氨基酸的生产精选课件.ppt
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1、关于氨基酸的生产第一页,本课件共有35页学习目标学习目标n了解氨基酸的应用及一般的生产方法;n了解谷氨酸合成原理及其它氨基酸的生产;n掌握谷氨酸生产的工艺过程及工艺控制。第二页,本课件共有35页第一节第一节 概述概述 氨基酸的应用氨基酸的应用n食品工业食品工业 可提高食品的营养价值;具有鲜味。可提高食品的营养价值;具有鲜味。n医医药药工工业业 是是构构成成蛋蛋白白质质的的基基本本单单位位,参参与与体体内内代代谢谢和和各各种种生生理理机机能活动。能活动。n饲料工业饲料工业 赖氨酸、蛋氨酸,提高饲料的营养价值。赖氨酸、蛋氨酸,提高饲料的营养价值。n化化学学工工业业 洗洗涤涤剂剂十十二二酰酰基基谷谷
2、氨氨酸酸钠钠肥肥皂皂;润润肤肤剂剂;人人造造纤维;涂料。纤维;涂料。n农业农业 具有特殊作用,日本使用的具有特殊作用,日本使用的N-N-月桂酰月桂酰-L-L-异戊氨酸,能异戊氨酸,能防止稻瘟病,提高米的蛋白质含量;长链酰基氨基酸能提高防止稻瘟病,提高米的蛋白质含量;长链酰基氨基酸能提高农作物对病害的抵抗力。农作物对病害的抵抗力。第三页,本课件共有35页生产方法生产方法n提提取取法法 将将蛋蛋白白质质原原料料用用酸酸水水解解,从从水水解解液液中中提提取取氨氨基基酸酸。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸用提取法生产。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸用提取法生产。n合合成成法法 D D、L-L-蛋蛋氨氨酸酸,D D、
3、L-L-丙丙氨氨酸酸,甘甘氨氨酸酸和和苯苯丙丙氨氨酸酸;需进行拆分。需进行拆分。n酶酶法法 利利用用微微生生物物产产生生的的酶酶制制造造氨氨基基酸酸。赖赖氨氨酸酸、色色氨氨酸酸、天天冬冬氨氨酸、酪氨酸可用酶法生产。酸、酪氨酸可用酶法生产。n发发酵酵法法 以以淀淀粉粉水水解解糖糖,或或糖糖蜜蜜、醋醋酸酸为为原原料料,利利用用氨氨基基酸酸生生产产菌菌进进行行代代谢谢发发酵酵。发发酵酵工工艺艺,采采用用分分批批流流加加法法,计计算算机机控控制制,生生产产管管理理自自动动化化,产产酸酸率率和和转转化化率率均均较较高高。我我国国2020世世纪纪6060年年代代发发酵酵法法生生产产谷谷氨氨酸酸,目目前前发
4、发展展相相当当规规模模,赖赖氨氨酸酸、天冬氨酸、丙氨酸等用发酵法和酶法生产。天冬氨酸、丙氨酸等用发酵法和酶法生产。第四页,本课件共有35页第二节第二节 合成原理合成原理n谷谷氨氨酸酸生生产产机机理理分分为为以以下下几几个个环环节节:淀淀粉粉经经过过水水解解转转化化为为以以葡葡萄萄糖糖为为代代表表的的单单糖糖;葡葡萄萄糖糖经经过过EMPEMP途途径径或或HMPHMP途途径径转转化化为为丙丙酮酮酸酸;丙丙酮酮酸酸经经过过三三羧羧酸酸循循环环(TCATCA)转转化化为为-酮酮戊戊二二酸酸;-酮酮戊戊二二酸酸经经过过氨氨基基化化生成谷氨酸。生成谷氨酸。n谷氨酸棒状杆菌的谷氨酸合成途径见下图谷氨酸棒状杆
5、菌的谷氨酸合成途径见下图第五页,本课件共有35页谷氨酸棒状杆菌的谷氨酸合成途径示意图第六页,本课件共有35页第三节第三节 谷氨酸生产工艺过程谷氨酸生产工艺过程四部分四部分组成组成:淀粉水解糖制备,谷氨酸发酵、提取、精制。:淀粉水解糖制备,谷氨酸发酵、提取、精制。n淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备 淀淀粉粉水水解解糖糖制制备备方方法法:酸酸法法、双双酶酶法法、酸酸酶酶法法等等。酸酸酶酶法法淀粉水解糖制备工艺过程。淀粉水解糖制备工艺过程。第七页,本课件共有35页n调调浆浆 将将淀淀粉粉原原料料调调成成粉粉浆浆,保保持持一一定定的的浓浓度度及及pHpH值值,将将料料液液泵泵入入水水解解锅锅,水水解解
