氨基酸发酵工艺学要点
氨基酸发酵生产工艺
氨基酸发酵生产工艺1. 概括氨基酸在药品、食品、饲料、化工等行业中有重要应用。
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年分别到谷氨酸棒状杆菌，日本采纳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，此后推进了氨基酸生产的大发展。
当前绝大部分应用发酵法或酶法生产，很少量为天然提取或化学合成法生产。
主要菌种有谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌、粘质赛式杆菌等，常常是生物素缺点型，也有些是氨基酸缺点型。
还有采纳基因工程菌进行生产的。
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％，其余约占15％。
外国谷氨酸采纳甘蔗糖蜜或淀粉水解糖为原料的强迫发酵工艺，产酸率13－15％，糖酸转变率 50－60％；国内采纳淀粉水解糖或甜菜糖蜜为原料生物素亚适当发酵工艺，产酸率10％，转变率60％。
菌种改进和新工艺开发，促使了中国氨基酸家产发展，应用于输液的18种氨基酸原料只有丝氨酸和色氨酸不可以工业化生产仍需入口外，其余16种均已投产，国产化80％以上。
2002年，全国氨基酸原料产品万吨，医药用总产量超出4200吨。
2002年氨基酸制剂近1亿支（片/瓶）。
氨基酸原料生产公司约20多家，制剂生产公司30多家。
甘氨酸3000多吨，赖氨酸及其盐酸盐约1000吨，天门冬氨酸、缬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸等几百吨。
谷氨酸钠的生产规模最大，居世界首位。
氨基酸生产工艺培育基制备水解淀粉、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烃等可作为碳源，取决于菌种和氨基酸种类和操作方式，常采纳水解淀粉糖、糖蜜。
氨盐、尿素、氨水等作为无机氮源，有机氮源有玉米浆、麸皮水解液、豆饼等。
有机氮源还可供给生物素等微生物生长因子的根源。
碳氮比关于氨基酸发酵特别重要，调理适合的碳氮比。
无机盐是发酵必要的，磷有很重要的影响。
主要发酵参数控制三级发酵进行生产，主要参数控制以下。
氨基酸发酵生产工艺学n2ppt课件
（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 ℃。
发酵法工艺生产小品种氨基酸技术实施方案(一)
发酵法工艺生产小品种氨基酸技术实施方案一、实施背景随着生物技术的不断发展，利用微生物发酵法生产小品种氨基酸已成为当前及未来氨基酸产业的重要趋势。
小品种氨基酸具有特殊的生物活性及高附加值，其市场需求不断增长。
然而，传统的合成法生产小品种氨基酸存在流程长、产率低、成本高等问题，无法满足市场日益增长的需求。
因此，开发利用微生物发酵法生产小品种氨基酸的技术具有重要意义。
二、工作原理发酵法工艺生产小品种氨基酸主要依赖于特定的微生物菌种，通过控制发酵条件，如温度、pH、溶氧量等，实现微生物的高效代谢，进而产生目标氨基酸。
其主要工作原理如下：1.菌种筛选与优化：选择具有高生产能力及耐受性的微生物菌种，并通过遗传工程手段进行改造，提高其生产效率及抗逆性。
2.培养基优化：设计并优化适合微生物生长及代谢的培养基，提高目标氨基酸的产量。
3.发酵过程控制：通过实时监控发酵过程，调整发酵条件，保证微生物的高效代谢及目标氨基酸的产生。
4.分离纯化：利用物理、化学及色谱等方法，将目标氨基酸从发酵液中分离出来，得到高纯度的产品。
三、实施计划步骤1.菌种筛选与优化：挑选具有高生产能力的微生物菌种，通过遗传工程手段进行改造，提高其生产效率及抗逆性。
2.培养基优化：设计并优化适合微生物生长及代谢的培养基，提高目标氨基酸的产量。
3.发酵过程控制：通过实时监控发酵过程，调整发酵条件，保证微生物的高效代谢及目标氨基酸的产生。
4.分离纯化：利用物理、化学及色谱等方法，将目标氨基酸从发酵液中分离出来，得到高纯度的产品。
5.产品质量检测：对所得产品进行质量检测，确保其符合相关标准。
6.工业化放大：根据实验室结果，进行工业化放大研究，为后续的工业化生产提供技术支持。
四、适用范围此技术适用于生产各种小品种氨基酸，如L-脯氨酸、L-缬氨酸、L-异亮氨酸等。
不仅适用于实验室研究，也适用于工业化生产。
五、创新要点1.利用微生物发酵法生产小品种氨基酸，突破了传统合成法的限制，提高了生产效率及产率。
第4章氨基酸发酵生产工艺
• ⑵酶法转化工艺
