５万ｔ ／年。但受国外赖氨酸进口的冲击，产量不 足４万ｔ／年。
九、发酵工艺条件以及影响因素
（1）温度 前期 32℃，后期30℃ （2）ph值 pH的变化对赖氨酸的发酵影响很大，当pH7.0 时产酸最高，pH偏高或偏低，产酸均降低。最适ph值6.57.0，控制范围在ph值 6.5-7.5之间 （3）种龄和接种量 二级 2% 8-12h 三级 10% 6-8h （4）供氧 过高、过低的溶氧对发酵均不利，表现为菌 体浓度下降、产酸降低，发酵时间延长。供氧需充足，否 则生成乳酸。 （5）生物素 过量可以促进赖氨酸的生成、 促进天冬氨 酸生成、抑制谷氨酸生成 （6）硫酸铵 含量大时菌体迅速生长，但赖氨酸的产量 低，硫酸铵用量 4.0%-4.5% （7）初糖浓度 11%~15%，转化率最高