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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，能使偏振光平面向左或向右
2、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=2.0 x102;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、福林-达尼斯反应；精氨酸胍基
3、: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。,氨基酸生产概述,氨基酸(Amino acid)组成蛋白质的基
4、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
5、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
6、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,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
7、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
8、,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,
