单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,L-,丝氨酸酶法生产工艺放大试验培训课件,2024/11/4,目录,概述,制药工艺路线及研究阶段,原材料及产品的主要技术规格,生产流程简述,发酵工艺放大优化,分离纯化放大与优化,产品的检验与分析,主要设备的计算,种子罐,发酵罐,离子交换罐,研究内容：,L-,丝氨酸,概述,L-,丝氨酸是一种脂肪族极性,氨基酸L-,丝氨酸是组成蛋白质的常见,20,种氨基酸中的一种，是哺乳动物的非必需氨基酸，也是生酮氨基酸在自然界中也有,D-,丝氨酸，如丝原蛋白中在一些抗生素中也有,D-,丝氨酸符号：,S,学名：,2-,氨基,-3,羟基丙酸英文名：,L-Serine,，缩写：,L-Ser,，,分子式：,C,3,H,7,NO,3,，结构式：,CH,2,OHCH(NH,2,)COOH,，分子量：,105.09,结构式：,药理作用：,磷脂酰丝氨酸补充剂能增加大脑皮层中的神经传递质乙酰胆碱的产量，乙酰胆碱与思维、推理和注意力集中有关联磷脂酰丝氨酸也能刺激多巴胺的合成和释放磷脂酰丝氨酸似乎和大脑对压力的反应有关联一项临床研究发现，在针对健康人施加压力的实验中，服用磷脂酰丝氨酸的人群对于压力的反应要比其他人群低。
压力反应是通过衡量血液中促肾上腺皮质激素水平得出的，促肾上腺皮质激素是由脑下垂体分泌的一种激素，它随之促进肾上腺分泌应激激素皮质醇磷脂酰丝氨酸主要用于治疗痴呆症（包括阿兹海默症和非阿兹海默症的痴呆）和正常的老年记忆损失国内外的生产情况,L-,丝氨酸的主要生产方法有以下四种蛋白质水解法：,L-,丝氨酸在丝胶蛋白中的含量丰富，蚕茧衣中含量为,13.64%,，因此，可用水解蚕茧衣制取添加前体发酵法,：,L-,丝氨酸在生物体内代谢运转速度极快，直接发酵法生产困难一般采用添加前体的发酵法添加的前体主要有甘氨酸、甘氨酸三甲内盐或甘油酸，其中以甘氨酸为前体的已工业化产生菌可分为两类：异养型和甲基营养型细菌化学合成法：,DL-,丝氨酸可有以羟基乙醛为原料的合成法等，然后再拆分得,L-,丝氨酸酶法：,利用丝氨酸羟甲基转移酶催化甲醛和甘氨酸（,Gly,）可逆的合成,L-Ser,，反应过程中,SHMT,需,PLP,和四氢叶酸（,THFA,）作为其辅因子，由于主要原料来源广泛、价格低廉，并可合成高浓度的产物，因此该法是目前最有应用前景的,L-Ser,生产方法鉴于化学合成法和酶法各自的优势,可将二者结合起来,即先用化学合成法制备出,DL-,丝氨酸,将其氨基乙酰化,再用固定化酶法进行拆分。
现用于氨基酸拆分的酶主要是氨基酰化酶,通常将酶固定在,DEAE-,葡聚糖凝胶,A-25,、碘乙酰纤维素或聚丙烯胺凝胶上将固定化酶均心地装入柱内,底物,(,乙酰化氨基酸,),溶液在合适的柱温、,pH,条件下以一定的速度通过酶柱即可过程如下：,7,用途与发展前景,L-,丝氨酸虽属于非必需氨基酸但具有许多重要的生理功能和作用,因此,在医药、食品、化妆品中均有较为广泛的应用丝氨酸是重要的自然保湿因子,(NMF),之一,皮肤角质层保持水分的主要角色,因此是很多高级化妆品中的关键添加剂,只是因其价格限制了它在化妆品中的应用L-,丝氨酸广泛用于配置第三代复方氨基酸输液和营养增补剂，并用于合成多种丝氨基酸衍生物，如心血管、抗癌、爱滋病新药及基因工程用保护氨基酸等抗衰老作用食品：,L-,丝氨酸用于运动饮料、氨基酸减肥饮料等饲料：,L-,丝氨酸用于动物饲料，可促进动物生长发育；,制备工艺路线,发酵过程,原材料及产品的主要技术规格,培养基：,LB,培养基,蛋白胨,10g,酵母浸出液,5 g,氯化钠,5g,水,1L,发酵流程,1.,将,LB,培养基共,0.25m3,放入,0.3m3,的种子罐配料罐中，待搅拌均匀后，用泵打入种子罐中，种子罐用,138,水蒸气进行夹套加热灭菌（使培养基从,25,升至,121,），再用冷却水使之冷却到,37,，接入菌种后培养到对数期待用。
