发酵工程第十章氨基酸.pptx

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1、第十章第十章 谷氨酸发酵谷氨酸发酵 工业上重要氨基酸简介工业上重要氨基酸简介 氨基酸可用作食品、饲料添加剂和药物。过去都采用氨基酸可用作食品、饲料添加剂和药物。过去都采用氨基酸可用作食品、饲料添加剂和药物。过去都采用氨基酸可用作食品、饲料添加剂和药物。过去都采用动植物蛋白提取和化学合成法生产，现动植物蛋白提取和化学合成法生产，现动植物蛋白提取和化学合成法生产，现动植物蛋白提取和化学合成法生产，现1818种氨基酸均可采用种氨基酸均可采用种氨基酸均可采用种氨基酸均可采用发酵法和酶法生产，不仅成本下降、污染减少，还可组织大发酵法和酶法生产，不仅成本下降、污染减少，还可组织大发酵法和酶法生产，不仅成本

2、下降、污染减少，还可组织大发酵法和酶法生产，不仅成本下降、污染减少，还可组织大量生产，世界产量每年递增量生产，世界产量每年递增量生产，世界产量每年递增量生产，世界产量每年递增5 51010。在氨基酸产生菌选育中，过去多采用诱变育种方法，在氨基酸产生菌选育中，过去多采用诱变育种方法，在氨基酸产生菌选育中，过去多采用诱变育种方法，在氨基酸产生菌选育中，过去多采用诱变育种方法，诱变结果不易控制，现采用基因工程和细胞融合技术，产量诱变结果不易控制，现采用基因工程和细胞融合技术，产量诱变结果不易控制，现采用基因工程和细胞融合技术，产量诱变结果不易控制，现采用基因工程和细胞融合技术，产量可成倍、甚至几十倍

3、增加，生产成本大大下降。可成倍、甚至几十倍增加，生产成本大大下降。可成倍、甚至几十倍增加，生产成本大大下降。可成倍、甚至几十倍增加，生产成本大大下降。如用基因重组构建的苏氨酸、色氨酸如用基因重组构建的苏氨酸、色氨酸如用基因重组构建的苏氨酸、色氨酸如用基因重组构建的苏氨酸、色氨酸“工程菌工程菌工程菌工程菌”，比原，比原，比原，比原始菌株提高产量几十倍（产酸达始菌株提高产量几十倍（产酸达始菌株提高产量几十倍（产酸达始菌株提高产量几十倍（产酸达50506060克克克克/升），色氨酸成升），色氨酸成升），色氨酸成升），色氨酸成本从每公斤本从每公斤本从每公斤本从每公斤5050美元降到美元降到美元降到美元

4、降到2323美元。用细胞融合构建的精氨酸融美元。用细胞融合构建的精氨酸融美元。用细胞融合构建的精氨酸融美元。用细胞融合构建的精氨酸融合株，精氨酸产量达合株，精氨酸产量达合株，精氨酸产量达合株，精氨酸产量达108108克克克克/升，比其他生产菌株高升，比其他生产菌株高升，比其他生产菌株高升，比其他生产菌株高2 2倍多。倍多。倍多。倍多。谷氨酸发酵l l一、概述一、概述l l早期早期从天然的食物材料中取得从天然的食物材料中取得l l中期中期最早商业化制造味精的原料是面筋最早商业化制造味精的原料是面筋l l近期近期糖是生产味精的主要原料糖是生产味精的主要原料二、谷氨酸的生物合成机理二、谷氨酸的生物合

5、成机理 1.1.谷氨酸谷氨酸 （-氨基戊二酸）氨基戊二酸）O C-OH 第一代鲜味剂第一代鲜味剂 H2N-C-H L-L-谷氨酸单钠盐谷氨酸单钠盐味精味精 H-C-H H-C-H H-C O OH L-型谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶NH4抑抑 制制2.2.谷氨酸的生物合成谷氨酸的生物合成 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

