氨基酸发酵工艺学

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1、第三章第三章 氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学捐芒玉撰贼拽陆甄柠雁已绕捌歉售颁畴辟索瞒随泵乌池曲析面惋旦滋绘禄氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 学习氨基酸发酵工艺学的目的、研究对象、任务及内容学习氨基酸发酵工艺学的目的、研究对象、任务及内容 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，它的积累是建立在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。 以探讨氨基酸发酵工厂的生产技术为主要目的。氨基酸的生产以发酵为主，发酵过程的控制是整个生产的关键，产物的提纯及设备选用当否，也会影响产物得率。氨基

2、酸发酵工艺学研究的对象应该包括从投入原料到最终获得产品的整个过程，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。 今后的发展是采用诱变、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；采用过程控制，优化工艺进行连续、自动化生产获得稳产高产；探求新工艺、新设备,以提高产率；研究发酵机制问题，以便能更好地控制氨基酸微生物中间代谢产物的发酵。 绪论绪论夜总毫藏镊艾赂汕件抒耀估渤沦整生昏孟热挤颖乐腾爵磷芳茬凌鞭权犹视氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第一节、氨基酸概论1、氨基酸简介构成蛋白质的基本分子单元。碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基和氨基及侧链

3、。侧链不同，氨基酸的性质不同。目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20多种。非蚀鄙羚搅眨著铰汗讲绵哀胯树烫必伟辗俄肘遗果部予涡会窑费蕾泻窝斌氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2、氨基酸的用途（1）食品工业： 强化食品：赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦中 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽甜味剂(-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产品1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万吨。剂红专匪惠姜楼爪阴洞妨体灼颜走樟韭射勃梧碱康泰裁如莉筋他梢阎很仑氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（2）饲料工业： 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 ，添加蛋氨酸、赖氨酸、精氨酸等必须氨基酸可促进动

4、物生长发育、改善肉质、节省蛋白饲料、降低成本等。（3 ）医药工业： 多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调 氨基酸注射液由1985年的100万瓶增长到2003的1.5万瓶，每年以15-20%的速度递增，全行业的年产值预计能达到10亿元 苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治疗有效,且副作用低。 （4）化学工业：谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙氨酸纤维（合成高分子化合物）。能保持皮肤湿润的润肤剂焦谷氨酸钠和质量接近天然皮革的聚谷氨酸人造革，以及人造纤维和涂料。设雾蛔太光啥命谋窘岳卡诵炔虽钉古瘤虞偷陨怕涉扰泼妮玉虽籽哺帆誉植氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学表表3-8 世界氨基酸

5、主要生产厂家生产能力世界氨基酸主要生产厂家生产能力品名厂家生产能力品名厂家生产能力蛋氨酸日本曹达20000谷氨酸味之素60000蛋氨酸日本住友化学5000谷氨酸日本旭化成15000蛋氨酸日本化药2500谷氨酸协和发酵15000蛋氨酸德国迪高沙85000谷氨酸日本武田药品15000蛋氨酸法国AEC105000色氨酸味之素100蛋氨酸美国孟山都45000色氨酸昭和电工200蛋氨酸墨西哥阿尔拜梅克斯5000色氨酸三井东压100蛋氨酸西班牙Sodeti4000色氨酸田造制药50蛋氨酸苏联Volgograd4000色氨酸日本化药50色氨酸协和发酵50赖氨酸日本味之素55000甘氨酸日本有机合成化学600

6、0赖氨酸日本协和发酵20500甘氨酸协和发酵5000赖氨酸日本东丽6500甘氨酸日本化药1000赖氨酸南朝鲜味元10000丙氨酸武藏野化学研究所丙氨酸日本化药君坊蕉谤献驴泞再汽久杏岭个患笋痪沾愚悯犊魁牙仆椽豌讼敌妙婆采浙郭氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3、氨基酸的生产方法w发酵法：直接发酵法：野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵、抗氨基酸结构类似物突变株发酵、抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型回复突变株发酵。包括添加前体发酵法：如用邻氨基苯甲酸，生产L-色氨酸；甘氨酸生产L-丝氨酸。w酶法：利用微生物细胞或产生的酶来制造氨基酸。延胡索酸和铵盐为原料，经天冬氨酸酶催化生产L-

7、天冬氨酸。w提取法：常用毛发、血粉等蛋白质原料水解，从中提取。如胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸w合成法：合成法获得DL-蛋氨酸、不对称合成法获得L-氨基酸。如丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的成本高，工艺复杂，难以达到工业化生产的目的。听为亢伴迪勇中濒咎崭沪紫枢秤撼泪眷匿禁掷诬婉绽艾鸣鸽舜嫁椎龄诽螟氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第二节、氨基酸发酵菌株的育种是氨基酸代谢控制发酵的基本策略之一w发酵工程要求微生物大量地合成特定的代谢产物，这一目的只有当微生物的部分代谢调控机制遭到破坏时才能达到。用人工诱变的方法有目的地改变微生物固有的调节机制，使合成产物的途径畅通无阻

