氨基酸生产工艺课件(PPT 55页)
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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 ℃。
《氨基酸工艺学》7 氨基酸分离提取和精制
1、常规过滤
➢ 常规过滤时，固体颗粒被截留在多孔性介质表面形成滤饼，液 体在推动力的作用下穿过滤饼和多孔性介质的微孔，从而获得 澄清的过滤液。
➢ 由于操作阻力较大，且固体颗粒的粒径越小，操作阻力越大， 因此，常规过滤适用于悬浮颗粒粒径在10-100μm范围内的悬浮 液。
➢ 在氨基酸工业中，常采用板框压滤机和真空转鼓式过滤机过滤 预处理后的发酵液。
1、离子交换的基本概念
➢ 树脂颗粒吸附过程大致分为5个阶段：
① 发酵液中的氨基酸阳离子扩 散至树脂颗粒表面（外扩散）； ② 氨基酸阳离子穿过树脂颗粒 表面向树脂颗粒内部扩散（内 扩散）； ③ 氨基酸阳离子与树脂颗粒中 的H+交换（离子交换）；④ 交换产生的游离H+从树脂颗粒 内部向树脂表面扩散（内扩 散）； ⑤ 游离的H+进一步扩散至发 酵液中（外扩散）。
聚糖、明胶、骨胶等天然有机高分子聚合物。 ➢ 化学合成聚合物包括有机高分子聚合物和无机高分子聚合物，
其中，常见的有机高分子聚合物有聚丙烯酰胺类衍生物、聚丙 烯酸类和聚苯乙烯类衍生物等，常见的无机高分子聚合物有聚 合铝盐和聚合铁盐等。 ➢ 氨基酸发酵液絮凝操作过程中，影响絮凝效果的因素很多，主 要有絮凝剂的种类和相对分子质量、絮凝剂用量、发酵液pH值、 搅拌速率和搅拌时间等因素。
离子型。 ➢ 离子型絮凝剂带多价电荷，且长链线状结构上的电荷密度会显
著影响其的絮凝效果。 ➢ 通过絮凝预处理过程，可将氨基酸发酵液中的微生物细胞和碎
片、菌体和蛋白质等胶体粒子聚集形成粗大絮凝团，从而提高 氨基酸发酵液的过滤速率和滤液质量。
5、絮凝
➢ 高分子絮凝剂的吸附架桥过程：
5、絮凝
➢ 高分子絮凝剂可分为天然聚合物和化学合成聚合物。 ➢ 天然聚合物包括聚糖类胶粘物、海藻酸钠、壳聚糖、脱乙酰壳
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
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
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
生化工艺 第七章 典型产品生产工艺 第三节氨基酸生产工艺
一、氨基酸的分类、用途及生产方法
1.氨基酸的分类 按氨基酸分子中所含氨基和羧基数目不同分为： （1）酸性氨基酸 天门冬氨酸、谷氨酸。 （2）碱性氨基酸 组氨酸、赖氨酸、精氨酸。 （3）中性氨基酸
第三节 氨基酸生产工艺
①脂肪族氨基酸 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮 氨酸。
②羧基氨基酸 丝氨酸、组氨酸。 ③含硫氨基酸 半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸。 ④芳香族氨基酸 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸。 其它还有杂环氨基酸、脯氨酸、羟脯氨酸。 按氨基酸在人体内是否能被合成，分为： （1）必需氨基酸 指人体内不能合成或合成的速度不能满足 机体需要的氨基酸。异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯 丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸为必需氨基酸。 （2）非必需氨基酸 除上述八种必需氨基酸外，其它均属非 必需氨基酸。
第三节 氨基酸生产工艺
生产上控制pH值的方法一般有两种：一种是流加尿 素，一种是流加氨水。国内普遍采用前一种方法。流加 尿素的数量和时间主要根据pH值变化、菌体生长、糖耗 情况和发酵阶段等因素而定。例如：当菌体生长和糖耗 均缓慢时，发少量多次地流加尿素，避免pH值值过高而 影响菌体生长；当菌体生长和糖耗均快时，流加尿素可 多些，使pH值适当高些，以抑制生长；发酵后期，残糖 很少，接近放罐时，应尽量少加或不加尿素，可以使pH 值稳定，对发酵有利。流加氨水，因氨水作用快，对pH 的值影响大，故应采用连续流加。
第三节 氨基酸生产工艺
当菌体生长基本停止就转入谷氨酸合成阶段。此时菌 体浓度基本不变，糖与尿素分解后产生的α-酮戊二酸和 氨主要用来合成谷氨酸。这一阶段，为了提供谷氨酸合成 所必需的氨及维持谷氨酸合成最适宜的pH=7.2～7.4必须 及时流加尿素，又为了促进谷氨酸的合成需加大通气量, 并将发酵温度提高到谷氨酸合成的最适宜温度34～37℃。
