氨基酸的发酵.pptx

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1、氨基酸的发酵二、氨基酸得应用二、氨基酸得应用1、在医药工业中得应用、在医药工业中得应用2、在食品工业中得应用、在食品工业中得应用3、在饲料工业中得应用、在饲料工业中得应用4、在农业中得应用、在农业中得应用5、在化学工业中得应用、在化学工业中得应用三、氨基酸得生产方法三、氨基酸得生产方法1、蛋白质水解提取法、蛋白质水解提取法 将蛋白质经酸碱水解后将蛋白质经酸碱水解后,再经分离纯化获再经分离纯化获得各种氨基酸。得各种氨基酸。2、直接发酵法、直接发酵法 所谓氨基酸发酵所谓氨基酸发酵,就就是以糖类和铵盐为就就是以糖类和铵盐为主要原料得培养基中培养微生物主要原料得培养基中培养微生物,积累特定得积累特定得

2、氨基酸。氨基酸。20种基本氨基酸中有种基本氨基酸中有18种能用这种方法种能用这种方法生产生产,其中产量最大得就是谷氨酸。其中产量最大得就是谷氨酸。3、酶法、酶法 利用微生物细胞或微生物产生得酶来制利用微生物细胞或微生物产生得酶来制造氨基酸。造氨基酸。4、化学合成法、化学合成法 利用有机合成和化学工程得技术生产和利用有机合成和化学工程得技术生产和制备氨基酸制备氨基酸5、添加前体发酵法、添加前体发酵法 又称微生物转化法。又称微生物转化法。传统得提取法、酶法和化学合成法由于传统得提取法、酶法和化学合成法由于前体物得成本高前体物得成本高,工艺复杂工艺复杂,难以达到工业化生难以达到工业化生产得目得。所以

3、现在生产氨基酸得方法多为产得目得。所以现在生产氨基酸得方法多为微生物发酵法。微生物发酵法。四、氨基酸工业得发展现状和动态四、氨基酸工业得发展现状和动态 我国氨基酸工业就是从我国氨基酸工业就是从20世纪世纪60年代开年代开始起步得始起步得,先后开展了蛋白质水解提取法、化先后开展了蛋白质水解提取法、化学合成法、发酵法和酶法生产氨基酸得研究。学合成法、发酵法和酶法生产氨基酸得研究。目前生产氨基酸得大国为日本和德国。目前生产氨基酸得大国为日本和德国。日本得味之素、协和发酵及德国得德固日本得味之素、协和发酵及德国得德固沙就是世界氨基酸生产得三巨头。沙就是世界氨基酸生产得三巨头。国内生产氨基酸得厂家主要就

4、是天津氨国内生产氨基酸得厂家主要就是天津氨基酸公司、湖北八峰氨基酸公司基酸公司、湖北八峰氨基酸公司,但目前无论但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗衡。生产规模及产品质量还难于与国外抗衡。在在80年代中后期年代中后期,我国从日本得味之素、我国从日本得味之素、协和发酵以技贸合作得方式引进输液制剂得协和发酵以技贸合作得方式引进输液制剂得制造技术和仿造产品制造技术和仿造产品,1991年销售量为二千万年销售量为二千万瓶瓶,1996年达六千万瓶年达六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞、主要厂家有无锡华瑞、北京费森尤斯、昆明康普莱特北京费森尤斯、昆明康普莱特,但生产原料都但生产原料都依赖进口。依赖进口。到到2

5、000年年,世界氨基酸产值达世界氨基酸产值达45亿美元亿美元,占占生物技术市场得生物技术市场得7%,国内得氨基酸产值可达国内得氨基酸产值可达40亿元亿元,占全国发酵产业总产值得占全国发酵产业总产值得12%。11、2 谷氨酸得谷氨酸得 发酵生产发酵生产 现在发酵法或酶法生产氨基酸已有现在发酵法或酶法生产氨基酸已有20多多种种,已经成为氨基酸生产得主要方法。在各种已经成为氨基酸生产得主要方法。在各种氨基酸得生产中氨基酸得生产中,以谷氨酸得发酵规模、产量以谷氨酸得发酵规模、产量最大。最大。11、2、1 谷氨酸生产原料谷氨酸生产原料 一、谷氨酸生产原料一、谷氨酸生产原料 谷氨酸生产原料有碳源、氮源、无

6、机盐谷氨酸生产原料有碳源、氮源、无机盐和生长因子等。和生长因子等。1、碳源碳源 工业上谷氨酸发酵采用得碳源一般都就工业上谷氨酸发酵采用得碳源一般都就是淀粉原料是淀粉原料,如玉米、小麦、甘薯、大米等如玉米、小麦、甘薯、大米等,其其中甘薯和淀粉最为常用。中甘薯和淀粉最为常用。淀粉原料要先通过制糖工艺水解成微生淀粉原料要先通过制糖工艺水解成微生物可直接利用得葡萄糖物可直接利用得葡萄糖,然后再投放到发酵罐。然后再投放到发酵罐。此外也可用糖蜜原料作为碳源此外也可用糖蜜原料作为碳源,如甘蔗糖如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。糖蜜因富含生物素蜜、甜菜糖蜜。糖蜜因富含生物素,在发酵前在发酵前需要经活性碳或树脂吸附法和亚硝

