氨基酸发酵机制PPT课件

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天冬氨酸族氨基酸发酵机制

优化发酵条件提高产量
通过实验手段优化天冬氨酸族氨基酸发酵的条件，如温度、pH、溶氧浓度、碳氮源等，以提高发酵效率和产物产量。
开发新型的细胞培养技术，如连续培养、高密度培养等，以实现细胞的高密度生长和产物的高效积累。
结合代谢工程和基因工程技术，对菌株进行遗传改造，提高其发酵性能和产物产量。
开发新型天冬氨酸族氨基酸生产菌株
营养强化剂
天冬氨酸族氨基酸可添加到婴儿食品、运动员食品等特殊食品中，以满足特定营养需求。
在农业领域的应用前景
植物生长调节剂
天冬氨酸族氨基酸可促进植物生长，提高产量，可作为潜在的植物生长调节剂。
VS
饲料添加剂
天冬氨酸族氨基酸可添加到动物饲料中，提高动物生长性能和饲料转化率。
06
研究展望
深入探究天冬氨酸族氨基酸发酵机制
天冬氨酸族氨基酸发酵机制
• 引言 • 天冬氨酸族氨基酸发酵机制概述 • 天冬氨酸族氨基酸发酵的生物合成途
径 • 天冬• 研究展望
01
引言
氨基酸发酵的重要性
生命活动的基础
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是生物体进行生命活动不可或缺的物质。
04
天冬氨酸族氨基酸发酵的代谢调控
代谢调控机制
酶的活性调节
通过调节酶的活性来控制代谢过程，例如通过调节天冬氨酸族的合成酶活性来控制氨基酸的合成。
代谢流控制
通过控制代谢流的方向和流量来调节氨基酸的合成，例如通过控制糖酵解和三羧酸循环的代谢流来影响天冬氨酸族的合成。
代谢物阻遏
通过调节细胞内代谢物的浓度来控制基因的表达和酶的活性，从而影响氨基酸的合成。
通过诱变育种、基因重组等手段，发掘和培育具有优良发酵性能的新型天冬氨酸族氨基酸生产菌株。

氨基酸生产ppt课件

A
ห้องสมุดไป่ตู้
活性超过生理需要量
A合成酶系（E1,E2…）反馈抑制
A
野生型菌株酶合成水平的反馈阻遏
在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
野生型菌株酶活性水平的反馈抑制
Gene编码酶
效应物位点过量A 酶活中心
过量A作用效应物位点，酶构型变化，影响酶活性中心而失活
在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
25.1 概述
氨基酸的生产方法
第三类用抗氨基酸结构类似物突变株，如利用乳糖发酵
短杆菌的S-(2-氨基乙基）-L-半胱氨酸（AEC,赖氨酸结构类食物）抗性菌株生产赖氨酸。利用黄色短杆菌的5-甲基色氨酸（5-MT，酪氨酸结构类似物）抗性菌株生产酪氨酸。
在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
25.1 概述
氨基酸的生产方法
2、酶法：利用酶来制造氨基酸。应用完整菌体或从微生物细胞抽提的酶类合成氨基酸。天冬氨酸已于1973年应用完整菌体固定化进行生产，这是世界上最早应用固定化菌体的例子。赖氨酸、色氨酸、丙氨酸也可以生产。
同功酶的主要功能在于其代谢调节。在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶所催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用而不致过剩
在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么

氨基酸生产工艺课件(PPT 55页)

2.1 用野生株的方法
• 这是从自然界获得的分离菌株进行发酵生产的一种方法。
• 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
2.2 用营养缺陷变异株的方法
• 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体，使生物合成在中途停止，不让最终产物起控制作用。
• 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。
• 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司, 湖北八峰氨基酸公司,但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗衡。
• 在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和发酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术和仿造产品,1991年销售量为二千万瓶,1996年达六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞,北京费森尤斯,昆明康普莱特,但生产原料都依赖进口。
二肽甜味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产品1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万吨。
• 2.饲料工业： • 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 • 3.医药工业：
• 多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调
• 苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治疗有效,且副作用低。
第二节氨基酸生产工艺
• 氨基酸是构成蛋白成分
• 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20 多种。
氨基酸
• α 碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基和氨基及侧链。侧链不同，氨基酸的性质不同。
氨基酸的用途
• 1.食品工业： • 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小
麦中) • 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 • 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量

