氨基酸與核酸發(fā)酵

關(guān)于氨基酸與核酸發(fā)酵第一節(jié)谷氨酸生產(chǎn)一、谷氨酸生產(chǎn)原料及其處理（一）糖蜜的預(yù)處理：降低生物素含量。（二）淀粉的糖化：酸解法、酶解法、酸酶法和酶酸法。第2頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、谷氨酸產(chǎn)生菌1956年，日本木下等人發(fā)現(xiàn)谷氨小球菌。相繼發(fā)現(xiàn)小球菌、棒桿菌、短桿菌、節(jié)桿菌等一大批谷氨酸產(chǎn)生菌。我國(guó)使用的多是野生型菌株通過誘變篩選的谷氨酸棒桿菌。第3頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天(一)糖質(zhì)原料發(fā)酵的谷氨酸生產(chǎn)菌的共同特征①細(xì)胞呈球形、棒形或短桿形；②革蘭氏染色呈陽(yáng)性反應(yīng)；③無鞭毛，不能運(yùn)動(dòng)；④是需氧性的微生物；⑤不形成芽孢；⑥以生物素作為生長(zhǎng)因子；⑦具有一定的谷氨酸蓄積能力。第4頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）常用的生產(chǎn)菌株北京棒桿菌AS1-299

鈍齒棒桿菌黃色短桿菌北京棒桿菌黃色短桿菌第5頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、谷氨酸合成途徑1.谷氨酸合成的方式（1）轉(zhuǎn)氨基作用（2）還原氨基化作用2.谷氨酸合成途徑EMP途徑、HMP途徑、TCA、乙醛酸循環(huán)、二氧化碳固定反應(yīng)等。第6頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑①-蘋果酸酶②-丙酮酸羧化酶③-丙酮酸脫羧酶④-異檸檬酸脫氫酶⑤-異檸檬酸裂解酶⑥-α-酮戊二酸脫氫酶⑦-谷氨酸脫氫酶⑧-蘋果酸脫氫酶⑨-乳酸脫氫酶第7頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.谷氨酸合成過程中各途徑的意義（1）糖酵解途徑：葡萄糖降解為丙酮酸，丙酮酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)。（2）HMP途徑：生成的NADH2是還原氨基化反應(yīng)必須的供氫體。（3）TCA途徑：提供谷氨酸的前體物質(zhì)α-酮戊二酸。（4）CO2固定反應(yīng)：在蘋果酸酶和丙酮酸羧化酶作用下分別生成丙酮酸和草酰乙酸，前者氧化為草酰乙酸，使草酰乙酸得到補(bǔ)充。（5）乙醛酸途徑：通過異檸檬酸裂解酶作用補(bǔ)充琥珀酸，維持菌體生長(zhǎng)需要。（6）還原氨基化作用：α-酮戊二酸經(jīng)還原氨基化作用生成谷氨酸。第8頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特征（1）有固定CO2的二羧酸合成酶存在。（2）α-酮戊二酸脫氫酶活力很弱。（3）異檸檬酸脫氫酶活力較強(qiáng)，異檸檬酸脫氫酶的活力不能太強(qiáng)。（4）谷氨酸脫氫酶活力高。（5）經(jīng)呼吸鏈氧化NADPH2的能力要弱，保證有NADPH2作為供氫體參加還原氨基化反應(yīng)。（6）菌體進(jìn)一步分解谷氨酸的能力低下。第9頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、谷氨酸發(fā)酵工藝1.發(fā)酵培養(yǎng)基（1）碳源：糖類、脂肪、醇類、烴類（2）氮源：尿素或氨水，所需氮源較大（C:N=100:20~30）（3）無機(jī)鹽：提供磷、硫、鎂、鉀、鈣、鐵等。（4）生長(zhǎng)因子：生物素2.培養(yǎng)基滅菌3.種子擴(kuò)大培養(yǎng)第10頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.發(fā)酵條件控制（1）溫度控制：菌體生長(zhǎng)（0-12h），溫度30-32度；谷氨酸合成（12后），溫度34-37度。（2）發(fā)酵前期pH7.5-8.5，中后期7.0-7.6。第11頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）DO控制第12頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）種齡及接種量控制（5）泡沫控制第13頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天味精生產(chǎn)工藝流程第14頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)其它氨基酸發(fā)酵一、賴氨酸發(fā)酵賴氨酸的方法主要有1.提取法2.合成法3.發(fā)酵法第15頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天賴氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法兩步發(fā)酵法：即由甲菌生成二氨基庚二酸，乙菌生成二氨基庚二酸脫羧酶，從而生成賴氨酸。直接發(fā)酵法：二氨基庚二酸（DPA）途徑，其代謝調(diào)節(jié)機(jī)制主要是當(dāng)天冬氨酸激酶的活性受賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制。選育高絲氨酸的營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株，使這種協(xié)同反饋抑制被破壞，從而大量積累賴氨酸。第16頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天第17頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、L-天門冬氨酸發(fā)酵三、蘇氨酸發(fā)酵四、纈氨酸發(fā)酵第18頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)核酸與核苷酸發(fā)酵一、核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)與鮮味核酸、核苷酸、核苷的概念核酸類物質(zhì)：DNA、RNA核苷酸、核苷、堿基呈鮮味的是鳥苷酸、肌苷酸、黃苷酸等5’-核苷酸。呈鮮強(qiáng)度：5’-GMP>5’-IMP>5’-XMP第19頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天GMP：MSG增味倍數(shù)1+G：MSG增味倍數(shù)12%：88%9．912%：88%8．18%：92%8．48%：92%7．15%：95%6．85%：95%5．94%：96%6．24%：96%5．32%：98%4．62%：98%4．00%：100%1．00%：100%1．0ＧＭＰ、Ｉ＋Ｇ、ＭＳＧ之間的增鮮效應(yīng)表第20頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、核苷酸生產(chǎn)工藝（一）嘌呤核苷酸生物合成途徑嘌呤核苷酸生物合成途徑第21頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）嘌呤核苷酸生物合成的代謝調(diào)控1、避免AMP、GMP等產(chǎn)物對(duì)PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶的反饋?zhàn)瓒艉头答佉种谱饔茫ˋ-菌株）；2、控制Mn2+濃度，使細(xì)胞出現(xiàn)伸長(zhǎng)、膨脹等異常形態(tài)，增加細(xì)胞膜透性；3、添加抗生素和表面活性劑以增大細(xì)胞膜透性；4、控制適當(dāng)?shù)陌l(fā)酵溫度、pH、DO等工藝參數(shù)。第22頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、肌苷生產(chǎn)菌短小芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、產(chǎn)氨短桿菌等的腺嘌呤缺陷型突變株。2、肌苷發(fā)酵3、肌苷提取離子交換樹脂法活性碳吸附法（三）發(fā)酵法生產(chǎn)肌苷第23頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天例：枯草桿菌NO.102經(jīng)紫外光誘變和DNA轉(zhuǎn)化法，得到的腺嘌呤、黃嘌呤雙缺陷型并對(duì)8氮雜鳥嘌呤有抗性的變異株，可發(fā)酵糖質(zhì)原料生成肌苷22.3克/升，如向培養(yǎng)基添加黃嘌呤，肌苷產(chǎn)率可達(dá)33.1克/升。一株產(chǎn)肌苷能力最強(qiáng)的菌株是由產(chǎn)氨短桿菌經(jīng)亞硝基胍誘變得到的抗6-巰基鳥嘌呤的變異株，蓄積肌苷的能力高達(dá)52.4克/升。第24頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）肌苷酸發(fā)酵1、肌苷酸生產(chǎn)方法（1）1961年發(fā)現(xiàn)枯草桿菌可以在培養(yǎng)液中蓄積少量肌苷酸。在生產(chǎn)中應(yīng)用的菌種都是產(chǎn)氨短桿菌的變異株。由產(chǎn)氨短桿菌ATCC6872紫外光照射得到的KY1302菌株，可生成肌苷酸11.2～12.8克/升。（2）可以由酵母或細(xì)菌提取RNA，然后依靠橘青霉或金色鏈霉菌的5′-磷酸二脂酶和脫氨酶的作用制成肌苷酸；（3）也可以用微生物發(fā)酵糖質(zhì)原料制成肌苷，再以化學(xué)方法或微生物的核苷酸磷酸化酶催化肌苷和無機(jī)磷酸進(jìn)行反應(yīng)，生成肌苷酸。第25頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、肌苷酸生產(chǎn)菌的選育（1）改善細(xì)胞膜對(duì)肌苷酸透過性障礙。（2）經(jīng)過誘變篩選腺嘌呤或黃嘌呤缺陷型變異株。（3）對(duì)Mn2+不敏感。第26頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、直接發(fā)酵法生產(chǎn)肌苷酸（1）培養(yǎng)基的選擇適量腺嘌呤、1％左右的磷鹽和鎂鹽、His、Lys、Hser、Gly、Ala的混合物、生物素亞適量。（2）發(fā)酵條件①接種量②溫度控制③