7、酸法吸附需要经活性碳或树脂吸附法和亚硝酸法吸附或破坏生物素。或破坏生物素。2、氮源氮源 氮源就是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸氮源就是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸得原料。氮源比碳源对谷氨酸发酵影响更大得原料。氮源比碳源对谷氨酸发酵影响更大,约约85得氮源被用于合成谷氨酸得氮源被用于合成谷氨酸,另外另外15用于用于合成菌体。合成菌体。一般发酵工业碳氮比为一般发酵工业碳氮比为100:(0、22、0),谷氨酸发酵得碳氮比为谷氨酸发酵得碳氮比为100:(1521)。目前生。目前生产上多采用尿素或氨水作为氮源产上多采用尿素或氨水作为氮源,进行分批流进行分批流加加。3、无机盐无机盐 无机盐就是微生物维持生命

8、活动不可缺少无机盐就是微生物维持生命活动不可缺少得物质。其中磷酸盐在谷氨酸发酵非常重要得物质。其中磷酸盐在谷氨酸发酵非常重要,她就是谷氨酸发酵过程中必须得她就是谷氨酸发酵过程中必须得,但浓度不能但浓度不能过高过高,否则会转向缬氨酸发酵。否则会转向缬氨酸发酵。4、生长因子生长因子 糖质为碳源得谷氨酸生产菌几乎都就是生糖质为碳源得谷氨酸生产菌几乎都就是生物素缺陷型物素缺陷型,以生物素为生长因子。在发酵过以生物素为生长因子。在发酵过程中程中“亚适量亚适量”生物素有利于积累谷氨酸。生物素有利于积累谷氨酸。实际生产中通过添加玉米浆、麸皮水解液、实际生产中通过添加玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等作为生长因子得来

9、源糖蜜等作为生长因子得来源,来满足谷氨酸生来满足谷氨酸生产菌必须得生长因子。产菌必须得生长因子。二、淀粉水解糖得制备二、淀粉水解糖得制备 淀粉就是由葡萄糖组成得生物大分子淀粉就是由葡萄糖组成得生物大分子,大多大多数得微生物都不能直接利用数得微生物都不能直接利用,生产中都要求将淀生产中都要求将淀粉进行糖化粉进行糖化,制备成淀粉水解糖使用。制备成淀粉水解糖使用。在淀粉水解糖液中在淀粉水解糖液中,主要糖分就是葡萄糖主要糖分就是葡萄糖,另外尚有数量不等得麦芽糖以其她一些二糖、另外尚有数量不等得麦芽糖以其她一些二糖、低聚糖等糖类少量。低聚糖等糖类少量。淀粉水解糖得制备方法有下列淀粉水解糖得制备方法有下列

10、4种种:1 1、酸解法、酸解法(酸糖化法酸糖化法)她就是以酸她就是以酸(无机酸或有机酸无机酸或有机酸)为催为催化剂化剂,在高温高压下将淀粉水解转化为在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖得方法。葡萄糖得方法。n优点优点:(1)生产简易生产简易,对设备要求简单。对设备要求简单。(2)水解时间短。水解时间短。(3)设备生产能力比较大。设备生产能力比较大。n缺点缺点:(1)要求有耐腐蚀、耐高温高压得设备。要求有耐腐蚀、耐高温高压得设备。(2)副反应得发生副反应得发生,造成葡萄糖得损失而使淀粉造成葡萄糖得损失而使淀粉得转化率降低。得转化率降低。(3)淀粉颗粒大小不均造成水解不彻底。淀粉颗粒大小不均造成水解

11、不彻底。(4)淀粉乳浓度也不宜过高。淀粉乳浓度也不宜过高。2、酶解法、酶解法(双酶水解法双酶水解法)就是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖。此法就是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖。此法分为两步分为两步:n优点优点:(1 1)酶水解反应条件较温和酶水解反应条件较温和,不需要不需要耐腐蚀、耐耐腐蚀、耐高温、高压得设备。高温、高压得设备。(2 2)酶专一性强酶专一性强,水解副反应少水解副反应少,水解糖液纯度水解糖液纯度高高,淀粉得转化率高。淀粉得转化率高。(3 3)可在较高得淀粉乳液浓度下水解。可在较高得淀粉乳液浓度下水解。(4 4)糖液颜色浅、较纯净、无苦味、质量高糖液颜色浅、较纯净、无苦味、质量高,有有利于

