氨基酸生产工艺精选课件.ppt

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1、关于氨基酸生产工艺第一页，本课件共有83页第第一节一节概述概述n n氨基酸（氨基酸（aminoacid）：含有氨）：含有氨基和基和羧基羧基的一类的一类有机化合物有机化合物的通称。的通称。生物功能生物功能大分子大分子蛋白质的基本组成蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。是含有一个碱性氨基的基本物质。是含有一个碱性氨基和一个和一个酸性羧基酸性羧基的有机化合物。氨的有机化合物。氨基连在基连在-碳上的为碳上的为-氨基酸氨基酸。天然。天然氨基酸均为氨基酸均为-氨基酸。氨基酸。第二页，本课件共有83页n n一、氨基酸的性质、用途及在国民经济中一、氨基酸的性

2、质、用途及在国民经济中的作用的作用n n1性质性质n n二个共同特点：二个共同特点：二个共同特点：二个共同特点：都是都是都是都是-氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸n n都是都是L-氨基酸氨基酸n n根据侧链基团的极性可分为四类：根据侧链基团的极性可分为四类：根据侧链基团的极性可分为四类：根据侧链基团的极性可分为四类：n n1 1、非极性氨基酸（疏水氨基酸）、非极性氨基酸（疏水氨基酸）8种种n n丙氨酸（丙氨酸（Ala）缬氨酸（）缬氨酸（Val）亮氨酸）亮氨酸（Leu）异亮氨酸（）异亮氨酸（）异亮氨酸（）异亮氨酸（IleIle）脯氨酸（）脯氨酸（ProPro）苯）苯丙氨酸（丙氨酸（Phe）n n色氨酸（

3、色氨酸（Trp）蛋氨酸（）蛋氨酸（MetMet）n n2、极性氨基酸（亲水氨基酸）：、极性氨基酸（亲水氨基酸）：n n1）极性不带电荷：）极性不带电荷：）极性不带电荷：）极性不带电荷：7 7种种种种 n n甘氨酸（甘氨酸（Gly）丝氨酸（）丝氨酸（Ser）苏氨酸）苏氨酸）苏氨酸）苏氨酸（Thr）半胱氨酸（）半胱氨酸（Cys）n n酪氨酸（酪氨酸（Tyr）天冬酰胺（）天冬酰胺（AsnAsn）谷氨）谷氨酰胺（酰胺（Gln）n n第三页，本课件共有83页n n2）极性带正电荷的氨基酸（碱性氨基）极性带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸）酸）3种种赖氨酸（赖氨酸（Lys）精氨酸（）精氨酸（Arg）组氨酸（组氨

4、酸（His）n n3）极性带负电荷的氨基酸（酸性氨基）极性带负电荷的氨基酸（酸性氨基酸）酸）2 2种种天冬氨酸（天冬氨酸（Asp）谷氨酸）谷氨酸（Glu）n n根据氨基酸分子的化学结构根据氨基酸分子的化学结构根据氨基酸分子的化学结构根据氨基酸分子的化学结构n n1、脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：n n丙、缬、亮、异亮、蛋、天冬、谷、赖、丙、缬、亮、异亮、蛋、天冬、谷、赖、丙、缬、亮、异亮、蛋、天冬、谷、赖、丙、缬、亮、异亮、蛋、天冬、谷、赖、精、甘、丝、苏、半胱、天冬酰胺、谷氨酰精、甘、丝、苏、半胱、天冬酰胺、谷氨酰精、甘、丝、苏、半胱、天冬酰胺、谷氨酰精、甘、丝、苏

5、、半胱、天冬酰胺、谷氨酰胺胺胺胺 n n2 2、芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸酸n n3、杂环族氨基酸：组氨酸、色氨酸杂环族氨基酸：组氨酸、色氨酸n n4、杂环亚氨基酸：脯氨酸杂环亚氨基酸：脯氨酸 第四页，本课件共有83页n n（1）物理性质）物理性质P24n n无色晶体无色晶体，熔点极高，一般在，熔点极高，一般在200以上。不同的氨基酸其味不同，有的以上。不同的氨基酸其味不同，有的无味无味，有的，有的味甜味甜，有的，有的味苦味苦，谷，谷AA的单钠盐有的单钠盐有鲜味鲜味，是味精的主要，是味精的主要成分。各种氨基酸在水中的溶解度差成分。各种氨基酸在水中的溶解度差别很大

6、，并能溶解于稀酸或稀碱中，别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶于有机溶剂。通常酒精能把但不能溶于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。氨基酸从其溶液中沉淀析出。第五页，本课件共有83页（2）化学性质）化学性质n nA、两性解离与等电点、两性解离与等电点、两性解离与等电点、两性解离与等电点 n n氨基酸在水溶液或结晶内基本上均氨基酸在水溶液或结晶内基本上均以兼性离子或偶极离子的形式存在。所以兼性离子或偶极离子的形式存在。所谓两性离子是指在同一个氨基酸分子上谓两性离子是指在同一个氨基酸分子上带有能释放出质子的带有能释放出质子的NH3正正正正 缬氨酸离子缬氨酸离子缬氨酸离子缬氨酸离子和

