氨基酸在发酵中的作用(一)
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。
发酵对食品中氨基酸的转化和生物利用率的提高作用
发酵对食品中氨基酸的转化和生物利用率的提高作用发酵是一种利用微生物作用将食品中的一些成分转化成有益物质的过程。
在食品加工过程中，发酵可以改善食品的口感、营养价值和保质期。
对于食品中的氨基酸，发酵不仅可以促进其转化，还能提高其生物利用率。
氨基酸是构成蛋白质的基本组成部分，具有非常重要的营养功能。
然而，一些食品中的氨基酸并不易被人体吸收和利用。
这是因为氨基酸在食品中通常以复杂的形式存在，人体对这些复杂结构的氨基酸吸收能力有限。
此外，一些特定的氨基酸可能受到食品中其他成分的抑制作用，导致其吸收和利用率较低。
发酵可以改变食品中氨基酸的形态和结构，使其更易被人体吸收和利用。
在发酵过程中，微生物通过代谢作用将复杂的氨基酸结构分解成更简单的形式。
这些简单结构的氨基酸易于通过人体的消化系统吸收，并能更好地参与新陈代谢过程。
此外，发酵还能促进氨基酸之间的互作用，增加其生物活性。
发酵对食品中氨基酸的转化和生物利用率提高的作用，可以通过以下几个方面来解释。
首先，发酵可以降解食品中的抗营养物质。
一些食品中含有抗营养物质，如蛋白酶抑制剂和嘌呤酸。
这些抗营养物质能够抑制胃酶和肠酶的活性，从而影响氨基酸的消化和吸收。
发酵过程中，微生物可以分解这些抗营养物质，降低其对氨基酸的抑制作用，提高氨基酸的生物利用率。
其次，发酵可以合成一些益生菌和酶类物质。
在发酵过程中，一些益生菌能够产生和释放酶类物质，这些物质可以降解食物中的复杂结构，释放出氨基酸。
此外，益生菌还能够合成和分泌一些有益的代谢产物，如维生素和抗氧化物质，提高氨基酸的生物利用率。
另外，发酵还可以改变食物中的pH值和酸碱度。
一些氨基酸在酸性环境中更易于溶解和吸收。
发酵过程中，微生物产生的有机酸可以降低食品的pH值，将其变成酸性环境，有利于氨基酸的溶解和吸收。
最后，发酵还可以改善食物中的口感和风味。
一些食品在发酵过程中会发生肉质软化和风味改善的变化，这主要是由于发酵过程中产生的酶类和气味物质的作用。
氨基酸发酵机制及过程概述
葡萄糖和琥珀酸等对异柠檬酸裂解酶起着阻遏作用。
(1)以糖质为原料的谷氨酸发酵中生物素对 DCA循环的影响
在生物素亚适量条件下，琥珀酸氧化力降低， 积累的琥珀酸会反馈抑制异柠檬酸裂解酶活性，并 阻遏该酶的生成，DCA循环基本处于封闭状态， 异柠檬酸高效率地转化为α–酮戊二酸，再生成谷 氨酸。 在生物素充足的条件下，异柠檬酸裂解酶活性 增大，通过DCA循环提供能量，进行蛋白质的合 成，不仅异柠檬酸转化生成谷氨酸的反应减弱使得 谷氨酸减少，而且生成的谷氨酸在转氨酶的催化作 用下又转成其它氨基酸，也不利于谷氨酸积累。
7.醋酸或正石蜡原料发酵谷氨酸的推测途径 在醋酸发酵谷氨酸或石油发酵谷氨酸时，却只能 经乙醛酸循环供给四碳二羧酸，四碳二羧酸经草酰 乙酸又转化为柠檬酸。
二、谷氨酸生物合成的代谢调节机制
分解代谢： 从环境中摄取营养物质，把它们转 微生物 的代谢
化为自身物质，以此来提供能源和 小分子中间体；
合成代谢：合成代谢将分解代谢产生的能量和
6乙酰CoA +2NH3+3O 2谷氨酸 +2CO2+6H2O 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3mol葡萄糖可以生成2mol的谷氨酸，谷氨 酸对葡萄糖的质量理论转化率为：
(3)实际转化率：处于二者之间，即54.4%～ 81.7%。 CO2固定反应、乙醛酸循环的比率等对转化率影 响较大。 乙醛酸循环活性越高，谷氨酸越不易生成与积累。
α -酮戊二酸脱氢酶 NH4 异柠檬酸脱氢酶 乙醛酸循环中的两个关键 酶——异柠檬酸裂解酶和 苹果酸合成酶。
谷氨酸 （胞内）
转移到胞外
（二）谷氨酸合成的理想途径
生物素充足菌EMP所占比例约为62％； 在发酵产酸期，EMP所占比例更大，约为74％。
氨基酸发酵机制及过程
④沿着由柠檬酸至α–酮戊二酸的氧化途径，谷氨酸产 生菌有两种NADP专性脱氢酶，即异柠檬酸脱氢酶和L谷氨酸脱氢酶。 在谷氨酸的生物合成中，谷氨酸脱氢酶和异柠檬 酸脱氢酶在铵离子存在下，两者非常密切地偶联起 来，形成强固的氧化还原共轭体系，不与NADPH2 的末端氧化系相连接，使α–酮戊二酸还原氨基化生 成谷氨酸。
2．三羧酸循环(TCA循环)的调节
谷氨酸产生菌在代谢途径中，三羧酸循环的调节主要 是通过5种酶的调节进行的。这五种酶是磷酸烯醇式丙酮 酸羧化酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢 酶和α-酮戊二酸脱氢酶。
草酰乙酸+谷氨酸
谷氨酸转氨酶
天冬氨酸+α -酮戊二酸
谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后， 谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力并阻遏柠檬酸合成酶 的合成，使代谢转向天冬氨酸的合成。
在谷氨酸发酵生产中，生物素缺陷型菌在 NH4+存在时，葡萄糖消耗速率快而且谷氨酸收率 高； NH4+不存在时，葡萄糖消耗速率很慢，生 成物是α–酮戊二酸、丙酮酸等物质，不产生谷氨 酸。
四、细胞膜通透性的调节
对谷氨酸发酵的重要性： 当细胞膜转变为有利于谷 氨酸向膜外渗透的方式， 谷氨酸才能不断地排出细 胞外，这样既有利于细胞 内谷氨酸合成反应的优先 性、连续性，也有利于谷 氨酸在胞外的积累。
4．CO2固定反应的调节
CO2固定反应主要通过以下途径完成：
C02的固定反应的作用：补充草酰乙酸； 在谷氨酸合成过程中，糖的分解代谢途径与C02固定 的适当比例是提高谷氨酸对糖收率的关键问题。
5．NH4+的调节
谷氨酸脱氢酶也能催化谷氨酸氧化脱氨反应，脱 氨过程以NAD+作为辅酶，该酶催化的反应虽然偏向 氨合成谷氨酸一边，但是脱氢过程产生的NADH被氧 化成NAD+，同时产生的NH3很容易被除去。 脱氨反应被NH4+和α–酮戊二酸所抑制，这对于谷 氨酸的积累也起到了很好的作用。
氨基酸类药物的发酵生产—谷氨酸的发酵生产
生物素的来源：氨基酸生产上可以作为生物素来源的原料 有玉米浆、麸皮水解液、糖蜜及酵母水解液等，通常选取 几种混合使用。例如，许多工厂选择纯生物素、玉米浆、 糖蜜这三种物质来配制培养基。各种原料来源及加工工艺 不同，所含生物素的量不同。玉米浆含生物素500μg/kg， 麸皮含生物素300μg/kg，甘蔗糖蜜含生物素1500μg/kg。
操作简单 周期长，占地面积大。
直接常温等电点法工艺流程
发酵液
起晶中和点（pH4-4.5) 育晶（2h）
盐酸
菌体及细小的 谷氨酸晶体
等电点搅拌pH3-3.22 静置沉降4-6h 离心分离
成品
母液
干燥
湿谷氨酸晶体
2、离子交换法
可用阳离子交换树脂来提取吸附在树脂上的谷氨 酸阳离子，并可用热碱液洗脱下来，收集谷氨酸 洗脱流分，经冷却、加盐酸调pH 3.0～3.2进行结 晶，之后再用离心机分离即可得谷呈棒形或短杆形； 革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢；不能运动； 需氧性的微生物； 生物素缺陷型； 脲酶强阳性； 不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；
发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变； 二氧化碳固定反应酶系强； 异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱； α-酮戊二酸氧化能力微弱； 柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活
有机氮丰富有利于长菌，因此谷氨酸发酵前期要 求一定量的有机氮，通常在基础培养基中加入适 量的有机氮，在发酵过程中流加尿素、液氨或氨 水来补充无机氮。
（3）无机盐
磷酸盐 ：工业生产上可用K2HPO4·3H2O、KH2PO4、 Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O等磷酸盐，也可用磷酸。 过高：代谢转向合成缬氨酸。 过低：菌体生长缓慢。
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。
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• 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
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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
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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。
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。
各种氨基酸对枯草芽孢杆菌生产聚谷氨酸的促进作用
119各种氨基酸对枯草芽孢杆菌生产聚谷氨酸的促进作用张超，栾兴社，朱明晟，孙娜，杨统见，王书燕山东建筑大学市政与环境工程学院（济南 250101）摘要研究了各种氨基酸对枯草芽孢杆菌发酵生产聚谷氨酸的影响。