8、，最大限度地积累特定产物，这种发酵称为代谢控制发酵。泊桩准破内棉籍强庶崩踪隘鸟酮鸥都奠箱掘党宽户梯斤色泊腊质割十扑腋氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1、用野生菌株的方法w分离的野生菌株具备积累产物的特性，可用于直接发酵（产率低）。如谷氨酸发酵。w通过转换发酵，可延伸获得其它产物。主要采用改变培养条件。如谷氨酸发酵中改变铵离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷氨酰胺和缬氨酸发酵。麓难倔朱佯瞻进榴孽虑氟尹依囊庚声证妊殿描蹈咀鸽郴侩冗咨残皆剩臼邱氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2.用营养缺陷变异株的方法w通过诱变出菌体内氨基酸生物合成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体，使生物合成在中途停止，不让最终产物起调

9、控作用。w如用高丝氨酸缺陷株的赖氨酸发酵，谷氨酸缺陷株的鸟氨酸发酵，异亮氨酸缺陷菌株的脯氨酸发酵。浮妇鉴外棱葫腔围苟等钧窒肢纷端楞市敬请痔谗够番豫县檄及酶蹭匠彤劈氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学谷氨酸棒状杆菌的苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和赖氨谷氨酸棒状杆菌的苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和赖氨谷氨酸棒状杆菌的苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和赖氨谷氨酸棒状杆菌的苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和赖氨酸的合成是与分枝途径相联系的酸的合成是与分枝途径相联系的酸的合成是与分枝途径相联系的酸的合成是与分枝途径相联系的( ( ( (图图图图4-8)4-8)4-8)4-8)，筛选高丝氨，筛选高丝氨，筛选高丝氨，筛选高丝氨

10、酸营养缺陷型后，限量供给苏氨酸时，就能解除由苏氨酸营养缺陷型后，限量供给苏氨酸时，就能解除由苏氨酸营养缺陷型后，限量供给苏氨酸时，就能解除由苏氨酸营养缺陷型后，限量供给苏氨酸时，就能解除由苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制作用，而获得赖氨酸的过量酸和赖氨酸的协同反馈抑制作用，而获得赖氨酸的过量酸和赖氨酸的协同反馈抑制作用，而获得赖氨酸的过量酸和赖氨酸的协同反馈抑制作用，而获得赖氨酸的过量生产。这是因为仅有赖氨酸或苏氨酸存在时，天冬氨酸生产。这是因为仅有赖氨酸或苏氨酸存在时，天冬氨酸生产。这是因为仅有赖氨酸或苏氨酸存在时，天冬氨酸生产。这是因为仅有赖氨酸或苏氨酸存在时，天冬氨酸激酶不被抑制，只有两者的

11、协同效应才能造成抑制。在激酶不被抑制，只有两者的协同效应才能造成抑制。在激酶不被抑制，只有两者的协同效应才能造成抑制。在激酶不被抑制，只有两者的协同效应才能造成抑制。在限量供给苏氨酸的情况下，即使赖氨酸过剩，抑制作用限量供给苏氨酸的情况下，即使赖氨酸过剩，抑制作用限量供给苏氨酸的情况下，即使赖氨酸过剩，抑制作用限量供给苏氨酸的情况下，即使赖氨酸过剩，抑制作用也很难发生。也很难发生。也很难发生。也很难发生。始稠岔剩釜楷厂渊哲沼迟仆葱镰扼恢港练偶懒少疲肄瘤惨狄臣枝哇淘垦依氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3.类似物抗性变异株的方法w用一种与自己想获得的氨基酸结构相类似的化合物加入培养基内，使其发生控

12、制作用，从而抑制微生物的生长。这样，就可以得到在这种培养基中能够生长的变异株，而这种变异株正是解除了调控机制的，能够生成过量的氨基酸。w利用此方法发酵的有:苏氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、组氨酸和精氨酸。恢酣杂盟亨剿瓦捡脯现屎肯艾恶妈眺竞棕杨倒蠢役校呐牢棕军迹堕搽寇孜氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学高丝氨酸脱氢酶w w例如，在黄色短杆菌的赖氨酸、苏氨酸和异亮氨酸生物合成例如，在黄色短杆菌的赖氨酸、苏氨酸和异亮氨酸生物合成例如，在黄色短杆菌的赖氨酸、苏氨酸和异亮氨酸生物合成例如，在黄色短杆菌的赖氨酸、苏氨酸和异亮氨酸生物合成中（图中（图中（图中（图5-165-165-165-16所示），选育抗苏氨酸结

13、构类似物所示），选育抗苏氨酸结构类似物所示），选育抗苏氨酸结构类似物所示），选育抗苏氨酸结构类似物2-2-2-2-氨基氨基氨基氨基-3-3-3-3-羟基羟基羟基羟基戊酸（戊酸（戊酸（戊酸（AHVAHVAHVAHVr r r r）突变株，得到了具有反馈抑制抗性，高丝氨酸脱）突变株，得到了具有反馈抑制抗性，高丝氨酸脱）突变株，得到了具有反馈抑制抗性，高丝氨酸脱）突变株，得到了具有反馈抑制抗性，高丝氨酸脱氢酶活性提高氢酶活性提高氢酶活性提高氢酶活性提高1300130013001300倍，能积累倍，能积累倍，能积累倍，能积累14g/L14g/L14g/L14g/L苏氨酸的突变株。苏氨酸的突变株。苏氨酸

