氨基酸生产工艺
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搅拌速度、 DO值
前期(0~12h) 33~35℃; 中后期(3~5h)36～38℃
通气比：1: (0.08~0.1) [100吨罐]
氨基酸发酵的工艺流程
结晶
小结
氨基酸工业生产主要是靠生物发酵的方法 氨基酸合成受到生物自身的反馈调控作用 工业生产氨基酸需要减弱或消除反馈调控
郝 汉 2012.11.20
直接发酵法
由氨基酸结构类似物 抗性突变株直接由糖 和铵盐发酵生产氨基 酸
使用营养缺陷型 兼抗性突变株生 产氨基酸
氨基酸生产的基本方法
五
添加中间产物的发酵
为什么可用氮平衡描述?
以氨基酸的中间产物为原料，用微 生物转化相应的氨基酸，这样可以 避免氨基酸生物合成途径中的反馈 抑制作用。
丝氨酸 色氨酸
三
合
为什么可用氮平衡描述? 成 法
在与其对应的羧酸上的α 碳上连接氨基
丙氨酸
天冬酰胺 丝氨酸 色氨酸 苯丙氨酸
甘氨酸
蛋氨酸
氨基酸生产的基本方法
四
直 接 发 酵 法
为什么可用氮平衡描述?
按照菌株的特性，直接发酵法可分为四类
使用野生型菌株或野 生菌株的诱变株直接 由糖和铵盐发酵生产 氨基酸 由氨基酸结构类似 物 抗性突变株直接由糖 和铵盐发酵生产氨基 酸
上罐实消
32 ℃,pH7.0, 18~24h
冷却接种
三角瓶培养
固体斜面培养 OD值
测定菌体密度，OD值不再上升时， 菌体分裂完成，约12h pH7.0，流加尿素 调节（0.4～0.6％）
pH
发 酵 发酵过程参数的控制
温度
还原糖的测定 发酵过程 参数测定 发酵液 菌体形态观察 菌体浓度测定 谷氨酸的测定
氨基酸发酵的工艺流程
培养基的配制与灭菌
发 酵 动 力 学 实 验
菌种的扩大培养 菌体浓度 发酵过程中主要参数的检测 限制性基质浓度
建立微生物生长动力学模型 亚硫酸钠氧化法 生化反应器重要参数KLa的检测 动态法(溶氧电极法)
氨基酸发酵的工艺流程
谷氨酸生产工艺流程
培养基的配制 32 ℃,pH7.0, OD=1.合成
反馈抑制
在合成途径分枝点处的优先合成
氨基酸发酵的代谢控制
协同（或多价）反馈抑制
氨基酸发酵的代谢控制
合作（或增效）反馈抑制
氨基酸发酵的代谢控制
同功酶控制
氨基酸发酵的代谢控制
积累反馈抑制
氨基酸发酵的代谢控制
顺序反馈抑制
氨基酸发酵的代谢控制
平衡合成 E
D
A B C F
丙氨酸 天冬氨酸 酪氨酸
色氨酸
蛋白酶分子结构图
5-羟基－色氨酸 赖氨酸
多巴（二羟基苯丙氨酸）
氨基酸生产的基本方法
二
抽 抽 提 提 法 法
为什么可用氮平衡描述?