6、谷氨酸HMP:Hexosemonophosphate pathway（1 1）EMP:EMP:丙酮酸，丙酮酸，ATP,NADHATP,NADH2 2（2 2）HMP:HMP:6 6磷酸果糖磷酸果糖 3 3磷酸甘油酸磷酸甘油酸 NADPH NADPH2 2:酮戊二酸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，

7、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回补反应回补反应 3.3.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，异柠檬酸脱酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢氢 酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。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。）

8、菌体本身利用谷氨酸的能力低。4.4.谷氨酸产生菌（全是细菌）谷氨酸产生菌（全是细菌）棒杆菌属棒杆菌属棒杆菌属棒杆菌属 北京棒杆菌北京棒杆菌北京棒杆菌北京棒杆菌 C.pekinenseC.pekinenseC.pekinenseC.pekinense Corynebacterium Corynebacterium Corynebacterium Corynebacterium 钝齿棒杆菌钝齿棒杆菌钝齿棒杆菌钝齿棒杆菌 C.crenatumC.crenatumC.crenatumC.crenatum 谷氨酸棒杆菌谷氨酸棒杆菌谷氨酸棒杆菌谷氨酸棒杆菌 C.glutamicumC.glutamicum

9、C.glutamicumC.glutamicum 短杆菌属短杆菌属短杆菌属短杆菌属 黄色短杆菌黄色短杆菌黄色短杆菌黄色短杆菌 B.flvumB.flvumB.flvumB.flvum Brevibacterium Brevibacterium Brevibacterium Brevibacterium 产氨短杆菌产氨短杆菌产氨短杆菌产氨短杆菌 B.ammoniagenesB.ammoniagenesB.ammoniagenesB.ammoniagenes 小杆菌属小杆菌属小杆菌属小杆菌属 嗜氨小杆菌嗜氨小杆菌嗜氨小杆菌嗜氨小杆菌 M.ammoniaphilumM.ammoniaphilumM.

10、ammoniaphilumM.ammoniaphilum Microbacterium Microbacterium Microbacterium Microbacterium 节杆菌属节杆菌属节杆菌属节杆菌属 球形节杆菌球形节杆菌球形节杆菌球形节杆菌 A.A.A.A.globiformis globiformis globiformis globiformis ArthrobacterArthrobacterArthrobacterArthrobacter 共同点：共同点：1 1）革兰氏阳性。）革兰氏阳性。2 2）不形成芽孢。）不形成芽孢。3 3）没有鞭毛，不能运动。）没有鞭毛，不能运动。4

11、 4）需要生物素作为生长因子。）需要生物素作为生长因子。5 5）在通气条件下产谷氨酸（需氧微生物）。）在通气条件下产谷氨酸（需氧微生物）。三、谷氨酸发酵的工艺控制三、谷氨酸发酵的工艺控制（一）培养基（一）培养基 1.1.碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃 （1 1）淀粉水解糖的制备）淀粉水解糖的制备 （2 2）糖蜜原料）糖蜜原料 2.2.氮源：铵盐、尿素、氨水氮源：铵盐、尿素、氨水 C/N C/N C/N C/N100100100100：15151515 21212121，实际高达，实际高达，实际高达，实际高达100100100100：28282828 因为：

12、因为：因为：因为：1 1 1 1）用于调整）用于调整）用于调整）用于调整pHpHpHpH。2 2 2 2）分解产生的）分解产生的）分解产生的）分解产生的NHNHNHNH3 3 3 3从发酵液中逸出。从发酵液中逸出。从发酵液中逸出。从发酵液中逸出。产酸阶段：产酸阶段：产酸阶段：产酸阶段：NH NH NH NH4 4 4 4+不足：使不足：使不足：使不足：使 -酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。NH NH NH NH4 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。过量：促使谷氨

13、酸生成谷氨酰胺。过量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。3.3.3.3.无机盐：磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中无机盐：磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中无机盐：磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中无机盐：磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中 磷酸盐对发酵有显著影响。磷酸盐对发酵有显著影响。磷酸盐对发酵有显著影响。磷酸盐对发酵有显著影响。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。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，不利于谷氨酸排出。细胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。细胞膜磷脂生

