氨基酸发酵
氨基酸在发酵中的作用
氨基酸在发酵中的作用一、引言发酵是一种利用微生物代谢产物进行生物转化的过程，广泛应用于食品工业、饲料工业和生物制药等领域。
而氨基酸作为生物体内重要的有机物，也在发酵过程中发挥着重要的作用。
本文将从氨基酸在发酵中的作用机制、应用及前景等方面进行探讨。
二、氨基酸在发酵中的作用机制1.提供碳源和能源：氨基酸是微生物合成蛋白质的基本单元，可以被微生物利用作为碳源和能源。
在发酵过程中，微生物通过代谢氨基酸产生能量，并将其转化为所需的代谢产物。
2.调节酶活性：氨基酸可以作为酶的辅因子，调节酶的活性。
在发酵过程中，一些关键酶的活性会受到氨基酸的调节，从而影响代谢途径的进行。
3.调节细胞内pH值：氨基酸在细胞内可离子化，释放出氢离子或吸收氢离子，从而调节细胞内的pH值。
适宜的pH值对微生物的生长和代谢具有重要的影响，氨基酸可以在发酵过程中维持适宜的pH值，提高发酵效率。
4.提供氮源：氨基酸中的氨基团含有丰富的氮元素，可以作为微生物合成蛋白质和其他氮化合物的氮源。
发酵过程中，微生物利用氨基酸中的氨基团合成所需的氮化合物，促进代谢产物的合成。
三、氨基酸在发酵中的应用1.食品工业：氨基酸可以作为发酵食品中的营养添加剂，提供微生物生长所需的营养物质，促进发酵过程。
例如，在酱油、酱料和味精等食品的发酵中，氨基酸作为调味品添加剂，不仅能够提高食品的口感和风味，还能够增强食品的营养价值。
2.饲料工业：氨基酸作为饲料添加剂，可以提高动物的生长性能和免疫力。
在畜禽饲料中添加适量的氨基酸，有助于提高饲料的利用率，降低环境污染，达到绿色养殖的目的。
3.生物制药：氨基酸在生物制药中的应用十分广泛。
一方面，氨基酸可以作为生物药物的原料，通过发酵合成所需的蛋白质药物；另一方面，氨基酸也可以作为生物药物的稳定剂，保护药物的活性和稳定性，提高药物的疗效。
四、氨基酸在发酵中的前景随着生物技术的不断发展，发酵工艺在各个领域中的应用越来越广泛。
而氨基酸作为重要的发酵辅助剂，其应用前景也日益广阔。
氨基酸发酵
第一部分基础练习一、名词解释1.末端产物阻遏：是指由某代谢途径末端产物的过量累积时而引起的反馈阻遏，是一种较为重要的反馈阻遏。
2.分解代谢物阻遏：是指细胞内同时存在两种碳源(或两种氮源)时，利用快的那种碳源(或氮源)会阻遏利用慢的那种碳源(或氮源)的有关酶合成的现象。
3.代谢调控:在发酵工业中，为了大量积累人们所需要的某一代谢产物，常人为地打破微生物细胞内的自动代谢调节机制，使代谢朝人们所希望的方向进行，这就是所谓的代谢调控。
4.营养缺陷型菌株因基因突变致使某一合成途径中断，丧失合成其生长中必需的某种物质的能力，使末端产物减少，解除了末端产物参与的反馈抑制或调节，可使代谢途径中的某一中间产物过量积累，也可使分子代谢的中间产物和另一分支途径中的末端产物积累。
5.外源诱导物：抗生素生物合成过程中，参与次级代谢的酶，有些是诱导酶，诱导物有的是外界加入的，称外源诱导物。
二、问答题1.答：氨基酸生产方法主要有合成法与发酵法两种。
2.答：野生型菌株，营养缺陷型突变株，或是氨基酸结构类似物抗性突变株.3.答：氨基酸生物合成的基本调节机制有反馈控制和在合成途径分枝点处的优先合成，除此之外，还有一些特殊的调节机制，如协同反馈抑制、合作（或增效）反馈抑制、同功酶控制、顺序控制、平衡合成、代谢互锁等。
4.答：在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸合成分支上的第一个酶——二氢吡啶合成酶（DDP合成酶）受到与本途径无关的另一种氨基酸——亮氨酸的阻遏（即代谢互锁）。
5.答：具有分子代谢途径的分支点。
即在分支合成途径中，分支点后的两种酶竞争同一种底物，由于两种酶对底物的Km值（即对底物的亲和力）不同，故两条支路的一条优先合成。
第二部分技能训练一、选择题1.D2.C3.D4.B5.B6.A7.C二、问答题1.（1）磷酸盐磷酸盐浓度对氨基酸发酵的影响很大。
例如谷氨酸发酵中，磷酸盐浓度高时，抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性，菌体生长较好，但谷氨酸产量低，代谢向合成缬氨酸转化；磷酸盐不足时，糖代谢受抑制，糖耗慢。
氨基酸生产工艺流程
氨基酸生产工艺流程氨基酸是一种重要的有机化合物，广泛应用于医药、化工、农业等领域。
氨基酸的生产工艺流程主要包括原料准备、发酵、提取和纯化四个主要步骤。
首先是原料准备阶段。
氨基酸的生产需要合适的碳源、氮源和微量元素等原料。
其中碳源可以采用葡萄糖、玉米浆等，氮源通常使用氨氮、硫酸铵等，微量元素可以通过添加钾、镁、锌等来供给。
这些原料需要按照一定比例进行配制和准备，确保后续发酵过程能够顺利进行。
第二个步骤是发酵。
发酵是氨基酸生产的核心步骤，通常采用微生物（如大肠杆菌、酵母等）进行。
