氨基酸发酵工艺学课件
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氨基酸发酵生产工艺学n2ppt课件
（2）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。因为： a.乙醛酸循环活跃，-酮戊二酸生成量减少。 b.转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。
（二）pH的影响及其控制
作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。 在氮源供应充分和微酸性条件下，谷氨酸发 酵转向谷氨酰胺发酵。 pH控制在中性或微碱性。 方法：流加尿素和氨水。
我国味精技术进展情况
制糖工艺进展：酸法水解→酶酸法水解→双酶法水解。 发酵工艺进展：亚适量生物素水平（产酸4～6g／dl）
→高生物素水平（产酸12～15g／dl）。 提取工艺进展：等电点法（少数锌盐法）→等电离交法
→低温连续等电点法（少数厂家采用）。 精制工艺进展：全粉炭脱色、硫化碱除铁→颗粒炭脱
+ 4
生物 谷氨酸 (限量) 乳酸或琥珀酸(充足) 素
pH (酸性)N-乙酰-谷氨酰胺 谷氨酸(中性或微碱性)
磷酸 (适量)谷氨酸 盐
缬氨酸
➢ 菌种扩大培养
1、斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、 短杆菌属、小杆菌属、节杆菌属。
我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿 棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。
生长特点：适用于糖质原料，需氧， 以生物素为生长因子。
2. 不溶性盐ห้องสมุดไป่ตู้淀法
（1）锌盐法
谷氨酸＋锌离子 pH6谷.3 氨酸锌沉淀 pH2.谷4 氨酸结晶
溶加液酸
（2）盐酸盐法： Glu在浓盐酸中生成并析出谷氨酸盐酸盐。
这是用盐酸水解面筋生产谷氨酸的原理。 （3）钙盐法：
高温谷氨酸钙溶解度大，与菌体等不溶性杂质 分开，降温，析出谷氨酸钙沉淀，加NaHCO3 直接得 到味精。
3、菌体生长停滞期：谷氨酸合成。
措施：提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4。 大量通气，控制温度34-37 ℃。
（二）pH的影响及其控制
作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。 在氮源供应充分和微酸性条件下，谷氨酸发 酵转向谷氨酰胺发酵。 pH控制在中性或微碱性。 方法：流加尿素和氨水。
我国味精技术进展情况
制糖工艺进展：酸法水解→酶酸法水解→双酶法水解。 发酵工艺进展：亚适量生物素水平（产酸4～6g／dl）
→高生物素水平（产酸12～15g／dl）。 提取工艺进展：等电点法（少数锌盐法）→等电离交法
→低温连续等电点法（少数厂家采用）。 精制工艺进展：全粉炭脱色、硫化碱除铁→颗粒炭脱
+ 4
生物 谷氨酸 (限量) 乳酸或琥珀酸(充足) 素
pH (酸性)N-乙酰-谷氨酰胺 谷氨酸(中性或微碱性)
磷酸 (适量)谷氨酸 盐
缬氨酸
➢ 菌种扩大培养
1、斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、 短杆菌属、小杆菌属、节杆菌属。
我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿 棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。
生长特点：适用于糖质原料，需氧， 以生物素为生长因子。
2. 不溶性盐ห้องสมุดไป่ตู้淀法
（1）锌盐法
谷氨酸＋锌离子 pH6谷.3 氨酸锌沉淀 pH2.谷4 氨酸结晶
溶加液酸
（2）盐酸盐法： Glu在浓盐酸中生成并析出谷氨酸盐酸盐。
这是用盐酸水解面筋生产谷氨酸的原理。 （3）钙盐法：
高温谷氨酸钙溶解度大，与菌体等不溶性杂质 分开，降温，析出谷氨酸钙沉淀，加NaHCO3 直接得 到味精。
3、菌体生长停滞期：谷氨酸合成。
措施：提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4。 大量通气，控制温度34-37 ℃。
氨基酸发酵机制PPT课件
一种氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或 部分地反馈抑制（或阻遏），只是在多数终产 物共存下才强烈地控制。有以下几种情况：
2020/10/13
4
• ①协同（或多价）反馈抑制： • ②合作（或增效）反馈抑制： • ③同功酶控制： • ④积累反馈抑制：
2020/10/13
5
2.顺序控制：
A
B
DE
C
F
7.选育温度敏感突变株
8.应用细胞工程和遗传工程育种
9.防止高产菌株回复突变
2020/10/13
17
谢谢您的指导
THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！
汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
G
A
B
C
D
2020/10/13
6
3.平衡合成：
B
C
E
D×
F G
4.代谢互锁：从生物合成途径看，是受一种 完全无关的氨基酸的控制。它只是在很高浓 度下（与生理学浓度相比）才能体现抑制作 用，而且是部分性的抑制（阻遏）作用。