14、成量多，不利于谷氨酸排出。细胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。b.b.b.b.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩 合生成缬氨酸的前体物合生成缬氨酸的前体物合生成缬氨酸的前体物合生成缬氨酸的前体物 乙醛乳酸，乙醛乳酸，乙醛乳酸，乙醛乳酸，使使使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。4.4.生长因子：生物素生长因子：生物素 作用：影响细胞膜通透性和代谢途径。作用：影响细胞膜通透性和代谢途径。（1 1 1 1）作为催化脂肪酸生物合

15、成最初反应的关键酶乙酰）作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰）作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰）作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰 CoA CoA CoA CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响 磷酯的合成。磷酯的合成。磷酯的合成。磷酯的合成。（2 2 2 2）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。因为：）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。因为：）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。因为：）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。因为：a.a.a.

16、a.乙醛酸循环活跃，乙醛酸循环活跃，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。酮戊二酸生成量减少。酮戊二酸生成量减少。b.b.b.b.转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。生物素：生物素：B B族维生素的一种，又称维生族维生素的一种，又称维生素素H H或辅酶或辅酶R R。是合成脂肪酸所必需的。是合成脂肪酸所必需的。脂肪酸的生物合成：脂肪酸的生物合成：利用乙酰利用乙酰CoACoA（直接原料是丙二酸单酰（直接原料是丙二酸单酰CoACoA）在乙酰）

17、在乙酰CoACoA羧化酶（辅基为生物素）催羧化酶（辅基为生物素）催化下合成。化下合成。脂肪酸甘油磷酸脂肪酸甘油磷酸 磷脂蛋白质磷脂蛋白质 生物膜生物膜 因此，脂肪酸是组成细胞膜类脂的必要成分。因此，脂肪酸是组成细胞膜类脂的必要成分。生物素限量，不利于脂肪酸的合成，有利于生物素限量，不利于脂肪酸的合成，有利于谷氨酸透过细胞膜分泌至体外。谷氨酸透过细胞膜分泌至体外。使胞内代谢产物迅速排出的方法使胞内代谢产物迅速排出的方法 1.用生理学手段用生理学手段 直接抑制膜合成或使膜受缺损直接抑制膜合成或使膜受缺损 如如:Glu发酵中，控制生物素亚适量可大量分泌发酵中，控制生物素亚适量可大量分泌Glu；当培养

18、液中生物素含量较高时采用适量添加青霉当培养液中生物素含量较高时采用适量添加青霉素的方法；素的方法；2.利用膜缺损突变株利用膜缺损突变株 油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型如如:用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中，有用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中，有限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。漏而提高谷氨酸产量。甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺陷型菌株，低，易造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸

19、过量的情况下，也可以获得大量就是在生物素或油酸过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。谷氨酸。控制细胞膜的渗透性控制细胞膜的渗透性(1)(1)通过生理学手段控制细胞膜渗透性通过生理学手段控制细胞膜渗透性(2)(2)通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透性通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透性生物素生物素谷氨酸谷氨酸细胞膜渗透性细胞膜渗透性青霉素青霉素谷氨酸谷氨酸油酸缺陷型油酸缺陷型油酸油酸n工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应采用的最好方法是（应采用的最好方法是（）A A加大菌种密度加大菌种密度B B改变碳源和氮源比例改变碳源和氮源比例C C改变菌体细胞膜通透性

20、改变菌体细胞膜通透性D D加大葡萄糖释放量加大葡萄糖释放量 为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？生物素生物素：乙酰：乙酰-CoA-CoA羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。羧化酶的辅酶，与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、谷氨控制生物素含量，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。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GluGlu分泌，并引起反馈分泌，并引起反馈抑制，加适量青霉素可提高抑制，加适量青霉素可提高GluGlu产量。产量。青霉

