氨基酸与核酸发酵精选课件.ppt

关于氨基酸与核酸发酵第一页，本课件共有31页第一节第一节 谷氨酸生产谷氨酸生产一、谷氨酸生产原料及其处理一、谷氨酸生产原料及其处理n（一）（一）糖蜜的预处理：糖蜜的预处理：降低生物素含量。降低生物素含量。n（二）（二）淀粉的糖化：淀粉的糖化：酸解法、酶解法、酸解法、酶解法、酸酶法和酶酸法。酸酶法和酶酸法。第二页，本课件共有31页二、谷氨酸产生菌二、谷氨酸产生菌n1956年，日本木下等人发现谷氨小球年，日本木下等人发现谷氨小球菌。菌。n相继发现小球菌、棒杆菌、短杆菌、节相继发现小球菌、棒杆菌、短杆菌、节杆菌等一大批谷氨酸产生菌。杆菌等一大批谷氨酸产生菌。n我国使用的多是野生型菌株通过诱变筛我国使用的多是野生型菌株通过诱变筛选的谷氨酸棒杆菌。选的谷氨酸棒杆菌。第三页，本课件共有31页(一一)糖质原料发酵的谷氨酸生产菌的共同特征糖质原料发酵的谷氨酸生产菌的共同特征细胞呈球形、棒形或短杆形；细胞呈球形、棒形或短杆形；革兰氏染色呈阳性反应；革兰氏染色呈阳性反应；无鞭毛，不能运动；无鞭毛，不能运动；是需氧性的微生物；是需氧性的微生物；不形成芽孢；不形成芽孢；以生物素作为生长因子；以生物素作为生长因子；具有一定的谷氨酸蓄积能力。具有一定的谷氨酸蓄积能力。第四页，本课件共有31页n（二）常用的生产菌株（二）常用的生产菌株n 北京棒杆菌北京棒杆菌 AS1-299n 钝齿棒杆菌钝齿棒杆菌n 黄色短杆菌黄色短杆菌北京棒杆菌北京棒杆菌黄色短杆菌黄色短杆菌第五页，本课件共有31页三、谷氨酸合成途径三、谷氨酸合成途径n1.谷氨酸合成谷氨酸合成 的方式的方式n（1）转氨基作用）转氨基作用n（2）还原氨基化作用）还原氨基化作用n2.谷氨酸合成途径谷氨酸合成途径nEMP途径、途径、HMP途径、途径、TCA、乙醛酸循、乙醛酸循环、二氧化碳固定反应等。环、二氧化碳固定反应等。第六页，本课件共有31页由葡萄糖生物合成由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径谷氨酸的代谢途径-苹果酸酶苹果酸酶 -丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 -丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶 -异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶-酮酮戊二酸脱戊二酸脱氢氢酶酶-谷谷氨酸脱氢酶氨酸脱氢酶 -苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 -乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶第七页，本课件共有31页3.谷氨酸合成过程中各途径的意义谷氨酸合成过程中各途径的意义l（1）糖酵解途径：）糖酵解途径：葡萄糖降解为丙酮酸，丙葡萄糖降解为丙酮酸，丙酮酸进入三羧酸循环。酮酸进入三羧酸循环。l（2）HMP途径：途径：生成的生成的NADH2是还原氨基化反是还原氨基化反应必须的供氢体。应必须的供氢体。l（3）TCA途径：途径：提供谷氨酸的前体物质提供谷氨酸的前体物质-酮酮戊二酸。