7、能接受质子的和能接受质子的和能接受质子的和能接受质子的COO-负离子，因此氨基酸负离子，因此氨基酸负离子，因此氨基酸负离子，因此氨基酸是是是是两性电解质。两性电解质。n n氨基酸的等电点氨基酸的等电点：氨基酸的带电状况：氨基酸的带电状况取决于所处环境的取决于所处环境的PH值，改变值，改变PHPH值可以值可以使氨基酸带正电荷或负电荷，也可使它处使氨基酸带正电荷或负电荷，也可使它处于正负电荷数相等，即净电荷为零的两性于正负电荷数相等，即净电荷为零的两性离子状态。使氨基酸所带正负电荷数相等离子状态。使氨基酸所带正负电荷数相等即净电荷为零时的溶液即净电荷为零时的溶液PH值称为该值称为该AA的的等电点。

8、等电点。n nB、AA的化学反应的化学反应P25P25第六页，本课件共有83页2氨基酸的应用氨基酸的应用n n2.12.1医药医药医药医药 GluGlu治疗肝昏迷。治疗肝昏迷。治疗肝昏迷。治疗肝昏迷。氨基酸大输液。氨基酸大输液。氨基酸大输液。氨基酸大输液。n n赖氨酸：赖氨酸：赖氨酸：赖氨酸：促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺

9、、黄体及卵巢，防止细胞退化；防止细胞退化；防止细胞退化；防止细胞退化；n n色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸：促进胃液及胰液的产生；：促进胃液及胰液的产生；：促进胃液及胰液的产生；：促进胃液及胰液的产生；n n苯丙氨酸：苯丙氨酸：苯丙氨酸：苯丙氨酸：参与消除肾及膀胱功能的损耗；参与消除肾及膀胱功能的损耗；参与消除肾及膀胱功能的损耗；参与消除肾及膀胱功能的损耗；n n蛋氨酸（甲硫氨酸）：蛋氨酸（甲硫氨酸）：蛋氨酸（甲硫氨酸）：蛋氨酸（甲硫氨酸）：参与组成血红蛋白、组织与血清，参与组成血红蛋白、组织与血清，参与组成血红蛋白、组织与血清，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；有促进脾脏

10、、胰脏及淋巴的功能；有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能；有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能；n n苏氨酸：苏氨酸：苏氨酸：苏氨酸：有转变某些氨基酸达到平衡的功能；有转变某些氨基酸达到平衡的功能；有转变某些氨基酸达到平衡的功能；有转变某些氨基酸达到平衡的功能；n n异亮氨酸：异亮氨酸：异亮氨酸：异亮氨酸：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；第七页，本课

11、件共有83页亮氨酸：亮氨酸：亮氨酸：亮氨酸：作用平衡异亮氨酸；作用平衡异亮氨酸；缬氨酸：缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。作用于黄体、乳腺及卵巢。精氨酸：精氨酸：精氨酸与脱氧胆酸制成的复合制精氨酸与脱氧胆酸制成的复合制剂（明诺芬）是主治梅毒、病毒性黄疸等剂（明诺芬）是主治梅毒、病毒性黄疸等病的有效药物病的有效药物。n n2.22.2食品食品调味品调味品味精，稀释味精，稀释3000倍，鲜味，阈值倍，鲜味，阈值0.03%。但个别人对味精有过敏反应，进食但个别人对味精有过敏反应，进食20min左右发病，左右发病，左右发病，左右发病，2h2h后恢复。国外称为后恢复。国外称为后恢复。国外称为后恢复。国外称

12、为“烹调综合症烹调综合症烹调综合症烹调综合症”或或或或“中国餐馆症中国餐馆症中国餐馆症中国餐馆症”。GlyGly：蔗糖的：蔗糖的0.8倍。倍。Asp-pheAsp-phe甲酯（阿斯巴甜），蔗糖的甲酯（阿斯巴甜），蔗糖的150倍倍。第八页，本课件共有83页提高食品营养价值，强化食品提高食品营养价值，强化食品评价蛋白质营养价值的指标，看食物中评价蛋白质营养价值的指标，看食物中蛋白质的量（含量）和质（氨基酸之间蛋白质的量（含量）和质（氨基酸之间的构成比例）。的构成比例）。第九页，本课件共有83页2.32.3农业农业农业农业饲料用饲料用饲料用饲料用LysLys，添加，添加，添加，添加0.2%0.2%，