2020/10/13
7
第二节谷氨酸的发酵机制 一、谷氨酸的生物合成途径及调节机制
2020/10/13
14
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。
解除这一代谢互锁的方法:
2020/10/13
15
①选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AEC的赖 氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得抗AEC兼 亮氨酸缺陷型菌株 ②选育抗亮氨酸结构类似物突变株
2020/10/13
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• ①协同（或多价）反馈抑制： • ②合作（或增效）反馈抑制： • ③同功酶控制： • ④积累反馈抑制：
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2.顺序控制：
A
B
DE
C
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7.选育温度敏感突变株
8.应用细胞工程和遗传工程育种
9.防止高产菌株回复突变
2020/10/13
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谢谢您的指导
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感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！
汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
G
A
B
C
D
2020/10/13
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3.平衡合成：
B
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E
D×
F G
4.代谢互锁：从生物合成途径看，是受一种 完全无关的氨基酸的控制。它只是在很高浓 度下（与生理学浓度相比）才能体现抑制作 用，而且是部分性的抑制（阻遏）作用。
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第二节谷氨酸的发酵机制 一、谷氨酸的生物合成途径及调节机制
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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。
解除这一代谢互锁的方法:
2020/10/13
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①选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AEC的赖 氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得抗AEC兼 亮氨酸缺陷型菌株 ②选育抗亮氨酸结构类似物突变株
第七章氨基酸发酵工艺
目前蛋氨酸、赖氨酸作为饲料添加剂的使用 量最大，色氨酸、苏氨酸等也被确定为饲料 添加剂。
4、氨基酸在农业中的应用
1）、杀虫剂
如刀豆氨酸可使南方毛虫拒食而
死； 2）、杀菌剂 1972年，日本推出N月酰缬氨酸作为 治稻瘟病药剂； 3）、除草剂 如激光除草剂的δ-氨基一酰丙酸； 4）、农药稳定剂 如色氨酸可作为杀虫剂水杨酸或 环磷酸的稳定剂； 5）、植物生长的促进剂 如谷氨酸能使大豆增产； 6）、脱叶剂 如L-赖氨酸有加速树叶脱落的作用。
与TCA循环有关。
适宜在缺氧条件下进行的亮氨酸、苯丙氨酸和缬
氨酸发酵：菌体呼吸受阻时产量最大。
供氧不足时产酸受轻微影响的天冬氨酸族氨基酸
发酵。
第三节
A、谷氨酸生产工艺
氨基酸生产工艺
工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质
而制取。 1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并 投入大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工 业的重大创举，使发酵工业进入调节代谢的调控 阶段。 谷氨酸是一个很重要的氨基酸，占氨基酸总量的 2/3。 我国现已有30余家生产，年产量达110万吨，居 世界首位。
转化率降低。
菌种性质、生产氨基酸种类和所采用的发酵操
作决定碳源种类
2、氮源：铵盐、尿素、氨水； 同时调整pH值。 营养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。可
分批流加。
氨水采用pH自动控制连续流加法.
和发酵阶段等因素决定。
控制方式：
（1）菌体生长或过快时，流加尿素可多
些，以抑制菌体生长。
（3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加
氨基酸工艺学PPT课件
氨基酸工艺学
.
1
课程内容
绪论 谷氨酸发酵 其他氨基酸发酵
.
2
教材及参考书
氨基酸工艺学 陈宁 中国轻工业出版社
氨基酸发酵工艺学 张克旭 中国轻工业出版社
味精工业手册（第二版） 于信令 中国轻工业出版社
.
