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1、第三节 氨基酸发酵 氨基酸：合成法、抽提法 氨基酸工业起源于日本 1909年面筋酸水解生产谷氨酸 1956年由发酵法生产谷氨酸 我国氨基酸发酵工业1964年上海投产 赖氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸等12种氨基酸,一. 氨基酸的用途 （一）食品工业 甜味剂：甘氨酸、丙氨酸 酸味剂：天门冬氨酸、谷氨酸等 鲜味剂：天门冬氨酸钠、谷氨酸钠等 甘氨酸可用于清凉饮料 赖氨酸：加强食品、饲料,天冬甜肽（Aspartom）： L-Asp和L-phe合成 美国Searle公司30年前低热量营养性甜味剂 口感近似蔗糖 甜度为蔗糖的2530倍 热量仅为蔗糖的1/160 全球总销量已1.5万吨 阿丽泰(Al
2、itame)：由天冬氨酸与丙氨酸合成 甜味更纯正，耐热性更好 最适用于面包、饼干、蛋糕等焙烤食品,聚赖氨酸：食品保鲜剂 肉类、家禽、海产、面包 饼干和各种谷物食品的防腐保鲜 高级吸水性聚合物：婴儿尿片等产品 日本年产已达1千多吨,聚谷氨酸：绿色塑料 食品包装到一次性餐具和其它各种工业用途 它在自然界中可迅速降解 不环境污染 日本已开发成功并有产品上市,（二） 医药工业 1. 氨基酸混合液：高营养液 2. 治疗用： 1）肝脏治疗：Arg、鸟氨酸、瓜氨酸、Glu、 Asp用以降低血氨 异亮氨酸、亮氨酸等纠正血浆氨基酸失衡 Met、胱氨酸用于治疗脂肪肝 2）消化道疾病治疗：Gln、His治疗消化道溃
3、 疡, Gly、 Glu 调节胃液酸度,3）脑病治疗： L-Glu与L-Gln改善脑出血后遗症的记忆障碍 -氨基酸治疗癫痫等 左旋多巴用于震颤性麻痹等 4）心血管治疗 Asp用于心率失常,（三）化妆品 胱氨酸用于护发 Ser用于雪花膏 Glu、Gly、Ala与脂肪酸形成的表面活性剂 有洗净、抗菌作用 谷氨酸碱盐、精氨酸碱盐：化妆品 对皮肤无刺激性,（四）其他 Gly为除草剂成分 聚谷氨酸是合成皮革原料和 表面活性剂原料 四大饲料氨基酸：蛋氨酸、赖氨酸 苏氨酸、色氨酸 色氨酸：提高猪的瘦肉率，减少脂肪 使猪肉味道更鲜美,聚精氨酸： 农用地膜 作为洗涤剂、废水处理剂等工业用途,二、氨基酸发酵机制
4、典型的代谢控制发酵 发酵产物氨基酸：中间代谢产物 积累：要求微生物正常代谢的抑制 关键：控制机制被解除 打破微生物正常代谢调节,控制发酵环境条件,2. 控制细胞渗透性 氨基酸发酵必须考虑的重要因素 细胞内生物素水平高，Glu不能通过细胞膜 青霉素影响细胞壁合成 表面活性剂增加细胞膜通透性,3. 控制旁路代谢,4. 降低反馈 作用物浓度,5. 消除终产物的反馈抑制与阻遏作用,三. 谷 氨酸发酵 （-氨基戊二酸） O 氮代谢的基本氨基酸之一 C OH 连接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽 H2N-C- H L-谷氨酸单钠盐，味精 H-C-H 我国1963年开始生产 H-C-H 1964年建立发酵法生产 H
5、-C O 全国大小厂家200多家 OH 年产量15万吨之多，居世界首位 L-型 每年为国家创汇9亿元之多,1. 生产菌株 已分离到的菌株属不同的属，但具有相似的 特性： 1）革蓝氏阳性 2）不形成芽孢 3）没有鞭毛，不能运动 4）需要生物素作为生产因子 5）在通气条件下才能产生谷氨酸,谷氨酸产生菌 棒杆菌属 北京棒杆菌 C. pekinense Corynebacterium 钝齿棒杆菌 C. crenatum 谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum 百合棒杆菌 C. lilium 美棒杆菌 C. callunae 力士棒杆菌 C. herculis 短杆菌属 乳糖发酵短杆菌 B. lact