12、精制。利于精制。n缺点缺点:(1 1)酶水解反应时间较长酶水解反应时间较长,一般从投料到一般从投料到糖化完毕需糖化完毕需2 23 3天时间天时间。(2 2)要求设备较多。要求设备较多。(3 3)需要具备有专门培养酶得条件。需要具备有专门培养酶得条件。(4 4)糖液过滤困难。糖液过滤困难。3、酸酶结合法、酸酶结合法 酸酶结合水解法就是集酸法和酶法酸酶结合水解法就是集酸法和酶法制糖得优点而采用得结合生产工艺。根据制糖得优点而采用得结合生产工艺。根据淀粉原料性质又可分为酸酶水解法和酶酸淀粉原料性质又可分为酸酶水解法和酶酸水解法。水解法。(1 1)酸酶水解法酸酶水解法n优点优点:(1 1)酸液化速度快

13、酸液化速度快,且用量少且用量少。(2 2)对液化液得要求不高。对液化液得要求不高。(3 3)可采用较高得淀粉乳浓度可采用较高得淀粉乳浓度,以提以提高生产效率。高生产效率。(2 2)酶酸水解法酶酸水解法n优点优点:(1 1)能采用粗原料淀粉能采用粗原料淀粉。(2 2)淀粉浓度较酸法高淀粉浓度较酸法高,生产较易控制。生产较易控制。(3 3)水解时间短水解时间短,糖液色泽浅。糖液色泽浅。(4 4)酸水解酸水解pHpH值稍高值稍高,可减少淀粉水解副反应得可减少淀粉水解副反应得发生。发生。采用不同得水解制糖工艺采用不同得水解制糖工艺,各有其优各有其优点和不足。点和不足。从水解糖液得质量及降低糖耗从水解糖

14、液得质量及降低糖耗,提高提高原料利用率方面考虑原料利用率方面考虑,双酶法最好双酶法最好,其次就其次就是酸酶法是酸酶法,最差得就是酶酸法、酸法。最差得就是酶酸法、酸法。从淀粉水解整个过程所需得时间来说从淀粉水解整个过程所需得时间来说,则酸法时间最短则酸法时间最短,双酶法时间最长。双酶法时间最长。三、糖蜜原料得处理三、糖蜜原料得处理1、糖蜜得来源与特点、糖蜜得来源与特点 甘蔗糖厂得副产物甘蔗糖厂得副产物 甜菜糖厂得副产物甜菜糖厂得副产物2、糖蜜原料得处理、糖蜜原料得处理(1)降低生物素含量降低生物素含量:活性碳或树脂吸附、活性碳或树脂吸附、亚硝酸破坏等亚硝酸破坏等(2)添加青霉素添加青霉素(3)添

15、加表面活性剂等添加表面活性剂等 11、2、2 谷氨酸生产菌及扩大培谷氨酸生产菌及扩大培养养 一、生产菌一、生产菌 经过鉴定和命名得谷氨酸生产菌很多经过鉴定和命名得谷氨酸生产菌很多,其其中主要就是棒杆菌属、短杆菌属、小杆菌属中主要就是棒杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中得细菌。及节杆菌属中得细菌。她们都有以下共同特点她们都有以下共同特点:菌体为球形、菌体为球形、短杆至棒状短杆至棒状,无鞭毛、不运动无鞭毛、不运动,不形成芽不形成芽孢孢,呈革兰氏阳性呈革兰氏阳性,需要生物素做生长因需要生物素做生长因子子,在通气条件下培养能产生谷氨酸。在通气条件下培养能产生谷氨酸。二、菌种得扩大培养二、菌种得扩大

16、培养 国内谷氨酸发酵种子扩大培养普遍采国内谷氨酸发酵种子扩大培养普遍采用二级种子培养得流程用二级种子培养得流程,即即:斜面菌种斜面菌种 一级种子培养一级种子培养 二级种子培养二级种子培养 发酵罐发酵罐一级种子得常用培养基配方一级种子得常用培养基配方种子得质量要求种子得质量要求:v镜检菌体健壮镜检菌体健壮,排列整齐排列整齐,大小均匀大小均匀v二级种子得活菌浓度要求达到二级种子得活菌浓度要求达到108109个个/mlv要求二级种子活力旺盛要求二级种子活力旺盛v平板检验平板检验,菌落淡黄色菌落淡黄色,呈半透明状呈半透明状v小摇瓶发酵试验小摇瓶发酵试验,产酸稳定并在高峰产酸稳定并在高峰11、3 发酵机制及工艺控制发酵机制及工艺控制一、由葡萄糖生物合成谷氨酸得理想途径一、由葡萄糖生物合成谷氨酸得理想途径二、二、葡葡萄萄糖糖合合成成谷谷氨氨酸酸得得代代谢谢途途径径三、生物合成途径三、生物合成途径 葡萄糖经糖酵解葡萄糖经糖酵解(EMP途径途径)和己糖磷酸支和己糖磷酸支路路(HMP途径途径)生成丙酮酸生成丙酮酸,再氧化成乙酰辅酶再氧化成乙酰辅酶A(乙酰乙酰CoA),然后进入三羧酸循环然后进入三羧酸循环