6、糖糖化化。粉粉浆浆的的浓浓度度、酸酸度度及及糖糖化化时时间间等等对对淀淀粉粉的的水水解解反反应应有有直直接接的的影影响响。淀淀粉粉乳乳的的浓浓度度越越低低,水水解解液液的的葡葡萄萄糖糖值值(DEDE值值)越越高高,色色泽泽越越浅浅。在在淀淀粉粉水水解解操操作作中中,淀淀粉粉乳乳浓浓度度一一般般采采用用181819Be19Be。n水水解解 蒸蒸汽汽直直接接加加热热 。压压力力与与淀淀粉粉水水解解反反应应速速度度成成正正比比,压压力力升升高高,水水解解反反应应速速度度加加快快。为为加加快快水水解解速速度度,提提高高设设备备的的生生产产能能力力,可可增增大大水水解解反反应应压压力力。在在相相同同的的
7、条条件件下下,达达到到一一定定的的糖糖化化效效果果,压压力力升升高高时时,反反应应时间短;反之,反应时间加长。时间短;反之,反应时间加长。第八页,本课件共有35页n中中和和 由由糖糖化化锅锅压压出出来来的的糖糖化化液液温温度度很很高高(140(140150)150),冷冷却却、中中和和。中中和和的的目目的的是是降降低低糖糖化化液液酸酸度度,使糖液中胶体物质凝聚析出,便于过滤除去。使糖液中胶体物质凝聚析出,便于过滤除去。中中和和剂剂为为纯纯碱碱,也也可可用用烧烧碱碱配配成成NaOHNaOH溶溶液液。用用纯纯碱碱中中和和,反反应应较较温温和和,糖糖液液质质量量有有保保证证,但但是是产产生生泡泡沫沫
8、多多;用用烧烧碱碱中中和和,易易局局部部过过碱碱使使葡葡萄萄糖糖发发生生焦焦化化变变为为焦焦糖糖(焦焦糖糖抑抑制制谷谷氨氨酸酸菌菌的的生生长长,增增加加糖糖液液色色泽泽及及精精制制困困难难)。在在操作中将碱配成一定的浓度,然后再用于中和。操作中将碱配成一定的浓度,然后再用于中和。第九页,本课件共有35页n脱色脱色 n活性炭吸附法活性炭吸附法 常用常用粉末状粉末状活性炭。活性炭。n活性炭耗量视糖液色泽情况与活性炭质量而定。活性炭耗量视糖液色泽情况与活性炭质量而定。n粉末炭用量相当于投淀粉量粉末炭用量相当于投淀粉量 0.6%0.6%0.8%0.8%。n脱色效果与投炭量、质量、温度、脱色效果与投炭量
9、、质量、温度、pHpH值、时间有关值、时间有关n脱脱色色温温度度低低些些,对对脱脱色色效效果果较较为为有有利利,但但温温度度过过低低,将使糖液粘牲加强,难以过滤;将使糖液粘牲加强,难以过滤;n在在7070左左右右。活活性性炭炭在在酸酸性性条条件件下下脱脱色色能能力力较较强强。脱脱色需一定的搅拌时间色需一定的搅拌时间(0.5h)(0.5h),使活性炭充分起作用。,使活性炭充分起作用。第十页,本课件共有35页离子交换树脂脱色离子交换树脂脱色 选选择择性性强强,脱脱色色效效果果较较好好,便便于于管管道道化化、连连续化及自动化操作,减轻劳动强度。续化及自动化操作,减轻劳动强度。n过滤过滤 n常常用用板
10、板框框压压滤滤;用用于于脱脱色色的的活活性性碳碳起起过过滤滤介介质质和和助滤剂助滤剂的作用。的作用。第十一页,本课件共有35页u菌种的扩大培养菌种的扩大培养n斜斜面面培培养养 产产生生菌菌是是棒棒杆杆菌菌属属、短短杆杆菌菌属属、小小杆杆菌菌属属及及节节杆杆菌菌属属的的细细菌菌;都都是是好好氧氧微微生生物物,都都需需要要以以生生物物素素为为生生长长因因子子。我我国国用用北北京京棒棒杆杆菌菌AS1.229AS1.229、钝钝齿齿棒棒杆杆菌菌AS1542AS1542等等。斜斜面面培培养养用用蛋蛋白白胨胨、牛牛肉肉膏膏、氯氯化化钠钠组组成成pH7.0pH7.07.27.2的的琼琼脂脂培培养养基基,在在