在发酵初始添加 3 g/L 天冬氨酸、1.5 g/L苯丙氨酸和在对数生长期晚期添加7 g/L谷氨酸使聚谷氨酸产量分别提高12.6%，23.7%和31.7%。
再用均匀设计法进一步优化。
优化后的氨基酸添加量为：8 g/L谷氨酸、3.5 g/L天冬氨酸、1 g/L苯丙氨酸，γ-PGA产量达到37.92 g/L，与优化前得到的培养结果相比，提高了9.9%。
关键词枯草芽孢杆菌；氨基酸；聚谷氨酸；发酵Stimulatory Effects of Some Amino Acids on γ-Polyglutamic Production byBacillus subtilisZhang Chao, Luan Xing-she, Zhu Ming-sheng, Sun Na, Yang Tong-jian, Wang Shu-yan School of Municipal and Environmental Engineering, Shandong Jianzhu University (Jinan 250101)Abstract The effect of amino acid on production of γ-Polyglutamic by Bacillus subtilis Z-115 was investigated. The γ-Polyglutamic production was increased 12.6%, 23.7% and 31.7%, respectively, with 3 g/L aspartic acid, 1.5 g/L phenylalanine fed to the fermentation medium at the initial fermentation and 7 g/L glutamic acid at 24 h. Then, Uniform design was adopted for further optimization. The concentration of amino acids was obtained as follows: glutamic acid 8 g/L, aspartic acid 3.5 g/L, phenylalanine 1 g/L. Under such conditions, the γ-PGA production was increased to 37.92 g/L, which was 9.9% higher than the maximum value in the single factor tests.Keywords Bacillus subtilis ；amino acid ；γ-Polyglutamic ；fermentation聚谷氨酸（γ-PGA）是微生物产生的一种胞外氨基酸聚合物，是一种水溶性、可被生物降解的新型高分子材料，在食品、环保、医药、化工、化妆品等领域具有广阔的应用前景[1-4]。
氨基酸发酵机制
三、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵机制
详见书《发酵工程原理与技术》147页以及148页。
四、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径
1、苏氨酸发酵机制 2、赖氨酸的发酵机制
赖氨酸生产菌的育种途径 菌等）出发菌株的选择 — 代谢调节比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷 氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌等） 1）、优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育 如果降低高丝氨酸脱氢酶活性，则优先合成赖氨酸。 2）、切断支路代谢：营养缺陷型的选育 3）、抗结构类似物突变株（代谢调节突变株） 4）、解除代谢互锁 在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成与亮氨酸之间存在代谢互锁，赖氨 酸生物合成分支的第一个酶（DDP合成酶）受亮氨酸的阻遏。 5).增加前体物的合成和阻塞副产物的生成 关键酶：天冬氨酸激酶
Hale Waihona Puke 3、蛋氨酸发酵机制 4、异亮氨酸发酵机制 5、缬氨酸发酵机制
1）切断支路代谢，选育异亮氨酸、亮氨酸、生物素缺陷型突变株。 2)解除异亮氨酸、缬氨酸合成酶系的反馈阻遏。 3）解除缬氨酸对α -乙酰乳酸合成酶的反馈抑制。
The end,thank you!