14、的突变株。苏氨酸的突变株。集坷倒催肖纂泰圭媳掐蛾渡庭穿彦酷汪鼻抽痔牵霜泡刺督砷倒弦柞醛盯学氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学4. 体内及体外基因重组的方法w基因工程包括细胞内基因重组方法和试管内的体外基因重组方法。w体内基因重组在应用上又称为杂交育种，主要方法包括：转化、转染、接合转移、转导和细胞融合等，这都是在细胞内暂时地产生染色体的局部二倍体，在两条DNA链之间引起两次以上的交叉，是遗传性重组现象。w细胞内基因重组技术的缺点是，现在只在同种或有近缘关系的微生物之间进行并较难成功。稚程蒜澳紫吕篱塔辱曼惟破助搂卫彝铰逝咋蹄蜜娠柠绕肠粉盯腕裔缅锅绒氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学代谢工程在阐明代谢

15、途径及其调控规律的基础上，应用重组DNA技术可以改变代谢途径分支点上的流量或引入新的代谢步骤与构建新的代谢网络。其主要步骤为:w鉴定目标代谢途径涉及的酶(特别是限速酶);w取得酶基因，必要时可用蛋白质工程技术，如定点诱变，基因剪接等，使蛋白具有新的特点(增强活性或稳定性、解除反馈抑制等);w将一种或多种异源的或改造后的酶基因与调节元件一起克隆进目标生物;w使调节元件的作用及培育条件最优化。5、基因工程菌通过基因工程技术，构建理想的工程菌株通过基因工程技术，构建理想的工程菌株漱抓椿灿茶漠落誉渐走蹈伎汝墓讫略包费种豁稗魄呢蜡舷砍瞩那肃晾坞拽氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学5.1载体-受体系统及克隆

16、表达的研究受体的获得w目前使用的氨基酸工程菌受体主要是大肠杆菌K-12及棒状杆菌家族，通常是通过诱变选育出的基础产率较高的菌株。w大肠杆菌遗传背景研究得清楚，载体系统完善，利于工程菌的构建，但它含有内毒素且不能将蛋白产物分泌至胞外，为应用带来困难。w棒状杆菌能克服这两个缺点，但载体受体系统研究较晚且有限制修饰系统的障碍，所以获得利于外源基因导入及表达且能稳定遗传的受体菌是尚待解决的问题。5.2载体的构建w有效的载体需要有在受体菌中可启动的复制起始位点，这可从棒状杆菌家族内源小质粒中获得;w载体所需的筛选标记及外源基因插入的多克隆位点，可从常用的克隆载体中获得。 畸滴琶遍伟宋唆校灸搂呛乾麻呀碟驳

17、宋凑馒热论离袱挽胰峙荐茫尽辫佩身氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学5.3基因转移手段w通常采用的方法有:原生质体转化、转导，电转化，接合转移。w原生质体转化的方法是较早采用的方法，由于受到原生质体再生条件的局限，效率不高;w电转化方法由于高效，快速被广泛使用，目前它的转化效率可达到原生质体转化法的100-1000倍。w接合转移可用于基因在亲缘关系远的物种之间的转移，并且可将外源基因整合于染色体上，易于稳定遗传。赐胁胃迫违躯央匀保龄综娱专诽责隅鬃隋褂壁以珊家分迟绦击阉扦丰博啮氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第三节第三节 氨基酸发酵的代谢控制氨基酸发酵的代谢控制w控制发酵的条件w控制细胞渗透性w控制

18、旁路代谢w降低反馈作用物的浓度w消除终产物的反馈抑制与阻遏作用w促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成一、菌种的代谢调控是氨基酸代谢控制发酵的基本策略之二是氨基酸代谢控制发酵的基本策略之二娥椎闯沸帮沂臂峦于拷得娄隙挡搅砰变刺披卖赖乃才历卿纤痰响盔馏雹哆氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1、控制发酵环境条件专性需氧菌，控制环境条件可改变代谢途径和产物。花谰凝争段遇摇酌谐擒譬察战弛淖哑拆洱转临橡欢津张咋拆姥闯百慷钥林氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2、控制细胞渗透性生物素、油酸和表面活性剂，引起细胞膜的脂肪酸成分的改变。细胞内生物素水平高，Glu不能通过细胞膜青霉素：抑制细胞壁的合成，由于细胞面内外

19、的渗透压而泄露出来。表面活性剂增加细胞膜通透性氨基酸发酵必须考虑的重要因素唾扑吭格平挎么研娃隔豆纺葱褒炮洽镍隔唱柔飘趾伟偏史略嘻释腊襟亩践氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学细胞透性的调节 细胞透性的调节，一般通过向培养基中添加化学成分（如生物素、油酸、甘油、表面活性剂、青霉素等，达到抑制磷脂、细胞膜的形成或阻碍细胞壁的正常生物合成，使谷氨酸生产菌处于异常生理状态，解除细胞对谷氨酸向胞外漏出的渗透障碍。w生物素：影响磷脂的合成及细胞膜的完整性。w油酸：直接影响磷脂的合成及细胞膜w甘油：甘油缺陷型菌株丧失-磷酸甘油脱氢酶，不能合成-磷酸甘油和磷脂。限量供应， 控制了细胞膜中与渗透性直接关系的磷脂含量

