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1、第十讲赖氨酸的生产工艺第一页，共六十六页。优选第十讲赖氨酸的生产工艺第二页，共六十六页。1.赖氨酸概述赖氨酸概述(2)l赖赖氨氨酸酸广广泛泛存存在在于于动动物物蛋蛋白白质质中中，赖赖氨氨酸酸的的生生产产最最早早是是用用酸酸水水解解酪酪素素，经经分分离离谷谷氨氨酸酸后后制制得得，其其后后又又从从血血粉粉中中提提取取（猪猪血血粉粉中中赖赖氨氨酸酸含含量量约约9%9%10%10%），但但这这种种方方法法，工艺比较复杂，产量受到限制。工艺比较复杂，产量受到限制。 第三页，共六十六页。1.赖氨酸概述赖氨酸概述(3)l1960年年以以来来，日日本本用用营营养养缺缺陷陷型型的的谷谷氨氨酸酸菌菌株株直直接接发
2、发酵酵生生产产赖赖氨氨酸酸，其其产产量量不不断断扩扩大。大。l1977年年，日日本本东东丽丽公公司司以以合合成成的的己己内内酰酰胺胺为原料，用酶法生产为原料，用酶法生产L-赖氨酸。赖氨酸。第四页，共六十六页。1.赖氨酸概述赖氨酸概述(4)l目目前前，国国际际上上赖赖氨氨酸酸产产生生菌菌种种的的生生产产水水平平一一般般为为121214 14 g/Lg/L，对对糖糖的的转转化化率率为为45%45%。采采用用淀淀粉粉水水解解糖糖（或或纯纯糖糖）发发酵酵，其其产产酸酸率率、提提取取率率较较高高；而而采采用用糖糖蜜蜜发发酵酵，其其产产酸率、提取率要低一些。酸率、提取率要低一些。第五页，共六十六页。1.赖
3、氨酸概述赖氨酸概述(5)l采采用用淀淀粉粉水水解解糖糖( (或或纯纯糖糖) )发发酵酵，其其产产酸酸率率为为9%9%11%11%，提提取取率率为为83%83%87%87%，原原料料消消耗耗3.23.23.5t(3.5t(淀粉淀粉)/t()/t(赖氨酸赖氨酸) )；第六页，共六十六页。l而而采采用用糖糖蜜蜜(含含糖糖50%)发发酵酵，其其产产酸酸率率7%9%，提提取取率率80%85%，原原料料消消耗耗68t/t。我我国国广广西西赖赖氨氨酸酸厂厂，采采用用甘甘蔗蔗糖糖蜜蜜发发酵酵，菌菌种种产产酸酸率率8.2%，提提取取率率82.4%，接近国际先进水平。接近国际先进水平。 第七页，共六十六页。2.2
4、.赖氨酸的性质赖氨酸的性质(1)(1)l赖赖氨氨酸酸盐盐酸酸盐盐的的化化学学式式为为C C6 6H H1414O O2 2N N2 2HClHCl，含氮量为含氮量为15.34%15.34%，相对分子质量，相对分子质量182.65182.65。l由由于于游游离离的的赖赖氨氨酸酸易易吸吸收收空空气气中中的的二二氧氧化化碳碳，故故制制取取结结晶晶比比较较困困难难。一一般般商商品品都都是是赖氨酸盐酸盐的形式。赖氨酸盐酸盐的形式。第八页，共六十六页。2.赖氨酸的性质赖氨酸的性质(2)l赖赖氨氨酸酸的的化化学学名名为为2,6-2,6-二二氨氨基基己己酸酸，具具有有不不对对称称的的-碳碳原原子子，故故有有两
5、两种种光光学学活活性性的的异构体（异构体（L/DL/D型）。型）。第九页，共六十六页。2.赖氨酸的性质赖氨酸的性质(3)l赖赖氨氨酸酸盐盐酸酸盐盐熔熔点点为为263，单单斜斜晶晶系系，比旋光度比旋光度+21。l在在水水中中的的溶溶解解度度为为0时时53.6g/100mL，25时时 为为 89g/100mL， 50时时 为为 111.5 g/100 mL，70时为时为142.8 g/100 mL。l在酒精中的溶解度为在酒精中的溶解度为0.1g/100mL。第十页，共六十六页。2.赖氨酸的性质赖氨酸的性质(4)l赖赖氨氨酸酸含含有有-氨氨基基及及-氨氨基基，只只有有在在-氨氨基基为为游游离离状状态
6、态时时，才才能能被被动动物物机机体体所所利利用用，故故具具有有游游离离-氨氨基基的的赖赖氨氨酸酸被被称称为为有有效效赖赖氨氨酸酸。故故在在提提取取浓浓缩缩中中，要要特特别别注注意意防防止止有有效效赖赖氨氨酸酸受受热热破破坏坏而而影影响响其其使用价值。使用价值。 第十一页，共六十六页。3.赖氨酸生物合成途径赖氨酸生物合成途径l赖赖氨氨酸酸的的生生物物合合成成途途径径与与其其他他氨氨基基酸酸不不同同，依微生物的种类而异。依微生物的种类而异。l细细菌菌的的赖赖氨氨酸酸生生物物合合成成途途径径需需要要经经过过二二氨氨基庚二酸（基庚二酸（DAPDAP）合成赖氨酸；）合成赖氨酸；第十二页，共六十六页。3.
