《氨基酸发酵》PPT课件

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1、第9章氨基酸发酵氨基酸制备最早是在1820年用蛋白质酸水解开始的,1850年化学合成氨基酸研究成功,1956年发酵生产谷氨酸。氨基酸是重要营养物质,具有重要的生理功能,近年来随着氨基酸工业的发展,氨基酸在食品、医药、农业、化妆品等领域得到广泛应用,因此氨基酸的生产具有重要的意义。食品工业中,甘氨酸、丙氨酸具有甜味,天冬氨酸、谷氨酸具有酸味,谷氨酸钠、天冬氨酸钠具有鲜味,赖氨酸、蛋氨酸等是人体必需氨基酸。医药工业中,多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调;精氨酸药物用于治疗由氨中毒造成的肝昏迷;丝氨酸药物用作疲

2、劳恢复剂;蛋氨酸、胱氨酸用于治疗脂肪肝;L-谷氨酸与L-谷氨酰胺用于治疗脑出血后的记忆力障碍等。化妆品生产中,胱氨酸用于护发素,丝氨酸用于面霜中;谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸与脂肪酸形成的表面活性剂,具有清洗、抗菌等功能,用于护肤品、洗发剂中。在农业中,苯丙氨酸和丙氨酸可用于治疗苹果疮痂病;甘氨酸可制成除草剂。赖氨酸、蛋氨酸添加在饲料中,能加速家畜、家禽的生长,改善肉的质量。从20世纪初期,氨基酸实现工业化生产以来,氨基酸生产大体有蛋内质水解法、化学合成法、微生物发酵法和酶法四种生产方法。蛋白质水解法:早期味精生产、复合氨

3、基酸;化学合成法:DL-蛋氨酸、甘氨酸、DL-丙氨酸;酶法:L-丙氨酸、L-色氨酸、L-丝氨酸;微生物发解法:生产60%以上的氨基酸,包括直接发酵法和添加前体发酵法。前三种方法成本高,工艺复杂,难以达到工业化生产目的。9.1谷氨酸的发酵生产谷氨酸发酵规模、产量最大。谷氨酸除用于制造味精外,还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射剂等。我国是世界最大味精生产大国。谷氨酸发酵工艺流程1.谷氨酸生产原料包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。发酵原料选择要考虑:菌体生长繁殖的营养需求、有利于谷氨酸大量积累、产品提取容易、生产周期

4、短及价格便宜。(1)碳源:是构成菌体和合成谷氨酸的碳骨架以及能量来源。一般都是淀粉原料,如玉米、小麦、甘薯、大米等。淀粉先水解成葡萄糖,然后经中和、脱色再投放到发酵罐。也可用糖蜜原料作碳源,糖蜜因富含生物素,发酵前需除去或破坏生物素。(2)氮源:是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料。氮源比碳源对谷氨酸发酵影响更大,约85%的氮源被用于合成谷氨酸,15%用于合成菌体。一般发酵工业碳氮比为100:(0.2~2.0),谷氨酸发酵的碳氮比为100:(15~21)。目前多用尿素作为氮源,分批流加,流加时温度不易过高(不超过45

5、℃),否则游离氨过多,使初始pH过高,抑制菌体生长。(3)无机盐:是微生物维持生命活动不可缺少的物质。其中磷酸盐在谷氨酸发酵中非常重要,是谷氨酸发酵过程必需的,但浓度不能过高,否则会转向缬氨酸发酵。(4)生长因子:谷氨酸生产菌都是生物素缺陷型,生物素为其生长因子。2.谷氨酸生产菌及其扩大培养(1)谷氨酸生产菌目前谷氨酸发酵菌种有谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、黄色短杆菌、嗜氨小杆菌、球形节杆菌。报道的谷氨酸生产菌中,除芽孢杆菌外,虽然它们属于不同的属种,但都有一些共同特点,如菌体为球形、短杆至棒状、无鞭毛、不运动、不形

6、成芽孢、呈革兰氏阳性、需要生物素做生长因子、在通气条件下培养产生谷氨酸。(2)扩大培养(二级种子培养流程):斜面菌种→一级种子培养→二级种子培养→发酵罐。3.谷氨酸发酵机制及工艺控制(1)谷氨酸生物合成途径:葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸,再氧化成乙酰CoA,然后进入三羧酸循环,再通过乙醛酸循环、CO2固定作用,生成α-酮戊二酸,α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下,生成谷氨酸。谷氨酸发酵过程中,生物素缺乏时,菌种生长十分缓慢;生物素过量时,则转为乳酸发酵;生物

7、素亚适量条件下,谷氨酸产量高。影响谷氨酸代谢途径的因素(2)谷氨酸发酵工艺控制①接种量:一般为0.6%~l.7%。由发酵培养基成分、谷氨酸菌种种类性质、种龄等确定。②温度控制:前期32±6℃,后期可提高到34℃~37℃。③pH值:前期pH偏低,则菌体生长旺盛,长菌不产酸;pH偏高,菌体生长缓慢,发酵时间长。一般前期pH值控制在7.5~8.0较为合适,发酵中、后期将pH值控制在7.0~7.6,常采用氨水流加法或尿素流加法调节pH。④通风量:长菌阶段,若供氧过量,在生物素限量的情况下,抑制菌体生长,表现为耗糖慢,长菌慢,

8、所以发酵前期以低通风量为宜;发酵阶段,供氧不足,发酵主产物由谷氨酸变为乳酸,所以发酵中、后期以高通风量为宜。4.谷氨酸的提取工艺主要根据其两性电解质性质、溶解度和吸附剂的作用以及谷氨酸的成盐作用等。目前常用方法有等电点法、离子交换法、锌盐法、纳滤膜等。(1)等电点法提取谷氨酸①原理:谷氨酸分子含有两个酸性羧基和一个碱性氨基,酸性条件下,即pH<

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