利用酶的离体专一性反应，催化底物生产有活性 的氨基酸。
D-氨基酸和DL-氨基酸的手性拆分 工艺简便、转化率高、副产物少、容易精制。 占总量的10%左右
• ⑶全化学合成生产工艺
不受氨基酸品种的限制，理论上可生产天然氨基 酸和非天然氨基酸。
产物是DL-型外消旋体，必须拆分才得单一对映 体。
• 组成蛋白质的氨基酸有20种，多数为L-型，也是 人体能吸收利用的活性形式
• 初级代谢产物 • 根据R基团的化学结构不同，分为：15种脂肪族的， 2种芳香族的，2种杂环的，以及1种亚基氨基酸。 • 根据R基团的极性，分为：12种极性与8种非极性 • 根据酸碱性，分为：2种酸性的，3种碱性的，以及 15种中性氨基酸。 • 根据人体生理生化过程能否合成，分为：(8+2)种必 需和10种非必需氨基酸 • 应用：药品、食品、饲料、化工等
4.1.2 氨基酸的理化性质
• 无色晶体，熔点200~300℃，一般溶于水、稀酸 稀碱，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，常用乙醇 沉淀氨基酸。 • 除甘氨酸外，有旋光性，测定比旋度可鉴定氨基 酸的纯度。 • 芳香族氨基酸在紫外有吸收峰，可用于鉴别、合 成、定性和定量分析中。
• 氨基酸是弱的两性电解质，在酸性环境，带正电荷； 碱性环境，带负电荷；净电荷为0时的pH值为等电 点pI。由于静电作用，等电点时，溶解度最小，容 易沉定，可用于氨基酸的制备。
氨基酸
分子量
甘氨酸
75.07
丙氨酸
89.10
缬氨酸
117.15
亮氨酸
131.18
异亮氨酸
131.18
丝氨酸
105.09
苏氨酸
119.12
半胱氨酸
氨基酸发酵工艺学
氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学是研究氨基酸生产过程中的发酵过程和工艺参数的科学。
氨基酸是生命体中重要的有机物质，广泛应用于医药、化工、食品等领域。
通过发酵工艺学的研究，可以优化氨基酸的生产工艺，提高产量和质量，降低生产成本。
氨基酸发酵工艺学主要包括微生物的选育与改良、发酵介质的配方和优化、发酵条件的控制等环节。
首先，通过选择适合生产目标氨基酸的微生物种类进行培养，并通过基因改造等手段提高其产酸能力和抗生素产量。
其次，合理配方发酵介质，提供微生物生长和代谢所需的营养物质，如碳源、氮源、无机盐等，并优化营养物质浓度和比例，以提高产酸效率。
同时，还需要注意控制介质的pH值、温度和氧气供应等因素，以最大程度地促进微生物生长和酸产量。
此外，还需要加入抗泡剂、抗生素等辅助物质，防止发酵过程中的杂菌污染。
在发酵过程中，通过监测微生物生长曲线、消耗和产酸速率等指标来了解反应的进程和微生物代谢状态。
根据这些数据，可以调整前述的工艺参数，如发酵温度、密度、通气量、搅拌速度等，以提高产酸效率和酸产量。
在工艺的最后阶段，通过优化酸的提取、纯化和结晶工艺，以获得高纯度的氨基酸产品。
随着生物技术的发展，氨基酸发酵工艺学还涉及到基因工程、酶工程等新技术的应用。
通过选择、改造和优化微生物的代谢途径和酶系统，可以进一步提高氨基酸的产酸效率和产量，同时降低废水和废料的排放。
总之，氨基酸发酵工艺学是一门综合知识学科，涉及到微生物学、生化学、工程学等多个领域的知识。
通过深入研究和应用，可以不断改进氨基酸生产工艺，满足市场需求，推动氨基酸产业的发展。
氨基酸发酵工艺学是一门涉及微生物学、生化学、生物工程学等多学科的综合学科，旨在通过研究发酵过程和优化工艺参数，提高氨基酸的产量和质量，降低生产成本，促进氨基酸产业的发展。
在氨基酸发酵工艺学中，微生物的选育与改良是一个重要的环节。
微生物是氨基酸发酵的生产工具，不同的微生物对于氨基酸的产量和产物特性有着不同的影响。
氨基酸工艺学
氨基酸工艺学一、名词解释氨基酸工艺学：是一门新型发酵的技术科学，以探讨氨基酸发酵工厂的生产技术为主要目的。
氨基酸：生命有机体的重要组成部分，是生命机体营养、生存和发展极为重要的物质，在生命体内物质代谢调节调控、信息传递方面扮演重要的角色。
全价氨基酸：动物性蛋白质中各种必须氨基酸之间的比值与人体构成蛋白质需要的比值基本一致，可以全被人体吸收。
限制氨基酸：各类植物蛋白质中的各种氨基酸比值不很适宜，缺少的氨基酸。
淀粉：白色无定型结晶粉末，存在于各种植物组织中，淀粉颗粒具有一定的形态和层次分明的构造，在显微镜下观察淀粉颗粒是透明的，不同淀粉具有不同的形状和大小。
直链淀粉：由不分支的葡萄糖链构成，葡萄糖分子间以α-1,4糖苷键聚合成，呈链状结构，分子比较小，聚合度在100~6000之间。