11、3232培培养养181824h24h,合格后,放冰箱保存备用。合格后,放冰箱保存备用。n一一级级种种子子培培养养 采采用用由由葡葡萄萄糖糖、玉玉米米浆浆、尿尿素素、磷磷酸酸氢氢二二钾钾、硫硫酸酸镁镁、硫硫酸酸铁铁及及硫硫酸酸锰锰组组成成,pH6.5pH6.56.86.8的的液液体体培培养养基基;以以1L1L三三角角瓶瓶装装液液体体培培养养基基200200250mL250mL振振荡荡培培养养,在在3232培培养养12h12h,如如无无污污染染,质质量量达达到到要要求求,贮贮于于44冰箱备用。冰箱备用。第十二页,本课件共有35页n二二级级种种子子培培养养 用用种种子子罐罐培培养养,接接种种量量1%
12、1%,培培养养基基组组成成和和一一级级种种子子相相仿仿,主主要要区区别别是是用用水水解解糖糖代代替替葡葡萄萄糖糖,于于3232下下通通气气培培养养7 710h10h,经经质质检检合合格格可可移移种种至至发发酵酵罐(或冷却至罐(或冷却至1010备用)。备用)。n种种子子质质量量要要求求:无无杂杂菌菌及及噬噬菌菌体体感感染染,菌菌体体大大小小均均匀匀,呈呈单单个个或或八八字字排排列列。二二级级种种子子培培养养结结束束时时要要求求活活菌菌数数为为10108 810109 9个细胞个细胞/mL/mL,摄氧率,摄氧率1000L1000L氧氧/mL/mL种子液种子液h h。第十三页,本课件共有35页u氨基
13、酸发酵的工艺控制氨基酸发酵的工艺控制(1)(1)菌菌体体生生长长期期,几几乎乎不不产产酸酸,大大约约12h12h,此此期期泡泡沫沫较较多多并放出大量发酵热,必须进行冷却。并放出大量发酵热,必须进行冷却。(2)(2)菌菌体体生生长长停停止止转转入入产产物物合合成成期期,菌菌体体浓浓度度基基本本不不变变,糖糖与与尿尿素素分分解解后后产产生生-酮酮戊戊二二酸酸和和氨氨,用用来来合成谷氨酸。合成谷氨酸。(3)(3)发发酵酵后后期期,菌菌体体衰衰老老,糖糖耗耗缓缓慢慢,当当酸酸浓浓度度不不再再增增加加时,需及时放罐,发酵周期一般为时,需及时放罐,发酵周期一般为30 h 30 h。第十四页,本课件共有35
14、页(1 1)培养基成分及其控制培养基成分及其控制 (培养基各成分的作用)(培养基各成分的作用)n菌菌体体生生长长、氨氨基基酸酸合合成成均均需需要要氮氮;氮氮源源还还用用来来调调节节pHpH值值,因因此此氮氮源的需要量比一般发酵要多源的需要量比一般发酵要多。n谷谷氨氨酸酸发发酵酵的的碳碳/氮氮=100/(15=100/(1521)21),碳碳/氮氮=100/11=100/11时时才才开开始始积累谷氨酸。积累谷氨酸。n在在消消耗耗氮氮源源中中,合合成成菌菌体体用用氮氮源源仅仅占占氮氮 3 36 6,合合成成谷谷氨酸氮源占氨酸氮源占30308080。n在在实实际际生生产产中中,采采用用尿尿素素或或氨
15、氨水水为为氮氮源源时时,还还有有一一部部分分氮氮用用来来调调节节pHpH值值,另另一一部部分分氮氮源源被被分分解解随随空空气气逸逸出出,因因此此用用量量更更大大。在在谷谷氨氨酸酸发发酵酵培培养养中中当当糖糖浓浓度度为为12.512.5、总总尿尿素素量量为为3 3,碳碳:氮氮=100=100:2828。第十五页,本课件共有35页 说明:说明:不不同同的的碳碳氮氮比比对对氨氨基基酸酸生生物物合合成成产产生生显显著著影影响响,如如谷谷氨氨酸酸发发酵酵中中,适适量量的的NHNH4 4+可可减减少少-酮酮戊戊二二酸酸的的积积累累,促促进进谷谷氨氨酸酸的的合合成成;过过量量NHNH4 4+会会使使生生成成
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