4、降低反馈作用物的浓
谷氨酸
N-乙酰谷氨酸
N-乙酰-Y-谷氨酰磷酸
鸟氨酸 反馈抑制
瓜氨酸
精氨酸 谷氨酸棒杆菌缺乏将鸟氨酸转化为瓜氨酸的酶，消除反馈抑制，可用于 生产鸟氨酸。
5、消除终产物的反馈抑制与阻遏作用 消除终产物的反馈抑制与阻遏作用，是通过使用抗氨基酸结构类似 物突变出的方法来进行的。许多氨基酸发酵采用这种方法，并得到较 好的结果。 天冬氨酸 天冬氨酸激酶 天冬氨酰磷酸 天冬氨酸半缩醛 协同反馈抑制 高丝氨酸 苏氨酸 赖氨酸
氨基酸发酵机制
组员：潘艳萍 张友琴 喻莹 徐煜 马玉芳 李成芳 谢蓓安
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
氨基酸在发酵中的用途
氨基酸在发酵中的用途氨基酸是构成蛋白质的基本单元，也是分解蛋白质的产物，广泛应用于发酵工业中。
氨基酸的应用范围包括调味品、膳食营养补充剂、医药、化妆品等。
本文将重点介绍氨基酸在发酵中的用途。
首先，氨基酸在微生物发酵中作为重要的营养源，其存在与否对微生物代谢产物的种类和质量均有重要影响。
在发酵生产过程中，氨基酸是细胞生长和代谢的基础，通过抗原质和营养质学的联合制约，可有效避免营养不足或过剩而引起的细胞生长、代谢异常等。
其次，氨基酸在制备调味品中具有重要作用。
目前，氨基酸类调味品已成为日常生活中不可或缺的调味品种类。
其中，谷氨酸钠、天冬酰胺酸和色氨酸等氨基酸受到广泛应用。
通过合理的配比及添加适当的微量元素，氨基酸可以使调味品产生特有的鲜味、咸味、香味、甜味等多种味觉感受，丰富了产品味道，并在保持食品原有的口感的同时，有效地降低了产品中的钠、脂肪等有害元素含量。
再次，氨基酸在膳食营养补充剂中是不可或缺的。
随着人们对健康意识的日益增强，膳食营养补充剂的市场需求也逐年增加。
氨基酸作为蛋白质的重要组成部分，在营养补充剂中具有优良的补充功能。
通过添加各种氨基酸，可以有效地补充人体由于营养不良、疾病等原因所失去的蛋白质。
同时，氨基酸还可作为运动营养补充剂，可以显着提高运动员的肌肉质量、促进肾脏排泄代谢废物的功能，并能增强身体的抵抗力。
最后，氨基酸在制药、化妆品等领域具有广泛用途。
作为生物催化剂，氨基酸可用于制备高效、低剂量的药品，如β-内酰胺类抗生素等。
另外，氨基酸还可作为化妆品中的重要配料，具有增强皮肤抵抗力、促进细胞新陈代谢等功效。
综上所述，氨基酸是发酵生产的重要原料之一，也是膳食补充剂、调味品和化妆品等领域的重要组成部分。
其在不同领域中的应用都有独特的优势和功能，对于提高产品品质、满足人们营养需要、开发新的养生产品等方面均具有重要作用。
因此，有关部门应加强对氨基酸的研究，不断创新，提高其应用的深度和广度。
氨基酸发酵研究进展
氨基酸发酵研究进展陆奇明上海交通大学生命学院研究生学号：5050809427摘要：氨基酸广泛应用于生产、生活的诸多方面。
氨基酸发酵是现代快速发展起来的氨基酸生产方法，微生物代谢网络和调控机制的研究带动了氨基酸生产相关技术的进步，工程手段、计算机建模的联合使用更优化了氨基酸发酵的监控，基因工程再次为菌种选育和代谢控制开拓了思路。
本文就氨基酸发酵的原理，菌种的定向选育，发酵控制的优化，以及基因工程的应用做一简要阐述。
关键词：氨基酸发酵，代谢调控，定向育种，发酵控制，基因重组氨基酸是含氨基和羧基的一类有机化合物的统称，是构成生物蛋白质的重要单位，几乎一切生命活动都与之相关。
氨基酸在医药、食品、饲料、化工等行业中有重要应用。
人工生产氨基酸始于蛋白质酸水解，化学合成途径的发现和应用使得氨基酸的大规模生产成为可能，但鉴于混合氨基酸的低纯化率，以及化学方法所固有的低产出率，使得这些方法难以被大范围推广。
20世纪50～60年代，生物化学基础研究的发展，特别是代谢调控理论的建立，使得氨基酸发酵作为一种新型发酵工程而迅速发展起来。
20世纪70年代后期以来，随着载体、受体系统的构建及体外基因重组技术的日益完善，氨基酸生物工程菌的构建得到长足的发展。