1.氨基酸的分类 按氨基酸分子中所含氨基和羧基数目不同分为： （1）酸性氨基酸 天门冬氨酸、谷氨酸。 （2）碱性氨基酸 组氨酸、赖氨酸、精氨酸。 （3）中性氨基酸
第三节 氨基酸生产工艺
①脂肪族氨基酸 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮 氨酸。
②羧基氨基酸 丝氨酸、组氨酸。 ③含硫氨基酸 半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸。 ④芳香族氨基酸 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸。 其它还有杂环氨基酸、脯氨酸、羟脯氨酸。 按氨基酸在人体内是否能被合成，分为： （1）必需氨基酸 指人体内不能合成或合成的速度不能满足 机体需要的氨基酸。异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯 丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸为必需氨基酸。 （2）非必需氨基酸 除上述八种必需氨基酸外，其它均属非 必需氨基酸。
第三节 氨基酸生产工艺
生产上控制pH值的方法一般有两种：一种是流加尿 素，一种是流加氨水。国内普遍采用前一种方法。流加 尿素的数量和时间主要根据pH值变化、菌体生长、糖耗 情况和发酵阶段等因素而定。例如：当菌体生长和糖耗 均缓慢时，发少量多次地流加尿素，避免pH值值过高而 影响菌体生长；当菌体生长和糖耗均快时，流加尿素可 多些，使pH值适当高些，以抑制生长；发酵后期，残糖 很少，接近放罐时，应尽量少加或不加尿素，可以使pH 值稳定，对发酵有利。流加氨水，因氨水作用快，对pH 的值影响大，故应采用连续流加。
第三节 氨基酸生产工艺
当菌体生长基本停止就转入谷氨酸合成阶段。此时菌 体浓度基本不变，糖与尿素分解后产生的α-酮戊二酸和 氨主要用来合成谷氨酸。这一阶段，为了提供谷氨酸合成 所必需的氨及维持谷氨酸合成最适宜的pH=7.2～7.4必须 及时流加尿素，又为了促进谷氨酸的合成需加大通气量, 并将发酵温度提高到谷氨酸合成的最适宜温度34～37℃。
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。
.
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。
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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。
.
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）
氨基酸类药物及其制备工艺ppt课件
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氨基酸的理化性质
紫外吸收
构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有 光吸收，但在远紫外区(<220nm)均有光吸 收。
在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙 氨酸和色氨酸光吸收。
苯丙氨酸的max＝257nm
酪氨酸的max＝275nm
色氨酸的max＝280nm
.
氨基酸的理化性质
A, F, I, L, M, P, V, W, Y, α-氨基丁酸, β-氨基丙 氨酸, 正亮氨酸
C和G
.
氨基酸的分类
根据酸碱性分类：
.
氨基酸的分类
根据氨基酸的极性分类：
.
从营养学的角度分类：
必需氨基酸
指生物体不能合成，必需由食物供给的氨基酸，这些氨基酸称为必需氨基酸。
赖氨酸：促进大脑发育，脂肪代谢，调节内分泌，防止细胞退化； 色氨酸：促进胃液及胰液的产生； 苯丙氨酸：参与消除肾及膀胱功能的损耗； 蛋氨酸：参与组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能； 苏氨酸：有转变某些氨基酸达到平衡的功能； 异亮氨酸：参与腺体调节以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺； 亮氨酸：作用平衡异亮氨酸； 缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。
物转化作用而产生。
.
化学合成法
定义：
通常以α-卤代羧酸、醛类、甘氨酸衍生物、异氰酸盐、卤代烃、α-酮 酸及某些氨基酸为原料，经氨解、水解、缩合、取代、加氢等化学反应合 成α氨基酸。此法是制备氨基酸的重要途径之一。针对不同氨基酸合成方法 也各异。
亲水：精，组，赖氨酸等。 疏水：胱，酪氨酸等
各种氨基酸溶解度碱书中表21-2 .