2024/11/4,2,在,12 m3,的发酵罐配料罐中加入,8.35m3,的,LB,培养基，开启搅拌待混匀后，用泵打入发酵罐中，进行灭菌，用,138,水蒸气先进行间接加热（使培养基从,25,升至,90,），再用蒸汽直接加热（使培养基从,90,升至,121,），然后用冷却水使之冷却到,37,，待用3.,将种子罐中的料液放入发酵罐中发酵,14h,，再用离心机进行离心分离，收集菌体，废液放入贮罐中2024/11/4,发酵放大主要过程示意图,2024/11/4,生产原料,氢氧化钠溶液用量,66040L,浓度,1M,盐酸用量,66040L pH=2,无水乙醇用量,2080L,去离子水用量,99060L,717,型离子交换树脂用量,49530L,产品的主要技术规格,生产规模：,80,吨,/,年,生产方法：,717,型离子交换树脂离子交换层析后，进行浓缩，之后添加乙醇结晶，离心分离,生产天数：,300,天,生产周期：,1,天,生产方式：间歇生产,分离纯化所需原材料及产品的主要技术规格,生产流程简述,:,本设计采用离子交换层析对两种氨基酸（,L-,丝氨酸和,L-,甘氨酸）进行分离基本流程：,反应液离子交换层析浓缩结晶过滤干燥产品,反应过程,:,发酵结束后收集菌体，菌体沉淀中加入蒸馏水制成菌悬液，细胞破碎后加入,5-,磷酸吡哆醛（,PLP,，终浓度为,2mmol/L,），,37,温育,24h,。
然后加入四氢叶酸（终浓度为,25mmol/L,）、甘氨酸（终浓度为,2mol/L,）、,37,的甲醛溶液（终浓度为,50mmol/L,）进行酶反应,72h,2024/11/4,离子交换层析过程,采用,717,型离子交换树脂，将其装入离子交换罐，保证其密实然后用氢氧化钠水溶液处理（溶液浓度为,1M,，体积为,66040L,）使离子交换柱呈碱性，处理完之后上样上样后，,L-,丝氨酸和,L-,甘氨酸吸附在交换树脂上，可用酸性溶液洗脱，本设计采用,pH=2,的,Hcl,溶液洗脱，用量为,66040L,，洗脱前需要用去离子水洗涤，最终可得氨基酸溶液为,16510L,，其中,L-,丝氨酸为,6934L,结晶过程,离子交换层析完毕后，对料液进行浓缩采用蒸汽加热，可将料液浓缩至原体积的,1/10,浓缩过程：,待浓缩液冷却后，加入,208L,无水乙醇，使,L-,丝氨酸结晶，最后离心烘干可得产品,267kg/,天年操作日为,300,天简述,:717,型离子交换树脂装入离子交换罐用氢氧化钠溶液处理上样用去离子水洗涤用,Hcl,溶液洗脱浓缩冷却加入无水乙醇结晶离心过滤烘干产品,2024/11/4,工艺分离,生产条件,:,已知,L-,丝氨酸的小试纯化工艺为：,717,型离子交换树脂用,1M,的,NaOH,溶液处理成,OH-,型，水洗至中性后装柱（三根,25500mm,的柱子）。
对第一根柱子上样，上样结束后水洗然后连接另,2,根柱子，用,pH=2,的,Hcl,洗脱，分别收集只含,L-,丝氨酸、,L-,甘氨酸，以及同时含这两种氨基酸的洗脱液假设一个柱子的体积为,V,，已知,NaOH,溶液用量为,4V,，洗涤水用量为,2V,，洗涤液用量为,4V,，其中含氨基酸的洗脱液体积为,1V,，含,L-,丝氨酸的洗脱液体积为,0.42V,将含,L-,丝氨酸的洗脱液浓缩液浓缩至原体积的,1/10,，加入,3,倍体积的无水乙醇，将晶体（湿含量,15%,）离心烘干，,L-,丝氨酸的分离得率为,77%,年操作日,300,天，生产方式：间歇生产水蒸气,138,，冷却水由,27,进，,37,出物料衡算,已知柱子,25500mm,，一个柱子的体积为,V,，已知,NaOH,溶液用量为,4V,，洗涤水用量为,2V,，洗涤液用量为,4V,，其中含氨基酸的洗脱液体积为,1V,，含,L-,丝氨酸的洗脱液体积为,0.42V,将含,L-,丝氨酸的洗脱液浓缩液浓缩至原体积的,1/10,，加入,3,倍体积的无水乙醇，将晶体（湿含量,15%,）离心烘干，,L-,丝氨酸的分离得率为,77%,年操作日,300,天。