13、鸡每年生蛋，鸡每年生蛋，鸡每年生蛋，鸡每年生蛋250250个，猪个，猪个，猪个，猪120120天长只至天长只至天长只至天长只至180180斤，鸡斤，鸡斤，鸡斤，鸡5656天长天长天长天长3.53.5斤。斤。斤。斤。2.42.4工业工业工业工业聚聚聚聚GluGlu，可降解塑料，环境友好材料，可降解塑料，环境友好材料，可降解塑料，环境友好材料，可降解塑料，环境友好材料。第十页，本课件共有83页二、二、氨基酸的发展史及其动向氨基酸的发展史及其动向n n2.12.1氨基酸生产的发展史氨基酸生产的发展史（1）提取法）提取法 18201820年有人在实验室水解蛋白制取氨基酸。年有人在实验室水解蛋白制取氨基

14、酸。年有人在实验室水解蛋白制取氨基酸。年有人在实验室水解蛋白制取氨基酸。18661866年立好生利用年立好生利用年立好生利用年立好生利用H H2 2SOSO4 4从小麦面筋制取从小麦面筋制取从小麦面筋制取从小麦面筋制取GluGlu（名称来源于此）。（名称来源于此）。（名称来源于此）。（名称来源于此）。19081908年从海带中提取了年从海带中提取了年从海带中提取了年从海带中提取了GluGlu，并制取了味之素，并制取了味之素，并制取了味之素，并制取了味之素（味精，吴蕴初，（味精，吴蕴初，（味精，吴蕴初，（味精，吴蕴初，MonosodiumGlutamateMonosodiumGlutamate，

15、MSGMSG）。）。）。）。19101910年日本人开始利用小麦面筋工业化制取味年日本人开始利用小麦面筋工业化制取味年日本人开始利用小麦面筋工业化制取味年日本人开始利用小麦面筋工业化制取味精。精。精。精。19361936年美国人开始从年美国人开始从年美国人开始从年美国人开始从StiffenmolassesStiffenmolasses（废糖（废糖（废糖（废糖蜜）制取味精。蜜）制取味精。蜜）制取味精。蜜）制取味精。第十一页，本课件共有83页n n1957年日本人木下祝郎，发现了谷年日本人木下祝郎，发现了谷氨酸棒杆菌，随后谷氨酸发酵成功，氨酸棒杆菌，随后谷氨酸发酵成功，氨基酸、核苷酸发酵兴起。这一

16、类氨基酸、核苷酸发酵兴起。这一类属于在属于在DNA分子水平上，通过遗传分子水平上，通过遗传学或其其它生物化学的手段，人为学或其其它生物化学的手段，人为地改变、控制微生物代谢，使有用地改变、控制微生物代谢，使有用产物大量生成、积累的发酵。产物大量生成、积累的发酵。第十二页，本课件共有83页（2）酶法转化法）酶法转化法：利用微生物：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造细胞或微生物产生的酶来制造氨基酸。氨基酸。（3）发酵法）发酵法（4）合成法和石油发酵法。）合成法和石油发酵法。第十三页，本课件共有83页n n2.2我国氨基酸生产的发展情况我国氨基酸生产的发展情况n n我国起始于我国起始于1923（上

17、海天厨），（上海天厨），1932沈阳味精厂，当时年产量沈阳味精厂，当时年产量200-300T（提取法）。（提取法）。n n我国发酵法生产味精起始于我国发酵法生产味精起始于1964年，年，2000年年80万万T，2005年接近年接近100万万T。第十四页，本课件共有83页n n2.3氨基酸生产的发展方向氨基酸生产的发展方向（1）菌种：）菌种：（2）生产控制最佳化：）生产控制最佳化：（3）产品多样化：）产品多样化：第十五页，本课件共有83页三、氨基酸的生产方法n n1 1、蛋白质水解法、蛋白质水解法、蛋白质水解法、蛋白质水解法n n2、合成法：、合成法：DL-DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘蛋氨酸、丙氨酸

18、、甘氨酸、苯丙氨酸。氨酸、苯丙氨酸。n n3 3、发酵法：、发酵法：、发酵法：、发酵法：n n野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵、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。株发酵和营养缺陷型回复突变株发酵。添加前体法添加前体法第十六页，本课件共有83页四、氨基酸生产过程中所用新工艺n n1、菌种、菌种n n2、发酵液、发酵液n n3、生产控制、生产控制n n4、生产设备、生产设备n n5、酶制剂的应用、酶制剂的应用第十七页，本课件共有8

19、3页五、氨基酸工业的发展趋势五、氨基酸工业的发展趋势 n n1、运用基因工程手段生产氨基酸、运用基因工程手段生产氨基酸 n n2大力发展药用中间体大力发展药用中间体 n n氨基酸及其衍生物逐渐成为药氨基酸及其衍生物逐渐成为药用中间体。用中间体。非天然氨基酸是合非天然氨基酸是合成活性药物的重要原料。成活性药物的重要原料。（3）应）应生产高附加值非天然氨基酸。生产高附加值非天然氨基酸。第十八页，本课件共有83页我国氨基酸行业发展面临的问题我国氨基酸行业发展面临的问题与对策与对策n n1、盲目投资和资源浪费现象严重。、盲目投资和资源浪费现象严重。n n2、环境污染仍然是行业治理的重中、环境污染仍然是