蛋白质水解液中提取
半胱氨酸、胱氨酸、酪氨酸的 生产由于没有其他适当方法， 目前还是用抽提法。
氨基酸生产的基本方法
×
G
氨基酸发酵的代谢控制
1、控制发酵的环境条件
溶解氧：乳酸或琥珀酸←→谷氨酸←→α－酮戊二酸 （通气不足） （适中） （通气过量、转速过快） NH4+： α－酮戊二酸←→谷氨酸←→谷酰胺 （缺乏） （适量） （过量） pH： 谷酰胺，N－乙酰谷酰胺←→谷氨酸 （pH5－8， NH4+过多） （中性或微碱性） 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）
氨基酸发酵的代谢控制
6、促进ATP的积累
氨基酸发酵的工艺控制
•培养基
长因子
碳源 氮源 磷酸盐 金属离子（镁钾钠锰铁铜）生
•pH 主要影响酶的活性和菌的代谢 流加尿素和氨水 •温度 菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度是不同的。
谷氨酸前者30～32˚C，后者34～37˚C。
•氧
响。
谷氨酸族：需氧；丙酮酸族：厌氧；天冬氨酸族：基本无影
氨基酸发酵的代谢控制
2、控制细胞渗透性
氨基酸发酵的代谢控制
3、控制旁路代谢
氨基酸发酵的代谢控制
4、降低反馈作用物的浓度
氨基酸发酵的代谢控制
5、消除终产物的反馈抑制与阻遏作用
• 选择出发菌株：前人经验；代谢途径简单、 清楚；易于解除代谢控制机制。 • 育种原理：部分或全部解除微生物对氨基酸 合成代谢的自我调节机制 • 育种方法：传统方法 • 现代方法 • 定向育种
氨基酸生产工艺
汇报人 郝 汉 609923130@
目录
• 氨基酸生产概述 • 氨基酸生产方法 • 发酵的代谢控制 • 发酵的工艺控制 • 发酵的工艺流程
氨基酸生产概述
氨基酸(Amino acid)
—— 组成蛋白质的基本单位
存在自然界中的氨基酸有上千种，但组
成人体蛋白质的氨基酸主要有20种，且均属
蛋氨酸 异亮氨酸
氨基酸生产的基本方法
优 点
氨基酸发酵的代谢控制
反馈调节作用
AR P RNA聚合酶 O 反馈阻遏 A结构基因
活性
无活性 repressor A 超过生理需要量
A合成酶系（E1,E2…）
反馈抑制 A
氨基酸发酵的代谢控制
A
B
C
D
E
反馈抑制
反馈阻遏
氨基酸生物合成调节机制的基本模式
氨基酸发酵的代谢控制
L-α -氨基酸（甘氨酸除外），有8种氨基酸
人体本身不能合成，两种半必需氨基酸
氨基酸生产概述
氨基酸的应用 1、食品工业 2、饲料工业 3、医药工业 4、化学工业 5、农业农药
氨基酸生产的基本方法
氨基酸的合成方法
氨基酸的工业合成 发酵法生产氨基酸
氨基酸生产的基本方法
一
酶
为什么可用氮平衡描述?
法
应用完整菌体或自微生物细胞抽提 出酶类制造氨基酸
前期(0~12h) 33~35℃; 中后期(3~5h)36～38℃
通气比：1: (0.08~0.1) [100吨罐]
氨基酸发酵的工艺流程
结晶
小结
氨基酸工业生产主要是靠生物发酵的方法 氨基酸合成受到生物自身的反馈调控作用 工业生产氨基酸需要减弱或消除反馈调控
郝 汉 2012.11.20
直接发酵法
由氨基酸结构类似物 抗性突变株直接由糖 和铵盐发酵生产氨基 酸
使用营养缺陷型 兼抗性突变株生 产氨基酸
氨基酸生产的基本方法
五
添加中间产物的发酵
为什么可用氮平衡描述?
以氨基酸的中间产物为原料，用微 生物转化相应的氨基酸，这样可以 避免氨基酸生物合成途径中的反馈 抑制作用。
丝氨酸 色氨酸
三
合
为什么可用氮平衡描述? 成 法
在与其对应的羧酸上的α 碳上连接氨基
丙氨酸
天冬酰胺 丝氨酸 色氨酸 苯丙氨酸
甘氨酸
蛋氨酸
氨基酸生产的基本方法
四
直 接 发 酵 法
为什么可用氮平衡描述?