3
学习目的
以探讨氨基酸发酵工厂的生产技术为主 要目的。氨基酸发酵生产以发酵为主, 发酵的好坏是整个生产的关键,但后处 理提纯操作和提纯设备选用当否,也会
溶于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其 溶液中沉淀析出。
– 旋光性：除了甘氨酸外，所有天然氨基酸
都具有旋光性，在酸中可以保持，用测定
比旋光度的方法可以测定氨基酸的纯度。
.
11
2. 化学性质
– 氨基酸的化学性质与其分子的特殊功能基 团有关。
– 氨基酸的羧基具有羧酸羧基的性质； – 氨基酸的氨基具有氨基的一切性质； – 侧链R基团参加的反应。
0102138常见的异常发酵现象及其处理方法异常现象原因分析处理方法0时ph值高1初尿过多2尿素灭菌温度过高时间过长停搅拌小通风菌体生长ph下降后再按正常发酵进行发酵前期ph值过高1初尿过多2菌种被烧死3种子感染噬菌体4培养基缺乏或抑制菌体生长2补种3按感染噬菌体处1感染噬菌体2培养基贫乏3菌种老化4前期风量过大或初尿过多抑制生1按感染噬菌体处理2补料搅拌3换种补种1菌种老化2前期风量过大后期无力3种子或发酵前期温度过高4生物素不足略减风量如残糖高可补种略减风量如残糖高可补种略减风量如残糖高可补种14h后od值继上升1生物素过量1提高风量提高温度2培养基丰富生物素过量通风不足空气短路搅拌转速低感染杂菌1提高风量提高ph2及时流尿提高ph3提高风量提高ph4按染菌处理发酵液变红色生物素充足风量不足提高风量谷氨酸生成后又下跌1ph偏低nh过量谷氨酸转变为谷酰胺2大量下跌可能染菌1及时流尿提高ph2按染菌处理泡沫太多1水解糖质量不好1改进水解糖质量2按染菌处理141第五节糖蜜原料强制发酵工艺表面活性剂的添加02吐温60青霉素的添加35单位ml发酵液工艺特点
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1
课程内容
绪论 谷氨酸发酵 其他氨基酸发酵
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2
教材及参考书
氨基酸工艺学 陈宁 中国轻工业出版社
氨基酸发酵工艺学 张克旭 中国轻工业出版社
味精工业手册（第二版） 于信令 中国轻工业出版社
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3
学习目的
以探讨氨基酸发酵工厂的生产技术为主 要目的。氨基酸发酵生产以发酵为主, 发酵的好坏是整个生产的关键,但后处 理提纯操作和提纯设备选用当否,也会
溶于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其 溶液中沉淀析出。
– 旋光性：除了甘氨酸外，所有天然氨基酸
都具有旋光性，在酸中可以保持，用测定
比旋光度的方法可以测定氨基酸的纯度。
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2. 化学性质
– 氨基酸的化学性质与其分子的特殊功能基 团有关。
– 氨基酸的羧基具有羧酸羧基的性质； – 氨基酸的氨基具有氨基的一切性质； – 侧链R基团参加的反应。
0102138常见的异常发酵现象及其处理方法异常现象原因分析处理方法0时ph值高1初尿过多2尿素灭菌温度过高时间过长停搅拌小通风菌体生长ph下降后再按正常发酵进行发酵前期ph值过高1初尿过多2菌种被烧死3种子感染噬菌体4培养基缺乏或抑制菌体生长2补种3按感染噬菌体处1感染噬菌体2培养基贫乏3菌种老化4前期风量过大或初尿过多抑制生1按感染噬菌体处理2补料搅拌3换种补种1菌种老化2前期风量过大后期无力3种子或发酵前期温度过高4生物素不足略减风量如残糖高可补种略减风量如残糖高可补种略减风量如残糖高可补种14h后od值继上升1生物素过量1提高风量提高温度2培养基丰富生物素过量通风不足空气短路搅拌转速低感染杂菌1提高风量提高ph2及时流尿提高ph3提高风量提高ph4按染菌处理发酵液变红色生物素充足风量不足提高风量谷氨酸生成后又下跌1ph偏低nh过量谷氨酸转变为谷酰胺2大量下跌可能染菌1及时流尿提高ph2按染菌处理泡沫太多1水解糖质量不好1改进水解糖质量2按染菌处理141第五节糖蜜原料强制发酵工艺表面活性剂的添加02吐温60青霉素的添加35单位ml发酵液工艺特点
氨基酸生产工艺课件(PPT 48张)
传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的 成本高，工艺复杂，难以达到工业化生产的目的。