（遇碘呈蓝色）支链淀粉：由多个较短的α-1,4糖苷键直链结合而成，聚合度为1000~3000000之间。
一种膨胀性物质，置于水中加热时成为胶黏的糊状物，而且只有在加热加压的条件下，才能溶解于水。
（呈紫红色）糊化：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黏性的淀粉糊，这个过程称为糊化。
酸解法：利用无机酸为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。
酸酶法：先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解成葡萄糖的工艺。
酶酸法：将淀粉乳先用α-淀粉酶液化，过滤除去杂质后，然后用酸水解成葡萄糖的工艺双酶法：用专一性很强的淀粉酶和糖化酶为催化剂，将淀粉水解成为葡萄糖的工艺。
液化：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：用糖化酶将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖的过程。
老化：分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列成新氢键的过程，也就是一个复结晶的过程。
噬菌体：侵染细菌、放线菌等微生物并使其细胞破裂死亡的一类病毒。
噬菌体效价：每毫升试样中所含有具有侵染性的噬菌体的粒子数 细胞经济性：微生物活细胞是个远离平衡状态的开放体系，从微生物细胞对能量和化学物质的内外交换、增收节支、调节的规律的客观存在出发，可以把微生物细胞作为按特殊的经济规律运行的经济实体看待，并把这种特殊的经济规律运行的有利于生存竞争的新陈代谢特性称为细胞经济型细胞经济系数：生成细胞的质量与消耗基质的质量之比DE值：表示淀粉水解程度和糖化程度，也称葡萄糖值，糖化液中还原糖占干物质的百分比DX值：糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。
《氨基酸工艺学》6 氨基酸发酵过程控制
（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。
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
氨基酸工艺学
氨基酸工艺学以上两幅图需要了解，有助于谷氨酸发酵的复习。
氨基酸发酵的代谢控制方式：（1）菌种的代谢调；（2）.控制发酵条件；（3）控制细胞的渗透性；（4）控制旁路代谢；（5）控制反馈作用物的浓度；（6）消除终产物的反馈抑制和阻遏作用；（7）促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成。
谷氨酸的生物合成途径（葡萄糖对谷氨酸转化率）糖经EMP途径和HMP途径生成丙酮酸；丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA；丙酮酸经CO2固定途径生成草酰乙酸，两者形成柠檬酸进入TCA循环；TCA循环中间产物α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶的作用下，还原氨基化合成谷氨酸。
CO2固定途径：C6H12O6 + NH3 +1.5 O2 C5H9O4N + CO2 + 3 H2O1摩尔葡萄糖可以生成1摩尔的谷氨酸。
理论收率为81.7%（最高）。
乙醛酸循环途径：DCA途径发酵谷氨酸，糖的转化率大大降低6乙酰CoA + 2 NH3 + 3O2 2 C5H9O4N + 2 CO2 + 6 H2O理论转化率仅为54.4%（最低）。
所以实际转化率：在54.4%~81.7%之间。
现有葡萄糖生产主要是四个属：短杆菌属（短杆菌科），棒杆菌属、小杆菌属、节杆菌属（棒杆菌科）现有谷氨酸生产菌的主要特征：（说出特征并解释为什么有这种特征）1、细胞形态为球形，棒形以至短杆2、G+无芽孢，无鞭毛，不能运动3、都是需氧型微生物4、都是生物素缺陷型5、腺酶强阳性6、不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白及明胶等7、发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞渗透性的变化8、、二氧化碳固定酶系活力强9、异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱10、a-酮戊二酸能力缺失或微弱11、还原性辅酶Ⅱ进入呼吸链能力弱12、柠檬酸合成酶