氨基酸的理化性质
氨基酸的氨基具有伯胺氨基的一切性质（如与亚硝酸反应、 酰化、烃基化、形成席夫碱、脱氨）
氨基酸的理化性质
紫外吸收
构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有 光吸收，但在远紫外区(<220nm)均有光吸 收。
在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙 氨酸和色氨酸光吸收。
苯丙氨酸的max＝257nm
酪氨酸的max＝275nm
色氨酸的max＝280nm
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氨基酸的理化性质
A, F, I, L, M, P, V, W, Y, α-氨基丁酸, β-氨基丙 氨酸, 正亮氨酸
C和G
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氨基酸的分类
根据酸碱性分类：
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氨基酸的分类
根据氨基酸的极性分类：
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从营养学的角度分类：
必需氨基酸
指生物体不能合成，必需由食物供给的氨基酸，这些氨基酸称为必需氨基酸。
赖氨酸：促进大脑发育，脂肪代谢，调节内分泌，防止细胞退化； 色氨酸：促进胃液及胰液的产生； 苯丙氨酸：参与消除肾及膀胱功能的损耗； 蛋氨酸：参与组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能； 苏氨酸：有转变某些氨基酸达到平衡的功能； 异亮氨酸：参与腺体调节以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺； 亮氨酸：作用平衡异亮氨酸； 缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。
物转化作用而产生。
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化学合成法
定义：
通常以α-卤代羧酸、醛类、甘氨酸衍生物、异氰酸盐、卤代烃、α-酮 酸及某些氨基酸为原料，经氨解、水解、缩合、取代、加氢等化学反应合 成α氨基酸。此法是制备氨基酸的重要途径之一。针对不同氨基酸合成方法 也各异。
亲水：精，组，赖氨酸等。 疏水：胱，酪氨酸等
各种氨基酸溶解度碱书中表21-2 .
氨基酸的理化性质
氨基酸的氨基具有伯胺氨基的一切性质（如与亚硝酸反应、 酰化、烃基化、形成席夫碱、脱氨）
氨基酸生物合成ppt课件
（2）作用机理：
含Mo、Fe和S
还原剂 铁蛋白 钼铁蛋白 N2
（3）特点：是一种多功能酶
a、氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可 催化N2O化合物等还原。
b、ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获 取能量推动电子向还原底物上转移。
亚硝酸还原酶
a、铁氧还蛋白——亚硝酸还原酶
NO-2 + 6Fd还原态 + 8H+
第10章 氨基酸生物合成
氨的同化及氨基酸的生物合成
一、氮素循环 二、生物固氮（自学） 三、氨的同化（自学） 四、氨基酸的生物合成 五、氨基酸与一碳基团代谢
自然界的氮素循环
大气固氮
大气氮素
岩浆源的 固定氮
工业固氮
固氮生物
火成岩
生物固氮
动植物
动植物废物 死的有机体
蛋白质
硝酸盐还原 反硝化作用 氧化亚氮
氮 亚硝酸
硝酸盐
入地下水
生物固氮
1、生物固N的化学本质 2、固N酶 3、固N条件
生物固N的化学本质
6e-
N2 + 3H2
2NH3
固N条件
（1）电子供体：氧化底物（MH2）、丙酮酸、H2 （2）ATP供能 （3）厌氧环境
固N 酶
铁蛋白：二聚体、含Fe和S，
（1）结构组成
形成[Fe4S4]簇
钼铁蛋白：四聚体（α2β2），
的 前 体 及 相 互 关 系
_x0
00b
_
丝氨 酸族
His 和 芳香族
丙氨 酸族
天代谢
1、一碳基团（一碳单位）的概念
2、一碳基团和氨基酸代谢
Gly、Ser、Thr、His都可以作为一碳基团的供体。
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• 利用此方法发酵的有:苏氨酸、赖氨酸、 异亮氨酸、组氨酸和精氨酸。
2.4 体内及体外基因重组的方法
• 基因工程包括细胞内基因重组方法和试管内的体外 基因重组方法。
• 体内基因重组在应用上又称为杂交育种，主要方法 包括：转化、转染、接合转移、转导和细胞融合等， 这都是在细胞内暂时地产生染色体的局部二倍体， 在两条DNA链之间引起两次以上的交叉，是遗传性 重组现象。