20、行业治理的重中之重。之重。n n3、行业自律和企业诚信缺失。、行业自律和企业诚信缺失。n n 4、技术创新仍是今后发展的主旋、技术创新仍是今后发展的主旋律。律。n n 5、落后的体制仍是改革发展道落后的体制仍是改革发展道路上的障碍。路上的障碍。第十九页，本课件共有83页对策对策n n首先，要大力开发新技术和新工艺，重首先，要大力开发新技术和新工艺，重视原始创新和自主创新。视原始创新和自主创新。n n加强行业自律和企业诚信度的培养，提高加强行业自律和企业诚信度的培养，提高加强行业自律和企业诚信度的培养，提高加强行业自律和企业诚信度的培养，提高行业整体盈利水平行业整体盈利水平行业整体盈利水平行业整

21、体盈利水平。n n对于国内市场饱和的氨基酸产品，企业对于国内市场饱和的氨基酸产品，企业首先要注重信誉和品牌的培养，充分挖首先要注重信誉和品牌的培养，充分挖掘国内市场，如农村市场、西北落后省掘国内市场，如农村市场、西北落后省份及边远山区市场，同时要建设份及边远山区市场，同时要建设(低水低水平扩张平扩张)，中国的资源是有限的，不能，中国的资源是有限的，不能以牺牲有限资源和发展地方经济为借以牺牲有限资源和发展地方经济为借口盲目引进项目。口盲目引进项目。第二十页，本课件共有83页第二节第二节谷氨酸生产菌的扩大培谷氨酸生产菌的扩大培养养一、菌种分离和筛选的基本方法一、菌种分离和筛选的基本方法一、菌种分离

22、和筛选的基本方法一、菌种分离和筛选的基本方法 1、生产菌的分离、生产菌的分离稀释分离法稀释分离法划线分离法划线分离法2、生产菌的筛选、生产菌的筛选P30页页页页n n样品采集样品采集n n平板分离平板分离n n初筛初筛n n复筛复筛n n发酵实验发酵实验第二十一页，本课件共有83页n n国内生产中使用的谷氨酸发酵菌国内生产中使用的谷氨酸发酵菌株株n n我国氨基酸发酵的历史已有我国氨基酸发酵的历史已有40年，年，先后使用的菌株：先后使用的菌株：n nAs1299；7338；D110n nAs1542；Hu7251；B9n nT6-13；FM84-415；S9114第二十二页，本课件共有83页二二

23、.谷氨酸产生菌的特征与分类谷氨酸产生菌的特征与分类n n1谷氨酸产生菌的来源谷氨酸产生菌的来源谷氨酸产生菌的来源谷氨酸产生菌的来源n n野生型菌株（棒杆菌属；短杆菌属；野生型菌株（棒杆菌属；短杆菌属；野生型菌株（棒杆菌属；短杆菌属；野生型菌株（棒杆菌属；短杆菌属；小杆菌小杆菌小杆菌小杆菌 属；节杆菌属）。属；节杆菌属）。属；节杆菌属）。属；节杆菌属）。n n人工诱变株（营养缺陷型；抗结构人工诱变株（营养缺陷型；抗结构类似物突变株；抗类似物突变株；抗phage突变株；温突变株；温度敏感型突变株）。度敏感型突变株）。n n共同点：共同点：n n1 1）革兰氏阳性。）革兰氏阳性。n n2）不形成芽孢

24、。）不形成芽孢。n n3 3）没有鞭毛，不能运动。）没有鞭毛，不能运动。n n4）需要生物素作为生长因子。）需要生物素作为生长因子。）需要生物素作为生长因子。）需要生物素作为生长因子。n n5 5）在通气条件下产谷氨酸（需氧微）在通气条件下产谷氨酸（需氧微生物）。生物）。第二十三页，本课件共有83页2 2谷氨酸产生菌的特征与分类n n分类：伯捷细菌分类手册分类：伯捷细菌分类手册分类：伯捷细菌分类手册分类：伯捷细菌分类手册n n界（界（界（界（kingdomkingdom）；门（）；门（）；门（）；门（phylumphylum）；纲（）；纲（）；纲（）；纲（classclass）；）；）；）；目

25、（目（目（目（orderorder）；科（）；科（）；科（）；科（familyfamily）；属（）；属（）；属（）；属（germsgerms）；种）；种）；种）；种（speciesspecies）；株（）；株（）；株（）；株（strainstrain）n n植物界；细菌门；真细菌纲；真细菌目；植物界；细菌门；真细菌纲；真细菌目；植物界；细菌门；真细菌纲；真细菌目；植物界；细菌门；真细菌纲；真细菌目；n n短杆菌科（短杆菌属）；短杆菌科（短杆菌属）；短杆菌科（短杆菌属）；短杆菌科（短杆菌属）；n n棒杆菌科（棒杆菌属）棒杆菌科（棒杆菌属）棒杆菌科（棒杆菌属）棒杆菌科（棒杆菌属）。n n分类的依