按照菌株的特性，直接发酵法可分为四类
使用野生型菌株或野 生菌株的诱变株直接 由糖和铵盐发酵生产 氨基酸 由氨基酸结构类似 物 抗性突变株直接由糖 和铵盐发酵生产氨基 酸
上罐实消
32 ℃,pH7.0, 18~24h
冷却接种
三角瓶培养
固体斜面培养 OD值
测定菌体密度，OD值不再上升时， 菌体分裂完成，约12h pH7.0，流加尿素 调节（0.4～0.6％）
pH
发 酵 发酵过程参数的控制
温度
还原糖的测定 发酵过程 参数测定 发酵液 菌体形态观察 菌体浓度测定 谷氨酸的测定
氨基酸发酵的工艺流程
培养基的配制与灭菌
发 酵 动 力 学 实 验
菌种的扩大培养 菌体浓度 发酵过程中主要参数的检测 限制性基质浓度
建立微生物生长动力学模型 亚硫酸钠氧化法 生化反应器重要参数KLa的检测 动态法(溶氧电极法)
氨基酸发酵的工艺流程
谷氨酸生产工艺流程
培养基的配制 32 ℃,pH7.0, OD=1.合成
反馈抑制
在合成途径分枝点处的优先合成
氨基酸发酵的代谢控制
协同（或多价）反馈抑制
氨基酸发酵的代谢控制
合作（或增效）反馈抑制
氨基酸发酵的代谢控制
同功酶控制
氨基酸发酵的代谢控制
积累反馈抑制
氨基酸发酵的代谢控制
顺序反馈抑制
氨基酸发酵的代谢控制
平衡合成 E
D
A B C F
丙氨酸 天冬氨酸 酪氨酸
色氨酸
蛋白酶分子结构图
5-羟基－色氨酸 赖氨酸
多巴（二羟基苯丙氨酸）
氨基酸生产的基本方法
二
抽 抽 提 提 法 法
为什么可用氮平衡描述?
蛋白质水解液中提取
半胱氨酸、胱氨酸、酪氨酸的 生产由于没有其他适当方法， 目前还是用抽提法。
氨基酸生产的基本方法
×
G
氨基酸发酵的代谢控制
1、控制发酵的环境条件
溶解氧：乳酸或琥珀酸←→谷氨酸←→α－酮戊二酸 （通气不足） （适中） （通气过量、转速过快） NH4+： α－酮戊二酸←→谷氨酸←→谷酰胺 （缺乏） （适量） （过量） pH： 谷酰胺，N－乙酰谷酰胺←→谷氨酸 （pH5－8， NH4+过多） （中性或微碱性） 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）
氨基酸发酵的代谢控制
6、促进ATP的积累
氨基酸发酵的工艺控制
•培养基
长因子
碳源 氮源 磷酸盐 金属离子（镁钾钠锰铁铜）生
•pH 主要影响酶的活性和菌的代谢 流加尿素和氨水 •温度 菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度是不同的。
谷氨酸前者30～32˚C，后者34～37˚C。
•氧
响。
谷氨酸族：需氧；丙酮酸族：厌氧；天冬氨酸族：基本无影
氨基酸发酵的代谢控制
2、控制细胞渗透性
氨基酸发酵的代谢控制
3、控制旁路代谢
氨基酸发酵的代谢控制
4、降低反馈作用物的浓度
氨基酸发酵的代谢控制
5、消除终产物的反馈抑制与阻遏作用
• 选择出发菌株：前人经验；代谢途径简单、 清楚；易于解除代谢控制机制。 • 育种原理：部分或全部解除微生物对氨基酸 合成代谢的自我调节机制 • 育种方法：传统方法 • 现代方法 • 定向育种
氨基酸生产工艺
汇报人 郝 汉 609923130@
目录
• 氨基酸生产概述 • 氨基酸生产方法 • 发酵的代谢控制 • 发酵的工艺控制 • 发酵的工艺流程
氨基酸生产概述
氨基酸(Amino acid)
—— 组成蛋白质的基本单位
存在自然界中的氨基酸有上千种，但组
成人体蛋白质的氨基酸主要有20种，且均属
蛋氨酸 异亮氨酸
氨基酸生产的基本方法
优 点
氨基酸发酵的代谢控制
反馈调节作用
AR P RNA聚合酶 O 反馈阻遏 A结构基因
活性
无活性 repressor A 超过生理需要量
A合成酶系（E1,E2…）
反馈抑制 A
氨基酸发酵的代谢控制
A
B
C
D
E
反馈抑制
反馈阻遏
氨基酸生物合成调节机制的基本模式
氨基酸发酵的代谢控制
L-α -氨基酸（甘氨酸除外），有8种氨基酸
人体本身不能合成，两种半必需氨基酸
氨基酸生产概述
氨基酸的应用 1、食品工业 2、饲料工业 3、医药工业 4、化学工业 5、农业农药
氨基酸生产的基本方法
氨基酸的合成方法
氨基酸的工业合成 发酵法生产氨基酸
氨基酸生产的基本方法
一
酶
为什么可用氮平衡描述?
法
应用完整菌体或自微生物细胞抽提 出酶类制造氨基酸