21、素青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，引起肽聚糖结构：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，造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物中肽桥无法交联，造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物外渗，降低了谷氨酸的反馈抑制，提高了产量。外渗，降低了谷氨酸的反馈抑制，提高了产量。（二）（二）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，谷氨酸发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。酵转向谷氨酰胺发酵。pH pH控制在中性或微碱性。控制在中性或微碱性。方法：流加尿素和

22、氨水。方法：流加尿素和氨水。（三）温度的影响及其控制（三）温度的影响及其控制l l菌体生长达一定程度后开始产生氨基酸，菌体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基酸合成的最适温度不同。生长最适温度和氨基酸合成的最适温度不同。l l菌体生长阶段：菌体生长阶段：3030 3434l l产酸阶段：产酸阶段：3434 3636 （四）溶解氧的控制（四）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。发酵产酸阶段，通风量要适量。不足：发酵液不足：发酵液不足：发酵液不足：发酵液pHpHpHpH值偏低，生成乳酸和琥珀酸，谷氨酸少。值偏低，生

23、成乳酸和琥珀酸，谷氨酸少。值偏低，生成乳酸和琥珀酸，谷氨酸少。值偏低，生成乳酸和琥珀酸，谷氨酸少。过大：过大：过大：过大：NADPHNADPHNADPHNADPH2 2 2 2通过呼吸链被氧化，影响通过呼吸链被氧化，影响通过呼吸链被氧化，影响通过呼吸链被氧化，影响 -酮戊二酸还原酮戊二酸还原酮戊二酸还原酮戊二酸还原 氨基化，使氨基化，使氨基化，使氨基化，使 -酮戊二酸蓄积。酮戊二酸蓄积。酮戊二酸蓄积。酮戊二酸蓄积。控制控制控制控制因子因子因子因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

24、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)生物生物生物生物素素素素谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸(限量限量限量限量)乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸(充足充足充足充足)pHpHpHpH(酸性酸性酸性酸性)N-)N-)N-)N-乙酰乙酰乙酰乙酰-谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸(中性或微碱性中性或微碱性中性或微碱性中性或微碱性)磷酸磷酸磷酸磷酸盐盐盐盐(适量适量适

25、量适量)谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸 缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸 环境条件引起谷氨酸合成的代谢转换环境条件引起谷氨酸合成的代谢转换三、下游过程三、下游过程（一）谷氨酸的提取方法（一）谷氨酸的提取方法 1.1.等电点沉淀法等电点沉淀法 （1 1）水解等电点法）水解等电点法 （2 2）低温等电点法）低温等电点法 （3 3）低温连续等电点法）低温连续等电点法2.2.不溶性盐沉淀法不溶性盐沉淀法（1 1）锌盐法）锌盐法谷氨酸锌离子谷氨酸锌离子 谷氨酸锌沉淀谷氨酸锌沉淀 溶液溶液 谷氨酸结晶谷氨酸结晶pH6.3加酸加酸pH2.4（2）盐酸盐法：）盐酸盐法：Glu在浓盐酸中生成并析出谷氨酸盐酸盐。在浓盐酸中生成

26、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。这是用盐酸水解面筋生产谷氨酸的原理。（3）钙盐法：）钙盐法：高温谷氨酸钙溶解度大，与菌体等不溶性杂质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，加分开，降温，析出谷氨酸钙沉淀，加NaHCO3 直接得直接得 到味精。到味精。3.3.离子交换法离子交换法 用阳离子交换树脂吸附谷氨酸形成的阳用阳离子交换树脂吸附谷氨酸形成的阳离子，再用热碱（离子，再用热碱（60 60 4%NaOH 4%NaOH）洗脱，）洗脱，收集相应流分，加盐酸结晶。收集相应流分，加盐酸结晶。GA+GA GA-GA=12 pI 谷氨酸是酸性氨基酸，含