第十二章微生物发酵ppt

2.作为工业微生物发酵使用的菌种，通常有以下特点：(1)具有稳定的遗传学特性。(2)微生物生长和产物的合成对于基质没有严格的要求。 (3)生长条件易于满足。(4)具有较高的各种酶活力。（5）对于包含体，要求在细胞破碎是不易破碎，而在目的产物的分离提出时，则易破碎。
第十二章微生物发酵ppt
•四、微生物发酵的基本特征
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的
生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵
过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、
产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严
格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
第十二章微生物发酵ppt
• 五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能成为正式产品。
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
菌种，使菌种产生突变，以筛选出符合要求的优良菌种。随
着细胞工程、基因工程等技术的日益成熟，科学家开始构建
工程细胞或工程菌，用它们进行发酵，甚至能生产出一般微
生物所不能生产的产品。
第十二章微生物发酵ppt
•二、菌种培养基的配制
培养基是选择出的菌种生活的环境，对菌种有多方面的影响，所以至关重要。一般来说，培养基的配方要经过反复的实验才能确定。另外，发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。

芳香族氨基酸发酵幻灯片PPT

酸合成酶、丝氨酸消旋酶等。根据提供这些酶的微生物种类数，可以分为双菌酶法和单菌酶法两种类型。
二、芳香族氨基酸的生物合成途径
生物合成途径特点：
• 从4-磷酸赤藓糖与磷酸烯醇丙酮酸合成3-脱氧 -D-阿拉伯糖型庚酮糖-7-磷酸〔DAHP〕到分支酸，是Phe、Tyr和Trp的共同途径；
• • 从分支酸到预苯酸〔PPA〕，是Phe和Tyr的共
同途径； • • 在分枝酸处，倾向于优先合成氨茴酸；在预苯
五、色氨酸的生产
• L-色氨酸的生产最早主要是依靠化学合成法和蛋白质水解法制造。随对微生物法生产色氨酸的研究的不断开展，人们开场利用微生物法发酵生产色氨酸。现已走向实用并且处于主导地位。微生物法大体可分为微生物发酵法和酶促转化法。近年来还出现了直接发酵法和化学合成法，直接发酵法和转化法相结合生产色氨酸的研究。另外，基因工程、酶的固定化和高密度培养等技术在微生物育种和酶工业上的应用极大地推动了直接发酵法和酶法生产色氨酸的工业化进程。
氨酸在工业上的应用也受到一定的限制。
• 3、酶促转化法
•
酶法是利用微生物中L-色氨酸生物合成酶系的催化功能生产L-色
氨酸的，能够利用化工合成的前体物为原料，既充分发挥了有机合成
技术的优势，又具有产物浓度高、收率高、纯度高、副产物少、精制
操作容易等优点，是一种本钱较低的生产色氨酸的工业化生产方法。
目前在L-色氨酸的生产中应用较为广泛。这些酶包括色氨酸酶、色氨
醛类共存时极易分解。如无烃类共存，与
• 2、苯丙氨酸 Phe
• 构造式：
CH2 CHCOO
• 性质：
NH3
• 苯丙氨酸系统命名为“2-氨基苯丙酸〞，是 α-氨基酸的一种，具有生物活性的光学异构体为L-苯丙氨酸〔L-Phenylalanine〕比旋光度为-35.1°。苯丙氨酸是人体必需氨基酸之一，常温下为白色结晶或结晶性粉末固体，减压升华，溶于水，难溶于甲醇、乙醇、乙醚。苯丙氨酸广泛用于医药和阿斯巴甜的主要原料。L-苯丙氨酸在生物体内可被辅酶