国外生产概况
氨基酸的制造始于1820年，蛋白质酸水解
生产氨基酸。 1850年化学合成氨基酸。 1956年分离到谷氨酸棒状杆菌，日本采用 微生物发酵法工业化生产谷氨酸成功。 1957年生产谷氨酸钠（味精）商业化，从 此推动了氨基酸生产的大发展。
多种。
氨基酸
氨基酸（amino
acid）：含有氨基和羧 基的一类有机化合物的通称。 是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的 有机化合物，氨基一般连在α-碳上。 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。
促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成
第三节 氨基酸发酵的工艺控制
（p209-210）
培养基
温度 pH 氧
一、培养基
1、碳源 作用：构成菌体、合成氨基酸的骨架及能量来
源。 种类：淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙醇、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、生产氨基酸种类和所采用的发 酵操作决定碳源种类。
生产氨基酸的大国为日本和德国。 日本的味之素、协和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。
氨基酸的世界市场中，谷氨酸钠约占氨基酸总量 的75％，其次为赖氨酸，占产量10％，其他约占 15％。
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
氨基酸发酵工艺ppt课件
3 氨基酸发酵的工艺控制
培养基
2、氮源：铵盐、尿素、氨水，同时调整pH值。 营养缺陷型需要添加适量氨基酸时，主要添加有 机氮源水解液。 需生物素和氨基酸时，以玉米浆作氮源。 尿素灭菌时分解或形成磷酸铵镁盐，须单独 灭菌，40％的尿素可在108℃40min，高温会生产 缩脲。 氨水用pH自动控制连续流加。
（中性或微碱性）
磷酸： 缬氨酸 谷氨酸 （4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。
菌体生长阶段温度不宜过高，否则菌体易衰老，pH增高，糖耗减慢，酸产量低。
（高浓度磷酸盐） （1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素，避免pH过高
氮源除用于菌体生长外，还用于氨基酸合成，在氨基酸发酵中常常是用氨水、尿素来调节pH，所以氨基酸发酵所用的C/N比一般微生 物发酵的低，或者说氮源用量更高。
2 氨基酸发酵的代谢控制
2 氨基酸发酵的代谢控制
控制旁路代谢
例如：L－异亮氨酸的生物合成可由L－苏氨 酸改为D－苏氨酸途径，即采用旁路代谢。
2 氨基酸发酵的代谢控制
2 氨基酸发酵的代谢控制
降低反馈作用物的浓度
控制反馈作用物浓度，克服反馈抑制和阻遏， 使氨基酸的生物合成反应能够顺利进行。
2 氨基酸发酵的代谢控制
谷氨酸晶体有两种，分别为α-型和β-型。
pH： 谷酰胺，N－乙酰谷酰胺 促进ATP的积累，增加氨基酸的生物合成
淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烃
谷氨酸
大量通气，控制温度34-37 ℃。
（pH 5-8，NH 过多） 氨基酸的生物合成需要能量，ATP的积累可促进氨基酸的+生物合成。
氨基酸控制：苏氨酸和蛋氨酸是赖氨酸产生菌的生长因4子。
pH对氨基酸发酵的影响及其控制
氨基酸发酵PPT课件
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25
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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40
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％。
.
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。
.
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。
.