27、谷氨酸是酸性氨基酸，含2 2个羧基个羧基1 1个个氨基，与阴离子交换树脂要比与阳离子交换氨基，与阴离子交换树脂要比与阳离子交换树脂强，但阴离子机械强度差，价格贵，因树脂强，但阴离子机械强度差，价格贵，因而用阳离子交换树脂。而用阳离子交换树脂。理论上讲发酵液上柱的理论上讲发酵液上柱的pH值应低于值应低于3.22，但实际上控制在但实际上控制在5.0 6.0之间，因之间，因Na+、NH4+交换能力交换能力谷氨酸，优先交换，置换出谷氨酸，优先交换，置换出H+使使pH值低于值低于3.2，使谷氨酸成为阳离子，使谷氨酸成为阳离子，但不能但不能6.0。4.4.电渗析法电渗析法 膜分离过程，利用的是电位差。膜分

28、离过程，利用的是电位差。二次电渗析法：二次电渗析法：pH3.2pH3.2：除去各种盐类。：除去各种盐类。pHpH 3.2:3.2:除去蛋白质、残糖和色素等非电解质。除去蛋白质、残糖和色素等非电解质。（二）味精制造（二）味精制造 谷氨酸溶于水谷氨酸溶于水活性炭脱色活性炭脱色加加NaNa2 2COCO3 3中和中和谷氨酸单钠（味精粗品）谷氨酸单钠（味精粗品）除铁除铁过滤过滤活性活性炭脱色炭脱色减压浓缩减压浓缩结晶结晶离心分离离心分离干燥干燥成品成品我国味精技术进展情况我国味精技术进展情况制糖工艺进展：制糖工艺进展：酸法水解酸法水解酶酸法水解酶酸法水解双酶法水解。双酶法水解。发酵工艺进展发酵工艺进展

29、：亚适量生物素水平（产酸：亚适量生物素水平（产酸4 46g6gdldl）高生物素水平（产酸高生物素水平（产酸121215g15gdldl）。）。提取工艺进展提取工艺进展：等电点法（少数锌盐法）：等电点法（少数锌盐法）等电离交法等电离交法 低温连续等电点法（少数厂家采用）。低温连续等电点法（少数厂家采用）。精制工艺进展：精制工艺进展：全粉炭脱色、硫化碱除铁全粉炭脱色、硫化碱除铁颗粒炭脱颗粒炭脱 色、树脂除铁。色、树脂除铁。其它氨基酸发酵其它氨基酸发酵一、氨基酸生产工艺控制一、氨基酸生产工艺控制1 1、菌种菌种菌种菌种：细菌，野生型或营养缺陷型、结构类似物突变菌种；细菌，野生型或营养缺陷型、结构类

30、似物突变菌种；细菌，野生型或营养缺陷型、结构类似物突变菌种；细菌，野生型或营养缺陷型、结构类似物突变菌种；2 2、培养基培养基培养基培养基：碳碳碳碳 源：淀粉水解糖、糖蜜等；源：淀粉水解糖、糖蜜等；源：淀粉水解糖、糖蜜等；源：淀粉水解糖、糖蜜等；氮氮氮氮 源：铵盐、氨水或尿素，豆饼、麸皮粉；源：铵盐、氨水或尿素，豆饼、麸皮粉；源：铵盐、氨水或尿素，豆饼、麸皮粉；源：铵盐、氨水或尿素，豆饼、麸皮粉；无机盐：无机盐：无机盐：无机盐：S S、P P、GaGa、MgMg、K K等；等；等；等；生物素：影响细胞膜透性，对氨基酸分泌影响很大，生物素：影响细胞膜透性，对氨基酸分泌影响很大，生物素：影响细胞膜

31、透性，对氨基酸分泌影响很大，生物素：影响细胞膜透性，对氨基酸分泌影响很大，来来来来 源：玉米浆、麸皮、糖蜜。源：玉米浆、麸皮、糖蜜。源：玉米浆、麸皮、糖蜜。源：玉米浆、麸皮、糖蜜。一、氨基酸生产工艺控制一、氨基酸生产工艺控制3、发酵条件控制发酵条件控制 P H P H ：通过流加氨水或尿素来控制；：通过流加氨水或尿素来控制；：通过流加氨水或尿素来控制；：通过流加氨水或尿素来控制；温温温温 度：菌体生长和产物形成最适温度不同，度：菌体生长和产物形成最适温度不同，度：菌体生长和产物形成最适温度不同，度：菌体生长和产物形成最适温度不同，并随菌种不同而异；并随菌种不同而异；并随菌种不同而异；并随菌种不