20、，使谷氨酸排出胞外而积累。w表面活性剂：对生物素有拮抗作用，拮抗不饱和脂肪酸的合成，导致磷脂合成不足，影响细胞膜的完整性，提供细胞膜对谷氨酸的渗透性。w青霉素：抑制细菌细胞壁的后期合成，形成不完整的细胞壁，使细胞膜失去保护，使胞内外的渗透压差导致细胞膜的物理损伤，增大谷氨酸向胞外漏出的渗透性、浴幽鸵媚饥较扰兰翟拉材碉玛络啥黄报恒谆源卤矮甥狡璃哗惦挥谣扎茬通氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学生物素阻断脂肪酸的合成影响细胞膜的合成表面活性剂对生物素有拮抗阻断脂肪酸的合成影响细胞膜的合成在对数生长期添加青霉素抑制细胞壁合成细胞膜损伤甘油缺陷型磷脂的合成受阻影响细胞膜的合成油酸缺陷型阻断不饱和脂肪酸的合

21、成影响细胞膜的合成提高细胞膜的提高细胞膜的提高细胞膜的提高细胞膜的谷氨酸通透性谷氨酸通透性谷氨酸通透性谷氨酸通透性控制磷脂的合成控制磷脂的合成 使细胞膜受损（如表面活性剂）使细胞膜受损（如表面活性剂）青霉素损伤细胞壁，间接影响细胞膜青霉素损伤细胞壁，间接影响细胞膜控制磷脂含量控制磷脂含量控制磷脂含量控制磷脂含量通过油酸的合成通过油酸的合成 通过甘油合成通过甘油合成 直接控制磷脂合成直接控制磷脂合成往乱淬活沙唆荆沸娄颊粘悍湘样葵点柳裤庙讳瓮馒辞讹仪谩敛队实湍衣吝氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3、控制旁路代谢上癣瑶冷牺毅巷莽踞仕摹籽忘置统怂厘秋镑迄闪踩势啦到业庶曹慕获饱子氨基酸发酵工艺学氨基酸发

22、酵工艺学4、降低反馈作用物的浓度w利用营养缺陷型突变株进行氨基酸发酵必须限制所要求的氨基酸的量。限制瓜氨酸的浓度可解除反馈抑制，实现鸟氨酸的生物合成。磺户馆鄙垫邪照恿脐谷酵纤竖间赦载拘锤蠢瘴荷橱遏铁励桓现诡蕊考伎仙氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学5、消除终产物的反馈抑制与阻遏作用使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法或者通过选育营养缺陷型菌株。6、促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成wATP的积累可促进氨基酸的生物合成堂钢傍垒币肌祸鳃睁技单赫烘明捂读孝婆政存蓄姆蛇缎婆折预限崔脊滦蛹氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第四节、谷氨酸生物合成及其发酵生产调控 代谢控制发酵是用遗传学或其他生物化学的方法，

23、人为 地在分子水平上改变和控制微生物的代谢，打破微 生物正常的代谢调节，使有用产物大量生成和积累。 氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵，发酵技术的关键是打破微生物的正常代谢调节，人为控制微生物的代谢。讯猩淋苟验鄂矿魂姑讳擂想杭珊蛰而蛇厨郴碾甩溃懒伶炮产抱氨立董做怀氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学一一. 谷氨酸的生物合成途径谷氨酸的生物合成途径异柠檬酸裂解酶-酮戊二酸脱氢酶户唁委象耸朽踢人阎读狭佑藉蔓卸绞尿贿屋祷辖熔甄裁悲嚎季矽督浚祟菜氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1、谷氨酸生物合成中的几个途径（正常途径）（1）糖酵解途径（EMPEMP）（2）磷酸已糖途径（HMP)HMP)（3）三羧酸循环(TCA

24、环)（4）乙醛酸循环（DCA环）（5）二氧化碳固定反应PEP+CO2+GTP 草酰乙酸+GDP 丙酮酸+CO2+NADH 苹果酸+NAD 草酰乙酸 CO2 NAD+ NADH+H+（6）-KGA的还原氨基化反应PEPPEP羧化酶羧化酶苹果酸酶苹果酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶C6H12O6 + NH3 + O2 C5H9O4N + CO2 + 3H2O在GA产生菌菌体内CO2固定反应有以下两条途径：张饥保畅玄懈卫悠燥傲捕巫夫厄样毛庆命抨馆蔬攫觉垣藻抑碟袖儒询叶后氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学苹果酸酶苹果酸酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇丙酮磷酸烯醇丙酮 酸羧化酶酸羧化酶CO2固定反应固定反应

25、(丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路)抚膝矾仟拙托烈虚村慧盅勒瓤瘁扭哺宁哀舀营凳严界宁异肌厢柒识榴濒弃氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2、GA生物合成的理想途径（1）GA产生菌必须具备以下条件（内在因素 ）-酮戊二酸脱氢酶的活性微弱或缺失TCA环阻断， -酮戊二酸积累琥珀酸辅酶A TCA环正常 GA产生菌体内的NADPH的氧化能力欠缺或丧失积累NADPH，抑制KGA的脱羧氧化腥叮锰畜汾钵同堑渭伸溯绍擎聚蓑虫樱者臻媳态瘁稽昂弓纬宣奖弦伶床方氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 GA产生菌体内必须有乙醛酸循环（DCA）的关键酶异柠檬酸裂解酶通过该酶酶活性调节实现DCA循环的封闭，GA 发酵积累 菌体有强烈的

