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1、 氨基酸工艺学生命科学系课程内容l绪论 l谷氨酸发酵 l其他氨基酸发酵参考书l氨基酸工艺学陈宁 中国轻工业出版社 l氨基酸发酵工艺学张克旭 中国轻工业出版社 l味精工业手册（第二版）于信令 中国轻工业出版社学习目的l以探讨氨基酸发酵工厂的生产技术为主 要目的。氨基酸发酵生产以发酵为主, 发酵的好坏是整个生产的关键,但后处 理提纯操作和提纯设备选用当否,也会 大大影响总的得率。氨基酸发酵工艺学 研究的对象应该包括从投入原料到最终 产品获得的整个过程,其中有微生物生 化问题、生化工程问题,也有分析与设 备问题。绪论第一节 概述 l氨基酸的种类（自学） l氨基酸的性质（自学） l氨基酸的生产方法1.
2、水解法2.合成法3.酶转化法4.微生物发酵法l 氨基酸发酵的特点 氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵,由发酵所 生成的产物氨基酸,都是微生物的中间代 谢产物,它的积累是建立于对微生物正常代谢 的抑制。在脱氧核糖核酸(DNA)的分子水平 上改变、控制微生物的代谢,使有用产物大量 生成、积累。 代谢控制发酵（又称新型发酵） 氨基酸发酵为好气性发酵 菌种：细菌绪论第二节 氨基酸发酵的历史与发展 l 1820年有人在实验室水解蛋白制取氨基酸。1866年里豪森利用H2SO4从小麦面筋制取Glu 。1908年从海带中提取了Glu，并制取了味之素 。1910年日本人开始利用小麦面筋工业化制取 味精。1923 年
3、吴蕴初先生创办了上海天厨味精厂 。1936年美国人开始从甜菜废液制取味精。1957年日本发酵法生产味精。绪论l氨基酸发酵的现状1.谷氨酸 l1964年发酵法生产味精才获得成功并 在上海工业化生产。 l2006年我国味精总产量130多万吨，居 世界首位。绪论绪论绪论绪论2006年我国味精行业经济技术指标 1）味精精制成本：山东齐鲁味精集团公司 5223.00元/t 2）糖化收率：山东齐鲁味精集团公司 99.99 % 3）平均产酸：河南莲花味精集团 15.10 % 4）发酵转化率：山东齐鲁味精集团公司 65.70 % 5）提取收率：江苏菊花味精集团公司 99.90 % 6）精制收率：山东铃兰味精工
4、业公司 99.10 %绪论l其他氨基酸绪论2.赖氨酸 lL-赖氨酸是人体必需氨基酸之一,是世 界上仅次于味精的第2大氨基酸品种。绪论绪论3.苏氨酸l 截至2006年,全球饲料中苏氨酸的需求量每年 约为11万t,中国的需求量约为2万t。目前,在 苏氨酸领域研究开发处于世界领先水平的是 日本味之素公司,它是全球最大的苏氨酸生产 公司,总产能每年达到6.6万t,大约占全球市 场份额60%。 l 我国最大生产企业吉林大成集团，年产近万 吨。绪论4.蛋氨酸l 到2010年,全世界蛋氨酸需求将达到90万t,中 国的需求量也将超过10万t。近年中国对蛋氨 酸的需求量还将持续增长,但一定时期内依靠 大量进口来
5、满足。 l 中国是世界第2大饲料生产国,市场需求的年 增长率7%8%,蛋氨酸基本依靠进口。绪论5.色氨酸 l色氨酸是重要的氨基酸之一,L-色氨酸 为蛋氨酸、赖氨酸之后的第3饲用氨基 酸,目前世界色氨酸年产约3000多t。 l我国尚不能大规模生产。绪论第三节 氨基酸的应用 l 医药Glu治疗肝昏迷。 氨基酸大输液。l 食品调味品味精，稀释3000倍，鲜味，阈值0.03%。Gly：蔗糖的0.8倍。Asp-phe甲酯（阿斯巴甜），蔗糖的200倍 。提高食品营养价值，强化食品评价蛋白质营养价值的指标，看食物中蛋白 质的量（含量）和质（氨基酸之间的构成比 例）。 l 农业饲料用Lys，添加0.2%，鸡每