26、据分类的依据分类的依据分类的依据n n形态特征形态特征形态特征形态特征n n生理特征和生化反应生理特征和生化反应生理特征和生化反应生理特征和生化反应第二十四页，本课件共有83页3 糖质原料谷氨酸产生菌的特点n n形态形态n nGn n无芽孢无芽孢n n无鞭毛无鞭毛n n需氧微生物需氧微生物n n生物素为生长因子生物素为生长因子n n脲酶活性强脲酶活性强n n不能利用淀粉不能利用淀粉n n谷氨酸脱氢酶活性强大，谷氨酸脱氢酶活性强大，-酮戊二酮戊二酸脱氢酶活性弱。酸脱氢酶活性弱。第二十五页，本课件共有83页三、种子扩大培养的工艺流程及工艺条件n n1、工艺流程、工艺流程P35n n2、种子培养过程

27、和工艺条件、种子培养过程和工艺条件（1)谷氨酸生产种子培养液的质量要谷氨酸生产种子培养液的质量要求求：镜检：镜检：镜检：镜检：G+、健壮、八字排列整齐。、健壮、八字排列整齐。、健壮、八字排列整齐。、健壮、八字排列整齐。细胞数量细胞数量108-109个个/mL。（细胞记数。（细胞记数。（细胞记数。（细胞记数方法）方法）方法）方法）pH变化规律：变化规律：6.8-8.0-7.0-7.26.8-8.0-7.0-7.2。呼吸强度呼吸强度呼吸强度呼吸强度1000LO2/mL种子液种子液h。第二十六页，本课件共有83页n n（2）种子培养工艺条件）种子培养工艺条件n nA、试、试管斜面阶段管斜面阶段n n

28、菌种接种于试管培养基斜面上，培菌种接种于试管培养基斜面上，培养温度养温度30-33度，时间度，时间18-24小时，小时，连续连续2-3代。代。n nB、摇床培养阶段、摇床培养阶段n n培养温度培养温度31-33度，时间度，时间10-12小时小时n nC、种子罐培养阶段、种子罐培养阶段n n接种量为接种量为0.2-0.5%第二十七页，本课件共有83页四、影响种子质量的因素四、影响种子质量的因素n n1、培养基、培养基n n碳源和氮源、生长因子（维生素、碳源和氮源、生长因子（维生素、盐类）盐类）n n2、培养温度、培养温度n n不同的菌种最适的生长温度不同。不同的菌种最适的生长温度不同。n n3、

29、PH值值n nC/N的比例调节的比例调节n n4、供氧状况、供氧状况第二十八页，本课件共有83页第三节第三节谷氨酸发酵的代谢调控谷氨酸发酵的代谢调控一、谷氨酸生物合成代谢途径一、谷氨酸生物合成代谢途径一、谷氨酸生物合成代谢途径一、谷氨酸生物合成代谢途径1.1.1.1.谷氨酸谷氨酸 （-氨基戊二酸）氨基戊二酸）O C-OH C-OH 第一代鲜味剂第一代鲜味剂 H H2N-C-H L-L-谷氨酸单钠盐谷氨酸单钠盐谷氨酸单钠盐谷氨酸单钠盐味精味精 H-C-H H-C-H H-C-H H-C O OH L-L-型第二十九页，本课件共有83页2.氨基酸合成的方式氨基酸合成的方式n n1.氨基转移作用：转

30、氨酶催化的转氨反氨基转移作用：转氨酶催化的转氨反应应n n-酮戊二酸和其它氨基酸经过转氨酶的酮戊二酸和其它氨基酸经过转氨酶的作用下使作用下使-酮戊二酸转化成谷氨酸。酮戊二酸转化成谷氨酸。酮戊二酸转化成谷氨酸。酮戊二酸转化成谷氨酸。n n2.还原氨基化作用：还原氨基化作用：NH4+供氢体辅酶供氢体辅酶供氢体辅酶供氢体辅酶的存在下的存在下的存在下的存在下-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下生成谷氨酸。催化下生成谷氨酸。n n3.谷氨酸合成酶催化反应：谷氨酸合成酶催化反应：第三十页，本课件共有83页谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶NH4抑抑 制制3.3.谷氨酸的生物合成谷氨酸的生物合成第

