氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)工 四次課件

氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝2010-3-231.概述1.1氨基酸的種類與命名結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：除甘氨酸外，都有手性碳原子，具有旋光活性和D、L兩種異構(gòu)體大多數(shù)為L-型右旋性L-氨基酸氨基酸的分類根據(jù)R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類脂肪族氨基酸：R為脂肪族取代基，16種芳香族氨基酸：R為芳香基取代基，2種雜環(huán)氨基酸：R為含氮的咪唑環(huán)和吲哚環(huán)3種亞氨基酸：：2種根據(jù)極性分類極性和非極性根據(jù)酸堿性分類酸性氨基酸：2種堿性氨基酸：3種中性氨基酸：15種人體生理生化過程能否合成分類必需氨基酸非必需氨基酸1.2氨基酸的物理性質(zhì)無色晶型固體。除甘氨酸外，α-氨基酸一般都具有旋光性。有左旋的，也有右旋的。氨基酸的熔點(diǎn)比相應(yīng)的羧酸或胺類都要高。在有機(jī)化合物中，氨基酸屬于熔點(diǎn)高的化合物，其熔點(diǎn)約為200℃—300℃。氨基酸一般溶于水，不同的氨基酸在水中的溶解度相差較大。不溶于石油醚、苯、氯仿等非極性溶劑。1.3氨基酸的化學(xué)性質(zhì)（1）氨基酸的兩性性質(zhì)氨基酸既含有堿性基團(tuán)（—NH2），又含有酸性基團(tuán)（—COOH）。它們具有兩性，同一分子帶有正負(fù)兩種電荷。與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿作用都能生成鹽。1.3氨基酸的化學(xué)性質(zhì)

1.3.1氨基酸的等電點(diǎn)---PI

所帶正負(fù)電荷相等，靜電荷為零時(shí)的pH在電場中既不向陽極移動(dòng)，也不向陰極移動(dòng)的偶極離子。當(dāng)溶液pH＜pI，則氨基酸主要為正離子當(dāng)溶液pH＞pI，則氨基酸主要為負(fù)離子。例如，在pH=6時(shí)的溶液中，賴氨酸主要以正離子存在，天冬氨酸主要以負(fù)離子存在，丙氨酸主要以偶極離子存在。等電點(diǎn)時(shí)溶解度最小，容易沉淀，可用于氨基酸的制備。

1.3.3氨基酸羧基的反應(yīng)a.脫羧反應(yīng)。將氨基酸小心加熱或與氫氧化鋇混合加熱，則脫去羧基并生成胺。b.與醇反應(yīng)生成酯。氨基酸在無水乙醇中通入干燥的氯化氫，然后加熱回流，可生成氨基酸酯。1.4氨基酸的生產(chǎn)工藝研究蛋白水解法：胱氨酸、半胱氨酸占10%發(fā)酵法：蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、組氨酸、脯氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸、賴氨酸、亮氨酸等

化學(xué)合成法：甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸等酶法：丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等占10%占60%1.4.1微生物發(fā)酵工藝氨基酸發(fā)酵是氨基酸生物合成的人為調(diào)控和放大。微生物體中，氨基酸分解代謝產(chǎn)生的氨基和含氮中間產(chǎn)物往往可用于氨基酸的合成，而合成氨基酸所需要的碳骨架來源則主要是糖酵解途徑和三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物。例外的是芳香族氨基酸、組氨酸，前者的生物合成與磷酸戊糖的中間物赤蘚糖-4-磷酸有關(guān)，后者是由ATP與磷酸核糖焦磷酸合成的。難以發(fā)酵生產(chǎn)的氨基酸，生物轉(zhuǎn)化途徑生產(chǎn)。氨基酸生物合成的基本調(diào)節(jié)機(jī)制有反饋控制、在合成途徑分枝點(diǎn)處的優(yōu)先合成，及其他特殊的控制機(jī)制。氨基酸的代謝控制發(fā)酵，就是基于部分或全部解除上述的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制，從而改變菌種的代謝特性，使得微生物體內(nèi)的代謝流按照人們所需要的方向進(jìn)行，過量地積累氨基酸。氨基酸菌種的定向選育