首先将配制好的原料溶液倒入发酵罐中，然后将微生物接种其中，设置合适的温度、pH、氧气和搅拌等条件，使微生物能够充分生长和代谢。
在发酵过程中，微生物将碳源和氮源转化为氨基酸，同时产生一定的废水和废气。
第三个步骤是提取。
发酵液中含有目标氨基酸、产生的其他物质、微生物等。
为了提取目标氨基酸，一般采用酸碱法或溶剂法进行。
酸碱法是将发酵液调节到合适的pH值，使得目标氨基酸与其他物质发生反应形成盐，然后通过过滤或离心等方式分离出目标产物。
溶剂法则是使用有机溶剂如酒精或醚类物质，将发酵液中的目标氨基酸溶解，再通过蒸馏或萃取等手段将溶剂蒸发或分离，从而得到目标产物。
最后一个步骤是纯化。
提取得到的氨基酸仍然存在其他杂质物质，为了得到纯净的氨基酸产品，需要进行纯化过程。
常用的纯化方法有结晶法、膜分离法等。
结晶法是将提取的溶液加热浓缩，再降温结晶，经过多次结晶和洗涤后，得到比较纯净的氨基酸晶体。
膜分离法则是采用膜分离技术，通过半透膜的选择性透过性，将氨基酸与其他物质分离开来，以达到纯化的目的。
综上所述，氨基酸的生产工艺流程主要包括原料准备、发酵、提取和纯化四个步骤。
通过合理的操作和控制，可以高效地生产出优质的氨基酸产品。
不过，不同的氨基酸制备工艺和要求也会有所不同，因此在实际生产中还需要根据具体情况进行调整和优化。
氨基酸在发酵中的作用(一)
氨基酸在发酵中的作用(一)氨基酸在发酵中的作用导语氨基酸在发酵过程中扮演着重要的角色。
本文将从以下几个方面介绍氨基酸在发酵中的作用。
1. 提供营养物质•氨基酸是构成细胞和蛋白质的基本组成部分，可以为发酵微生物提供必需的营养物质。
•发酵过程中，微生物会利用氨基酸构建细胞壁、合成酶和代谢产物等，从而促进发酵反应的进行。
2. 调节发酵反应•氨基酸在发酵过程中起到调节pH值和维持稳定温度的作用。
•氨基酸可以通过与酸碱物质反应，调节发酵液的酸碱度，提供适宜的环境条件。
•同时，某些氨基酸具有缓冲作用，能够稳定发酵液的温度，保证反应的均衡进行。
3. 促进物质转化•氨基酸对发酵微生物代谢途径中的多种物质转化具有促进作用。
•例如，氨基酸可以被分解为胺和酸，进而与其他物质反应，产生独特的香味、色泽和口感等特征。
4. 提高产量和质量•适量添加氨基酸可以提高发酵反应的产量和质量。
•氨基酸作为微生物的重要营养源，可以增加微生物的生长速度和代谢活性，从而提高产酸、产酶等发酵反应的效率。
5. 其他应用领域•氨基酸在发酵工业以外的领域也有广泛应用。
•在食品工业中，氨基酸可以增强食品的营养价值和口感。
•在药物生产中，氨基酸可以作为药物结构的组成部分，影响药物的活性和稳定性。
结语氨基酸在发酵过程中具有多重作用，既能为微生物提供营养物质，又能调节环境条件和促进物质转化。
在发酵工业和其他应用领域中，氨基酸的重要性不可忽视。
通过进一步的研究和应用，我们可以更好地利用氨基酸的功能，推动发酵工艺和产品的改进和创新。
6. 氨基酸的优化利用•随着科学技术的进步，氨基酸的优化利用在发酵工业中变得越来越重要。
•通过研究氨基酸的结构、功能和作用机制，可以精确地设计和调控发酵过程中的氨基酸供应和代谢途径。
•这样的优化利用可以提高发酵反应的产量、速度和效率，从而实现发酵工艺的可持续发展。
7. 氨基酸的未来发展•氨基酸作为一类重要的生物活性分子，在未来的发展中将发挥更多的潜力。
发酵法制氨基酸
发酵法制氨基酸
发酵法制氨基酸是一种利用微生物发酵的方法来生产氨基酸的过程。
以下是一个简单的发酵法制氨基酸的步骤：
1.选择菌株：选择具有生产所需氨基酸能力的菌株，可以通过诱变等方法获得。
2.培养基制备：根据所选菌株的生长需求，制备适合的培养基，通常包括碳源、氮源、无机盐等成分。
3.接种与发酵：将菌株接种到培养基中，在适当的温度和pH条件下进行发酵。
4.产物提取：发酵结束后，通过离心、萃取等方法收集菌体和发酵液，进一步提取所需的氨基酸。
5.精制与干燥：通过结晶、离子交换等方法对提取的氨基酸进行精制，并进行干燥得到最终产品。
发酵法制氨基酸的优点包括生产效率高、环境污染小等，但同时也存在一些挑战，如菌株选育困难、发酵过程控制要求高等。
目前，氨基酸的生产方法还有化学合成法、酶法、蛋白质水解提取法等。
第4章氨基酸发酵生产工艺
• ⑵酶法转化工艺
利用酶的离体专一性反应，催化底物生产有活性 的氨基酸。
D-氨基酸和DL-氨基酸的手性拆分 工艺简便、转化率高、副产物少、容易精制。 占总量的10%左右
• ⑶全化学合成生产工艺
不受氨基酸品种的限制，理论上可生产天然氨基 酸和非天然氨基酸。
产物是DL-型外消旋体，必须拆分才得单一对映 体。
• 组成蛋白质的氨基酸有20种，多数为L-型，也是 人体能吸收利用的活性形式