35
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36
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）
氨基酸药物的发酵生产课件
（4）检验 应为六角形或六角柱形白色结晶，含量在 98.5％以上，干燥失重小于0.5％，炽灼残渣小于0.2 ％，氯化物小于0.15％，铁盐小于0.001％，重金属小 于20ppm。
氨基酸药物的发酵生产
21
含量测定：
（5）作用与用途 L-胱氨酸具有增强造血机能、升高 白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上 用于治疗辐射损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣 及病后或产后继发性脱发。
二、氨基酸及其衍生物在医药中的应用
1、氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位，故生物体 中众多蛋白质的生物功能，无不与构成蛋白质的氨基 酸种类、数量、排列顺序及由其形成的空间构象有密 切的关系。因此氨基酸对维持机体蛋白质的动态平衡 有极其重要的意义。生命活动中人及动物通过消化道 吸收氨基酸 。
通过体内转化而维持其动态平衡，若其动态平衡失 调，则机体代谢紊乱，甚至引起病变。
氨基酸药物的发酵生产
22
2、L-亮氨酸（L-Leucine，L-leu）的制备
（1）L-亮氨酸的结构与性质 L-亮氨酸存在于所有蛋 白质中，以玉米麸质及血粉中含量最丰富，其次在角 甲、棉籽饼和鸡毛中含量也较多。L-亮氨酸为人体必 需氨基酸之一，化学名称为2-氨基-4-甲基戊酸或2-氨 基异己酸，分子式：C6H13NO2,分子量：131.17 ,结构 式：
特殊基团反应：
酪氨酸的酚羟基可产生米伦反应与福林－达尼斯反 应；
精氨酸的胍基产生坂口反应；
氨基酸药物的发酵生产
4
色氨酸的吲哚基与芳醛产生红色反应；
组氨酸的咪唑基产生Pauly反应； 苯丙氨酸硝化后于碱性条件下产生桔黄色反应；
胱氨酸及半胱氨酸经酸或碱破坏后可与醋酸铅产 生铅黑反应；
半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠（硝普 盐）反应生成紫红色化合物。
氨基酸药物的发酵生产
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含量测定：
（5）作用与用途 L-胱氨酸具有增强造血机能、升高 白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上 用于治疗辐射损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣 及病后或产后继发性脱发。
二、氨基酸及其衍生物在医药中的应用
1、氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位，故生物体 中众多蛋白质的生物功能，无不与构成蛋白质的氨基 酸种类、数量、排列顺序及由其形成的空间构象有密 切的关系。因此氨基酸对维持机体蛋白质的动态平衡 有极其重要的意义。生命活动中人及动物通过消化道 吸收氨基酸 。
通过体内转化而维持其动态平衡，若其动态平衡失 调，则机体代谢紊乱，甚至引起病变。
氨基酸药物的发酵生产
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2、L-亮氨酸（L-Leucine，L-leu）的制备
（1）L-亮氨酸的结构与性质 L-亮氨酸存在于所有蛋 白质中，以玉米麸质及血粉中含量最丰富，其次在角 甲、棉籽饼和鸡毛中含量也较多。L-亮氨酸为人体必 需氨基酸之一，化学名称为2-氨基-4-甲基戊酸或2-氨 基异己酸，分子式：C6H13NO2,分子量：131.17 ,结构 式：
特殊基团反应：
酪氨酸的酚羟基可产生米伦反应与福林－达尼斯反 应；
精氨酸的胍基产生坂口反应；
氨基酸药物的发酵生产
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色氨酸的吲哚基与芳醛产生红色反应；
组氨酸的咪唑基产生Pauly反应； 苯丙氨酸硝化后于碱性条件下产生桔黄色反应；
胱氨酸及半胱氨酸经酸或碱破坏后可与醋酸铅产 生铅黑反应；