、乌头羧酶，异柠檬酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力强13、能利用醋酸，不能利用石蜡14、具有向环境中泄露谷氨酸的能力15、不分解利用谷氨酸，并能耐高浓度谷氨酸，产生谷氨酸5%以上生物素：对代谢调节与能荷的调节是不同额，能荷是对糖代谢流的调节，而生物素能够促进糖的EMP、HMP、TCA循环生物素结构式谷氨酸产生菌因环境条件的发酵转化控制发酵因子发酵转换氧不足时生成乳酸或琥珀酸；过量时生成α-酮戊二酸；适量则合成谷氨酸生物素充足时生成乳酸或琥珀酸；限量条件下即亚适量时则合成谷氨酸铵离子不足时合成α-酮戊二酸；过量时生成谷氨酰胺；适量时合成谷氨酸PH 酸性条件下：N-乙酰谷胺酰胺；中性或微碱性条件下：谷氨酸磷高浓度时：缬氨酸；适量时：谷氨酸谷氨酸的发酵控制发酵培养基：需要大量C、N源，控制生物素（1）碳源淀粉水解糖要求：目前国内谷氨酸发酵糖浓度为（125~150g/L）（2）氮源作用：1.合成菌体Pro、核酸等合成物质；2.一部分用于调节PH。
天津科技大学氨基酸发酵工艺学
第四章 谷氨酸发酵控制 第三节 pH值对谷氨酸发酵的影响
一、 pH值对谷氨酸发酵的影响 二、发酵过程pH 值的变化及控制
第四章 谷氨酸发酵控制 第四节 供氧对谷氨酸发酵的影响
一、溶解氧与谷氨酸的需氧量 二、供氧对谷氨酸发酵的影响 三、供氧与其他发酵工艺条件的关系 四、氧对发酵影响的微生物生理学考察
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
第三节 谷氨酸生产菌在发酵过程中的形态变化
一、种子的菌体形态
斜面和一、二级种子培养在不同培养条件下,细胞形态基本相似。斜面培养的 菌体较细小,一、二级种子比斜面菌体大而粗壮,革兰氏染色深。多为短杆至棒杆状, 有的微呈弯曲状,两端钝圆,无分枝;细胞排列呈单个、成对及"V"字形,有栅状或不规 则聚块;分裂的细胞大小为0.7～0.9*1.0～3.4um。由于生物素充足,繁殖的菌体细胞 均为谷氨酸非积累型细胞。
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。
各种微生物在一定条件下,都有一个最适的生长温度范围。 谷氨酸产生菌的最适生长温度为30～40℃,产生谷氨酸的最适 为35～37℃。若温度过高,菌体容易衰老。生产上表现为OD值 增长慢,pH值高,耗糖慢,发酵周期长,谷氨酸生成少。应及时降 温,采用小通风,流加尿素以少量多次;必要是时可补加玉米浆,以 促进生长。适当提高温度可加快发酵速率。
氨基酸发酵工艺学要点
氨基酸发酵工艺学要点氨基酸发酵工艺学是指以微生物作为生产菌株，利用合成代谢途径合成氨基酸的工艺学。
该领域研究的主要内容包括菌种筛选与改良、培养基优化、发酵条件控制、产物回收等。
1. 菌种筛选与改良：选择合适的生产菌株是氨基酸发酵工艺成功的关键。
传统的方法是通过对不同菌株的培养并测定其产酸能力来筛选，现代技术如基因工程能够对菌株进行改良提高产酸能力。
2. 培养基优化：培养基的组成对菌株的生长和产酸能力有着重要影响。
氨基酸发酵工艺学需要确定合适的碳、氮、矿物质和微量元素的配比，并通过适当的调节pH、温度等参数来优化培养基。
3. 发酵条件控制：发酵条件的控制对产酸效果起着至关重要的作用。
温度、pH值、氧气供应和搅拌速度等因素需要进行合理控制，以提供适宜的环境条件使菌株能够高效地进行产酸。
4. 产物回收：产物回收是氨基酸发酵工艺的重要步骤。
产酸液通过离心、过滤、浓缩等工艺步骤进行分离和净化，得到纯净的氨基酸产物，可以通过结晶、干燥等工艺步骤进行后续处理。
综上所述，氨基酸发酵工艺学主要涉及菌种筛选与改良、培养基优化、发酵条件控制以及产物回收等关键要点。
只有在这些方面的科学研究和技术路线的指导下，才能实现高效、经济地生产氨基酸。
氨基酸发酵工艺学是一门综合性的学科，涉及微生物学、发酵工程学、生物化学等多个学科的知识。
其研究的目标是通过优化发酵条件和处理工艺，实现高效、经济地生产氨基酸。
在氨基酸发酵工艺中，菌种筛选与改良是非常重要的一步。
不同的微生物具有不同的代谢途径和产酸能力，选择合适的菌种对产酸效果有着至关重要的影响。
菌种筛选的传统方法是通过对不同菌株的培养，并通过测定产酸能力来评估其潜力。
然而，随着基因工程技术的发展，我们能够通过改造菌株的基因来提高其产酸能力。
通过插入外源基因或修改内源基因，可以改变菌株的代谢途径和调节酶活性，从而提高产酸效率。
培养基优化也是氨基酸发酵工艺中的重要环节。
培养基的组成对菌株的生长和产酸能力具有重要影响。
氨基酸发酵工艺