6、ofermentum Brevibacterium 叉开短杆菌 B. divaricatum 黄色短杆菌 B. flvum 硫殖短杆菌 B. thiogenitalis 产氨短杆菌 B. ammoniagenes 小杆菌属 嗜氨小杆菌 Microbacterium ammoniaphilum 节杆菌属 球形节杆菌 Arthrobacter globiformis,2. 谷氨酸的生物合成 原料：糖和尿素，通气条件 TCA循环-酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酸脱氢酶 COOH COOH C=O 谷氨酸脱氢酶 CHNH2 CH2 +NH4+ +NADPH2 CH2 +H2O+NADP CH2 CH2 COO
7、H COOH,由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径(颜方贵) 葡萄糖 6-P-葡萄糖 6-P-葡萄糖酸 3-P-甘油醛 5-P-核糖 丙酮酸 乙酰CoA 草酰乙酸 柠檬酸 苹果酸 异柠檬酸 延胡索酸 琥珀酸 酮戊二酸 谷氨酸 透过细胞膜 谷氨酸,3. 谷氨酸的提取 1）等电点法：pK1=2.19, pK2=4.28, pI=3.2 发酵液 pH 调到等电点，使Glu沉淀 2）离子交换法：用强酸型阳离子树脂（732）氢 型吸附后，用60C 4% 的NaOH洗脱 3）双柱法：先用弱酸型阳离子交换树脂（氢型） 除去阳离子杂质，再用磺酸型阳离子交换树 脂吸附谷氨酸，用碱液洗脱 4）锌盐法：利用谷氨酸锌在水
8、溶液中的溶解度 低的原理，将发酵液中的谷氨酸一次进行回收,4. 味精制造 谷氨酸溶于水活性炭脱色加 Na2CO3中和谷氨酸单钠（味精粗品） 除铁压滤活性炭脱色压滤减压浓缩 结晶离心分离干燥成品,三. 赖氨酸发酵 （2，6-二氨基己酸） 碱性氨基酸，有D型和L型构型 HCNH2 人体必须氨基酸之一 CH2 促进儿童发育，增强体质 CH2 缺乏导致蛋白缺乏症（病变） CH2 谷类食物中最缺乏的氨基酸 HCNH2 饲料工业，有效提高猪、 COOH 禽的增重，改善瘦肉品质 世界产量每年超过10万吨 日本占世界产量60%,1. 生产菌株 细菌: 棒杆菌、短杆菌、假单胞菌 埃希氏菌、芽孢杆菌 真菌: 酵母
9、、假丝酵母、隐球酵母 生产菌种: 谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌和乳糖 发酵短杆菌的各种突变株 这些菌株中合成赖氨酸的调控途径比大肠 杆菌简单；细胞膜对赖氨酸的通透性较有利,赖氨酸产生菌 谷氨酸棒杆菌 (Hse-) 高丝氨酸 黄色短杆菌(Thrs, Met-) 黄色短杆菌(AECr) S-2氨基乙基L半胱氨酸 乳糖发酵短杆菌(AECr, Ala-, CClr) -氯己内酰胺 乳糖发酵短杆菌(AECr, Ala-, CClr, MLr, FPr) 黄色短棒杆菌(AECr, Thrr, FPs) -氟代丙酮酸 谷氨酸棒杆菌(AECr, Hse-, Leu-, pant-) 谷氨酸棒杆菌(Hse-, AECr, U-) 钝齿棒杆菌(Hse+, AEC-, Metr, Str) ML: 甲基赖氨酸,2. 多谢调控,高丝氨酸缺陷型 抗赖氨酸结构类似物（AECR） 抗苏氨酸结构类似物（AHVR） 解除自身代谢调节,