• 初级代谢产物 • 根据R基团的化学结构不同，分为：15种脂肪族的， 2种芳香族的，2种杂环的，以及1种亚基氨基酸。 • 根据R基团的极性，分为：12种极性与8种非极性 • 根据酸碱性，分为：2种酸性的，3种碱性的，以及 15种中性氨基酸。 • 根据人体生理生化过程能否合成，分为：(8+2)种必 需和10种非必需氨基酸 • 应用：药品、食品、饲料、化工等
4.1.2 氨基酸的理化性质
• 无色晶体，熔点200~300℃，一般溶于水、稀酸 稀碱，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，常用乙醇 沉淀氨基酸。 • 除甘氨酸外，有旋光性，测定比旋度可鉴定氨基 酸的纯度。 • 芳香族氨基酸在紫外有吸收峰，可用于鉴别、合 成、定性和定量分析中。
• 氨基酸是弱的两性电解质，在酸性环境，带正电荷； 碱性环境，带负电荷；净电荷为0时的pH值为等电 点pI。由于静电作用，等电点时，溶解度最小，容 易沉定，可用于氨基酸的制备。
氨基酸
分子量
甘氨酸
75.07
丙氨酸
89.10
缬氨酸
117.15
亮氨酸
131.18
异亮氨酸
131.18
丝氨酸
105.09
苏氨酸
119.12
半胱氨酸
发酵工程-第十章-氨基酸
4.谷氨酸产生菌（全是细菌）
棒杆菌属
Corynebacterium
短杆菌属
北京棒杆菌 C. pekinense 钝齿棒杆菌 C. crenatum 谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum 黄色短杆菌 B. flvum 产氨短杆菌 B. ammoniagenes
Brevibacterium
小杆菌属
应采用的最好方法是（
）
A．加大菌种密度
B．改变碳源和氮源比例 C．改变菌体细胞膜通透性
D．加大葡萄糖释放量
为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？
控制生物素含量，可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨
生物素：乙酰-CoA羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。
酸的分泌和反馈调节。
生物素含量高时，细胞膜致密，阻碍Glu分泌，并引起反馈 抑制，加适量青霉素可提高Glu产量。
另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。
氨基酸的生物合成
1、天冬氨酸族生物合成途径
合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。
天冬酰氨 甲硫氨酸 琥珀酰高丝氨酸 →异亮氨酸 DAP合成酶 二氨基庚二酸→赖氨酸 合成酶
天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，
草酰乙酸→天冬氨酸→天冬氨酸磷酸→天冬氨酸-β-半醛→高丝氨酸→苏氨酸
因而用阳离子交换树脂。
理论上讲发酵液上柱的pH值应低于3.22， 但实际上控制在5.0 6.0之间，因Na+、 NH4+交换能力>谷氨酸，优先交换，臵换出
H+使pH值低于3.2，使谷氨酸成为阳离子，
但不能>6.0。
4.电渗析法
膜分离过程，利用的是电位差。
二次电渗析法：
pH3.2：除去各种盐类。 pH3.2:除去蛋白质、残糖和色素等非电解质。
《氨基酸工艺学》6 氨基酸发酵过程控制
（六）响应面分析法
➢发酵培养基优化的步骤： ①所有影响因子的确认； ②影响因子的筛选，以确定各个因子的影响程度； ③根据影响因子和优化的要求，选择优化策略； ④实验结果的数学或统计分析，确定其最佳条件； ⑤最佳条件的验证。
（六）响应面分析法
钾盐比菌体生长需要的钾盐高。
➢菌体生长需要钾盐量约为0.1 g/L，氨基酸生产需 要钾盐量为0.2~1.0 g/L。
（三）无机盐
（4）微量元素： ➢微生物需要量非常少但又不可完全没有的元素称
为微量元素。
➢如锰是某些酶的激活剂，羧化反应需要锰，一般 配比为2 mg/L。铁是细胞色素氧化酶、过氧化 氢酶的组成部分，也是一些酶的激活剂，配比为 2 mg/L。
（六）相容性溶质
➢相容性溶质概念： 微生物通过在胞内积累有限的几种小分子溶质，如 糖醇、有机碱和氨基酸等以提高细胞内水活度，使 细胞的体积和膨压达到正常水平，并避免细胞内所 有物质浓度的升高，这类溶质的高浓度积累可使细 胞内外渗透压达到平衡，并且不妨碍细胞正常的代 谢活动，因而被称为“相容性溶质”。
（三）无机盐
元素 磷
硫 镁 钙 钠 钾
化合物形成（常用）
生理功能
KH2PO4，K2HPO4
核酸、核蛋白、磷酸、辅酶及ATP等高 能分子的成分，作为缓冲系统调节培养
基pH
含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）、 (NH4)2SO4，MgSO4 维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧
化还原电位
MgSO4
己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸 聚合酶等活性中心组分
（六）相容性溶质
➢甜菜碱是在甜菜糖蜜中发现的季铵型生物碱，具 有维持和调节细胞渗透压、保护酶以及参与甲基 化反应等重要功能。
发酵工程 15-2氨基酸发酵
3、谷氨酸发酵培养基的配制
1）培养基 2）发酵培养基中生物素的控制 亚适量。
3）发酵培养基中的氮源
谷氨酸分子中氮含量占9.5%，所以培养基中必须提供 相对充足的氮源。 谷氨酸产生菌的生长和产物合成时期需维持在pH7.07.2，而且培养基中铵离子浓度又不宜太高，因此，不 宜采用硫酸铵、氯化铵等生理酸性铵盐。
2、L-谷氨酸发酵原料的预处理
已知所有谷氨酸产生菌都不能直接利用淀粉或糊 精，而只能以葡萄糖等作为碳源。所用的山芋淀 粉、玉米淀粉、大米或木薯淀粉都需先进行水解， 制成葡萄糖。 1）酸法制水解糖液 2）酶法制水解糖液
3）糖蜜原料：甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中都含有丰富 的生物素，不宜直接作为谷氨酸发酵的碳源，发 酵前必须进行预处理，去除生物素或将其破坏。
生理活性和化学特性。 主要应用领域是食品、饲料、化妆品、医药， 也用作化学工业的中间体。据估计全世界每年 氨基酸市场为40－50亿美元，其中35%用于食
品、50%用于饲料和15%用于医药和化妆品。
1、食品领域
氨基酸大多无味，但它们是自然芳香的前体 谷氨酸钠（味精）是所有氨基酸中最大生产品种， 全世界年产量达100万吨（中国大陆约为60万吨）。
法育成的菌株，进行发酵生产（L-羟脯氨酸）。
谷氨酸发酵
1957年日本率先采用微生物发酵法生产谷氨酸，
被誉为现代发酵工业的重大创举，使发酵工业
进行代谢控制发酵的阶段。目前全国有近50家
工厂生产味精，年产量约为60万吨，居世界首 位。
一、菌种
现在经过鉴定和命名的谷氨酸生产菌很多，主
要是棒杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌 属中的细菌。 它们有很多相似点：革兰氏阳性；不形成芽孢； 没有鞭毛，不能运动；都需要生物素作为生长
氨基酸发酵
1806 1820 1820 1849 1865 1866 1868 1881 1881 1889 1895 1896 1899 1901 1901 1901 1904 1922 1935
Vauquelin Braconnot Braconnot Bopp Cramer Ritthausen Ritthausen Schultze Weyl Drechsel Hedin Kossel,Hedin Morner Fischer Fischer Hopkins Erhlich Mueller McCoy et al
发展方向
新型 氨基酸
❖ 产品多元化，应用领域扩大化
❖ 资源能源利用最大化
❖ 推行
，污染物排放减量化
❖ 扩大综合利用途径，废弃物资源化
小品种 氨基酸
大宗氨基 酸产品
我国氨基酸工业的生产现状、 发酵趋势及存在问题
谷氨酸
赖氨酸
色氨酸 苏氨酸
蛋氨酸
我国氨基酸工业的生产现状——谷氨酸
❖谷氨酸
➢ 谷氨酸是目前生产量最大的氨基酸品种，主要以 谷氨酸钠(商品名味精)的形式作为食品增鲜剂存 在，2011年年产量约240万吨。
➢ 谷氨酸与谷氨酰胺可调节血氨浓度，防止氨对大 脑的毒性作用。同时有报道表明，谷氨酸和天门 冬氨酸还是中枢神经兴奋性递质，因此有少量谷 氨酸用于医药行业。
我国氨基酸工业的生产现状——谷氨酸
❖ 谷氨酸工业生产现状
➢ 我国味精生产始于1923年，1965年以前生产方法一直使用 传统的蛋白质酸水解法。此工艺原料消耗高、操作环境差、 劳动强度大、污染严重。42年间，年产量最高不过4000吨， 生产发展速度缓慢。
我国氨基酸工业的生产现状——谷氨酸
❖据统计，2011年全国谷氨酸及味精生产量 约240万吨，实际增长10%左右。
氨基酸发酵
此外，还可利用添加前体物和酶转 化法生产氨基酸。特别是遗传工程技术的应 用，在获得或改造氨基酸发酵微生物高产菌 株方面，出现了可喜的进展。
例如,L－赖氨酸的生产菌株多采用高 丝氨酸缺陷型突变株，而精氨酸缺陷型突变株 往往产生鸟氨酸或瓜氨酸等；
②调节突变株。采用调节突变株发酵生产氨基 酸是成功的工艺之一，因为这类突变株一旦对 氨基酸结构类似物具备了抗性之后，其正常代 谢调节机制即被解除，因缺陷型与抗反馈调节多重突变株。 采用这类多重突变株对提高某些氨基酸 的发酵产率有明显的效果。例如，生产L －精氨酸、L－色氨酸、L－苯丙氨酸、 L－酪氨酸、L－白氨酸和L－苏氨酸等 就常采用多重突变株。