半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠（硝普 盐）反应生成紫红色化合物。
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1.棒状杆菌属(Corynebacterium) 2.短杆菌属(Brevibacterium) 3.小杆菌属(Microbacterium) 4.节杆菌属(Arthrobacterium)
第三章 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养 第二节 国内谷氨酸生产菌及其比较
一、北京棒杆菌(AS1299)的形态和生理特征 二、钝齿棒杆菌(AS1542)的形态和生理特征 三、天津短杆菌(T6-13)的形态和生理特征 四、北京棒杆菌(7338)与钝齿棒杆菌(B9)的比较 五、天津短杆菌(T6-13)与钝齿杆菌(B9)的比较 六、目前味精行业采用的主要菌株
第一章 淀粉水解糖的制备 第二节 淀粉水解糖的制备方法
一、淀粉水解糖的生产意义和水解糖的质量要求 二、淀粉水解的方法及其比较
1、酸解法 2、酶酸法 3、酸酶法 4、双酶法
第一章 淀粉水解糖的制备
第三节 双酶法制糖工艺
淀粉双酶法制糖工艺主要包括:淀粉的液化和糖化两个步骤。 液化是利用液化酶使淀粉糊化,粘度降低,并水解到糊精和低聚糖 的程度。糖化是用糖化酶将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖 的过程。
S9114 华南理工大学 FD415 上海复旦大学 TG961 天津科技大学
第三章 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养
第二章 谷氨酸发酵机制
第一节 谷氨酸的生物合成途径
一、生成谷氨酸的主要酶反应 (1)谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应 (2)转氨酶(AT)催化的转氨反应 (3)谷氨酸合成酶(GS)催化的反应
第二章 谷氨酸发酵机制
二、谷氨酸生物合成的理想途径
由葡萄糖发酵生成谷氨酸的理想途径如下
第二章 谷氨酸发酵机制 谷氨酸发酵的代谢途径如下图所示
氨基酸发酵工艺学课件
路漫漫其悠远
少壮不努力，目的、研究对象、任务及内容
氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵,由发酵所生成的产物——氨基酸,都 是微生物的中间代谢产物,它的积累是建立于对微生物正常代谢的抑制。在 脱氧核糖核酸(DNA)的分子水平上改变、控制微生物的代谢,使有用产物大 量生成、积累。
第二章 谷氨酸发酵机制 黄色短杆菌中谷氨酸的代谢调节机制如下图所示
第二章 谷氨酸发酵机制 三、谷氨酸生产菌的育种思路
第二章 谷氨酸发酵机制 谷氨酸生产菌的具体育种思路
1.切断或减弱支路代谢 2.解除自身的反馈抑制 3.增加前体物的合成 4.提高细胞膜的渗透性 5.强化能量代谢 6.利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株
第二章 谷氨酸发酵机制
四、谷氨酸发酵的代谢途径
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%。由葡 萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径中的主要过程至少有16步酶促 反应。在糖质原料发酵法生产谷氨酸时,应尽量控制通过CO2固 定反应供给四碳二羧酸;在谷氨酸发酵的菌体生长期,需要异柠 檬酸裂解酶反应,走乙醛酸循环途径。菌体生长期之后,进入谷 氨酸生成期,最好没有异柠檬酸裂解酶反应,封闭乙醛酸循环。 在生长之后,理想的发酵按如下反应进行:
第二章 谷氨酸发酵机制 第三节 谷氨酸发酵中如何控制细胞膜的渗透性
一、控制细胞膜渗透性的方法 １.化学控制方法 2.物理控制方法
二、强制发酵控制工艺
第三章 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养 第一节 谷氨酸生产菌的主要特征与菌学性质
现有谷氨酸生产菌主要是棒状杆菌属、短杆菌属、小 杆菌属及节杆菌属中的细菌。
第一章 淀粉水解糖的制备
第一节 淀粉的组成及其特性