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。
• 将一种或多种异源的或改造后的酶基因与调节 元件一起克隆进目标生物;
• 使调节元件的作用及培育条件最优化。
3.1 载体-受体系统及克隆表 达的研究
• 3ห้องสมุดไป่ตู้1.1 受体的获得
• 目前使用的氨基酸工程菌受体主要是大肠杆菌 K-12及棒状杆菌家族，通常是通过诱变选育出 的基础产率较高的菌株。
• 大肠杆菌遗传背景研究得清楚，载体系统完善， 利于工程菌的构建，但它含有内毒素且不能将 蛋白产物分泌至胞外，为应用带来困难。
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
• 这种方法中有用高丝氨酸缺陷株的赖氨 酸发酵，有用精氨酸缺陷株的鸟氨酸发 酵，还有用异亮氨酸缺陷株的脯氨酸发 酵。
2.3 类似物抗性变异株的方法
• 用一种与自己想获得的氨基酸结构相类 似的化合物加入培养基内，使其发生控 制作用，从而抑制微生物的生长。这样， 就可以得到在这种培养基中能够生长的 变异株，而这种变异株正是解除了调控 机制的，能够生成过量的氨基酸。
菌株的育种
• 从自然界中筛选有产酸能力的菌株,并建立其培养条件. • 在确立突变技术和阐明氨基酸生物合成系统调节机制
的基础上发展为营养缺陷变异株、抗药性菌株的育种。 • 随着重组DNA技术的发展,接合、转导、转染、细胞融
合等手段首先用于体内基因重组,是早期用基因重组方 法构建生产菌株的尝试。 • 随着载体、受体系统的构建及体外基因重组技术的日 益完善,氨基酸生物工程菌的构建有了长足的发展。 • 苏氨酸等的生产菌株被成功地构建并应用于工业化生 产。
• 棒状杆菌能克服这两个缺点，但载体受体系统 研究较晚且有限制修饰系统的障碍，所以获得 利于外源基因导入及表达且能稳定遗传的受体 菌是尚待解决的问题。
3.1.2 载体的构建
• 有效的载体需要有在受体菌中可启动的 复制起始位点，这可从棒状杆菌家族内 源小质粒中获得;
• 载体所需的筛选标记及外源基因插入的 多克隆位点，可从常用的克隆载体中获 得。
• 细胞内基因重组技术的缺点是，现在只在同种或有 近缘关系的微生物之间进行并较难成功。
• 代谢工程在阐明代谢途径及其调控规律的基础 上，应用重组DNA技术可以改变代谢途径分支 点上的流量或引入新的代谢步骤与构建新的代 谢网络。
• 其主要步骤为:
• 鉴定目标代谢途径涉及的酶(特别是限速酶);
• 取得酶基因，必要时可用蛋白质工程技术，如 定点诱变，基因剪接等，使蛋白具有新的特点 (增强活性或稳定性、解除反馈抑制等);
• 4.化学工业：谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙 氨酸纤维。
氨基酸的生产方法
• 发酵法： 直接发酵法：野生菌株发酵、营养
缺陷型突变发酵、抗氨基酸结构类似物 突变株发酵、抗氨基酸结构类似物突变 株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型 回复突变株发酵。
添加前体法
• 酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制 造氨基酸。
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。
• 提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨 酸、半胱氨酸和酪氨酸
• 合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙 氨酸。
• 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。
• 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。
3.1.3 基因转移手段
• 由于棒状杆菌是革兰氏阳性菌，CaCl2转化法对它 不适用。
• 通常采用的方法有:原生质体转化、转导，电转化， 接合转移。
• 原生质体转化的方法是较早采用的方法，由于受 到原生质体再生条件的局限，效率不高;
• 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。
• 据专家估计,到2000年,世界氨基酸产值可达45亿 美元,占生物技术市场的7%,国内的氨基酸产值可 达40亿元,占全国发酵产业总产值的12%。
氨基酸发酵生产发展的历史回顾
• 所谓氨基酸发酵,就是以糖类和铵盐为主 要原料的培养基中培养微生物,积累特定 的氨基酸。
• 这些方法成立的一个重要原因是使用选 育成的氨基酸生物合成高能力的菌株。
2.4 体内及体外基因重组的方法
• 基因工程包括细胞内基因重组方法和试管内的体外 基因重组方法。