《氨基酸工艺学》6 氨基酸发酵过程控制

➢用响应面分析法来优化氨基酸发酵培养基，已取得比较好的成果。
（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。

《氨基酸发酵生产技术》——课件十、味精精制车间中和工艺

味精中和工艺
中和及脱色工艺流程
纯碱、氢氧化钠外购麸酸粉状活性炭（助滤剂）
中和
脱色搅拌
高位罐加压泵板框压滤机
洗涤
清液
吹干
拆机
工艺总说明：
谷氨酸加水溶解用碳酸钠（即纯碱）或氢氧化钠中和，生成谷氨酸一钠盐，经脱色、除铁等离子，再经蒸发、结晶、分离、干燥、筛分等单元操作，提到高纯度的晶体或粉体味精。
注意：
2.1中和pH原则上控制试纸pH6.4～6.7(pH计6.5～7.4) ，最好用pH进行在线监控，每班校正；中和温度控制 60℃，中和过程pH控制略偏酸，中完后搅拌均匀，再调节准确。pH的控制原则是在确保麸酸完全中和溶解彻底的前提下尽量控制低些，以利脱色。
2.2中和之前要先在中和罐底放少许纯净水(可以用相应料液和采用纯碱或者氢氧化钠，如果用纯碱或固体片碱要先进行预先溶解，碱浓度视具体情况而定。
注意事项：纯碱和氢氧化钠的区别：但就质量而言，用纯碱的中和的料液质量好，（必须用食用级的）
名称纯碱
内容纯度高
中和过程价格难、易起泡视具体情况
液体烧碱低
容易
片碱
高-----低
容易
2、中和时的pH控制：
3.工艺注意事项：
3.1 中和的pH和温度要严格控制，pH过高过低会导致出现二钠盐和溶解不彻底，从而影响收率；温度过高或过低会影响过滤效果和过滤速度。
3.2 中和过程中如果出现泡沫难中和，可以适当用蒸汽喷淋或者食物油进行消泡，中和碱液最好做成花洒成雾状。
3.3 中和液的波美可以根据料液的具体情况而定，一般来说脱色效果好可以考虑适当提高料液的浓度，当料液脱色效果差时要适当降低料液的浓度。

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

发酵工程六PPT课件

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二、人工控制微生物代谢的手段
（一）生物合成途径的遗传控制
代谢调节控制育种通过特定突变型的选育，达到改变代谢通路、降低支路代谢总产物的产生或切断代谢途径及提高细胞膜的透性，使代谢流向目的产物积累方向进行。
1、代谢缺陷型菌株
2、利用抗代谢类似物的突变积累氨基酸
3、产物降解酶缺失突变株
4、细胞膜组分的缺失突变
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生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，生物素在低于亚适浓度之
前有，利例增于加谷1：生氨谷物酸氨素的酸有合棒利成杆于；菌丙（酮生酸物的素羧缺化陷产型生）草生酰产乙谷酸氨，酸进而
生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰辅酶A羧化酶的辅酶，该酶催化乙酰辅酶A羧化生成丙二酸单酰辅酶A，再经一系列转化合成脂肪酸，而脂肪酸又是构成细胞膜磷脂的主P要EP成分，因P此y生r 物素可间A接cC地o影A 响细胞膜的透性。
真核微生物细胞里，各种酶系被细胞器隔离分布，使
其代谢活动只能在特定的部位上进行，如与呼吸产能有关的酶系集中于线粒体内膜上，DNA合成的某些酶位于细胞核里。
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5
（二）代谢流向的调控
微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
1、由一个关键酶控制的可逆反应
第六章发酵机制及发酵动力学
第一节发酵工程微生物的基本代谢及产物代谢第二节微生物代谢调节机制第三节糖代谢产物的发酵机制第四节氨基酸和核苷酸发酵机制第五节抗生素发酵机制第六节微生物发酵动力学
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1
本章要求
掌握初级与次级代谢的产物掌握微生物代谢调节的方式掌握酶活性被抑制的方式了解发酵产物的发酵机制及发酵动力学抑制来自抑制DE