32、同而异；溶溶溶溶 氧：不同氨基酸发酵有不同要求；氧：不同氨基酸发酵有不同要求；氧：不同氨基酸发酵有不同要求；氧：不同氨基酸发酵有不同要求；消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。一、氨基酸生产工艺控制一、氨基酸生产工艺控制4、氨基酸分离纯化氨基酸分离纯化 过滤：板框；过滤：板框；过滤：板框；过滤：板框；提取：等电点沉淀；提取：等电点沉淀；提取：等电点沉淀；提取：等电点沉淀；脱色：活性碳，（过滤除活性碳）；脱色：活性碳，（过滤除活性碳）；脱色：活性碳，（过滤除活性碳）；脱色：活性碳，（

33、过滤除活性碳）；精制：离子交换或重结晶法。精制：离子交换或重结晶法。精制：离子交换或重结晶法。精制：离子交换或重结晶法。二、氨基酸（赖氨酸）生产工艺二、氨基酸（赖氨酸）生产工艺重点重点：赖氨酸生物合成途径及代谢调节机制；赖氨酸生物合成途径及代谢调节机制；赖氨酸生物合成途径及代谢调节机制；赖氨酸生物合成途径及代谢调节机制；酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制；酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制；酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制；酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制；赖氨酸生产菌的育种途径。赖氨酸生产菌的育种途径。赖氨酸生产菌的育种途径。赖氨酸生产菌的育种途径。难点难点：天冬

34、氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制。天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制。天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制。天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制。二、氨基酸生产工艺二、氨基酸生产工艺 氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大的差异，氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大的差异，氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大的差异，氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大的差异，然而许多氨基酸的合成途径在不同生物体中也有共同之处。然而许多氨基酸的合成途径在不同生物体中也有共同之处。然而许多氨基酸的合成途径在不同生物体中也有共同之处。然而许多氨基酸的合成途径在不同生物体中也有共同之处。按照起始物可将

35、氨基酸的合成分成几个家族：按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族：按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族：按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族：谷氨酸族谷氨酸族谷氨酸族谷氨酸族（-酮戊二酸族）酮戊二酸族）酮戊二酸族）酮戊二酸族）包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸；包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸；包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸；包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸；丙酮酸族丙酮酸族丙酮酸族丙酮酸族 包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸；包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸；包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸；包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸；天冬氨酸族天冬氨酸族天冬

36、氨酸族天冬氨酸族（早酰乙酸族）（早酰乙酸族）（早酰乙酸族）（早酰乙酸族）包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨酸；包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨酸；包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨酸；包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨酸；磷酸甘油酸族磷酸甘油酸族磷酸甘油酸族磷酸甘油酸族 包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨酸；包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨酸；包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨酸；包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨酸；芳香族芳香族芳香族芳香族 包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸；包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸；包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸；包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸；另外，组氨酸的合成为

37、单独的一条途径。另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成1 1、天冬氨酸族生物合成途径、天冬氨酸族生物合成途径 天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。天冬酰氨天冬酰氨天冬酰氨天冬酰氨 甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲

38、硫氨酸 琥珀酰高丝氨酸琥珀酰高丝氨酸琥珀酰高丝氨酸琥珀酰高丝氨酸 合成酶合成酶合成酶合成酶草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸-半醛半醛半醛半醛高丝氨酸高丝氨酸高丝氨酸高丝氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸 异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸 DAPDAPDAPDAP合成酶合成酶合成酶合成酶 二氨基庚二酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸2 2、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制 在细菌中，虽然天冬氨酸族氨基酸生物合成途径在细菌中，虽然天