产生焦糖又保证过滤，中和为沉淀胶体）。
4、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为 0.6-0.8％，在70℃及酸性条件下搅拌后过滤。
4 谷氨酸生产工艺
淀粉的酶法糖化工艺
以大米或碎米为原料时采用大米浸泡磨浆，再 调成15˚Bx，pH 6.0，加细菌α-淀粉酶在85 ℃下液 化30 min，加糖化酶60 ℃糖化24 h，过滤后可供配 制培养基。
磷酸： 缬氨酸
谷氨酸
（高浓度磷酸盐）
生物素： 乳酸或琥珀酸 谷氨酸
（过量）
（限量）
2 氨基酸发酵的代谢控制
控制细胞渗透性
代谢产物的细胞透性是氨基酸发酵的重要因 素，只有使细胞内的氨基酸渗透到细胞外，才能大 量积累氨基酸。
（1）生物素、油酸和表面活性剂，引起细胞膜的 脂肪酸成分的改变。
（2）青霉素：抑制细胞壁的合成，由于细胞内外 的渗透压差使谷氨酸泄漏出来。
CO2 CO2
CO2
NADPH NADP+
GLDH
以HMP为主，HMP 约占90%
氨的导入方式： α-酮戊二酸还原氨基化→谷氨酸 由天冬氨酸或丙酮酸通过氨基转移 将氨基转给α-酮戊二酸 谷氨酸合成酶途径
GLDH：谷氨酸脱氢酶
葡萄糖Βιβλιοθήκη 磷酸烯醇丙酮酸 ①丙酮酸草酰乙酸 ②
乙酰CoA
天冬氨酸
柠檬酸
α-酮戊二酸 ③ 谷氨酸
4 谷氨酸生产工艺
谷氨酸发酵
1、适应期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。措 施：接种量和发酵条件控制使该期缩短。
2、对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利 用pH又迅速下降；溶氧急剧下降后维持在一定水平；菌体 浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形；不产酸； 12h。措施：采取流加尿素办法及时供给菌体生长必须的氮 源及调节pH在7.5-8.0；维持温度30- 32℃
氨基酸生产工艺
氨基酸生产工艺氨基酸是生命体内必不可少的基本组成元素之一，广泛应用于农业、医药、化工等领域。
氨基酸的生产工艺通常包括发酵、提纯和干燥三个主要步骤。
下面将为大家介绍一下氨基酸的生产工艺。
首先是发酵过程。
氨基酸的发酵主要是通过微生物对含有氮源和碳源的培养基进行发酵，产生氨基酸。
常用的微生物有大肠杆菌、窄叶蓝枯草菌等。
培养基中的碳源主要有葡萄糖、甘油等，而氮源则有酵母粉、角蛋白等。
发酵过程中，微生物在一定的温度、pH值和氧气条件下生长和繁殖，生成氨基酸。
发酵结束后，需要对发酵液进行提纯。
提纯过程中，一般通过离子交换、凝胶过滤和超滤等方法，将杂质和有机物去除，得到纯净的氨基酸产物。
其中，离子交换属于最常用的提纯方法之一，主要是通过树脂的吸附作用，将杂质和有机物与目标物质分离。
最后是干燥过程。
氨基酸经过提纯后，仍然是液体状态，需要经过干燥来得到固体产品。
干燥的方法有很多种，常用的有喷雾干燥和真空干燥。
其中，喷雾干燥是将液态的氨基酸通过喷雾器喷入高温的空气中，迅速使其蒸发和冷凝成粉末状。
而真空干燥则是通过减压操作，将氨基酸的水分蒸发出来，得到干燥的氨基酸。
整个氨基酸生产工艺需要控制各个环节的条件，以确保产品质量。
发酵过程中，需要控制好温度、pH值和氧气供应，以促进微生物的生长和产酸。
在提纯过程中，要选择适合的方法和条件，以达到高纯度的氨基酸产物。
干燥过程中，需要控制干燥温度和时间，以避免产物的降解和热敏性。
氨基酸生产工艺的优化是提高产量和降低成本的关键之一。
通过优化培养基的配方、改进发酵条件和提高纯化技术，可以提高氨基酸的产量和纯度，并减少废物的产生和处理成本。
总之，氨基酸的生产工艺是一个较为复杂的过程，需要依靠微生物的发酵和多种分离纯化技术的协同作用。
随着科学技术的进步，氨基酸的生产工艺将进一步优化，为人们提供更多高质量的氨基酸产品，促进农业和医疗卫生事业的发展。
氨基酸发酵工艺学
表3--8 世界氨基酸主要生产厂家生产能力
厂家 品名 生产能 力 品名 厂家 生产能 力
蛋氨酸
蛋氨酸 蛋氨酸 蛋氨酸 蛋氨酸 蛋氨酸 蛋氨酸 蛋氨酸 蛋氨酸 赖氨酸
日本曹达
日本住友化学 日本化药 德国迪高沙 法国AEC 美国孟山都 墨西哥阿尔拜梅克斯 西班牙Sodeti 苏联Volgograd 日本味之素
生物素 表面活性剂
阻断脂肪酸的合成 对生物素有拮抗
影响细胞膜的合成 阻断脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成 细胞膜损伤
在对数生长期添加青霉素 甘油缺陷型 油酸缺陷型