31、三十一页，本课件共有83页葡萄糖葡萄糖6-P-葡萄糖葡萄糖6-P-葡萄糖酸葡萄糖酸3-P-甘油醛甘油醛5-P-核糖核糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸苹果酸苹果酸异柠檬酸异柠檬酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸透过细胞膜透过细胞膜谷氨酸谷氨酸HMP:Hexosemonophosphate pathway第三十二页，本课件共有83页第三十三页，本课件共有83页（1 1）EMP:EMP:丙酮酸，丙酮酸，ATP,NADHATP,NADH2 2（2 2）HMP:6HMP:6磷酸果糖磷酸果糖 3 3磷酸甘油酸磷酸甘油酸 NADPHNADPH2 2:酮戊二酸

32、还原氨基化必需的供氢体。酮戊二酸还原氨基化必需的供氢体。（3 3）TCATCA循环循环:生成谷氨酸前体物质生成谷氨酸前体物质 酮戊二酸。酮戊二酸。（4 4）COCO2 2固定反应固定反应:补充草酰乙酸。补充草酰乙酸。（5 5）乙醛酸循环）乙醛酸循环:使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得 到补充，维持到补充，维持TCATCA循环的正常运转。循环的正常运转。谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶（6 6）还原氨基化反应）还原氨基化反应:酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸丙酮酸丙酮酸第三十四页，本课件共有83页 4.4.谷氨酸生产菌的生化特征谷氨酸生产菌的生化特征 （1 1）有苹果酸酶和丙

33、酮酸羧化酶。）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。（2 2）酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。酸脱氢酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。（3 3）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化NADPHNADPH2 2的能力弱。的能力弱。（4 4）菌体本身利用谷氨酸的能力低。）菌体本身利用谷氨酸的能力低。第三十五页，本课件共有83页二、谷氨酸生产是典型的代谢控制二、谷氨酸生产是典型的代谢控制发酵发酵n n 谷氨酸是谷氨酸产生菌的中间代谢物，谷氨酸是谷氨酸产生菌的中间代谢物，正常情况下谷氨酸产生菌自身是不能过量正常情况下谷氨酸产生

34、菌自身是不能过量积累谷氨酸的。为打破谷氨酸产生菌正常积累谷氨酸的。为打破谷氨酸产生菌正常的代谢途径，必须采用一些方法：的代谢途径，必须采用一些方法：n n1.控制旁路代谢，即控制向其它最终产物代控制旁路代谢，即控制向其它最终产物代谢的分支途径；谢的分支途径；n n2.2.降低反馈作用物的浓度降低反馈作用物的浓度,使氨基酸的生物使氨基酸的生物合成反应顺利进行合成反应顺利进行;n n3.消除终产物的反馈抑制与阻遏作用消除终产物的反馈抑制与阻遏作用;第三十六页，本课件共有83页n n4.控制细胞渗透性，细胞渗透控制细胞渗透性，细胞渗透性是氨基酸发酵必须考虑的重性是氨基酸发酵必须考虑的重要因素要因素,

35、谷氨酸透过细胞膜谷氨酸透过细胞膜;n5.氨基酸受菌种生理特征和环氨基酸受菌种生理特征和环境的影响，对专性需氧菌来说境的影响，对专性需氧菌来说后者的影响更大。如谷氨酸发后者的影响更大。如谷氨酸发酵必须严格控制菌体生长的环酵必须严格控制菌体生长的环境，否则就几乎得不到谷氨酸境，否则就几乎得不到谷氨酸。第三十七页，本课件共有83页n n要想实现谷氨酸发酵，必须让生产谷氨酸的要想实现谷氨酸发酵，必须让生产谷氨酸的要想实现谷氨酸发酵，必须让生产谷氨酸的要想实现谷氨酸发酵，必须让生产谷氨酸的菌能够正常的生长菌能够正常的生长菌能够正常的生长菌能够正常的生长繁殖繁殖代谢，才能保代谢，才能保持谷氨酸有就较高的积

36、累量持谷氨酸有就较高的积累量。那么，在谷。那么，在谷氨酸发酵过程中，控制发酵条件是关键。氨酸发酵过程中，控制发酵条件是关键。那么，怎样控制呢？那么，怎样控制呢？n n一一一一通风量。只有在供氧适当的条件下，通风量。只有在供氧适当的条件下，才能在谷氨酸脱氢酶的催化下还原氨基化才能在谷氨酸脱氢酶的催化下还原氨基化形成谷氨酸，是使谷氨酸大量积累。形成谷氨酸，是使谷氨酸大量积累。n n二二温度。谷氨酸发酵前期温度。谷氨酸发酵前期，最适温度均，最适温度均在在303032。发酵中期适当提高罐温有。发酵中期适当提高罐温有利于产酸，中期温度可适当提高至利于产酸，中期温度可适当提高至343437。发酵后期？。发