2024/11/4,离子交换罐,小试生产时：,放大后：,2024/11/4,浓缩罐：,离心机：,能量衡算：,查表得：,浓缩罐,采用间接蒸汽加热至沸腾（加热蒸汽为,138,）,根据能量守恒定律得：,其中：,代入公式：,求得,:,=5%10%,，取,10%,即,:,水蒸气的估计用量为,7341Kg.,冷却器,假定物料冷却至,37,根据能量守恒定律得：,其中,=5%10%,，取,10%,主要设备的计算,离子交换罐的计算,选择反吸附离子交换罐,已知离子交换树脂总体积：,离子交换罐高径比（,H/D,）为,3,，即,树脂层高度占圆筒高度的,50%,即,圆整得,浓缩罐设计,进料体积,：,6934T,选择搪玻璃蒸发器,10m3 HG5-38-79,冷却器,假设冷却时间为,0.5h,即,t=0.5h,查表得,换热系数：,K=8301250kJ/(m2h,),取,K=1000kJ/(m2h),对数平均温度,根据换热面积选型得列管式石墨换热器,HG5-1320-80,换热面积为,20.7m,2,有效管长为,4000mm,根数为,61,筒径为,400mm,离心机,已知离心机分离物料为固液混合，所以采用过滤离心机,.,其中,所以离心机所需容积,假设离心分,5,次进行，则每次进料量为,554.7L,其中丝氨酸浓缩液每次进料,138.7,，乙醇进料,416L,。
选用,SS1800,过滤离心机,其转速为,510r/min,有效容积为,660L,过滤面积为,2.7m,2,外形尺寸为,储罐：高位槽,NaOH,总体积为,66040L,，分,3,个高位槽安放选型为,F25000 HG/T 2374-98,公称容积为,25000L,实际容积为,27790L,直径,D,为,2800mm,高度,H,为,5379mm,液位计直径为,65/50mm,HCl,总体积为,66040L,，分,3,个高位槽安放选型为,F25000 HG/T 2374-98,公称容积为,25000L,实际容积为,27790L,直径,D,为,2800mm,高度,H,为,5379mm,液位计直径为,65/50mm,洗脱水体积为,99060,，分,4,个高位槽安放,选型为,F25000 HG/T 2374-98,实际容积为,27790L,直径,D,为,2800mm,高度,H,为,5379mm,液位计直径为,65/50mm,无水乙醇体积,2080L,选型为,F3000 HG/T 2374-88,公称容积为,3000L,实际容积为,3337L,直径,D,为,1450mm,高度,H,为,2933mm,液位计直径为,65/50mm,废液储罐,已知此液总体积为,16510L,选用搪玻璃卧式储罐型号为,HG/T2375 94,公称容积为,20000L,实际容积为,22332L,直径,D,为,2400mm,长度,L,为,5374mm,液位计直径为,65/50mm,产品的检验与分析,检验原理,：,纸层析法是利用各物质不同的分配系数，使混合物随流动相时而得到分离的方法。
纸层析法是以滤纸作为惰性支持物的滤纸纤维与水亲和力较强，而与有机溶剂亲和力弱，所以纸层析以滤纸纤维和结合水为固定相，以有机溶剂为流动相当有机相沿滤纸流动经过样品点时，样品点上的溶液在水相和有机相之间进行分配，样品移动速率与样品的极性及水亲和力有关，因此，极性氨基酸移动较慢，而非极性氨基酸移动较快2024/11/4,2024/11/4,在一定的条件下某种物质的,Rf,值是常数Rf,值的大小与物质的结构、性质、溶剂系统、层析滤纸的质量和层析温度等因素有关产品的检验与分析,实验器材与试剂,（,1,）实验器材：硅胶板，层析缸，毛细管，铅笔，展开剂，显色剂,（,2,）实验试剂,展开剂,:,正丁醇：丙酮：氨水：水（,10,：,1。