戊二酸。l（4）CO2固定反应：在苹果酸酶和丙酮酸羧化酶固定反应：在苹果酸酶和丙酮酸羧化酶作用下分别生成丙酮酸和草酰乙酸，前者氧化为作用下分别生成丙酮酸和草酰乙酸，前者氧化为草酰乙酸，使草酰乙酸得到补充。草酰乙酸，使草酰乙酸得到补充。l（5）乙醛酸途径：通过异柠檬酸裂解酶作用）乙醛酸途径：通过异柠檬酸裂解酶作用补充琥珀酸，维持菌体生长需要。补充琥珀酸，维持菌体生长需要。l（6）还原氨基化作用：）还原氨基化作用：-酮戊二酸经还原氨基化酮戊二酸经还原氨基化作用生成谷氨酸。作用生成谷氨酸。第八页，本课件共有31页4.谷氨酸生产菌的生化特征谷氨酸生产菌的生化特征n（1）有固定）有固定CO2的二羧酸合成酶存在。的二羧酸合成酶存在。n（2）-酮戊二酸脱氢酶活力很弱。酮戊二酸脱氢酶活力很弱。n（3）异柠檬酸脱氢酶活力较强，异柠檬酸脱氢）异柠檬酸脱氢酶活力较强，异柠檬酸脱氢酶的活力不能太强。酶的活力不能太强。n（4）谷氨酸脱氢酶活力高。）谷氨酸脱氢酶活力高。n（5）经呼吸链氧化）经呼吸链氧化NADPH2的能力要弱，保证的能力要弱，保证有有NADPH2作为供氢体参加还原氨基化反应。作为供氢体参加还原氨基化反应。n（6）菌体进一步分解谷氨酸的能力低下。）菌体进一步分解谷氨酸的能力低下。第九页，本课件共有31页四、谷氨酸发酵工艺四、谷氨酸发酵工艺n1.发酵培养基发酵培养基n（1）碳源：糖类、脂肪、醇类、烃类）碳源：糖类、脂肪、醇类、烃类n（2）氮源：尿素或氨水，所需氮源较大）氮源：尿素或氨水，所需氮源较大（C:N=100:2030）n（3）无机盐：提供磷、硫、镁、钾、钙、铁等。）无机盐：提供磷、硫、镁、钾、钙、铁等。n（4）生长因子：生物素）生长因子：生物素n2.培养基灭菌培养基灭菌n3.种子扩大培养种子扩大培养第十页，本课件共有31页4.发酵条件控制发酵条件控制n（1）温度控制：菌体生长（）温度控制：菌体生长（0-12h），），温度温度30-32度；谷氨酸合成（度；谷氨酸合成（12后），后），温度温度34-37度。度。n（2）发酵前期）发酵前期pH7.5-8.5，中后期，中后期7.0-7.6。第十一页，本课件共有31页n（3）DO控制第十二页，本课件共有31页n（4）种龄及接种量控制n（5）泡沫控制第十三页，本课件共有31页味味精精生生产产工工艺艺流流程程第十四页，本课件共有31页第二节第二节 其它氨基酸发酵其它氨基酸发酵n一、赖氨酸发酵一、赖氨酸发酵n赖氨酸的方法主要有赖氨酸的方法主要有n1.提取法提取法n2.合成法合成法n3.发酵法发酵法第十五页，本课件共有31页赖氨酸的发酵生产方法赖氨酸的发酵生产方法n两步发酵法：两步发酵法：即由甲菌生成二氨基庚二酸，乙菌生成二氨基庚二酸脱羧酶，从而生成赖氨酸。n直接发酵法：直接发酵法：二氨基庚二酸（DPA）途径，其代谢调节机制主要是当天冬氨酸激酶的活性受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。选育高丝氨酸的营养缺陷型菌株，使这种协同反馈抑制被破坏，从而大量积累赖氨酸。