37、酵后期？第三十八页，本课件共有83页n n三三pH。它的变化结果则影响整个发酵。它的变化结果则影响整个发酵进程和产物产量。对于不同的谷氨酸产进程和产物产量。对于不同的谷氨酸产生菌其细胞内谷氨酸脱氢酶或转氨酶的生菌其细胞内谷氨酸脱氢酶或转氨酶的催化最适也不同，但就一般谷氨酸产生催化最适也不同，但就一般谷氨酸产生菌而言，菌而言，控制在中性或弱碱性有利于控制在中性或弱碱性有利于谷氨酸的积累。前期谷氨酸的积累。前期pH变化活跃，变化活跃，pH较高（较高（7.58.5），中后期控制发酵），中后期控制发酵pH是极为重要的，通常通过流加尿素等措施是极为重要的，通常通过流加尿素等措施保持保持pH7.07.6，

38、这样可提高谷氨酸的，这样可提高谷氨酸的产量。产量。第三十九页，本课件共有83页n n四四生长因子生长因子。一般将生物素。一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。磷脂的合到高产量的谷氨酸。磷脂的合成量也相应减少，这就会导致成量也相应减少，这就会导致细胞膜结构不完整，提高细胞细胞膜结构不完整，提高细胞膜对谷氨酸的通透性。膜对谷氨酸的通透性。n n通过谷氨酸的生物合成途径以及通过谷氨酸的生物合成途径以及对谷氨酸生长菌发酵的控制可见对谷氨酸生长菌发酵的控制可见谷氨酸发酵是典型的代谢控制发谷氨酸发酵是典型的代谢控制发酵。酵。第四十页，本课件共有83页第四节 谷氨

39、酸发酵工艺控制n n一、培养基一、培养基n n1.碳源：构成菌体和合成谷氨酸的碳源：构成菌体和合成谷氨酸的碳架及能量的来源。碳架及能量的来源。n n如淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷如淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃烃n n（1）淀粉水解糖的制备）淀粉水解糖的制备P42-49n n（2）糖蜜原料）糖蜜原料第四十一页，本课件共有83页n n糖浓度对谷氨酸发酵有很大的影响。糖浓度对谷氨酸发酵有很大的影响。浓度过高由于渗透压增大对菌体生长浓度过高由于渗透压增大对菌体生长和发酵不利，一般采取低浓度糖的流和发酵不利，一般采取低浓度糖的流加糖发酵工艺。加糖发酵工艺。125-150g/Ln n 淀粉水解糖质量对谷氨酸

40、发酵影响很淀粉水解糖质量对谷氨酸发酵影响很大。如水解不完全有糊精存在会产生泡大。如水解不完全有糊精存在会产生泡沫影响发酵的正常进行；若淀粉水解过沫影响发酵的正常进行；若淀粉水解过分，非发酵糖和葡萄糖分解的一些物质分，非发酵糖和葡萄糖分解的一些物质对菌体生长和谷氨酸形成均有抑制作用。对菌体生长和谷氨酸形成均有抑制作用。第四十二页，本课件共有83页2.2.氮源：氮源：铵盐、尿素、氨水铵盐、尿素、氨水 C/NC/N100100：1515 21212121，实际高达，实际高达100100：2828 因为：因为：1 1）用于调整）用于调整）用于调整）用于调整pHpH。2 2 2 2）分解产生的）分解产生

41、的NHNH3 3从发酵液中逸出。从发酵液中逸出。产酸阶段：产酸阶段：NHNH4 4+不足：使不足：使 -酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。酸生成。NHNH4 4 4 4+过量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。过量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。n n不同的菌种要结合发酵特点合理的选择氮源，不同的菌种要结合发酵特点合理的选择氮源，不同的氮源其添加方法也不同，作用快的采不同的氮源其添加方法也不同，作用快的采用流加为宜，也可以采用分批加入。用流加为宜，也可以采用分批加入。第四十三页，本课件共有83页n n3.3.无机盐：无机盐：是微生物生命活动所不可缺少是微生物生命活动所不可缺少的物质。主要

42、功能构成菌体成分；作为酶的物质。主要功能构成菌体成分；作为酶的组成；酶的激活剂；调节培养基的渗透的组成；酶的激活剂；调节培养基的渗透压；调节压；调节pHpH和氧化还原点位。磷酸盐、和氧化还原点位。磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中磷酸盐镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中磷酸盐对发酵有显著影响。对发酵有显著影响。不足：糖代谢受抑制，菌体生长不足。不足：糖代谢受抑制，菌体生长不足。过多：过多：过多：过多：a.a.a.a.细胞膜磷脂生成量多，不利于谷细胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。氨酸排出。b.b.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩合生成缬氨酸的前体物羧生成）缩合生

43、成缬氨酸的前体物 乙酰乳酸，使乙酰乳酸，使缬氨酸在发酵液中蓄积。缬氨酸在发酵液中蓄积。缬氨酸在发酵液中蓄积。缬氨酸在发酵液中蓄积。第四十四页，本课件共有83页n n4.4.生长因子：生长因子：凡是微生物生长所不可缺凡是微生物生长所不可缺少的而自身有不能合成的微量有机物质。少的而自身有不能合成的微量有机物质。如氨基酸、维生素等均称为生长因子。如氨基酸、维生素等均称为生长因子。目前谷氨酸产生菌均为生物素缺陷型，目前谷氨酸产生菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子。以生物素为生长因子。n n 生物素浓度过大：促进菌体生长，谷生物素浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。因为：氨酸产量低。因为：a.a.