pH控制④通氣量控制（3）肌苷酸的提取①離子交換樹脂法②活性炭吸附法第27頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天（五）鳥苷酸發(fā)酵發(fā)酵生成鳥苷酸的微生物有谷氨酸棒桿菌、產(chǎn)氨短桿菌的多種變異株。因直接發(fā)酵糖質(zhì)原料生產(chǎn)GMP的產(chǎn)量只有2克/升左右，還不能用于工業(yè)生產(chǎn)。產(chǎn)氨短桿菌ATCC6872雖然在前體鳥嘌呤添加時(shí)，可生成15.3克/升GMP，也因前體物昂貴尚無法投產(chǎn)。第28頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天生產(chǎn)GMP的方法1、GMP工業(yè)生產(chǎn)多用發(fā)酵法先制成鳥苷，然后通過微生物或化學(xué)磷酸化作用轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP。生產(chǎn)鳥苷采用的菌種有枯草桿菌、短小芽孢桿菌、產(chǎn)氨短桿菌的多種變異株，它們的特點(diǎn)是生成必需嘌呤堿基并對(duì)嘌呤結(jié)構(gòu)類似物具有抗性，各菌株的鳥苷生成量達(dá)10克/升左右。第29頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.生產(chǎn)GMP的另一種方法，是首先發(fā)酵糖質(zhì)原料生成黃苷酸，然后再用另一種菌將黃苷酸轉(zhuǎn)化為GMP，也可將兩種菌混合培養(yǎng)制成GMP。谷氨酸小球菌和產(chǎn)氨短桿菌的變異株都可積累黃苷酸。把黃苷酸轉(zhuǎn)化為GMP的菌株多采用產(chǎn)氨短桿菌的變異株。如果將黃苷酸產(chǎn)生菌和把黃苷酸