现代分子生物学的导入，令氨基酸发酵微生物的改造与应用有了更强的目定性和系统性；现代工程技术与生产工艺的发展，使超大规模发酵及与其对应的高效纯化技术得以应用，氨基酸发酵过程和产出更加稳定、高效。
1 氨基酸发酵的原理1957年，日本采用谷氨酸棒状杆菌发酵制造L-谷氨酸获得成功。
之后不久，多种氨基酸发酵方法得以应用并商业化，从此推动了氨基酸生产的大发展。
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。
通过控制微生物细胞代谢的调节机制，或改变细胞膜的通透性，使得目标氨基酸在培养基中大量积累，再运用过滤、萃取等方法加以纯化。
氨基酸发酵的基础是选育具有氨基酸高生物合成能力的菌株。
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。
了解发酵过程对食物营养成分的影响
了解发酵过程对食物营养成分的影响了解发酵过程对食物营养成分的影响发酵是一种古老而普遍的食物处理方法，它通过微生物的作用，将食物中的碳水化合物转化为酒精、有机酸和气体等产物。
发酵过程不仅可以改变食物的风味和质地，还能对食物的营养成分产生一系列影响。
本文将着重探讨发酵对食物营养成分的影响，并讨论不同类型的发酵食品的营养价值。
首先，发酵对食物中的碳水化合物产生显著影响。
在发酵过程中，微生物将食物中的碳水化合物分解为简单的糖类，例如葡萄糖和果糖。
这样，发酵食品中的糖分含量会相对降低，适合糖尿病患者和需要控制血糖的人群食用。
另外，一些乳酸菌发酵时会将部分碳水化合物转化为乳酸，这可以增加食品的酸度，提高食品的质保期。
其次，发酵还可以改善食物中的蛋白质质量。
在发酵过程中，发酵菌会分解食物中的蛋白质，释放出氨基酸。
这些氨基酸可以被人体更好地吸收利用，从而提高食物的营养价值。
此外，发酵还可以激活一些酶的活性，促进蛋白质的消化和吸收。
因此，食用经过发酵的食品，如豆腐和酸奶，可以更好地满足人体对蛋白质的需求。
此外，发酵还对食物中的脂肪产生一定的影响。
在发酵过程中，微生物会分解食物中的脂肪，并产生一些有机酸和酶。
这些有机酸有助于促进脂肪的消化和吸收，从而提高人体对脂肪的利用率。
然而，与肉类和乳制品相比，大部分发酵食品的脂肪含量较低，适合追求低脂饮食的人群。
例如，酸奶和乳酪中的脂肪含量相对较低，而且常常被称为“健康脂肪”，因为它们富含多不饱和脂肪酸。
此外，发酵对一些维生素的形成和增加也有一定的贡献。
发酵过程中的微生物能够产生一些维生素，如维生素B群和维生素K。
这些维生素对身体的健康发育和功能维持非常重要。
例如，维生素B12对红细胞的生成和神经系统的正常功能至关重要。
乳酸菌和酿酒酵母是常见的发酵食品中的微生物，它们也能产生其他的维生素，如维生素B2和维生素B6。
最后，不同类型的发酵食品对人体的营养价值也有所不同。
例如，发酵豆腐和酸奶富含优质的蛋白质和钙，对骨骼的健康非常有益。
氨基酸发酵生产工艺学
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2.2 用营养缺陷变异株的方法 （切断支路代谢）
• 这一方法是诱变出菌体内氨基酸生物合成某步反
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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，
日本味之素
日本协和发酵 日本东丽
55000
20500 6500
甘氨酸
甘氨酸 甘氨酸
日本有机合成化学
协和发酵 日本化药
6000
5000 1000
赖氨酸
南朝鲜味元
10000
丙氨酸
丙氨酸
武藏野化学研究所
日本化药
——
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二、氨基酸合成的代谢调控