39、冬氨酸族氨基酸生物合成途径在细菌中，虽然天冬氨酸族氨基酸生物合成途径在细菌中，虽然天冬氨酸族氨基酸生物合成途径是相同的，但是其代谢调节机制是多种多样的。是相同的，但是其代谢调节机制是多种多样的。是相同的，但是其代谢调节机制是多种多样的。是相同的，但是其代谢调节机制是多种多样的。1 1 1 1）大肠杆菌）大肠杆菌）大肠杆菌）大肠杆菌K K K K12121212(同功酶调节同功酶调节同功酶调节同功酶调节)天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶(三个三个三个三个)天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸-半醛脱氢酶半醛脱氢酶半醛脱氢酶半醛脱氢酶(两个两个两个两个)DDPDDPDDPDDP合成酶（

40、赖氨酸分支的第一个酶）合成酶（赖氨酸分支的第一个酶）合成酶（赖氨酸分支的第一个酶）合成酶（赖氨酸分支的第一个酶）高丝氨酸合成酶（高丝氨酸合成酶（高丝氨酸合成酶（高丝氨酸合成酶（HDHDHDHD）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的第一个酶）第一个酶）第一个酶）第一个酶）2 2、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制2 2）黄色短杆菌）黄色短杆菌(协同反馈抑制协同反馈抑制)其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌其赖氨酸生物合成调节机

41、制比大肠杆菌简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两个变构部位，可以与终产物结合，当两种终产个变构部位，可以与终产物结合，当两种终产个变构部位，可以与终产物结合，当两种终产个变构部位，可以与终产物结合，当两种终产物物物物同时同时同时同时过量时，该酶活性受到抑制。过量时，该酶活性受到抑制。过量时，该酶活性受到抑制。过量时，该酶活性受到抑制。3 3）乳糖发酵短杆菌赖氨酸合成调节）乳糖发酵短杆菌赖氨酸合成调节3 3、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径 就

42、赖氨酸合成途径来讲，不同种类的就赖氨酸合成途径来讲，不同种类的微生物途径不同，可以归纳为两条途径：微生物途径不同，可以归纳为两条途径：1 1）为经过二氨基庚二酸的生物合成途）为经过二氨基庚二酸的生物合成途 径，如细菌，径，如细菌，DAPDAP；2 2）是）是AAAAAA，酵母菌、霉菌经过，酵母菌、霉菌经过-氨基己氨基己 二酸二酸AAAAAA途径合成赖氨酸。途径合成赖氨酸。4 4、氨基酸生物合成的调节机制、氨基酸生物合成的调节机制 反馈抑制与优先合成反馈抑制与优先合成 氨基酸生物合成的基本调节机制有反馈抑制与氨基酸生物合成的基本调节机制有反馈抑制与氨基酸生物合成的基本调节机制有反馈抑制与氨基酸生

43、物合成的基本调节机制有反馈抑制与在合成途径分支点处的优先合成。在合成途径分支点处的优先合成。在合成途径分支点处的优先合成。在合成途径分支点处的优先合成。反馈抑制：反馈抑制：反馈抑制：反馈抑制：A A A AB B B BC C C CD D D D E E E E D D D D 优先合成优先合成优先合成优先合成：A A A AB B B BC C C C F F F F G G G G5 5、其他特殊的控制机制、其他特殊的控制机制 1 1 1 1）终产物控制）终产物控制）终产物控制）终产物控制 催化分支合成途径共同部分的初始酶，在仅一种催化分支合成途径共同部分的初始酶，在仅一种催化分支合成途

44、径共同部分的初始酶，在仅一种催化分支合成途径共同部分的初始酶，在仅一种氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈抑制（或阻遏），只是在多数终产物共存下才强烈地抑制（或阻遏），只是在多数终产物共存下才强烈地抑制（或阻遏），只是在多数终产物共存下才强烈地抑制（或阻遏），只是在多数终产物共存下才强烈地控制。有以下几种情况：控制。有以下几种情况：控制。有以下几种情况：控制。有以下几种情况：协同（或多价）反馈抑制协同（或多价）反馈抑制协同（或多价）反馈抑制协同（或