44、a.a.乙醛酸循环活跃，乙醛酸循环活跃，-酮戊二酸生成量减少。酮戊二酸生成量减少。b.b.转氨酶活转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。提供生长因子的农副产品原料：提供生长因子的农副产品原料：玉米浆、麸皮水解液、糖蜜和酵母等。玉米浆、麸皮水解液、糖蜜和酵母等。第四十五页，本课件共有83页n n工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应采用的最好方法积累谷氨酸，应采用的最好方法是（是（）l lA A加大菌种密度加大菌种密度加大菌种密度加大菌种密度l lB B改变碳源和氮源比例改变碳源和氮源比例改变碳源和氮源比例改变碳源和氮源比例l l

45、C C改变菌体细胞膜通透性改变菌体细胞膜通透性改变菌体细胞膜通透性改变菌体细胞膜通透性l lD D加大葡萄糖释放量加大葡萄糖释放量加大葡萄糖释放量加大葡萄糖释放量第四十六页，本课件共有83页n n为什么添加适量生物素或青霉素可提高为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？谷氨酸产量？n n生物素生物素：乙酰：乙酰：乙酰：乙酰-CoA羧化酶的辅酶，与羧化酶的辅酶，与羧化酶的辅酶，与羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。控制生物素含量，脂肪酸及磷脂合成有关。控制生物素含量，脂肪酸及磷脂合成有关。控制生物素含量，脂肪酸及磷脂合成有关。控制生物素含量，可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨可改变细

46、胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。酸的分泌和反馈调节。酸的分泌和反馈调节。酸的分泌和反馈调节。n n生物素含量高时，细胞膜致密，阻碍生物素含量高时，细胞膜致密，阻碍Glu分泌，并引起反馈抑制，加适量青霉分泌，并引起反馈抑制，加适量青霉素可提高素可提高Glu产量。产量。n n青霉素青霉素青霉素青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，引起肽聚糖结构中肽桥无法交联，活性，引起肽聚糖结构中肽桥无法交联，造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物外渗，降低了谷

47、氨酸的反馈抑制，谢物外渗，降低了谷氨酸的反馈抑制，提高了产量。提高了产量。第四十七页，本课件共有83页三、谷氨酸发酵工艺条件控制三、谷氨酸发酵工艺条件控制1、温度的影响及其控制、温度的影响及其控制n n菌体生长达一定程度后开始产生菌体生长达一定程度后开始产生氨基酸，菌体生长最适温度和氨氨基酸，菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度不同。基酸合成的最适温度不同。n n菌体生长阶段：菌体生长阶段：3030 3434n n产酸阶段：产酸阶段：3434 3636第四十八页，本课件共有83页2、溶解氧的控制、溶解氧的控制大小由通风量和搅拌转速决定。大小由通风量和搅拌转速决定。发酵产酸阶段，通风量要适量。

48、发酵产酸阶段，通风量要适量。不足：发酵液不足：发酵液pHpH值偏低，生成乳酸和琥珀值偏低，生成乳酸和琥珀酸，谷氨酸少。酸，谷氨酸少。过大：过大：NADPHNADPH2 2 2 2通过呼吸链被氧化，影响通过呼吸链被氧化，影响 -酮戊二酸还原氨基化，使酮戊二酸还原氨基化，使-酮戊二酸酮戊二酸蓄积蓄积第四十九页，本课件共有83页3 3、pHpH的影响及其控制的影响及其控制作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。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。氨酸发酵转向谷氨酰胺发酵。pHpH控制在中性或微碱性。控制在中性或

49、微碱性。方法：流加尿素和氨水。方法：流加尿素和氨水。第五十页，本课件共有83页n n控制：控制：n n（1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素，避免流加尿素，避免pHpH过高过高n n（2 2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些，以抑制菌体生长。素可多些，以抑制菌体生长。n n（3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困难。困难。n n（4 4）氨水对）氨水对pH影响大，应采取连续流影响大，应采取连续流加。加。第五十一页，本课件共有83页

50、4、中间补料对发酵的影响n n补加适量的生物素、营养盐和糖液n nP55第五十二页，本课件共有83页控制因控制因控制因控制因子子子子产物产物氧氧氧氧(不足不足不足不足)乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸 谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸(充足充足充足充足)-)-)-)-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸(过量过量过量过量)NHNHNHNH+4 4 4 4(不足不足不足不足)-)-)-)-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸(适量适量适量适量)谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺(过量过量过量过量)生物素生物素生物素生物素谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸 (限量限量限量限量)乳酸或