是氨基酸代谢控制发酵的基本策略之一 • 发酵工程要求微生物大量地合成特定的代谢产物， 这一目的只有当微生物的部分代谢调控机制遭到 破坏时才能达到。用人工诱变的方法有目的地改 变微生物固有的调节机制，使合成产物的途径畅 通无阻，按照人们所需要的方向进行，最大限度 地过量积累特定产物，这种发酵称为代谢控制发 酵。
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2、4 选育渗漏缺陷型突变菌株
指因突变所产生的不完全遗传障碍，其基因所控 制的反应程度不象野生型，但多少还能进行，称 这种现象为渗漏（leakage），具有这种性质的 突变型就称为渗漏突变型。
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2、5 选育温度敏感突变菌株
具有温度条件限制的突变型生物体。当其生长 温度从限制性温度范围发生由低到高(热敏)或由 高到低(冷敏)改变时，某种基因产物的活性丧失 或改变，从而导致野生型转变为突变型。
氨基酸在生物能源生产中的应用
氨基酸在生物能源生产中的应用随着全球能源供给的压力不断增大，研究和发展可再生能源成为当今社会的重要课题之一。
在这方面，生物能源的开发和利用备受关注。
氨基酸作为生物体内重要的有机物质，不仅在生物蛋白质的合成中起到重要作用，还在生物能源生产中发挥着关键作用。
首先，氨基酸在乙酸发酵中的应用。
乙酸是一种常见的有机酸，广泛应用于食品、化工、医药等领域。
通过微生物发酵，可以将可再生碳源（如农业废弃物、生活垃圾等）转化为乙酸。
氨基酸在乙酸发酵中充当氮源和能量源的双重角色。
它可作为微生物生长的必需物质，提供氮元素和能量。
同时，氨基酸还能够调控微生物代谢途径，提高乙酸产率和产量。
因此，合理添加氨基酸可以显著增加乙酸的生产效率。
其次，氨基酸在生物氢气生产中的应用。
氢气是一种清洁能源，被认为是替代传统燃料的理想选择。
利用微生物发酵方法生产氢气已经成为一个研究热点。
在这一过程中，氨基酸发挥着重要作用。
首先，作为微生物生长的必需物质，氨基酸提供了微生物所需的氮元素和能量。
此外，氨基酸还可以通过转化生成氢气。
一些厌氧菌通过氨基酸脱羧反应产生氢气，是生物氢气产率的重要来源。
因此，在生物氢气生产中合理利用氨基酸，可以提高氢气产率和产量。
再次，氨基酸在生物柴油生产中的应用。
生物柴油是以农作物油或动物油为原料，经过酯交换反应或酯化反应制得的燃料。
生物柴油具有可再生性、可降解性和低尾气排放等优点，是可持续发展能源的重要组成部分。
在生物柴油的生产过程中，氨基酸可以作为微生物生长的必需物质，提供氮元素和能量，促进微生物代谢活性。
此外，氨基酸还可以通过转化生成甲酯，作为合成生物柴油的原料之一。
因此，在生物柴油生产过程中，添加适量的氨基酸可以提高生物柴油的产率和质量。
最后，氨基酸在生物甲烷生产中的应用。
生物甲烷是一种重要的可再生能源，广泛应用于能源、交通、化工等领域。
生物甲烷可以通过有机废弃物厌氧发酵产生。
在这一过程中，氨基酸起到了重要作用。
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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。
•利用基因工程和生物技术手段，可以生产更多种类和更高纯度的氨基酸，满足不同领域的需求。
•同时，研究氨基酸之间的相互作用和调控机制，可以开发出更多高效、低成本的发酵工艺。
•这些发展将推动氨基酸在发酵工业以及食品、医药等领域的广泛应用。
总结
氨基酸作为发酵过程中的重要组成部分，对发酵反应的效果起到
决定性的影响。
通过合理利用和研究氨基酸的作用和机制，可以不断
提高发酵工艺的效率和产量，推动发酵工业的发展。
随着科技的进步，氨基酸的优化利用和未来发展将为人类带来更多的好处和创新。