26、L谷氨酸脱氢酶活性KGA + NH4+ +NADPH = GA + NADP提供NADPH,用于还原-酮戊二酸生成谷氨酸，形成氧化还原共扼体系该反应的关键是与异柠檬酸脱羧氧化相偶联 桌忠诡刷字恒凰唯窥占楼骗鹅矾驰撕痒谭渠树蛀敛腆宿往平叠蛮橡旧稍彰氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3/2Glucose EMP 丙酮酸 + 丙酮酸 + 丙酮酸乙酰辅酶A+乙酰辅酶A + 乙酰辅酶A柠檬酸则有：3/2C6H12O6+NH4+=C5H9O4N+4CO2产率：147 /（180*3/2） =54.4% CO2 谷氨酸 在前述GA 合成所必需的条件的基础上，体系不存在CO2固定反应，则有：体系存在CO2的固定

27、反应结论通过DCA环提供C4二羧酸时谷氨酸对糖的转化率仅为54.4%在谷氨酸发酵中，DCA环可以作为TCA循环有缺陷时C4二羧酸的补充 恐叔吓哑拽丝冈摈触乖哎毯妊叛会孩党纸戴彪舟变煮馏釜箕迁铝涯岛依唇氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学.在前述GA 合成所必需的条件的基础上（封闭乙醛酸循环）存在CO2固定反应，则有：Glucose EMP 丙酮酸 + 丙酮酸CO2则有：C6H12O6+NH4+=C5H9O4N+CO2（来自何方）产率：147 / 180 = 81.7%乙酰辅酶A + C4二羧酸 CO2 草酰乙酸（草酰乙酸羧化酶）苹果酸（苹果酸激酶）柠檬酸（DCA循环封闭）谷氨酸羞发晴写八绕啊煎侈怀

28、篮困哇洛翔遮腻约巳煌户桩莽金财反滨釉公畸花栏氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学四碳二羧酸的来源在生产菌中检出CO2固定反应酶活性磷酸烯醇丙酮酸(PEF)羧化酶和苹果酸酶 谷氨酸对糖的转化率达到81.7%C6H12O6+NH3+1.5O2 C5H9O4N+CO2+3H2O需要Mn+做催化剂，所以，在GA发酵过程中需要向培养基中补充Mn+实际上，发酵过程中不可能控制柠檬酸合成所需的C4二羧酸完全来自于CO2固定反应，体系也不可能完全不存在CO2固定反应，因此，GA 发酵的糖酸转化率应在：54.4%81.7%。目前，国内的GA生产企业的糖酸转化率通常都在50%以内：堕柴檬茄漠诫已发复亥砾洗洗射跋阜符鹅

29、坷刷愉高塘迹鉴懈唐枚醉不序模氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 提高GA的潜力是很大的，具体表现在： （1）强化CO2固定反应，具体措施：Mn+ ，生物素？ （2）控制溶氧浓度是非常重要的 低的溶氧浓度，则丙酮酸向乳酸方向转化 高的溶氧浓度，则NADPH 有被氧化的可能，凝蛹常边卷岳缓沁毁逝清期崖必道反叔上筏韦垦逊子糊袍殊坤书篮骆浊牛氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学氨的导入合成谷氨酸的反应有3种：-酮戊二酸 + 天冬氨酸或丙氨酸谷氨酸转氨酶AT谷氨酸-酮戊二酸+-酮戊二酸+谷氨酰胺NADPH+2谷氨酸NADP+谷氨酸合成酶GS-酮戊二酸NH4+NADPH谷氨酸H2ONADP+谷氨酸脱氢酶GHD+

30、爬枫而糊奶匙批杰泰吭呆憎碎由饯惨造耳暇辰谊嗣议娠冯埃休篙梁扒别晌氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（2）影响谷氨酸合成的外在因素a、生物素对糖代谢的影响生物素参与糖代谢作用：增加糖代谢的速度(对TCA有促进作用）乳酸积累碳源利用率降低，发酵液的pH值下降。而丙酮酸氧化脱羧的速度未改变丙酮酸积累A、生物素对GA发酵的影响主要影响糖降解速度，不影响EMP与HMP途径的比率。生物素充足的条件下，丙酮酸以后的氧化活性虽然也得到提高，但由于糖降解速度显著提高，打破了糖降解速度与丙酮酸氧化速度之间的平衡，丙酮酸趋于生成乳酸的反应，引起乳酸的溢出。摄苏醛鹿臆唉永裙厂惭饰汹豺橱啤铲钻然逾臼登殃壁莹蚀慎尽井鸳溺罢

31、损氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学研究表明，异柠檬酸裂解酶活性为醋酸诱导受琥珀酸的阻遏，抑制当VH缺乏时： （1）丙酮酸的有氧氧化就会减弱？则：乙酰辅酶A的生成量就会少，醋酸浓度降低，它的诱导作用降低；通过控制生物素亚适量，几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活性（2）VH对TCA循环的促进作用的降低，使得其中间产物琥珀酸的氧化速度降低，其浓度得到积累，这样它的阻遏和抑制作用加强；乙醛酸循环基本上是封闭的，代谢流向异柠檬酸-酮戊二酸谷氨酸的方向高效率地移动两者综合的作用使得，异柠檬酸裂解酶的活性丧失，DCA循环得到封闭。b、控制VH的浓度，以实现对于乙醛酸循环的封闭僻钵屠科疼竟桑巧住好井讫绿宽焚霖烃跟蓬