1、谷氨酸发酵：
L-谷氨酸发酵微生物的优良菌株多 在棒状杆菌属、微杆菌属、节杆菌属和短杆菌 属中。具有下述共同特性：①细胞形态为短杆 至棒状；②无鞭毛，不运动；③不形成芽孢； ④革兰氏阳性；⑤要求生物素（利用石蜡为碳 源的要求硫胺素）;⑥在通气培养条件下产生 大量L－谷氨酸。此外，其他细菌、放线菌和 真菌中的一些属种也有产L－谷氨酸的菌株， 但产酸率较低。
流程：
菌种 斜面 摇晃种子 种子罐
淀粉 水 盐酸
水 解
过 滤
中 和
淀粉 水解 糖
配 料
发 酵
空气
空压机
过滤器
2、赖氨酸发酵：
赖氨酸生产最早是从水解大豆蛋白开始的 ，1952年日本味之素公司用水解大豆等蛋白 质的方法第一次成功地进行了赖氨酸商品化 生产，并开始大量出售L—赖氨酸。 1952年日本中山等人以谷氨酸棒杆菌为 出发菌株，经诱变获得了赖氨酸生产菌，并 将其用于生产。
至今为止，所用的赖氨酸生产菌多 数为谷氨酸产生菌的变异株，其赖氨酸合成 途径都是经过DAP(二氨基庚二酸)途径，在 此途径中关键酶天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏 氨酸的协同反馈抑制，即只有在苏氨酸和赖 氨酸同时存在时，才能对天门冬氨酸激酶起 抑制作用。故选育高丝氨酸营养缺陷型菌株， 使苏氨酸和赖氨酸对天门冬氨酸激酶的协同 反馈抑制，这样赖氨酸就会大量积累下来。
氨基酸生产工艺
氨基酸生产工艺氨基酸是生命体内必不可少的基本组成元素之一，广泛应用于农业、医药、化工等领域。
氨基酸的生产工艺通常包括发酵、提纯和干燥三个主要步骤。
下面将为大家介绍一下氨基酸的生产工艺。
首先是发酵过程。
氨基酸的发酵主要是通过微生物对含有氮源和碳源的培养基进行发酵，产生氨基酸。
常用的微生物有大肠杆菌、窄叶蓝枯草菌等。
培养基中的碳源主要有葡萄糖、甘油等，而氮源则有酵母粉、角蛋白等。
发酵过程中，微生物在一定的温度、pH值和氧气条件下生长和繁殖，生成氨基酸。
发酵结束后，需要对发酵液进行提纯。
提纯过程中，一般通过离子交换、凝胶过滤和超滤等方法，将杂质和有机物去除，得到纯净的氨基酸产物。
其中，离子交换属于最常用的提纯方法之一，主要是通过树脂的吸附作用，将杂质和有机物与目标物质分离。
最后是干燥过程。
氨基酸经过提纯后，仍然是液体状态，需要经过干燥来得到固体产品。
干燥的方法有很多种，常用的有喷雾干燥和真空干燥。
其中，喷雾干燥是将液态的氨基酸通过喷雾器喷入高温的空气中，迅速使其蒸发和冷凝成粉末状。
而真空干燥则是通过减压操作，将氨基酸的水分蒸发出来，得到干燥的氨基酸。
整个氨基酸生产工艺需要控制各个环节的条件，以确保产品质量。
发酵过程中，需要控制好温度、pH值和氧气供应，以促进微生物的生长和产酸。
在提纯过程中，要选择适合的方法和条件，以达到高纯度的氨基酸产物。
干燥过程中，需要控制干燥温度和时间，以避免产物的降解和热敏性。
氨基酸生产工艺的优化是提高产量和降低成本的关键之一。
通过优化培养基的配方、改进发酵条件和提高纯化技术，可以提高氨基酸的产量和纯度，并减少废物的产生和处理成本。
总之，氨基酸的生产工艺是一个较为复杂的过程，需要依靠微生物的发酵和多种分离纯化技术的协同作用。
随着科学技术的进步，氨基酸的生产工艺将进一步优化，为人们提供更多高质量的氨基酸产品，促进农业和医疗卫生事业的发展。
氨基酸的发酵
11.2 谷氨酸的 发酵生产
现在发酵法或酶法生产氨基酸已有20多 种，已经成为氨基酸生产的主要方法。在各种 氨基酸的生产中，以谷氨酸的发酵规模、产量 最大。
11.2.1 谷氨酸生产原料
一、谷氨酸生产原料
谷氨酸生产原料有碳源、氮源、无机盐 和生长因子等。 1. 碳源
工业上谷氨酸发酵采用的碳源一般都是 淀粉原料，如玉米、小麦、甘薯、大米等， 其中甘薯和淀粉活动不可缺少的 物质。其中磷酸盐在谷氨酸发酵非常重要，它 是谷氨酸发酵过程中必须的，但浓度不能过高， 否则会转向缬氨酸发酵。
4. 生长因子
糖质为碳源的谷氨酸生产菌几乎都是生物 素缺陷型，以生物素为生长因子。在发酵过程 中“亚适量”生物素有利于积累谷氨酸。实际 生产中通过添加玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等 作为生长因子的来源，来满足谷氨酸生产菌必 须的生长因子。
淀粉
酸
糊精或 糖化酶 葡萄糖 低聚糖
优点： （1）酸液化速度快，且用量少。 （2）对液化液的要求不高。 （3）可采用较高的淀粉乳浓度，以 提高生产效率。
（2） 酶酸水解法
淀粉乳
α -淀粉酶 过滤、除杂
淀粉液
酸 水解
葡萄糖
优点： （1）能采用粗原料淀粉。 （2）淀粉浓度较酸法高，生产较易控制。 （3）水解时间短，糖液色泽浅。 （4）酸水解pH值稍高，可减少淀粉水解副反 应的发生。
酸（催化剂）
淀粉