不同菌種的代謝調(diào)控方式不盡相同，采用不同的出發(fā)株，育種途徑也有所差異，應(yīng)盡量吸取前人經(jīng)驗(yàn)，選擇那些代謝途徑簡單、研究透徹、又易于解除調(diào)控機(jī)制的菌種為出發(fā)株。通過對微生物體內(nèi)氨基酸代謝與調(diào)控途徑的研究，可以從不同方向?qū)Ξa(chǎn)酸菌株進(jìn)行定向育種。解除反饋調(diào)節(jié)：利用目標(biāo)氨基酸或其他酶阻遏物的酶結(jié)合構(gòu)型，選育出結(jié)構(gòu)類似物抗性株，解除氨基酸生物合成的反饋調(diào)節(jié)或代謝互鎖。切斷支路代謝：通過支路酶的誘變?nèi)笔?，選育出營養(yǎng)缺陷型菌株，解除支路氨基酸的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)作用。

優(yōu)先合成的轉(zhuǎn)換：使用過量的終產(chǎn)物誘變降低酶活性，獲得滲漏缺陷型菌株，改變分枝點(diǎn)處氨基酸合成的優(yōu)先順序。選育溫度敏感菌株：控制培養(yǎng)溫度，針對特定的酶進(jìn)行溫度敏感性篩選，獲得高溫下營養(yǎng)缺陷型的突變株。用此菌株進(jìn)行發(fā)酵，通過控制發(fā)酵條件，尤其是溫度，可以提高培養(yǎng)基中糖的轉(zhuǎn)化率，這是一種新型的氨基酸發(fā)酵工藝。改善細(xì)胞膜的通透性：脂肪酸是形成細(xì)胞膜磷脂的重要成分，選育喪失脂肪酸合成相關(guān)酶的各種營養(yǎng)缺陷型，則可以改變細(xì)胞膜透性，把作為反饋抑制因子的終產(chǎn)物氨基酸迅速不斷地排出細(xì)胞外，在生物素含量豐富的培養(yǎng)基中積累氨基酸。微生物，植物細(xì)胞，動(dòng)物細(xì)胞化學(xué)合成，生物合成，天然存在底物(AA前體)生物反應(yīng)器含L-AA反應(yīng)液L-AA1.4.2酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)流程泵儲罐反應(yīng)產(chǎn)物離心機(jī)母液回收固定化酶柱子晶體L-AspL-Asp延胡索酸氨鹽工藝路線水解氨基酸分離

精制氨基酸蛋白質(zhì)酸水解法堿水解法酶水解法溶解度法特殊試劑吸附法吸附法離子交換法結(jié)晶重結(jié)晶1.4.4蛋白質(zhì)水解法

谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝

生物素營養(yǎng)缺陷型

作用機(jī)制:生物素是脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶,參與了脂肪酸的合成,進(jìn)而影響脂肪酸的合成.當(dāng)磷脂合成量少到正常的1/2左右時(shí),細(xì)胞變形,Glu向膜外泄漏.控制關(guān)鍵:使用該類突變株必須限制發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素亞適量(5-10g/L).在發(fā)酵初期(0-8小時(shí)),細(xì)胞正常生長,當(dāng)生物素耗盡后,在菌的再次倍增時(shí),開始出現(xiàn)異常形態(tài)細(xì)胞,即完成了細(xì)胞從生長型到積累型轉(zhuǎn)換.突變株(二)谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的原料制備谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)以淀粉水解糖為原料。淀粉水解糖的制備一般有酸水解法和酶水解法兩種。國內(nèi)常用的是淀粉酸水解工藝。(三)菌種擴(kuò)大培養(yǎng)（1）一級種子培養(yǎng)采用液體培養(yǎng)基，由葡萄糖、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、硫酸鐵及硫酸錳等組成，pH為6.5～6.8；三角瓶內(nèi)32℃振蕩培養(yǎng)12h，貯于4℃冰箱備用。（2）二級種子培養(yǎng)培養(yǎng)基除用水解糖代替葡萄糖外，其他與一級種子培養(yǎng)基相仿。種子罐內(nèi)32℃通氣攪拌培養(yǎng)7～10h，即可移種或冷卻至10℃?zhèn)溆谩０l(fā)酵過程參數(shù)測定還原糖的測定谷氨酸的測定菌體形態(tài)觀察菌體濃度測定發(fā)酵過程參數(shù)的控制DO值pH溫度攪拌速度發(fā)酵發(fā)酵液