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
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， 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）。
上柱吸附 －交换量
交换量 正向上柱时，一般为每吨树脂可 吸附90~100kg赖氨酸盐酸盐，反向上柱可 吸附70~80kg赖氨酸盐酸盐。流出液pH=5 时表明吸附达饱和。
上柱吸附－上柱流速
上柱流速 上柱流速应根据上柱液性质、 树脂的性质、柱大小及上柱方式等具体情 况决定。应在小柱中进行试验确定适合的 上柱流速。一般正向上柱速度大些，可以 10L/min的流速吸附；反上柱流速小些。
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。
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。
赖氨酸发酵液由于所用的原料、培养基组 成及浓度、菌种和发酵工艺不同，其组成 也不同，一般由以下四部分组成： 氨基酸、菌体、培养基残留物、
（1）氨基酸
氨基酸 代谢主产物赖氨酸，含量为7~8g/L；少量
其他氨基酸，如缬氨酸，丙氨酸和甘氨酸， 当发酵不正常时含有谷氨酸；少量有机酸， 特别是发酵工艺控制不好时，含有乳酸。
1977年， 东丽公司以合成的己内酰胺为 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。
1.赖氨酸概述 (5)
度，生长代谢加快，产酸期提前，但菌体 的酶容易失活，菌体衰老，赖氨酸产量少。 赖氨酸发酵，前期控制温度32℃ ，中后 期30 ℃。
赖氨酸发酵工艺及控制要点(5)
pH值控制 赖氨酸发酵最适pH 值为6.5～7.0。控
制范围在pH=6.5～7.5, 在整个发酵过程 中，应尽量保持 pH值平稳。
赖氨酸发酵工艺及控制要点(6)
的吸附量是不同的。 培赖养氨条酸件发：酵培 工养艺温及度控制30要-3点2℃(8。)
5而如0t被(采残淀弱用糖粉糖6酸)~/蜜2t性(0赖发g阳/酵氨L(离随，酸原其子)；料产交不酸换同率树而、异提脂)取，吸率无附要机。低离一子些（。如NH4+、Ca2+、Mg2+、K+和一些阴离子，其中NH4+浓度较高）。
9所，以再从继发续酵浓液缩中至提2取2 ~赖2氨3º酸Bé均。选用铵型强酸性阳离子交换树脂。 赖氨酸发酵，工前艺期及控制温要度点3(52)℃ ，中后期30 ℃。
赖少氨量酸其发他酵氨工 基艺酸及，控如制缬要氨点酸，(9)丙氨酸和甘氨酸，当发酵不正常时含有谷氨酸；
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。
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%，原料消 耗3.2～3.5t(淀粉)/t(赖氨酸)；
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。
种龄和接种量 一般在采用二级种子扩大 培养时，接种量较少，约2%，种龄一般 为 8 ～ 12h ， 当 采 用 三 及 种 子 扩 大 培 养 时 ， 种量较大约10%，种龄一般为6～8h。总 之，以对数生长期的种子为好。
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。
然后再选用含有二氨基庚二酸脱羧酶的产 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的北京棒杆菌
AS1.563和钝齿棒杆菌PI-3-2(AECr、Hse-)；AEC赖氨酸
;Hse 类似物S-2-氨基乙基-L-半胱氨酸
2. 赖氨酸的性质 (4)
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-氨基的赖氨酸被 称为有效赖氨酸。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.赖氨酸生物合成途径
赖氨酸的生物合成途径与其他氨基酸不同， 依微生物的种类而异。
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。
赖氨酸发酵工艺及控制要点(9)
硫酸铵对赖氨酸发酵的影响 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. 赖氨酸的提取和精制
赖氨酸的提炼过程包括： 发酵液预处理 提取 精制
6.1 赖氨酸发酵液的主要性质
6.2 发酵液的预处理
发酵液的预处理，包括除菌体和影响提取 收率的杂质离子。去除菌体的方法有离心 分离法和添加絮凝剂沉淀两种方法。
离心分离法
采用高速离心机分离除去，如菌体体积小 时需反复分离，成本高。
添加絮凝剂沉淀法是先将发酵液调节到一 定的pH值，加适宜絮凝剂如聚丙烯酰胺， 使菌体絮凝而沉淀，加助滤剂过滤出去。
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。
直接发酵法工艺流程
赖氨酸的两步发酵法
先使用大肠杆菌的赖氨酸缺陷型菌株，因 缺少二氨基庚二酸脱羧酶，不能生成赖氨 酸，于是积累大量的二氨基庚二酸 （DAP）。
经为验了证收明，集发蒸酵发液经出过来预处的理氨后蒸，提气取，收可率明采显用提单高。效蒸发。
如洗但5不6脱在果同3剂无和洗菌的 其钝脱株浓他剂齿，度铵浓棒对离发度洗子杆酵太脱 情菌培低效况P养果下，I-有，3基洗-影用2脱的(响量A时组。为E间成C4.长r不、，完H收s全e集-相)不；同集，中，赖赖氨氨酸酸发浓酵度培低养。基的组成见有关文献。
赖赖中代赖科氨谢氨氨院酸主酸酸北 盐产盐京酸发物酸微盐酵赖生的盐氨工物重的酸研 结艺重，究晶及结所与含选干控晶量育燥为制与的7干要北~8燥京点g/棒L(9；杆)菌AS1.
赖赖氨氨酸酸的发直酵接发工酵艺法及可控使用制黄要色点短(杆3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。 赖氨酸盐的酸性盐质的(3化) 学式为C6H14O2N2·HCl，含氮量为15.
赖氨酸的提取(2)
工业生产主要采用离子交换法提取赖氨酸， 该法回收率高，产品纯度高。
赖氨酸是碱性氨基酸，等电点(pI)为9.59。 在 pH=2.0 左 右 能 最 大 程 度 地 被 强 酸 性 阳 离子交换树脂吸附。pH=7.0~9.0被弱酸性 阳离子交换树脂吸附。
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 赖洗氨脱酸剂的 （直氨接水发洗酵脱法、可氨使水用+氯黄化色铵短洗杆脱菌、、谷氢氨氧酸化棒钠杆洗菌脱、）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。
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；
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。
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。
相同，赖氨酸发酵培养基的组成见有关文 献。
赖氨酸发酵工艺及控制要点(3)
（3）发酵工艺条件及影响因素 温度、 pH值控制、种龄和接种量、 供 氧对赖氨酸发酵的影响、生物素对赖氨酸 生物合成的影响、硫酸铵对赖氨酸发酵的 影响。
赖氨酸发酵工艺及控制要点(4)
温度： 幼龄菌对温度敏感，在发酵前期，提高温
发酵液的预处理(3)
钙离子一般通过添加草酸或硫酸，成钙盐 沉淀而除去。经验证明，发酵液经过预处 理后，提取收率明显提高。
6.3 赖氨酸的提取
从发酵液中提取赖氨酸通常有四种方法： a.沉淀法，利用赖氨酸生成难溶性盐而 沉淀分离，或使赖氨酸结晶析出； b.有机溶剂萃取法； c.离子交换法； d.电渗析法。
天冬氨酰半醛脱氢酶
黑龙江轻工研究所选育的241134及179等。
L-赖氨酸生产菌种（续）
这些菌种产酸水平一般为7～8g/L,转化率 25%～35%，对我国赖氨酸的生产起了较大 的作用。但产酸率和转化率均较低，与国 外先进水平相比还有较大差距。
种子扩大培养
赖氨酸发酵一般根据接种量及发酵罐规模 采用二级或三级种子培养。
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。