抑制细胞壁合成
磷脂的合成受阻
影响细胞膜的合成 影响细胞膜的合成
阻断不饱和脂肪酸的合成
提高细胞膜的 谷氨酸通透性
控制磷脂的合成 使细胞膜受损（如表面活性剂） 青霉素损伤细胞壁，间接影响细胞膜
20000
5000 2500 85000 105000 45000 5000 4000 4000 55000
谷氨酸
谷氨酸 谷氨酸 谷氨酸 色氨酸 色氨酸 色氨酸 色氨酸 色氨酸 色氨酸 甘氨酸
味之素
日本旭化成 协和发酵 日本武田药品 味之素 昭和电工 三井东压 田造制药 日本化药 协和发酵 日本有机合成化学
（2）饲料工业： 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 ，添加 蛋氨酸、赖氨酸、精氨酸等必须氨基酸可促进动物生长 发育、改善肉质、节省蛋白饲料、降低成本等。 （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 氨基酸注射液由1985年的100万瓶增长到2003的1.5万瓶， 每年以15-20%的速度递增，全行业的年产值预计能达到 10亿元 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。 （4）化学工业： 谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙氨酸纤维（合成高 分子化合物）。能保持皮肤湿润的润肤剂——焦谷氨 酸钠和质量接近天然皮革的聚谷氨酸人造革，以及人 造纤维和涂料。
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
——
——
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。
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氨基酸发酵工艺学要点1味精厂的主要生产车间：糖化车间、发酵车间、提取车间、精制车间2淀粉生产的流程原料→清理→浸泡→粗碎→胚的分离→磨碎→分离纤维→分离蛋白质→清洗→离心分离→干燥→淀粉3淀粉的液化及糖化定义。
在工业生产上，将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的“糖化”所制的的糖液称为淀粉水解糖液化是利用液化酶使淀粉糊化，黏度降低，并水解到糊精和低聚糖的程度4淀粉液化过程使用淀粉酶，水解位置1，4糖苷键，糖化过程使用糖化酶，水解位置1，4糖苷键和1，6糖苷键。
5液化结束后，为何要进行灭酶处理，如何操作？液化结束后反应快速升温灭酶，高温处理时，通过喷射器快速升温至120~145°，快速升温比逐步升温产生的“不溶性淀粉颗粒”少，所得的液化液既透明又易过滤。
淀粉出糖率高，同时由于采取快速升温法，缩短了生产周期6葡萄糖的复合反应。
7淀粉的糊化、老化定义及影响老化的因素。
（1）糊化若将淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始膨胀，偏光十字消失。
温度继续上升，淀粉颗粒继续膨胀，可达原体积几倍到几十倍。
由于颗粒的膨胀，晶体结构消失，体积膨胀大，互相接触，变成糊状液体，虽然停止搅拌淀粉也不会再沉淀，这种现象称为糊化。
（2）老化分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列成为新氢键的过程。
（3）影响老化的因素①淀粉的成分（直链易老化，支链淀粉难老化）②液化程度③酸碱度④温度⑤淀粉糊浓度8 DE值与DX值的概念.DE值表示淀粉水解程度或糖化程度。
也称葡萄糖值DE=还原糖浓度/（干物质浓度*糖液相对密度）*100％DX值指糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。
DX=葡萄糖浓度/（干物质浓度*糖液相对密度）*100％9淀粉水解糖的质量要求有哪些？1糖液透光率＞90%（420nm）。
2不含糊精、蛋白质（起泡物质）。
3转化率＞90%。
DE值（Dextrose equivalent，葡萄糖当量值）4还原糖浓度：18%左右。
5糖液不能变质。
6pH4.6-4.810 说说酸水解法、酸酶法和酶水解法三种不同水解工艺的优劣？酸水解法是利用无机酸为催化剂，在高温高压下，将淀粉转化为葡萄糖的方法。
该法具有工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周转快的优点。
该水解法要求耐腐蚀，耐高温，耐压的设备。