第十六页，本课件共有31页第十七页，本课件共有31页n二、二、L-天门冬氨酸发酵天门冬氨酸发酵n三、苏氨酸发酵三、苏氨酸发酵n四、缬氨酸发酵四、缬氨酸发酵第十八页，本课件共有31页第三节第三节 核酸与核苷酸发酵核酸与核苷酸发酵一、核酸的化学结构与鲜味一、核酸的化学结构与鲜味n核酸、核苷酸、核苷的概念核酸、核苷酸、核苷的概念n核酸类物质：核酸类物质：DNA、RNA核苷酸、核苷、碱基核苷酸、核苷、碱基n呈鲜味的是鸟苷酸、肌苷酸、黄苷酸等呈鲜味的是鸟苷酸、肌苷酸、黄苷酸等5-核苷酸。核苷酸。n呈鲜强度：呈鲜强度：5-GMP5-IMP5-XMP第十九页，本课件共有31页GMP：MSG增味倍数1+G：MSG 增味倍数12%：88%9912%：88%818%：92%848%：92%715%：95%685%：95%594%：96%624%：96%532%：98%462%：98%400%：100%100%：100%10、之间的增鲜效应表、之间的增鲜效应表第二十页，本课件共有31页二、核苷酸生产工艺二、核苷酸生产工艺n（一）嘌呤核苷酸生物合成途径（一）嘌呤核苷酸生物合成途径嘌呤核苷酸生物合成途径嘌呤核苷酸生物合成途径第二十一页，本课件共有31页n（二）嘌呤核苷酸生物合成的代谢调控（二）嘌呤核苷酸生物合成的代谢调控n1、避免、避免AMP、GMP等产物对等产物对PRPP转酰胺酶的转酰胺酶的反馈阻遏和反馈抑制作用（反馈阻遏和反馈抑制作用（A-菌株）；菌株）；n2、控制、控制Mn2+浓度，使细胞出现伸长、膨胀等异浓度，使细胞出现伸长、膨胀等异常形态，增加细胞膜透性；常形态，增加细胞膜透性；n3、添加抗生素和表面活性剂以增大细胞膜透性；、添加抗生素和表面活性剂以增大细胞膜透性；n4、控制适当的发酵温度、控制适当的发酵温度、pH、DO等工艺参数。等工艺参数。第二十二页，本课件共有31页n1、肌苷生产菌、肌苷生产菌n短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产氨短杆菌等的腺短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产氨短杆菌等的腺嘌呤缺陷型突变株。嘌呤缺陷型突变株。n2、肌苷发酵、肌苷发酵n3、肌苷提取、肌苷提取离子交换树脂法离子交换树脂法活性碳吸附法活性碳吸附法（三）发酵法生产肌苷（三）发酵法生产肌苷第二十三页，本课件共有31页n例：枯草杆菌例：枯草杆菌 NO.102经紫外光诱变和经紫外光诱变和 DNA转化转化法，得到的腺嘌呤、黄嘌呤双缺陷型并对法，得到的腺嘌呤、黄嘌呤双缺陷型并对8氮杂鸟氮杂鸟嘌呤有抗性的变异株，可发酵糖质原料生成肌苷嘌呤有抗性的变异株，可发酵糖质原料生成肌苷22.3克克/升，如向培养基添加黄嘌呤，肌苷产率升，如向培养基添加黄嘌呤，肌苷产率可达可达 33.1克克/升。升。n一株产肌苷能力最强的菌株是由产氨短杆菌经亚硝一株产肌苷能力最强的菌株是由产氨短杆菌经亚硝基胍诱变得到的抗基胍诱变得到的抗6-巯基鸟嘌呤的变异株，蓄积肌巯基鸟嘌呤的变异株，蓄积肌苷的能力高达苷的能力高达 52.4克克/升。升。第二十四页，本课件共有31页（四）肌苷酸发酵（四）肌苷酸发酵1、肌苷酸生产方法、肌苷酸生产方法n（1）1961年发现枯草杆菌可以在培养液中蓄积少量肌苷酸。在生产中应用的菌种都是产氨短杆菌的变异株。由产氨短杆菌ATCC 6872紫外光照射得到的KY 1302菌株，可生成肌苷酸 11.212.8克/升。