6、年生蛋250个 ，猪120天长只至180斤，鸡56天长3.5斤。 l 工业聚Glu，可降解塑料，环境友好材料。绪论l 采用诱变、细胞工程、基因工程的手段选育 出从遗传角度解除了反馈调节和遗传性稳定 的更理想菌种,提高产酸;l 采用过程控制,进行最优化控制,连续化、自 动化,稳产、高产;探求新工艺、新设备,以提 高产率和收得率;l 研究发酵机制等问题,以便能更好地控制氨基 酸这样微生物中间代谢产物的发酵。 什么是味精？L-谷氨酸一钠一水化合物HOOCCH2CH2CHCOONaH2O|NH2 性状：无色柱状结晶或粉末。纯度：99%或80%味精的安全性 l1987年联合国粮农组织和世界卫生组 织食品
7、添加剂标准委员会就作出“食用 安全，无须限量的规定”的科学论断。 l中国发酵工业协会曾于1993年组织“味 精营养与安全研讨会” ，多位专家在研 讨会作了精彩的发言，肯定了味精的安 全性。l味精厂的主要生产车间 糖化车间 发酵车间 提取车间 精制车间第一章 淀粉水解糖的制备第一节 淀粉的组成及其特性 一、淀粉的性状及组成 l 性状白色无定形结晶粉末。形状为：圆形、椭圆形、多角形。第一章 淀粉水解糖的制备l组成 l直链淀粉第一章 淀粉水解糖的制备l支链淀粉第一章 淀粉水解糖的制备l淀粉与碘的颜色反应淀粉蓝糊精红糊精无色糊精葡萄糖 蓝色紫 色红 色无 色酒精反应第一章 淀粉水解糖的制备l淀粉的糊化
8、1.定义淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后 淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成带有 粘性的淀粉糊。第一章 淀粉水解糖的制备2.过程l 第一阶段:淀粉缓慢地可逆地吸收水分,淀粉 颗粒已有些微膨胀。 l 第二阶段:当温度升到大约65 时,淀粉颗粒 经过不可逆地突然很快地吸收大量水分后,膨 胀粘度增加很大。 l 第三阶段:当温度继续升高,淀粉颗粒变成无 形空囊,可溶性淀粉浸出,成为半透明的均质 胶体。第一章 淀粉水解糖的制备l 不同原料淀粉糊化温度名称开始糊化温度（）完全糊化温度（） 糯米5961 粳米5863 玉米6472 大麦5863 小麦6568 马铃薯5967 甘薯7076 荞麦6971第一
9、章 淀粉水解糖的制备三、淀粉的生产 l 原理不溶于冷水，相对密度大于1。 l 工艺（玉米淀粉）1.清理（除杂） l 目的：清除杂质第一章 淀粉水解糖的制备2.浸泡l 目的： （1）软化 （2）溶解 （3）除杂 l 工艺条件温度：50-55 时间：48h二氧化硫0.15-0.2%第一章 淀粉水解糖的制备3.粗碎 l目的：粉碎成10块以上的小块 4.胚芽分离 l目的：分离胚芽第一章 淀粉水解糖的制备5.磨碎 l目的：破坏细胞组织，释放淀粉。 6.纤维分离 l采用筛选法分离。 7.蛋白质分离 l原理：利用相对密度不同。 8.清洗 l目的：去除可溶性杂质。第一章 淀粉水解糖的制备9.脱水 l采用离心机
10、。 10.干燥 l带式干燥机 11.成品整理 l粉碎和筛分。第一章 淀粉水解糖的制备第二节 淀粉水解糖的制备方法 一、意义和要求 l 糖化：工业上将淀粉水解为葡萄糖的过程成 为糖化。第一章 淀粉水解糖的制备第一章 淀粉水解糖的制备第一章 淀粉水解糖的制备l 谷氨酸发酵水解糖的要求 1.严格控制原料质量 2.正确控制淀粉乳的浓度 3.水解完全 4.糖液清、色泽浅 5.糖液新鲜 6.降低糖液蛋白质的含量第一章 淀粉水解糖的制备7.质量标准 （1）色泽：浅黄、杏黄通明液体； （2）糊精反应：无； （3）还原糖含量：18%左右 （4）DE值：90%以上； （5）透光率：60%以上 （6）pH：4.6-
11、4.8第一章 淀粉水解糖的制备二、淀粉水解的方法与比较 l淀粉水解的方法酸解法 酶酸法 酸酶法 双酶法 第一章 淀粉水解糖的制备1.酸解法（1）工艺流程：淀粉、水、盐酸调浆进料水解冷却 、中和脱色过滤糖化液 （2.）工艺特点高温、高压糖化时间短副产物多、糖化收率低第一章 淀粉水解糖的制备（3）水解工艺条件：a.淀粉乳的浓度控制在18-22%。b.盐酸的用量为干淀粉的0.6-0.7%，通常控 制淀粉乳的pH值为1.5左右。c.进料压力0.02-0.03MPa。d.水解压力0.28-0.3 MPa。e.水解终点检查采用无水乙醇检查无白色反 应为止。第一章 淀粉水解糖的制备（4）中和、脱色的工艺条件