淀粉为白色无定形结晶粉末,淀粉的形状有圆形、椭圆形和多角形三种。 淀粉颗粒的大小随淀粉种类的不同而差别很大。淀粉的组成:淀粉分子是由 许多葡萄糖脱水缩聚而成的高分子化合物,用(C6H10O5)n这个实验式来表示。 淀粉一般可分为直链淀粉和支链淀粉两部分。直链淀粉是由不分支的葡萄糖 所构成,葡萄糖分子间以α -1,4-糖苷键聚合而成,呈链状结构,聚合度约100～ 600之间,它的水悬浮液加热时,不产生糊精,而以胶体状态溶解,遇碘反应是纯 蓝色。支链淀粉(胶淀粉)其直链由葡萄糖分子以α-1,4-糖苷键相连结,而支链 与直链葡萄糖分子以α-1,6-糖苷键相连结,分子呈树状,它是一种膨胀性的物质, 置于水中加热时成为胶粘的糊状物,而且只有在加热加压的条件下,才能溶解 于水,遇碘呈紫红色反应。淀粉没有还原性，也没有甜味，不溶于冷水、酒 精、醚等有机溶剂中。淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂， 淀粉分子溶解于水中形成带有粘性的淀粉糊，这个过程称为糊化。第一阶段: 淀粉缓慢地可逆地吸收水分,淀粉颗粒已有些微膨胀。第二阶段:当温度升到 大约65 ℃时,淀粉颗粒经过不可逆地突然很快地吸收大量水分后,膨胀粘度增 加很大。第三阶段:当温度继续升高,淀粉颗粒变成无形空囊,可溶性淀粉浸出, 成为半透明的均质胶体。
以探讨氨基酸发酵工厂的生产技术为主要目的。氨基酸发酵生产以发 酵为主,发酵的好坏是整个生产的关键,但后处理提纯操作和提纯设备选用当 否,也会大大影响总的得率。氨基酸发酵工艺学研究的对象应该包括从投入 原料到最终产品获得的整个过程,其中有微生物生化问题、生化工程问题,也 有分析与设备问题。
今后的发展是采用诱变、细胞工程、基因工程的手段选育出从遗传角 度解除了反馈调节和遗传性稳定的更理想菌种,提高产酸;采用过程控制,进 行最优化控制,连续化、自动化,稳产、高产;探求新工艺、新设备,以提高产 率和收得率;研究发酵机制等问题,以便能更好地控制氨基酸这样微生物中间 代谢产物的发酵。
C6H12O6+NH3+1.5O2 ──C6H9O4N+CO2+3H2O
理论收率为81.7%。四碳二羧酸是100%通过CO2固定反应供给。 若通过乙醛酸循环供给四碳二羧酸,则理论收率仅为54.4%,实际 收率处于中间值。
第二章 谷氨酸发酵机制 第二节 谷氨酸生物合成的调节机制
一、优先合成与反馈调节 二、糖代谢的调节 三、氮代谢的调节 四、其它调节
第三章 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养 第二节 国内谷氨酸生产菌及其比较
一、北京棒杆菌(AS1299)的形态和生理特征 二、钝齿棒杆菌(AS1542)的形态和生理特征 三、天津短杆菌(T6-13)的形态和生理特征 四、北京棒杆菌(7338)与钝齿棒杆菌(B9)的比较 五、天津短杆菌(T6-13)与钝齿杆菌(B9)的比较 六、目前味精行业采用的主要菌株
第一章 淀粉水解糖的制备 第二节 淀粉水解糖的制备方法
一、淀粉水解糖的生产意义和水解糖的质量要求 二、淀粉水解的方法及其比较
1、酸解法 2、酶酸法 3、酸酶法 4、双酶法
第一章 淀粉水解糖的制备
第三节 双酶法制糖工艺
淀粉双酶法制糖工艺主要包括:淀粉的液化和糖化两个步骤。 液化是利用液化酶使淀粉糊化,粘度降低,并水解到糊精和低聚糖 的程度。糖化是用糖化酶将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖 的过程。
S9114 华南理工大学 FD415 上海复旦大学 TG961 天津科技大学
第三章 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养
第二章 谷氨酸发酵机制
第一节 谷氨酸的生物合成途径
一、生成谷氨酸的主要酶反应 (1)谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应 (2)转氨酶(AT)催化的转氨反应 (3)谷氨酸合成酶(GS)催化的反应
第二章 谷氨酸发酵机制
二、谷氨酸生物合成的理想途径
由葡萄糖发酵生成谷氨酸的理想途径如下
第二章 谷氨酸发酵机制 谷氨酸发酵的代谢途径如下图所示
氨基酸发酵工艺学课件
路漫漫其悠远
少壮不努力，目的、研究对象、任务及内容
氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵,由发酵所生成的产物——氨基酸,都 是微生物的中间代谢产物,它的积累是建立于对微生物正常代谢的抑制。在 脱氧核糖核酸(DNA)的分子水平上改变、控制微生物的代谢,使有用产物大 量生成、积累。
第二章 谷氨酸发酵机制 黄色短杆菌中谷氨酸的代谢调节机制如下图所示
第二章 谷氨酸发酵机制 三、谷氨酸生产菌的育种思路
第二章 谷氨酸发酵机制 谷氨酸生产菌的具体育种思路
1.切断或减弱支路代谢 2.解除自身的反馈抑制 3.增加前体物的合成 4.提高细胞膜的渗透性 5.强化能量代谢 6.利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株
第二章 谷氨酸发酵机制
四、谷氨酸发酵的代谢途径
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%。由葡 萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径中的主要过程至少有16步酶促 反应。在糖质原料发酵法生产谷氨酸时,应尽量控制通过CO2固 定反应供给四碳二羧酸;在谷氨酸发酵的菌体生长期,需要异柠 檬酸裂解酶反应,走乙醛酸循环途径。菌体生长期之后,进入谷 氨酸生成期,最好没有异柠檬酸裂解酶反应,封闭乙醛酸循环。 在生长之后,理想的发酵按如下反应进行:
第二章 谷氨酸发酵机制 第三节 谷氨酸发酵中如何控制细胞膜的渗透性
一、控制细胞膜渗透性的方法 １.化学控制方法 2.物理控制方法
二、强制发酵控制工艺
第三章 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养 第一节 谷氨酸生产菌的主要特征与菌学性质
现有谷氨酸生产菌主要是棒状杆菌属、短杆菌属、小 杆菌属及节杆菌属中的细菌。
第一章 淀粉水解糖的制备
第一节 淀粉的组成及其特性
淀粉为白色无定形结晶粉末,淀粉的形状有圆形、椭圆形和多角形三种。 淀粉颗粒的大小随淀粉种类的不同而差别很大。淀粉的组成:淀粉分子是由 许多葡萄糖脱水缩聚而成的高分子化合物,用(C6H10O5)n这个实验式来表示。 淀粉一般可分为直链淀粉和支链淀粉两部分。直链淀粉是由不分支的葡萄糖 所构成,葡萄糖分子间以α -1,4-糖苷键聚合而成,呈链状结构,聚合度约100～ 600之间,它的水悬浮液加热时,不产生糊精,而以胶体状态溶解,遇碘反应是纯 蓝色。支链淀粉(胶淀粉)其直链由葡萄糖分子以α-1,4-糖苷键相连结,而支链 与直链葡萄糖分子以α-1,6-糖苷键相连结,分子呈树状,它是一种膨胀性的物质, 置于水中加热时成为胶粘的糊状物,而且只有在加热加压的条件下,才能溶解 于水,遇碘呈紫红色反应。淀粉没有还原性，也没有甜味，不溶于冷水、酒 精、醚等有机溶剂中。淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂， 淀粉分子溶解于水中形成带有粘性的淀粉糊，这个过程称为糊化。第一阶段: 淀粉缓慢地可逆地吸收水分,淀粉颗粒已有些微膨胀。第二阶段:当温度升到 大约65 ℃时,淀粉颗粒经过不可逆地突然很快地吸收大量水分后,膨胀粘度增 加很大。第三阶段:当温度继续升高,淀粉颗粒变成无形空囊,可溶性淀粉浸出, 成为半透明的均质胶体。
以探讨氨基酸发酵工厂的生产技术为主要目的。氨基酸发酵生产以发 酵为主,发酵的好坏是整个生产的关键,但后处理提纯操作和提纯设备选用当 否,也会大大影响总的得率。氨基酸发酵工艺学研究的对象应该包括从投入 原料到最终产品获得的整个过程,其中有微生物生化问题、生化工程问题,也 有分析与设备问题。
今后的发展是采用诱变、细胞工程、基因工程的手段选育出从遗传角 度解除了反馈调节和遗传性稳定的更理想菌种,提高产酸;采用过程控制,进 行最优化控制,连续化、自动化,稳产、高产;探求新工艺、新设备,以提高产 率和收得率;研究发酵机制等问题,以便能更好地控制氨基酸这样微生物中间 代谢产物的发酵。
C6H12O6+NH3+1.5O2 ──C6H9O4N+CO2+3H2O
理论收率为81.7%。四碳二羧酸是100%通过CO2固定反应供给。 若通过乙醛酸循环供给四碳二羧酸,则理论收率仅为54.4%,实际 收率处于中间值。
第二章 谷氨酸发酵机制 第二节 谷氨酸生物合成的调节机制
一、优先合成与反馈调节 二、糖代谢的调节 三、氮代谢的调节 四、其它调节