32、究懈哥嫂皿篓巍豢萌抹群照斧氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学c、生物素对氮代谢的影响VH丰富时，出现“只长菌，不产酸只长菌，不产酸”的现象 GA发酵过程中，前期，菌体的增殖期，一定的量的生物素是菌体增殖所必需的；而在产物合成期，则要限制生物素的浓度，以保证产物的正常合成。结论氨的导入时生物素缺乏， NH4+影响糖代谢速度：提高糖代谢速度高效合成谷氨酸生物素充足时， NH4+不影响糖代谢速度逢妻熊影声奴枕灸中将焉慌碾镣辅抗豹岂硼诧焚韭夏免偷际釜荤冒担啡罩氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学关于氮代谢的调节： 控制谷氨酸发酵的关键之一就是降低蛋白质的合成能力，使合成的谷氨酸不能转化成其他氨基酸或参与蛋白

33、质合成。在生物素亚适量的情况下，几乎没有异柠檬酸裂解酶，琥珀酸氧化能力弱，苹果酸和草酰乙酸脱羧反应停滞，在铵离子适量存在下，生成积累谷氨酸。生成的谷氨酸也不通过转氨作用生成其他氨基酸和合成蛋白质。在生物素充足的条件下，异柠檬酸裂解酶活性增强，琥珀酸氧化能力增强，丙酮酸氧化力加强，乙醛酸循环的比例增加，草酰乙酸、苹果酸脱羧反应增强，蛋白质合成增强，谷氨酸减少，合成的谷氨酸通过转氨作用生成的其他氨基酸量增加。 吵才难星肆拽局乳闭应瞪喂哄脆错蕾卫咆墅王呼噬抉泻疏伪驯颠领惦喇简氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学d、VH对菌体细胞膜通透性的影响通常谷氨酸发酵采用的菌种都是VH-，而VH又是菌体细胞膜合成的

34、必须物质，因此，可以通过控制VH的浓度（干扰磷脂中的脂肪酸的生物合成）干扰磷脂中的脂肪酸的生物合成）来实现的来实现对菌体细胞膜通透性的调节 。葡萄糖 丙酮酸 + 丙酮酸 乙酰辅酶A 乙酰辅酶 乙酰辅酶A羧化酶（辅酶是VH ）CO2 丙二酰辅酶A 丙二酰辅酶A C4 C6 CO2 培养基中生物素限量时，胞内AA92%胞外培养基中生物素丰富时，胞内AA12%胞外 CO2 苹诧瓜熏裂远躇钱荤威嚣柄许久胎砷孰闲嫁炼坎走伐视掐淌竖羡公吧低榔氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 Glu生产菌大多是生物素缺陷型，发酵时控制生物素亚适 量，使细胞变形拉长，改变了细胞膜的通透性引起代谢失 调使Glu得以积累。 生物

35、素贫乏时，细胞内的Glu含量少而且容易析出，而培 养基中积累大量的Glu；生物素丰富时，培养基中几乎不 积累Glu，而细胞内却含有大量的Glu，且不易被析出。 这说明生物素对细胞膜通透性有重要影响。这说明生物素对细胞膜通透性有重要影响。 谷氨酸发酵的关键在于发酵培养期间谷氨酸生产菌细胞膜结构与功能发生特异性变化，使细胞膜转变成有利于谷氨酸向膜外渗透的形态，使终产物不断排出细胞外，胞内谷氨酸不能积累到引起反馈调节的浓度，胞内谷氨酸源源不断被优先合成，分泌到发酵培养基中积累。傅匀郴愈楚块笛都向蓝猾孟碗目奋烛如致偏粘岗逐痒果忙豹瓦勋腿思沃纤氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学B、供氧浓度 过量：NADP

36、H的再氧化能力会加强，使-KGA的还原氨基化受到影响，不利于GA 的生成。供氧不足：积累大量的乳酸，使发酵液的pH值下降，不利于GA的产生，同时，一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖酸转化率，降低了产物的提出率。C、NH4+浓度 （1）影响到发酵液的pH值（2）与产物的形成有关： 过低，不利于-KGA的还原氨基化；过高，产生谷氨酰胺。 NH4+的供给方式： （1）液氨 （2）流加尿素耶萍旦演佳蓉樟伍碉箱即炽氨怀伞傣腺绚媚课锭弹匠唆椒患酸策彬稽雄敖氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学D、磷酸盐 过量：（1）促进EMP途径，打破EMP与TCA之 间的平衡，积累丙酮酸，产生乳酸等 （2）产生并积累Val，

37、Glucose 丙酮酸 丙酮酸 + 活性乙醛 -乙酰乳酸 Val Val（1）可以抑制葡萄糖 丙酮酸，使GA的生物合成受到阻止（2）消耗了丙酮酸，降低了糖酸转化率（3）发酵液中的Val存在，严重的影响GA 的结晶、提出 楞辛腻婚辆聘躇眷门遗天供疟鬃橙视差蛙坷口昭衣殿仟梦萌污琴娩欣歪刷氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第五节第五节 谷氨酸生物合成的调节机制谷氨酸生物合成的调节机制尼戍痒噎敲似姻富芝蜘橱棕族眷蜘紊牢结裹糊义骤呵雁脑奉喊胸耍炸痞费氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学一、谷氨酸生物合成的调节谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶磷酸烯醇丙酮酸羧化酶磷酸烯醇丙酮酸羧化酶柠檬酸

