赖氨酸工业化生产

赖氨酸工业化生产

赖氨酸，Lysine ，化学名称 2,6-二氨基己酸

化学组成 C6H14O2N2

CH2NH2

CH2

CH2

CH2

CH ·NH2

COOH

Lys 发酵工艺流程： ↓ 淀粉酶 ↓ ↓

↓ →

↓

↓

淀 粉 糖 化 过 滤 液体葡萄糖 糖 蜜 加N.P.K.Mg 配 料 灭 菌 菌种斜面 ↓ 摇瓶种子 ↓ 种子罐 发酵罐

发酵液 提取、精制 Lys 压缩空气 ↓ 油水分离 ↓ 总过滤器 分过滤器

（一）培养基

1、碳源:(不能直接利用淀粉）

◆葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖（来源大米、玉米和薯类）

◆糖蜜（甘蔗、甜菜）

2、氮源：（不能直接利用蛋白质）

无机氮源: (1)尿素(2)液氮(3)碳酸氢铵；

有机氮源:玉米浆、麸皮水解液、豆饼水解液和糖蜜等。

作用：

合成菌体、赖氨酸。

调节pH

目前，工业生产采用大豆饼粉。花生饼粉和毛发的水解液为有机氮源，用量2－5％。

3、生物素：赖氨酸菌种为生物素缺陷型和某些营养素缺陷型（高丝氨酸、甲

硫氨酸、丙氨酸等）。因严格控制用量。

（二）菌种的扩大培养和种子的质量要求

种子培养过程

斜面菌种→一级种子培养→二级种子培养→发酵罐

1、菌种：

短棒杆菌属：黄色短杆菌；乳糖发酵短杆菌。

棒杆菌属：谷氨酸棒杆菌。

2、分类（按表型）

营养缺陷型：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌选育的Hse－、Met－、Thr－。敏感性菌株：Met、Thr突变株。

代谢调节突变株：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌选育的AECr；AECr ＋AHVr

组合型菌株：Hse －、Met－、Thr－组合AECr；AECr ＋AHVr

3、生长特点：

适用于糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。

4、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。

5、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。

6、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。

7、接种量：二级种子，接种量2-5％，种龄12h。三级种子，接种量稍大，约10％，种龄6－8h。

（三）赖氨酸发酵工艺控制

1、温度对谷氨酸发酵的影响

赖氨酸发酵前期，主要进行菌体繁殖。幼龄菌对温度敏感，温度控制在产

生菌的最适生长温度为30-32℃。若菌体生长期温度过高,易造成菌体衰老。生产上表现为OD值增长慢,pH值高,耗糖慢,发酵周期长,赖氨酸产量减少。在发酵中、后期，菌体生长基本停止，适当提高温度到赖氨酸室温合成酶系的最适作用温度。控制在32-34℃

根据菌种特点，温度采用二级或三级管理。即发酵前期控制在30－32℃；中、后期。产生谷氨酸的最适为32-34 ℃。

2、pH值对赖氨酸发酵的影响

●影响酶的活性

●影响细胞膜电荷，改变膜的透性，干扰物质的吸收和排泄。

●影响培养基营养成分和中间代谢物解离，从而影响菌体对这些物质的吸收和利用。

●pH改变易引起代谢途径的改变，使代谢产物的组成和比例发生变化。

发酵阶段发酵期

pH控制 6.5－7.5

发酵生产中，pH的控制通常采用流加尿素。初始尿素含量0.5-0.6％。培养14-18h，pH降至6.2-6.4时开始流加，流加量0.2-0.3%。次数3-5次，总量1.5-2.5。

3、供氧对赖氨酸发酵的影响

（1）溶解氧与赖氨酸的需氧量

赖氨酸产生菌为好氧微生物，只有在供氧充足条件下，才能充分完成生物氧化作用，最大量生成赖氨酸。

（2）供氧对赖氨酸发酵的影响

菌体生长阶段，呼吸旺盛，对氧需求量大于产酸阶段。若供氧不足，会增加乳酸产量，降低基质pH，导致菌体生长缓慢，量减少。但通气搅拌强度适度，不能过高，加快耗糖，会产生同样的结果。产酸阶段好氧量有所减少。

（3）供氧与其他发酵工艺条件的关系

发酵前期溶氧分压PL控制在(0.4-0.8 )×104Pa,产酸期溶氧分压PL控制在(0.2-0.4 )×104Pa

4、生物素对赖氨酸发酵的影响

（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。

◆生物素：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%

Cu2+：一定浓度的CuSO4·5H2O，可提高产量流加糖和其它生长因子（四）、离子交换法提取赖氨酸