葡萄糖
高温高压
优点： （1）生产简易，对设备要求简单。 （2）水解时间短。 （3）设备生产能力比较大。 缺点： （1）要求有耐腐蚀、耐高温高压的设备。 （2）副反应的发生，造成葡萄糖的损失而使 淀粉的转化率降低。 （3）淀粉颗粒大小不均造成水解不彻底。 （4）淀粉乳浓度也不宜过高。
非灭菌发酵氨基酸
非灭菌发酵氨基酸
非灭菌发酵氨基酸是指在无菌条件下，以无菌培养基为基础，通过添加非灭菌来源的原料进行氨基酸的发酵生产。
这种发酵方法不需要对发酵过程进行灭菌处理，而是依靠原料中的微生物来进行发酵反应。
非灭菌发酵氨基酸的优点是操作相对简单，生产成本较低，不需要大规模的设备和设施。
但是由于没有进行灭菌处理，容易受到外界微生物的污染，导致发酵过程不稳定，产品质量不一致。
为了解决非灭菌发酵氨基酸的质量和稳定性问题，可以采取以下措施：
1. 严格选择和控制原料：确保原料的卫生安全性，避免携带外源微生物。
2. 加入抗菌剂：在发酵过程中加入适量的抗菌剂，以抑制外源微生物的生长。
3. 优化发酵条件：控制发酵过程中的温度、pH值、氧气供应等因素，使其适合发酵微生物的
生长。
4. 加强监控和检验：对发酵过程进行严格的监控和检验，及时发现并处理任何异常情况。
综上所述，非灭菌发酵氨基酸虽然操作简单且成本较低，但需要采取一系列措施以确保产品的质量和稳定性。
第9章氨基酸发酵
化妆品生产中，胱氨酸用于护发素，丝氨 酸用于面霜中；谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸 与脂肪酸形成的表面活性剂，具有清洗、 抗菌等功能，用于护肤品、洗发剂中。 在农业中，苯丙氨酸和丙氨酸可用于治疗 苹果疮痂病；甘氨酸可制成除草剂。赖氨 酸、蛋氨酸添加在饲料中，能加速家畜、 家禽的生长，改善肉的质量。
第9章氨基酸发酵谷氨来自酸制味
精
的
工
艺
流
第9章氨基酸发酵
（2）味精生产工艺控制：
①中和：将谷氨酸加水溶解，用碳酸钠或 氢氧化钠中和。 应使谷氨酸一钠(单钠盐)生成量最大，中和 时，应先加谷氨酸后加碱，开启搅拌，温 度控制在65℃左右(低于70℃)，中和液浓度 21°Bé~24°Bé，pH 5.6~6.8，控制pH不 超过7，否则形成二钠盐。
第9章氨基酸发酵
（3）赖氨酸的精制 粗品50℃搅拌溶于去离子水，活性炭60℃ 保温脱色1h，趁热过滤，滤液冷却后5℃结 晶2天。 滤取结晶真空干燥或热风干燥，即得赖氨 酸盐酸盐成品。
第9章氨基酸发酵
9.3 其他氨基酸的发酵生产
1．苏氨酸发酵 用于饲料工业、保健食品和医药工业。目前 年产量约5万吨。 主要生产企业为日本味之素公司、德国德固 赛公司、美同ADM公司、日本协和发酵工业 公司等。它们的产量占全球份额的90％左右。 其中，日本味之素公司占据全球市场60％以 上的份额。 制备方法有化学合成法、发酵法和蛋白质水 解三种方法，其中以发酵法最为先进。 由微生物发酵生成的苏氨酸都是L-苏氨酸。
第9章氨基酸发酵
②培养基中苏氨酸、蛋氨酸的控制：赖氨 酸生产菌都是高丝氨酸缺陷型，苏氨酸和 蛋氨酸是赖氨酸生产菌的生长因子，在发 酵过程中，如果培养基中两者含量丰富， 就会只长菌，而不产或少产赖氨酸，所以 在发酵时，将苏氨酸和蛋氨酸控制在亚适 量，以提高赖氨酸产量。
氨基酸发酵
• 生产氨基酸的大国为日本和德国。 • 日本的味之素、协和(xiéhé)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。
共一百零六页
• 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司,湖北八
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(xìngzhì)、生产氨基酸种类和所采
用的发酵操作决定碳源种类
共一百零六页
2、氮源：铵盐、尿素、氨水；
• 同时调整pH值。 • 营养(yíngyǎng)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。
ɡǎn jūn)K-12及棒状杆菌家族，通常是通过诱变选育出 的基础产率较高的菌株。
• 大肠杆菌遗传背景研究得清楚，载体系统完善，利于
工程菌的构建，但它含有内毒素且不能将蛋白产物分 泌至胞外，为应用带来困难。
• 棒状杆菌能克服这两个缺点，但载体受体系统研究
较晚且有限制修饰系统的障碍，所以获得利于外源 基因导入及表达且能稳定遗传的受体菌是尚待解决 的问题。
产的一种方法(fāngfǎ)。
• 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
共一百零六页