7、赖氨酸生物合成途径赖氨酸生物合成途径(续）续）l酵酵母母、霉霉菌菌的的赖赖氨氨酸酸生生物物合合成成途途径径，需需要要经过经过-氨基己二酸合成赖氨酸。氨基己二酸合成赖氨酸。l同同样样是是二二氨氨基基庚庚二二酸酸合合成成赖赖氨氨酸酸途途径径，不不同同的的细细菌菌，赖赖氨氨酸酸的的生生物物合合成成途途径径的的调调节节机制有所不同。机制有所不同。第十三页，共六十六页。4赖氨酸的生产发酵赖氨酸的生产发酵l赖赖氨氨酸酸的的发发酵酵生生产产有有直直接接（一一步步）发发酵酵和和两步发酵。两步发酵。l赖赖氨氨酸酸的的直直接接发发酵酵法法可可使使用用黄黄色色短短杆杆菌菌、谷谷氨氨酸酸棒棒杆杆菌菌、乳乳糖糖发发酵酵
8、短短杆杆菌菌、诺诺卡卡杆杆菌菌等等，碳碳源源可可为为葡葡萄萄糖糖、醋醋酸酸、乙乙醇醇和和石石蜡。其转化率和产酸率也有所不同。蜡。其转化率和产酸率也有所不同。 第十四页，共六十六页。直接发酵法工艺流程第十五页，共六十六页。赖氨酸的两步发酵法l先先使使用用大大肠肠杆杆菌菌的的赖赖氨氨酸酸缺缺陷陷型型菌菌株株，因因缺缺少少二二氨氨基基庚庚二二酸酸脱脱羧羧酶酶，不不能能生生成成赖赖氨氨酸酸 ， 于于 是是 积积 累累 大大 量量 的的 二二 氨氨 基基 庚庚 二二 酸酸（DAPDAP）。）。l然然后后再再选选用用含含有有二二氨氨基基庚庚二二酸酸脱脱羧羧酶酶的的产产气气杆杆菌菌或或大大肠肠杆杆菌菌，进进
9、行行酶酶法法脱脱羧羧而而生生成成L-L-赖氨酸。赖氨酸。 第十六页，共六十六页。4.1L-赖氨酸生产菌种及扩大培养赖氨酸生产菌种及扩大培养直接发酵法生产赖氨酸工艺生产菌种：直接发酵法生产赖氨酸工艺生产菌种：l中中科科院院北北京京微微生生物物研研究究所所选选育育的的北北京京棒棒杆杆菌菌AS1.563AS1.563和和钝钝齿齿棒棒杆杆菌菌PI-3-2(AECPI-3-2(AECr r、HseHse- -) )；AECAEC赖赖氨氨酸酸类类似似物物S-2-S-2-氨氨基乙基基乙基-L-L-半胱氨酸半胱氨酸;Hse;Hse天冬氨酰半醛脱氢酶天冬氨酰半醛脱氢酶l黑龙江轻工研究所选育的黑龙江轻工研究所选育
10、的241134241134及及179179等。等。第十七页，共六十六页。L-赖氨酸生产菌种（续）赖氨酸生产菌种（续）l这这些些菌菌种种产产酸酸水水平平一一般般为为7 78g/L,8g/L,转转化化率率25%25%35%35%，对对我我国国赖赖氨氨酸酸的的生生产产起起了了较较大大的的作作用用。但但产产酸酸率率和和转转化化率率均均较较低低，与与国国外先进水平相比还有较大差距。外先进水平相比还有较大差距。 第十八页，共六十六页。种子扩大培养l赖赖氨氨酸酸发发酵酵一一般般根根据据接接种种量量及及发发酵酵罐罐规规模模采用二级或三级种子培养。采用二级或三级种子培养。l培培养养条条件件：培培养养温温度度30
11、-3230-32。通通风风比比1:0.2m1:0.2m3 3/(m/(m3 3 min)min)，搅搅拌拌转转速速200r/min200r/min。培养时间培养时间 8 811h11h。l根据发酵规模，必要时可采用三级培养。根据发酵规模，必要时可采用三级培养。 第十九页，共六十六页。4.2赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点l（1）发酵工艺流程）发酵工艺流程第二十页，共六十六页。赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点(2)l（2 2）发酵培养基组成）发酵培养基组成 不同菌株，发酵培养基的组成不完全不同菌株，发酵培养基的组成不完全相同，赖氨酸发酵培养基的组成见有关文相同，赖
12、氨酸发酵培养基的组成见有关文献。献。第二十一页，共六十六页。赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点(3)l（3 3）发酵工艺条件及影响因素）发酵工艺条件及影响因素 温度、温度、 pHpH值控制、种龄和接种量、值控制、种龄和接种量、 供氧供氧对赖氨酸发酵的影响、生物素对赖氨酸生对赖氨酸发酵的影响、生物素对赖氨酸生物合成的影响、硫酸铵对赖氨酸发酵的影物合成的影响、硫酸铵对赖氨酸发酵的影响。响。第二十二页，共六十六页。赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点(4)l温度：温度：l幼幼龄龄菌菌对对温温度度敏敏感感，在在发发酵酵前前期期，提提高高温温度度，生生长长代代谢谢加加快快，产产
