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1、氨基酸生产工艺,演讲人 姓名：马玲 学号：P102014235 姓名：马玉祥 学号：P102014236,氨基酸种类及理化性质,一、氨基酸组成及结构 1、元素：C、H、O、N等 2、通式：,3、氨基酸的一般物理性质,常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异 溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。,(2) 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。 (3) 味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。 旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光
2、平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。,(5)光吸收：构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。,Tyr、Trp、Phe在近紫外光区的最大吸收峰（max）和摩尔消光系数,酪氨酸的max275nm，275=1.4x103 ; 苯丙氨酸的max257nm，257=2.0x102; 色氨酸的max280nm，280=5.6x103;,4、化学通性 -COOH：成盐、成酯、酰胺化、脱羧、酰氯化； -NH2：成盐、脱氨 两性解离 肽键 酪氨酸酚羟基：米伦反应、
3、福林-达尼斯反应； 精氨酸胍基:坂口反应 色氨酸吲哚基：遇芳醛变红 组氨酸咪唑基：pauly反应,第三节 氨基酸的用途,1.食品工业： 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦中) 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽甜味剂(-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产品1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万吨。,2.饲料工业： 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 3.医药工业： 多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调 苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治疗有效,且副作用低。 4.化学工业： 谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙氨酸纤维。,氨基酸生产概
4、述,氨基酸(Amino acid) 组成蛋白质的基本单位,存在自然界中的氨基酸有上千种，但组成人体蛋白质的氨基酸主要有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外），有8种氨基酸人体本身不能合成，两种半必需氨基酸,氨基酸生产的基本方法,发酵法生产氨基酸,氨基酸生产的基本方法,一 酶 法,丙氨酸 天冬氨酸 酪氨酸 多巴（二羟基苯丙氨酸）,色氨酸 5-羟基色氨酸 赖氨酸,应用完整菌体或自微生物细胞抽提出酶类制造氨基酸,蛋白酶分子结构图,氨基酸生产的基本方法,二 抽 提 法,蛋白质水解液中提取 半胱氨酸、胱氨酸、酪氨酸的生产由于没有其他适当方法，目前还是用抽提法。,氨基酸生产的基本方法,丙氨酸 天冬酰胺
5、甘氨酸 蛋氨酸,丝氨酸 色氨酸 苯丙氨酸,在与其对应的羧酸上的碳上连接氨基,氨基酸生产的基本方法,四 直 接 发 酵 法,按照菌株的特性，直接发酵法可分为四类,氨基酸生产的基本方法,优 点,氨基酸发酵的代谢控制,AR,P,O,A结构基因,无活性 repressor,A,RNA聚合酶,反馈阻遏,活性,A合成酶系（E1,E2）,A,反馈抑制,超过生理需要量,反馈调节作用,氨基酸发酵的代谢控制,反馈抑制,反馈阻遏,氨基酸生物合成调节机制的基本模式,氨基酸发酵的代谢控制,氨基酸发酵的代谢控制,协同（或多价）反馈抑制,氨基酸发酵的代谢控制,合作（或增效）反馈抑制,氨基酸发酵的代谢控制,同功酶控制,积累反
6、馈抑制,氨基酸发酵的代谢控制,氨基酸发酵的代谢控制,顺序反馈抑制,氨基酸发酵的代谢控制,平衡合成,B,C,D,E,F,G,A,溶解氧：乳酸或琥珀酸谷氨酸酮戊二酸 （通气不足） （适中） （通气过量、转速过快） NH4+： 酮戊二酸谷氨酸谷酰胺 （缺乏） （适量） （过量） pH： 谷酰胺，N乙酰谷酰胺谷氨酸 （pH58， NH4+过多） （中性或微碱性） 磷酸： 缬 氨 酸谷氨酸 （高浓度磷酸盐） 生物素： 乳酸或琥珀酸谷氨酸 （过量） （限量）,1、控制发酵的环境条件,氨基酸发酵的代谢控制,氨基酸发酵的代谢控制,2、控制细胞渗透性,氨基酸发酵的代谢控制,3、控制旁路代谢,氨基酸发酵的代谢控制
7、,4、降低反馈作用物的浓度,氨基酸发酵的代谢控制,5、消除终产物的反馈抑制与阻遏作用,选择出发菌株：前人经验；代谢途径简单、清楚；易于解除代谢控制机制。 育种原理：部分或全部解除微生物对氨基酸合成代谢的自我调节机制 育种方法：传统方法 现代方法 定向育种,氨基酸发酵的代谢控制,6、促进ATP的积累,氨基酸发酵的工艺控制,培养基 碳源 氮源 磷酸盐 金属离子（镁钾钠锰铁铜）生长因子 pH 主要影响酶的活性和菌的代谢 流加尿素和氨水 温度 菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度是不同的。谷氨酸前者3032C，后者3437C。 氧 谷氨酸族：需氧；丙酮酸族：厌氧；天冬氨酸族：基本无影响。,氨基酸发酵
8、的工艺流程,培养基的配制与灭菌,菌种的扩大培养,菌体浓度,限制性基质浓度,建立微生物生长动力学模型,发酵过程中主要参数的检测,生化反应器重要参数KLa的检测,亚硫酸钠氧化法,动态法(溶氧电极法),发酵动力学实验,氨基酸发酵的工艺流程,三角瓶培养,冷却接种,固体斜面培养,发 酵,发 酵 液,pH7.0，流加尿素 调节（0.40.6）,测定菌体密度，OD值不再上升时， 菌体分裂完成，约12h,前期(012h) 3335; 中后期(35h)3638,通气比：1: (0.080.1) 100吨罐,32 ,pH7.0, OD=1.0,32 ,pH7.0, 1824h,谷氨酸生产工艺流程,氨基酸发酵的工艺流程,结晶,小结,氨基酸工业生产主要是靠生物发酵的方法 氨基酸合成受到生物自身的反馈调控作用 工业生产氨基酸需要减弱或消除反馈调控,THANK YOU,THANK YOU,THANK YOU,THANK YOU,THANK YOU,THANK YOU,THANK YOU,THANK YOU,Thank you,THANK YOU,THANK YOU,马玲、马玉祥2012.11.30,