酸酶法是先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡糖糖的工艺。
采用酸酶法水解淀粉制糖，酸用量少，产品颜色浅，糖液质量高酶水解法主要是将淀粉乳先用α-淀粉酶液化，过滤除去杂质后，然后用酸水解成葡萄糖的工艺。
该工艺适用于大米或粗淀粉原料11 固定化酶的定义及制备方法有哪几种？固定化酶（immobilized enzyme）：由于水溶性酶的缺点,所以将它与固相载体相连,由固相状态催化反应,称酶的固定化.①吸附法②偶联法③交联法④包埋法12生物素对谷氨酸生物合成途径影响。
1.生物素对糖代谢的速率的影响（主要影响糖降解速率）2.生物素对二氧化碳固定反应的影响（生物素食丙酮酸羧化酶的辅酶，生物素大过量时，CO2固定反应可提高30%）3．生物素对乙醛酸循环的影响（乙醛酸循环的关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖，琥珀酸阻遏，为醋酸所诱导。
以葡萄糖为原料，发酵生产谷氨酸时，通过控制生物素亚适量，几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活性。
代谢流向异柠檬酸-α-酮戊二酸-谷氨酸）生物素对糖代谢的调节（1）生物素对糖酵解途径的影响生物素充足，糖酵解加速，趋向形成乳酸。
（2）生物素对CO2固定途径的影响生物素是羧化酶辅酶。
（3）生物素对乙醛酸途径的影响生物素亚适量：异柠檬酸裂解酶活力低、琥珀酸氧化能力低。
13在谷氨酸发酵中如何控制细胞膜渗透性。
①生物素亚适量②添加表面活性剂、高级饱和脂肪酸或青霉素③选育温度敏感突变株、油酸缺陷型或甘油缺陷型突变株14诱变育种概念。
P49诱变育种是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的的突变株，以供生产实践或科学研究用。
15谷氨酸生产菌的育种思路（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16现有谷氨酸生产菌主要有哪四个菌属。
棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中的细菌17谷氨酸发酵生产菌的主要生化特点。
现有谷氨酸生产菌的主要特征:（1）细胞形态短杆形、棒形；（2）革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢，不能运动；（3）需氧型微生物；（4）生物素缺陷型；（5）脲酶强阳性；（6）不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；（7）发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变；（8）二氧化碳固定反应酶系强；（9）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱；（10）α-酮戊二酸氧化能力微弱；（11）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活性强；（12）具有向环境泄露谷氨酸的能力；（13）不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，产谷氨酸8%以上；(14)还原性辅酶II进入呼吸链能力弱（15）利用醋酸不能利用石蜡18日常菌种工作。
（1）定期分纯一般1~2个月分纯一次，把产酸高，生长快，无噬菌体感染大的菌株挑选出来（2）小剂量诱变刺激用紫外线、通电、激光轻微处理，可以淘汰生长微弱的菌株，并能激发溶原性噬菌体，是挑选出来的菌是产酸高，生长旺盛，无噬菌体感染的优良菌株（3）高产菌保藏防止菌种变异19菌种扩大培养的概念和任务P72菌种扩大培养又称种子制备，种子制备不仅要使菌体数量增加，经过种子制备出来的具有高质量的生产种子供发酵使用菌种扩大培养的任务:为发酵罐的投料提供纯而壮、相当数量的代谢旺盛的种子。
氨基酸生产菌一般用二级培养20谷氨酸发酵一级种子和二级种子的质量要求一级种子质量要求: 二级种子的质量要求种龄：12h，pH值：6.4±0.1 种龄：7~8h pH：7.2左右光密度：净增OD值0.5以上 OD值净增0.5左右残糖：0.5％以下无菌检查：(-) 消耗1%左右无菌检查(-)噬菌体检查：(-)(双层平板法、划线法、液体培养法）噬菌体检查(-)镜检：菌体生长均匀、粗壮，排列整齐菌体生长旺盛，排列整齐革兰氏阳性反应。