• 体内基因重组在应用上又称为杂交育种，主要方法 包括：转化、转染、接合转移、转导和细胞融合等， 这都是在细胞内暂时地产生染色体的局部二倍体， 在两条DNA链之间引起两次以上的交叉，是遗传性 重组现象。
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。
• 将一种或多种异源的或改造后的酶基因与调节 元件一起克隆进目标生物;
• 使调节元件的作用及培育条件最优化。
3.1 载体-受体系统及克隆表 达的研究
• 3ห้องสมุดไป่ตู้1.1 受体的获得
• 目前使用的氨基酸工程菌受体主要是大肠杆菌 K-12及棒状杆菌家族，通常是通过诱变选育出 的基础产率较高的菌株。
• 大肠杆菌遗传背景研究得清楚，载体系统完善， 利于工程菌的构建，但它含有内毒素且不能将 蛋白产物分泌至胞外，为应用带来困难。
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
• 这种方法中有用高丝氨酸缺陷株的赖氨 酸发酵，有用精氨酸缺陷株的鸟氨酸发 酵，还有用异亮氨酸缺陷株的脯氨酸发 酵。
2.3 类似物抗性变异株的方法
• 用一种与自己想获得的氨基酸结构相类 似的化合物加入培养基内，使其发生控 制作用，从而抑制微生物的生长。这样， 就可以得到在这种培养基中能够生长的 变异株，而这种变异株正是解除了调控 机制的，能够生成过量的氨基酸。
菌株的育种
• 从自然界中筛选有产酸能力的菌株,并建立其培养条件. • 在确立突变技术和阐明氨基酸生物合成系统调节机制
的基础上发展为营养缺陷变异株、抗药性菌株的育种。 • 随着重组DNA技术的发展,接合、转导、转染、细胞融
合等手段首先用于体内基因重组,是早期用基因重组方 法构建生产菌株的尝试。 • 随着载体、受体系统的构建及体外基因重组技术的日 益完善,氨基酸生物工程菌的构建有了长足的发展。 • 苏氨酸等的生产菌株被成功地构建并应用于工业化生 产。
• 棒状杆菌能克服这两个缺点，但载体受体系统 研究较晚且有限制修饰系统的障碍，所以获得 利于外源基因导入及表达且能稳定遗传的受体 菌是尚待解决的问题。
3.1.2 载体的构建
• 有效的载体需要有在受体菌中可启动的 复制起始位点，这可从棒状杆菌家族内 源小质粒中获得;
• 载体所需的筛选标记及外源基因插入的 多克隆位点，可从常用的克隆载体中获 得。
• 细胞内基因重组技术的缺点是，现在只在同种或有 近缘关系的微生物之间进行并较难成功。
• 代谢工程在阐明代谢途径及其调控规律的基础 上，应用重组DNA技术可以改变代谢途径分支 点上的流量或引入新的代谢步骤与构建新的代 谢网络。
• 其主要步骤为:
• 鉴定目标代谢途径涉及的酶(特别是限速酶);
• 取得酶基因，必要时可用蛋白质工程技术，如 定点诱变，基因剪接等，使蛋白具有新的特点 (增强活性或稳定性、解除反馈抑制等);
• 4.化学工业：谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙 氨酸纤维。
氨基酸的生产方法
• 发酵法： 直接发酵法：野生菌株发酵、营养
缺陷型突变发酵、抗氨基酸结构类似物 突变株发酵、抗氨基酸结构类似物突变 株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型 回复突变株发酵。
添加前体法
• 酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制 造氨基酸。
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。
• 提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨 酸、半胱氨酸和酪氨酸
• 合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙 氨酸。
• 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。
• 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。
3.1.3 基因转移手段
• 由于棒状杆菌是革兰氏阳性菌，CaCl2转化法对它 不适用。
• 通常采用的方法有:原生质体转化、转导，电转化， 接合转移。
• 原生质体转化的方法是较早采用的方法，由于受 到原生质体再生条件的局限，效率不高;
• 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。
• 据专家估计,到2000年,世界氨基酸产值可达45亿 美元,占生物技术市场的7%,国内的氨基酸产值可 达40亿元,占全国发酵产业总产值的12%。
氨基酸发酵生产发展的历史回顾
• 所谓氨基酸发酵,就是以糖类和铵盐为主 要原料的培养基中培养微生物,积累特定 的氨基酸。
• 这些方法成立的一个重要原因是使用选 育成的氨基酸生物合成高能力的菌株。