2.2 用营养缺陷 变异株的 (quēxiàn) 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(biànyì)体，使 生物合成在中途停止，不让最终产物起控 制作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
｜
｜
和 嘧 啶 的 前 体 物 ， 尤 其 是 AT P ， 它 还 直 接
参与组氨酸的合成，所以利用嘌呤的结构 类似物抗性突变株解除反馈调节可以达到 增加组氨酸前体物的积累。
途径也能增加HMP途径的流量。
5． HMP途径的阻断 由于合成组氨酸需要HMP途径的中间代谢产物， 所以完整的HMP途径会减少D-核糖的生成，通过 阻断转酮酶来破坏完整的HMP途径，从而使代谢
谷氨酸脱氢酶和谷氨酰胺合成酶是保证α -酮戊二酸向 谷氨酰胺而不是向草酰乙酸的三羧酸循环方向代谢的 关键酶。同时在该循环中还存在着向天冬氨酸、丙氨 酸、缬氨酸的分支代谢，设法减弱分支代谢而强化主 流代谢，主要的方法是减弱催化这些分支代谢酶的酶 活。
3
谷氨酰胺发酵
｜
谷氨酰胺合成酶的最佳pH为 6.5 ～ 7.0 ， 而 谷 氨 酰 胺 酶 、 N- 乙 酰 谷 氨 酰 胺 脱 乙 酰 酶 的
1
丙氨酸发酵 丙 氨 酸白
1
丙氨酸是构成蛋白质的基本单位，是组成人体蛋 质 的 20 种 氨 基 酸 之 一 。 它 的 分 子 式 是
｜
｜
(alanine) C3H7NO2 ， 有 α - 丙 氨 酸 和 β- 丙 氨 酸 两 种 同 分
异构体。
2
功能
预防肾结石、协 助葡萄糖的代谢， 有助缓和低血糖， 改善身体能量。
3
用途
用于合成新型甜 味剂及某些手性 药物中间体的原 料。 点石演示
简介
点石演示
点石演示
1
丙氨酸发酵
｜
73% 93% 80% 78%
｜
丙氨酸性状
丙氨酸是构成蛋白质的基本单位， 是组成人体蛋白质的20种氨基酸
之一。
丙氨酸有α-丙氨酸和β-丙氨酸两 种同分异构体。组成蛋白质分子 的氨基酸都是L-氨基酸。 由于它们在同一pH环境中，各类
氨基酸
发酵
1
丙氨酸发酵
目 录
2
｜
脯氨酸发酵
｜
3
谷胱酰胺发酵
4
组氨酸发酵
ONE
目录标题
1
1
丙氨酸发酵
｜
丙氨酸亦称 α - 氨基丙酸， 具 有 甜 味 ， 常 用作 调味 料。
｜
01
02
霉 菌 、 酵母 、 细菌 、放
线 菌 等 微生 物 都能 够由 糖 类 和 无机 氮 源 、 有机 氮源发酵生产L-丙氨酸。
3
谷氨酰胺发酵
｜
｜
①NH4＋浓度必须超过用来生产 谷氨酸时的量；
生产菌株
② 必 须 供 给 Mg2 ＋ 、 Mn2 ＋ 和 谷氨酸产生菌野生菌株改变 培养条件，使谷氨酸发酵转 向谷氨酰胺发酵。
Zn2＋；
③发酵的pH，24h前维持在7.2
左右，24h后直到发酵结束控制 在5.6～6.5。
FOUR
目录标题
｜
｜
要前体。
大量的证据表明，谷氨酰胺是一种条件性必 需氨基酸。在应急情况下，机体对谷氨酰胺 的需要超过其合成能力。因此，可以通过肠 外营养或饲料中添加谷氨酰胺以营养凋控的
方式加速动物体的康复。
谷氨酰胺也是一种极有发展前途的新药。作为药 物，有增进脑神经机能的作用，可以用来治疗神 经衰弱，改善脑出血后的记忆障碍，促进智力低
组质粒pAJ201，然后将其导入乳糖发酵
短杆菌的脯氨酸产生菌。结果PEPC活性 提高1.5倍，使脯氨酸产量提高71%。
THREE
目录标题
3
3
谷氨酰胺发酵
谷氨酰胺
谷氨酰胺(L-Glutamine，L-Gln)是一种特殊 的氨基酸，为快速繁殖细胞优先选择的呼吸燃料， 如粘膜细胞和淋巴细胞；调节酸碱平衡；组织间 的氮载体；核酸、核苷酸、氨基糖和蛋白质的重
中的作用日益受到重视。
4
组氨酸发酵
｜
｜
合成途径
由HMP途径的中间产物D-核酮糖经磷酸戊糖异构酶生 成D-核糖，再由磷酸核糖焦磷酸激酶作用下生成磷酸 核糖焦磷酸（PRPP），然后进入L-组氨酸的合成途径。
⑴ 磷 酸 核 糖 - AT P 焦 磷 酸 化 酶 ， ⑵ 焦 磷 酸 水 解 酶 ， ⑶ 核 糖磷酸-AMP环 水解酶，⑷异构 酶，⑸谷氨酰胺 酰胺 基转移酶，⑹咪唑甘油磷酸脱水酶，⑺组氨醇磷酸氨 基转移酶，⑻组氨醇磷酸磷酸酯酶，⑼组氨醇脱氢酶
｜
（1）磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，它是该反应中介于合成与分解代谢 的无定向途径上的第一个酶，它受天冬氨酸的反馈抑制； （ 2 ） 丙 酮 酸 激 酶 ， 它 是 一 个 别 构 酶 ， 受 乙 酰 C o A 、 丙 氨 酸 、 AT P 的 反馈抑制； （3）丙酮酸脱氢酶，该酶是催化不可逆反应的酶，受乙酰CoA、 NAD(P)H、GTP的反馈抑制； （4）异柠檬酸脱氢酶，该酶受ADP和NAD(P)H的反馈抑制； （5）谷氨酸脱氢酶，该酶受谷氨酸的反馈抑制和反馈阻遏； （6）谷氨酰胺合成酶。