革兰氏阳性反应21影响种子质量的主要因素培养基:氮源丰富、生物素充足、碳源较少。
温度:避免温度过高和波动较大pH:0时不宜过高，培养结束不易过低溶解氧:溶氧水平不易过高。
接种量:1%-2%培养时间:7-8小时22氨基酸生产菌菌种的来源有哪些。
（1）向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株。
（2）由自然界采集样品，如土壤、水、动植物体等，从中进行分离筛选。
（3）从一些发酵制品中分离目的菌株。
23工业微生物菌种保藏技术是哪几种？(1)低温冷冻保藏；(2) 转接培养或斜面传代保藏；(3) 矿物油保藏；(4) 土壤或陶瓷珠等载体干燥保藏24冷冻保藏的分类普通冷冻保藏(-20℃);超低温冷冻保藏(-60一-80℃);冻干保藏;液氮冷冻保藏25菌种衰退和复壮的概念衰退：菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种的衰退。
复壮：使衰退的菌种回复原来的性状。
26代谢控制发酵的定义P95遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为的改变、控制微生物的代谢，使有用产物大量生成、积累的发酵。
27谷氨酸发酵培养基包括哪些主要营养成分。
碳源谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖。
谷氨酸产量随糖浓度的增加而增加氮源无机氮源: (1)尿素(2) 液氨(3)氨水有机氮源:主要是蛋白质、胨、氨基酸等。
谷氨酸发酵的有机氮源常用玉米浆、麸皮水解液、豆饼水解液和糖蜜等。
无机盐磷酸盐硫酸镁钾盐微量元素生长因子1) 生物素 (2) 维生素B128生长因子的概念P81从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等称为生长因子29影响发酵产率的因素有哪些。
培养基碳源氮源无机盐生长因子温度（首先影响酶的活性，其次影响生物合成的途径，还影响发酵液的物理性质）PH（影响酶的活性，影响细胞膜所带电荷，影响培养基某些营养物质和中间代谢物的离解，影响微生物对这些物质的利用，PH改变一起菌体代谢途径的改变使代谢产物发生变化）供氧对谷氨酸发酵的影响(谷氨酸生成期需大量的氧)CO2对发酵的影响（一般控制在13%左右，CO2含量判断发酵过程是否正常（1）提前发现噬菌体感染在一般规律通风下 CO2迅速下跌说明污染噬菌体，菌体一死立即停止呼吸，不在放CO2（2）帮助发现染菌感染在正常规律通风条件下，CO2连续上升，说明感染杂菌，须及早采取措施）30谷氨酸发酵过程调节pH值的方法流加尿素、液氨、添加碳酸钙法。
31谷氨酸发酵不同阶段对PH的要求：前期pH7.3、中期pH7.2 、后期pH7.0 放罐pH6.832谷氨酸发酵时,出现泡沫过多,一般是什么原因,该怎样处理?原因P92原因 (1)水解糖质量不好(2)染菌；处理方法(1)改进水解糖质量(2)按染菌处理33谷氨酸发酵过程，菌体生长缓慢或不长的原因及解决方法？原因(1)感染噬菌体 (2)培养基贫乏(3)菌种老化 (4)前期风量过大,或初尿过多抑制生长处理(1)按感染噬菌体处理(2)补料,并停搅拌(3)换种、补种(4)停搅拌、小通风34谷氨酸发酵过程，耗糖快,pH偏低, 产酸低原因及解决方法原因(1) 培养基丰富,生物素过量 (2) pH低,流尿不及时(3) 通风不足,空气短路,搅拌转速低(4) 感染杂菌处理方法(1)提高风量,提高pH(2)及时流尿,提高pH(3)提高风量,提高pH(4)按染菌处理35谷氨酸生产菌最适生长温度为？发酵谷氨酸最适发酵温度？最适合生长pH为？P101 P84谷氨酸产生菌：最适生长温度30~34℃最适产酸温度35~37℃最是适生长PH为6.5~8.036发酵过程中CO2迅速下降，说明污染噬菌体， CO2连续上升，说明污染杂菌37消泡方法有哪几种？消泡的方法（1）物理消泡改变温度（2）机械消泡：消泡器（3）化学消泡加消泡剂天然油脂类高碳醇脂肪酸和脂类聚醚类38一次高糖发酵工艺一次高糖发酵工艺1.培养基水解糖15%-18% 玉米浆0.4-0.5%磷酸氢二钾0.1-0.15% 硫酸镁0.04-0.06%消泡剂0.03% 尿素0.5%pH7.0-7.239噬菌体侵染的异常现象 P114“二高三低”即pH高、残糖高、OD值低、温度低、谷氨酸产量低(1)二级种子污染噬菌体二级种子0-3h感染噬菌体，泡沫大，pH高，种子基本不生长；6h以后感染噬菌体，泡沫多，pH偏高，种子生长较差，轻度感染或后期感染长看不出异常变化，可用快速检测法，半小时之内就能确定是否污染噬菌体。