13、酸酸期期提提前前，但但菌菌体体的的酶酶容容易易失失活活，菌菌体体衰衰老老，赖赖氨氨酸酸产产量量少少。赖赖氨氨酸酸发发酵酵，前前期期控控制制温温度度32 32 ，中中后后期期30 30 。第二十三页，共六十六页。赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点(5)pHpH值控制值控制 赖氨酸发酵最适赖氨酸发酵最适pH pH 值为值为6.56.57.07.0。控制。控制范围在范围在pH=6.5pH=6.57.5, 7.5, 在整个发酵过程中，在整个发酵过程中，应尽量保持应尽量保持 pHpH值平稳。值平稳。第二十四页，共六十六页。赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点(6)l种种龄龄和和
14、接接种种量量一一般般在在采采用用二二级级种种子子扩扩大大培培养养时时，接接种种量量较较少少，约约2%，种种龄龄一一般般为为812h，当当采采用用三三及及种种子子扩扩大大培培养养时时，种种量量较较大大约约10%，种种龄龄一一般般为为68h。总总之，以对数生长期的种子为好。之，以对数生长期的种子为好。第二十五页，共六十六页。赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点(7)l供供氧氧对对赖赖氨氨酸酸发发酵酵的的影影响响 赖赖氨氨酸酸是是天天冬冬氨氨酸酸族族氨氨基基酸酸，它它的的最最大大生生成成量量是是在在供供氧氧充充足足，细细菌菌呼呼吸吸充充足足条条件件下下实实现现的的。供供氧氧不不足足，细细
15、菌菌呼呼吸吸受受抑抑制制，赖赖氨氨酸酸产产量量降降低低，供供氧氧不不足足只只是是轻轻微微影影响响赖赖氨氨酸酸生生成成。严严重重供氧不足时，产赖氨酸量很少而积累乳酸供氧不足时，产赖氨酸量很少而积累乳酸。 第二十六页，共六十六页。赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点(8)l生生物物素素对对赖赖氨氨酸酸生生物物合合成成的的影影响响在在以以葡葡萄萄糖糖，丙丙酮酮酸酸为为唯唯一一碳碳源源的的情情况况下下，添添加加过过量量生生物物素素（200200500g/L500g/L），赖赖氨氨酸酸积积累累量量显显著著增增加加。因因为为生生物物素素量量增增加加，促促进进了了草草酰酰乙乙酸酸的的合合成成，增
16、增加加了了天天冬冬氨氨酸酸供供给。给。第二十七页，共六十六页。生物素对赖氨酸生物合成的影响（续）生物素对赖氨酸生物合成的影响（续）l另另一一方方面面，过过量量生生物物素素使使细细胞胞内内合合成成的的谷谷氨氨酸酸对对谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶起起反反馈馈抑抑制制作作用用，抑抑制制谷谷氨氨酸酸的的大大量量合合成成，使使代代谢谢流流转转向向合合成成天冬氨酸的方向进行。天冬氨酸的方向进行。第二十八页，共六十六页。赖氨酸发酵工艺及控制要点赖氨酸发酵工艺及控制要点(9)(9)l硫硫酸酸铵铵对对赖赖氨氨酸酸发发酵酵的的影影响响硫硫酸酸铵铵对对赖赖氨氨酸酸发发酵酵影影响响很很大大。当当硫硫酸酸铵铵含含量量大大时时菌菌体体生生长长迅迅速速，使使赖赖氨氨酸酸产产量量低低。但但在在无无其其他他铵铵离离子子情情况况下下，用用量量为为4.0%4.0%4.5%4.5%时时赖赖氨酸产量最高。氨酸产量最高。第二十九页，共六十六页。6. 6. 赖氨酸的提取和精制赖氨酸的提取和精制l赖氨酸的提炼过程包括：赖氨酸的提炼过程包括： 发酵液预处理发酵液预处理 提取提取 精制精制第三十页，共六十六页。6.1 6.1 赖氨酸发酵液的