｜
4
组氨酸发酵
3． 增加前体物的合成 PRPP不仅仅是组氨酸的前体物也是嘌呤 4． 增强HMP途径的流量 在谷氨酸棒杆菌的糖代谢中，HMP 途 径 处 于 劣 势 。 根 据 EMP 和 HMP 途 径 的 调 节 可 以 知 道， 选 育 能 以 HMP途径上的代谢产物为碳源，生 长良好的菌株可以达到增加HMP途 径流量的目的。同时通过削弱EMP
4
4
组氨酸发酵
｜பைடு நூலகம்
L-组氨酸
化学名为L-α -氨基-β-咪
唑丙酸，是分子中含有咪
唑核的碱性氨基酸。
｜
组氨酸生物合成途 径及调节机制
以 葡 萄 糖 为 原 料 合 成 L-
生理功能
广泛用于医药、饲料及食
组 氨 酸 涉 及 到 EMP 途 径 、 TCA 循 环 和 HMP 途 径 等 。
品行业，尤其在医学研究
1
丙氨酸发酵
同分异构体
｜
α -丙氨酸亦称2－氨基丙酸。200℃以
上升华，随加热速度不同约在264～ 296℃之间分解。是组成蛋白质的一种 成分。在营养学中属人体非必需的氨基 酸。多从发酵法和天然产物中提取。
β-丙氨酸亦称3－氨基丙酸，无色晶体。
熔点198℃（分解），溶于水，微溶于 乙醇，不溶于乙醚。用于合成泛酸和电 镀，也用于微生物学和生物化学等的研 究上，可由明胶、玉米朊等蛋白质水解
据对黄色短杆菌No.14-5（异亮氨酸缺陷） 代谢的研究，该菌株主要按上述途径合成L脯氨酸，几乎没有鸟氨酸合成的乙酰化途径， 也就是说几乎没有鸟氨酸-酮酸转氨酶的反应。
2
脯氨酸发酵
｜
发酵
脯氨酸发酵所用菌株大体分为两类， 即从谷氨酸产生菌诱导而来的和由 非谷氨酸产生菌诱导来的，见表 l5-1 注：Ile异亮氨酸，His组氨酸，Pro脯氨 酸，Ser丝氨酸，Orn鸟氨酸，Glu谷氨酸， SG磺胺孤，Suc琥珀酸，DHP DL-3,4脱 氢 脯 氨 酸 ， A Z C 铃 兰 氨 酸 ， TA C 噻 唑 烷 4-羧酸，Km卡那霉素，－营养缺陷，g生 长，r抗性
03
发酵法生产L-丙氨酸，主
要 是 以 降解 葡 萄糖 等碳 源生成的丙酮酸为底物 ， 经 过 氨 基转 移 反应 或还 原氨基化反应完成的。
04
酶法是以L-天冬氨酸为底
物，经过 L- 天冬氨酸 -β脱羧酶的反应，生成L-丙 氨酸。
1
丙氨酸发酵
三种产生L-丙氨酸反应
｜
｜
1．氨基转移反应
丙酮酸+氨基酸⇌L-丙氨酸+α -酮酸
并精制而成，也可用化学方法合成。
｜
TWO
目录标题
2
2
脯氨酸发酵
L-脯 氨 酸 (L-Proline ， L-Pro) 是 非 必 需 氨
｜
｜
基酸，具有特殊甜味，用于制作医药品、配
制氨基酸输液、抗高血压药物甲巯丙脯氨酸 等。工业制造L-脯氨酸，最早是用动物胶水 解提取的。 生物合成途径及调节机制 谷氨酸→γ-谷氨酰磷酸→L-谷氨酸-γ-半醛 →Δ′-吡哆啉-5-羧酸→L-脯氨酸
3
谷氨酰胺发酵
谷氨酰胺产生菌合成谷氨酰胺的主流代谢中，有几个关键酶控制 其强度，这几个酶分别受不同代谢物的反馈调节，活化这些酶有 利于谷氨酰胺的生物合成。
｜
以葡萄糖为原料生物合成 L-谷氨酰胺涉及到糖酵解 途径（EMP）、磷酸戊糖 途径（HMP）、三羧酸循 环（TCA循环）、乙醛酸 循环、伍德-沃克曼反应 （WoodWerkman reaction）， 以及谷氨酰胺合成水平和分 支氨基酸合成水平的调控。 葡萄糖→丙酮酸→α -酮戊 二酸→谷氨酰胺是谷氨酰胺 的主流代谢。因此选育谷氨 酰胺高产菌株的基本思路为： 强化葡萄糖→丙酮酸→α 酮戊二酸→谷氨酸→L-谷 氨酰胺的代谢主流，减弱向 天冬氨酸、缬氨酸、丙氨酸 分支代谢流的强度。
。
｜
2
脯氨酸发酵
育种
引入基因工程操作，主要是使从脯氨酸前 体物谷氨酸到脯氨酸合成的酶系，或者说 是使参与谷氨酸供给的酶增强，从而提高
｜
用L-谷氨酸产生菌突变株发酵生产L-脯氨酸， 培养基都是在L-谷氨酸发酵的基本培养基中， 添加高浓度的(NH4)2SO4、充分生长所需要 的生物素及所需氨基酸或营养物质（按限制生 长的浓度）
4
组氨酸发酵
｜
｜
① EMP途径和HMP途径之间的关 联。 ② 不完整的HMP途径。 ③ 核苷酸与组氨酸的关系。 ④ 组氨酸的分解。
相关代谢
4
组氨酸发酵
｜
L-组氨酸产生菌的代谢控制育种策略
1． 解除组氨酸的反馈调节 在组氨酸的合成途径中，第一个酶— — 磷 酸 核 糖 - AT P 焦 磷 酸 化 酶 是 限 速 酶，组氨酸对其既有反馈抑制又有反 馈阻遏，一般通过选育专属解除组氨 酸对其反馈调节的结构类似物抗性突 变株来完成；同时组氨酸对其合成途 径上的酶都有抑制或阻遏作用，可通 过选育其他一些组氨酸结构类似物抗 性突变株来逐步解除反馈调节。 2． 解除组氨酸的分解代谢 在野生谷氨酸棒杆菌细胞内存在很强 的组氨酸分解机制，包括脱羧、脱氨 和转氨这几个方面，如图15-4所示。