谷氨酸发酵(共16张PPT)

☆氮代谢的调节降低蛋白质的合成能力，使合成的谷氨酸不转化成其它氨基酸和参与蛋白质的合成。
第二章谷氨酸发酵机制
3 谷氨酸发酵中如何控制细胞膜的渗透性
控制细胞膜渗透性的方法
3.1. 控制磷脂的合成：细胞膜磷脂含量低，有利于提高细胞膜通透性。
第二章谷氨酸(1发)酵生机物制素缺陷型
控制细胞壁的合成：细胞壁合成不完全，细胞膜容易造成机械损伤和经不起内部渗透压的压力，造成膜的破坏，加大通透性。
(2) 谷氨酸脱氢酶活性强由于谷氨酸产生菌的谷氨酸脱氢酶比其它微生物强大得多，所以由三羧酸循环得到的柠檬酸的氧化
中间物就不再往下氧化，而以谷氨酸的形式积累起来。
(3) 细胞膜对谷氨酸的通透性高
谷氨酸的分泌可降低细胞内产物的浓度，消除了谷氨酸转化成其它代谢物的可能，降低了对谷氨酸脱氢酶的抑制，并使谷氨酸的生成途径畅通。
(对3)数细生胞长膜期对在早谷期不氨，酸饱添的加和通青透脂霉性素肪高或酸头孢的霉合素C成。过程中，吐温-60或饱和脂肪酸等抑制脂肪酸的合成。
第二章谷氨酸发酵机制
由葡萄糖发酵生成谷氨酸的理想途径
1.3 谷氨酸发酵的代谢途径如下图所示
第二章谷氨酸发酵机制
控制谷氨酸合成的重要措施
第二章谷氨酸发酵机制
(1) α-酮戊二酸氧化能力微弱，即α-酮戊二酸脱氢酶活力微弱。
α-酮戊二酸的氧化能力微弱，三羧酸循环到达α-酮戊二酸时，即受到阻挡，把糖代谢流阻止在 α-酮戊二酸的堰上，对导向谷氨酸形成具有重要意义。
第二章谷氨酸发酵机制
谷氨酸发酵的代谢途径
第二章谷氨酸发酵机制
在谷氨酸发酵时,糖酵解经过EMP及HMP两个途径进行,生物素充足菌HMP所占比例是38%,控制生物素亚适量的结果,发酵产酸期,EMP所占的比例更大,HMP所占比例约为26%。

氨基酸发酵PPT课件

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9.2 赖氨酸的发酵生产来自赖氨酸是一种必需氨基酸，可以促进儿童发育，增强体质，补充适量L-赖氨酸，可大大提高蛋白质的利用率，L-赖氨酸被广泛用于食品强化剂、饲料添加剂及医疗保健、滋补饮料等方面，是一个具有广泛市场的氨基酸产品。
目前全世界产量已达10万吨，而且还呈上升趋势，其中日本占世界产量的60％，我国赖氨酸生产水平还有待提高。
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。
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目前作为苏氨酸直接发酵生产菌主要有大肠杆菌、粘质沙雷氏杆菌和短杆菌三类。
L-苏氨酸发酵均采用基因工程菌生产，产酸约在8％~10％，对糖转化率25％~30％，提取收率85％。
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3
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。
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4
从20世纪初期，氨基酸实现工业化生产以来，氨基酸生产大体有蛋内质水解法、化学合成法、微生物发酵法和酶法四种生产方法。
所以多选铵型强酸性阳离子交换树脂。
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①树脂的处理过程：
732# 阳离子树脂
水洗
1mol/L 的 NaOH处理
水洗至 pH6.0
1Mol/L 的 HCl处理
水洗至 pH8.0
1Mol/L 的氨水处理
水洗至 pH8.0
铵型树脂（待用）