n（2）可以由酵母或细菌提取 RNA，然后依靠橘青霉或金色链霉菌的5-磷酸二脂酶和脱氨酶的作用制成肌苷酸；n（3）也可以用微生物发酵糖质原料制成肌苷，再以化学方法或微生物的核苷酸磷酸化酶催化肌苷和无机磷酸进行反应，生成肌苷酸。第二十五页，本课件共有31页n2、肌苷酸生产菌的选育、肌苷酸生产菌的选育n（1）改善细胞膜对肌苷酸透过性障碍。）改善细胞膜对肌苷酸透过性障碍。n（2）经过诱变筛选腺嘌呤或黄嘌呤缺陷型）经过诱变筛选腺嘌呤或黄嘌呤缺陷型变异株。变异株。n（3）对）对Mn2+不敏感。不敏感。第二十六页，本课件共有31页3、直接发酵法生产肌苷酸、直接发酵法生产肌苷酸n（1）培养基的选择）培养基的选择 适量腺嘌呤、适量腺嘌呤、1左右的磷盐和镁盐、左右的磷盐和镁盐、His、Lys、Hser、Gly、Ala的混合物、生物素亚适量。的混合物、生物素亚适量。n（2）发酵条件）发酵条件n接种量接种量n温度控制温度控制n pH控制控制n通气量控制通气量控制n（3）肌苷酸的提取）肌苷酸的提取n离子交换树脂法离子交换树脂法n活性炭吸附法活性炭吸附法第二十七页，本课件共有31页（五）鸟苷酸发酵（五）鸟苷酸发酵n发酵生成鸟苷酸的微生物有谷氨酸棒杆菌、产氨短杆菌的多种变异株。n因直接发酵糖质原料生产GMP的产量只有 2克/升左右，还不能用于工业生产。产氨短杆菌ATCC6872虽然在前体鸟嘌呤添加时，可生成 15.3克/升 GMP，也因前体物昂贵尚无法投产。第二十八页，本课件共有31页生产GMP的方法n1、GMP工业生产多用发酵法先制成鸟苷，然后通过微生物工业生产多用发酵法先制成鸟苷，然后通过微生物或化学磷酸化作用转变为或化学磷酸化作用转变为GMP。n生产鸟苷采用的菌种有枯草杆菌、短小芽孢杆菌、产氨短杆菌生产鸟苷采用的菌种有枯草杆菌、短小芽孢杆菌、产氨短杆菌的多种变异株，它们的特点是生成必需嘌呤碱基并对嘌呤结构的多种变异株，它们的特点是生成必需嘌呤碱基并对嘌呤结构类似物具有抗性，各菌株的鸟苷生成量达类似物具有抗性，各菌株的鸟苷生成量达 10克克/升左右。升左右。第二十九页，本课件共有31页n2.生产生产GMP的另一种方法，的另一种方法，是首先发酵糖质原料生成黄是首先发酵糖质原料生成黄苷酸，然后再用另一种菌将黄苷酸转化为苷酸，然后再用另一种菌将黄苷酸转化为GMP，也可，也可将两种菌混合培养制成将两种菌混合培养制成GMP。谷氨酸小球菌和产氨短杆菌。谷氨酸小球菌和产氨短杆菌的变异株都可积累黄苷酸。把黄苷酸转化为的变异株都可积累黄苷酸。把黄苷酸转化为GMP的菌株的菌株多采用产氨短杆菌的变异株。如果将黄苷酸产生菌和多采用产氨短杆菌的变异株。如果将黄苷酸产生菌和把黄苷酸转化为把黄苷酸转化为 GMP的菌混合培养时，前者与后者的菌混合培养时，前者与后者恰当的比例为恰当的比例为10：1，GM P生成量达生成量达9.67克克/升。升。n3.生产生产GMP的第的第3种方法是：种方法是：先以发酵法生产先以发酵法生产AICAR（5-氨基氨基-4-甲酰胺咪唑甲酰胺咪唑-核糖），再以核糖），再以 AICAR为原料，化学为原料，化学合成为合成为GMP。第三十页，本课件共有31页感感谢谢大大家家观观看看第三十一页，本课件共有31页