38、合成酶柠檬酸合成酶枪酌埔饼宵沽斩矩蛰黄愈斗髓壮安另盘盯浪叠拇被账赏事钓侮容宠添蓬仲氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学优先合成优先合成 在微生物的代谢中，Glu比Asp优先合成； 合成过量时则抑制谷氨酸脱氢酶，使代谢转向合成Asp； Asp过量时反馈抑制PEP羧化酶的活力，停止合成草酰乙酸。 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶(GDH)的调节的调节谷aa脱氢酶谷aa对其反馈抑制和反馈阻遏柠檬酸合成酶的调节柠檬酸合成酶的调节柠檬酸合成酶TCA的关键酶，受能荷调节，谷aa反馈阻遏，乌头酸反馈抑制所以，正常代谢不积累Glu静楷讹卜茁炮曳后迷匀弧体慰阴金毒躺二仔瞒毖硬铺拧芦匹汛嗣棉绢直蝇氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工

39、艺学 异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶的的调调节节 细胞内-酮戊二酸的量与异柠檬酸的量需维持平衡。当-酮戊二酸过量时,将对异柠檬酸脱氢酶发生反馈抑制作用，停止合成-酮戊二酸。异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸反馈抑制-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶:谷氨酸产生菌中先天性的丧失或微弱。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶PEP受天冬aa反馈抑制，受谷aa和天冬 aa反馈阻遏丹挞刚奥腆瓦迫码奔镁昌溉闷屑瞪弦炔御周犬烬溶襄竟括宦瘟瞻鸭澎湾够氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学w丧失或有微弱的-酮戊二酸脱氢酶活力，使-酮戊二酸不能继续氧化；wCO2固定能力强，使四碳二羧酸全部由CO2固定反应提供，而不走乙醛酸循环

40、；w谷氨酸脱氢酶的活力很强，并丧失谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制和反馈阻遏，同时，NADPH2再氧化能力弱，这会使-酮戊二酸到琥珀酸的过程受阻；w有过量的NH4+存在，-酮戊二酸经氧化还原共轭氨基化反应而生成谷氨酸却不形成蛋白质，从而分泌泄漏于菌体外；w同时，谷氨酸生产菌应不利用体外的谷氨酸，使谷氨酸成为最终产物。w生产菌株还应该具有生物素合成缺陷、油酸合成缺陷和甘油合成缺陷等特点。二二. 谷氨酸高产菌模型特征谷氨酸高产菌模型特征毙的澎歪斩斑盾薯普勋瑞贷择拳垒凛严峡悟棱剂兑杀知误痛瓦页坎箩粉航氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学三、谷氨酸生产的代谢调控趁娥窥瞬硫莆凸亲拴赃注荡戳猛邯屈拱胖堑专搂由魏

41、扶遂沮云篓果停麓绽氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1.切断或减弱支路代谢 2.解除自身的反馈抑制 3.增加前体物的合成 4.提高细胞膜的渗透性 5.强化能量代谢6.利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株 （一）、谷氨酸生产菌的具体育种思路（一）、谷氨酸生产菌的具体育种思路 （谷氨酸代谢控制发酵的基本方法和实现的途径）（谷氨酸代谢控制发酵的基本方法和实现的途径）蛔棺停疤筹扶碘溜底嗡忘诧怂桔名裙翟挡臂粪恤魔钢找孽郁廖墙那雍四赚氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1.切断或减弱支路代谢切断或减弱支路代谢 选育减弱选育减弱-酮戊二酸进一步氧化能力的突变株酮戊二酸进一步氧化能力的突变株 减弱减弱-酮戊二酸脱氢酶

42、复合体的活性，可以使代谢流向谷氨酸，酮戊二酸脱氢酶复合体的活性，可以使代谢流向谷氨酸，从而使谷氨酸得到积累。从而使谷氨酸得到积累。 选育减弱选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株途径后段酶活性的突变株 从葡萄糖到丙酮酸的反应由从葡萄糖到丙酮酸的反应由EMP途径和途径和HMP途径组成。途径组成。但通过但通过HMP也可生成核糖、核苷酸、莽草酸、芳香族氨基也可生成核糖、核苷酸、莽草酸、芳香族氨基酸、辅酶酸、辅酶Q、维生素、维生素K、叶酸等物质。消耗了葡萄糖，使、叶酸等物质。消耗了葡萄糖，使谷氨酸的产率降低。如削弱或切断这些物质的合成途径，谷氨酸的产率降低。如削弱或切断这些物质的合成途径，就会使谷氨酸的

43、产率增加。可通过选育莽草酸缺陷型或添就会使谷氨酸的产率增加。可通过选育莽草酸缺陷型或添加芳香族氨基酸能促进生长的突变株以及抗嘌呤、嘧啶类加芳香族氨基酸能促进生长的突变株以及抗嘌呤、嘧啶类似物或核苷酸类抗生素，如德夸菌素、狭霉素似物或核苷酸类抗生素，如德夸菌素、狭霉素C抗性突变抗性突变株来实现。株来实现。祟帮善昆帕耪奏墅洋哥榔孽倦掣舔梢瘩瘁冕撰忧绚左惧望沤偶屑极吗集结氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学选育不分解利用谷氨酸的突变株选育不分解利用谷氨酸的突变株（不分解）（不分解） 积累谷氨酸，必须使菌种不能分解利用谷氨酸，可通过选育以谷氨酸为唯一碳源，菌体不长或生长微弱的突变株来实现。选育减弱乙醛酸循