45、多价）反馈抑制 合作（或增效）反馈抑制合作（或增效）反馈抑制合作（或增效）反馈抑制合作（或增效）反馈抑制 同功酶控制同功酶控制同功酶控制同功酶控制 积累反馈抑制积累反馈抑制积累反馈抑制积累反馈抑制5 5、其他特殊的控制机制、其他特殊的控制机制2 2）顺序控制：）顺序控制：E E D D A AB BC C F F G GA A B B C C D D6、赖氨酸生产菌的育种途径、赖氨酸生产菌的育种途径出发菌株的选择：出发菌株的选择：要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、

46、乳酸发酵短杆菌等）谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌等）谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌等）谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌等）1 1 1 1）优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。）优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。）优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。）优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。2 2 2 2）切断支路代谢：营养缺陷型的选育。）切断支路代谢：营养缺陷型的选育。）切断支路代谢：营养缺陷型的选育。）切断支路代谢：营养缺陷型的选育。3 3 3 3）抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。）抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。）抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。）抗结构类似物突变株的选育（代谢

47、调节突变）。6、赖氨酸生产菌的育种途径、赖氨酸生产菌的育种途径4 4 4 4）代谢互锁）代谢互锁）代谢互锁）代谢互锁 解除代谢互锁的方法解除代谢互锁的方法解除代谢互锁的方法解除代谢互锁的方法：选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AECAECAECAEC的赖氨酸的生产菌的赖氨酸的生产菌的赖氨酸的生产菌的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得到抗为出发菌株，经诱变得到抗为出发菌株，经诱变得到抗为出发菌株，经诱变得到抗AECAECAECAEC兼亮氨酸缺陷型菌株。兼亮氨酸缺陷型菌株。兼亮氨酸缺陷型菌株。兼亮氨酸缺陷型菌株。

48、选育抗亮氨酸结构类似物的突变株，从遗传上解除亮氨选育抗亮氨酸结构类似物的突变株，从遗传上解除亮氨选育抗亮氨酸结构类似物的突变株，从遗传上解除亮氨选育抗亮氨酸结构类似物的突变株，从遗传上解除亮氨酸对酸对酸对酸对DAPDAPDAPDAP合成酶的阻遏。合成酶的阻遏。合成酶的阻遏。合成酶的阻遏。选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是一种寻找亮氨选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是一种寻找亮氨选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是一种寻找亮氨选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是一种寻找亮氨酸渗漏缺陷型菌株的有效方法。酸渗漏缺陷型菌株的有效方法。酸渗漏缺陷型菌株的有效方法。酸渗漏缺陷型菌株的有效方法。6、赖氨

49、酸生产菌的育种途径、赖氨酸生产菌的育种途径5 5 5 5）增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成：）增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成：）增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成：）增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成：方法方法方法方法：选育丙氨酸缺陷型；选育丙氨酸缺陷型；选育丙氨酸缺陷型；选育丙氨酸缺陷型；选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；选育适宜的活性比突变株；选育适宜的活性比突变株；选育适宜的活性比突变株；选育适宜的活性比突变株；6 6 6 6）改变细胞膜的透过性）改变细胞膜的透过性）改变细胞膜的透

50、过性）改变细胞膜的透过性7 7 7 7）选育温度敏感突变株）选育温度敏感突变株）选育温度敏感突变株）选育温度敏感突变株8 8 8 8）应用细胞工程和遗传工程育种）应用细胞工程和遗传工程育种）应用细胞工程和遗传工程育种）应用细胞工程和遗传工程育种9 9 9 9）防止高产菌株回复突变）防止高产菌株回复突变）防止高产菌株回复突变）防止高产菌株回复突变7、赖氨酸生物合成途径、赖氨酸生物合成途径大肠杆菌的赖氨酸生物合成途径：图大肠杆菌的赖氨酸生物合成途径：图23-28、赖氨酸发酵条件控制、赖氨酸发酵条件控制溶氧：特别重要，不足，会使赖氨酸溶氧：特别重要，不足，会使赖氨酸 生产受到不可逆抑制；生产受到不可