12、淀粉水解后，在水解液中尚含有少量蛋白 质等胶体物质，除去这些物质的方法：以 Na2CO3调整水解液的pH值到这些杂质的等电 点，约为4.8-5.0，这个过程称为中和。中和 的温度控制在70-80。第一章 淀粉水解糖的制备糖液的脱色一般采用粉末活性炭脱色，具体 工艺条件如下：用量：为糖液的0.1-0.2%温度：65-80时间：30minpH：4.8-5.0第一章 淀粉水解糖的制备（5）过滤第一章 淀粉水解糖的制备过滤设备通常采用板框式过滤机。它的规格 型号的表示方法如下：F B M(A)Y(S) /-其中：F表示防腐型B表示板框压滤机M(A)表示明流（暗流）Y(S)表示液压压紧（手动螺旋压紧）表
13、示过滤面积表示型号表示框厚第一章 淀粉水解糖的制备第一章 淀粉水解糖的制备第一章 淀粉水解糖的制备2.酶酸法原料粉碎调浆液化灭酶过滤调 酸糖化中和脱色过滤糖化液-淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉。3.双酶法 l 原料粉碎调浆液化灭酶调 整pH糖化灭酶中和过滤糖 化液-淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉。糖化酶的用量：100-120 u/干淀粉。第一章 淀粉水解糖的制备l-淀粉酶 （1）生产菌枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、米曲霉、黑 曲霉、拟内孢霉等等。 （2）类型常温和高温固态粉末和液体 （3）作用方式可以切断-1，4糖苷键不能切断-1，6糖苷键第一章 淀粉水解糖的制备（4）特性 l 热稳定性
14、60 以下稳定 l 作用温度60-70；90-110 l pH稳定性6.0-7.0稳定，5.0以下失活严重l 糖化酶 （1）生产菌黑曲霉。 （2）类型固态粉末和液体 （3）作用方式可以从非还原性末端切断-1，4糖苷键；缓慢切断-1，6糖苷键（4）特性 l作用温度40-65；最佳58-60 lpH稳定性3.0-5.5稳定最适4.0-4.5l双酶法工艺特点 1）副产物少，糖液纯度高； 2）生产工艺条件温和； 3）淀粉浓度高，可以使用粗原料； 4）糖液质量高； 5）周期长，设备多。第三节 双酶法制糖工艺发酵车间调浆罐液化罐灭酶罐糖化罐板框过滤机换热器喷射液化器一、淀粉的液化 l淀粉的糊化（参看淀粉的
15、性质） l液化的方法 （1）间歇液化85-90 保温30-60min。碘液检查合格（呈 棕红色）。经常使用中温酶（2）喷射液化调浆喷射液化 （95-105）保温液化灭酶 （120-145 ）二、淀粉的糖化 l 衡量糖化的经济技术指标 1.理论收率（C6H10O5）n n H2On C6H12O6162 18 180理论收率111.11%2.实际收率3.淀粉转化率l DE值与DX值 1.DE值 表示淀粉水解程度或糖化程度。也称葡萄糖值 。2.DX值 l 糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。l糖化工艺条件pH:4.20.1温度：60 糖化时间：32-40小时升温灭酶、中和：70-80 保温 15mi
16、n第二章 谷氨酸发酵机制第一节 谷氨酸的生物合成途径主要包括EMP、HMP、TCA循环、乙醛酸 循环、CO2固定反应。 一、生成谷氨酸的主要酶反应 l 谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应 l 转氨酶(AT)催化的转氨反应 l 谷氨酸合成酶(GS)催化的合成反应还原氨基化为主导性反应二、谷氨酸生物合成的理想途径C6H12O6+NH3+1.5O2 C6H9O4N+CO2+3H2O三、谷氨酸发酵的代谢途径l控制谷氨酸合成的重要措施 谷氨酸生产菌应具备的生化特点 1.-酮戊二酸氧化能力微弱 2.谷氨酸脱氢酶活性强 3.细胞膜对谷氨酸的通透性强l理论收率为81.7%。四碳二羧酸是 100%通过CO2固定反应供给。 l若通过乙醛酸循环供给四碳二羧酸,则 理论