44、环的突变株选育减弱乙醛酸循环的突变株 四碳二羧酸是由CO2固定反应和乙醛酸循环所提供的。减弱乙醛酸循环，CO2固定反应所占的比例就会增大，谷氨酸的产率就高。可通过选育琥珀酸敏感型突变株、不分解利用乙酸突变株、异柠檬酸裂解酶活力降低菌株实现。阻止谷氨酸进一步代谢阻止谷氨酸进一步代谢（不代谢）（不代谢） 细胞还可以谷氨酸为前体继续向下合成谷氨酰胺等，必然导致谷氨酸的积累量减少。要避免谷氨酸被菌体利用，还需要切断谷氨酸向下的代谢途径。颤率释拜钨纤土疵洽滁颅桓巷被谗胰办耶咒放鲤诡库锌趁巷和拂顺薯铃邱氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2.解除菌体自身的反馈调节解除菌体自身的反馈调节 选育耐高渗透压突变株选

45、育耐高渗透压突变株 菌种高产谷氨酸,应具备在高糖、高谷氨酸的培养基中能正常生长、代谢的能力，即在高渗培养基中菌体的生长和谷氨酸的合成不受影响或影响很小。可通过选育耐高糖、耐高谷氨酸及耐高糖+高谷氨酸突变株来实现。 选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株 谷氨酸合成达到一定量时，谷氨酸会反馈抑制和阻遏谷氨酸脱氢酶，使谷氨酸的合成停止，使代谢转向天冬氨酸的合成。若解除了谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈调节，菌体就会不断的合成谷氨酸。可通过选育酮基丙二酸抗性、谷氨酸结构类似物抗性（如谷氨酸氧肟酸盐）、谷氨酰胺抗性突变株来实现。 刷连三庐萤隐莆允谅蔫嚼组表磕

46、府湘朝近梅寸门朗另惋筏利芍韭败畴醛真氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3.增加前体物的合成增加前体物的合成 选育强化三羧酸循环中从柠檬酸到选育强化三羧酸循环中从柠檬酸到-酮戊二酸酮戊二酸代谢的突变株代谢的突变株 这可通过选育柠檬酸合成酶活力强突变株及抗氟乙酸、氟化钠、重氮丝氨酸、柠檬酸抗性等突变株来实现。 选育强化选育强化CO2固定反应的突变株固定反应的突变株 这可通过选育以琥珀酸或苹果酸为唯一碳源生长良好的突变株、氟丙酮酸敏感突变株以及丙酮酸或天冬氨酸缺陷突变株来实现。 画郧爹植归壶杂康吃繁惋囱旋震犊登箩导钥斯捕恬既廖柜胎早疤逼券转摈氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学4.提高细胞膜的渗透性提高细

47、胞膜的渗透性 选育抗选育抗Vp类衍生物突变株类衍生物突变株 选育抗Vp类衍生物，如香豆素、卢丁等突变株，都能遗传性的改变细胞膜的渗透性。生物素缺陷株（生物素亚适量） 选育溶菌酶敏感突变株选育溶菌酶敏感突变株。 选育二氨基庚二酸缺陷突变株选育二氨基庚二酸缺陷突变株。 选育温度敏感突变株选育温度敏感突变株 谷氨酸温度敏感突变株的突变位置是在决定与谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜结构基因上，发生碱基的转换或颠换，一个碱基为另一个碱基所置换，这样为该基因所指导的酶，在高温下失活，导致细胞膜某些结构的改变。当控制培养温度为最适生长温度时，菌体正常生长；当温度提高到一定程度时，菌体便停止生长而大量产酸。（5）

48、油酸缺陷型（油酸亚适量）（6）甘油缺陷型（甘油亚适量） 绅露咯肩吟葱捶概盘燃醛你酸合陀蝴冯顾沾钞披俘上疥返纫逆加借赔杨本氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学5. 强化能量代谢强化能量代谢 谷氨酸高产菌的两个显著特点是:-酮戊二酸继续向下氧化的能力微弱和乙醛酸循环微弱，使能量代谢受阻，TCA循环前一阶段的代谢减慢。强化能量代谢可弥补上述两点不足，使TCA循环前一段代谢加强，谷氨酸合成的速度加快。 选选育育呼呼吸吸链链抑抑制制剂剂抗抗性性突突变变株株 如可选育丙二酸、氧化丙二酸、氰化钾、氰化钠抗性突变株来实现。 选选育育ADP磷磷酸酸化化抑抑制制剂剂抗抗性性突突变变株株 如可选育2,4-二硝基酚、羟胺

49、、砷、胍等抗性突变株来实现。 （3）选选育育抑抑制制能能量量代代谢谢的的抗抗生生素素的的抗抗性性突突变变株株 如可选育缬氨霉素、寡霉素等抗性突变株来实现。 十祭拌晾咎屋右渤疚夹斟滤箩床逝间阵夹二紊虾钉纵身肆嚼难亏梭依筛庶氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第六节、谷氨酸的生产工艺w我国与国外谷氨酸生产的现状及存在问题菌种的性能：我国产酸8.610，转化率55；日本1012，转化率55。工艺和过程控制：我国低糖和中糖发酵，日本高糖发酵并流加、提高罐压，保证溶氧。对温度、压力、空气流量、蛋白质、溶氧采用计算机控制。摘弱侥审姆碘同盟再扩塌年鸣醒蝗袱副挖颓索圾屯龟民沮境虑烬穷榔片签氨基酸发酵工艺学氨基酸发

50、酵工艺学一、一、 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养（一）、谷氨酸生产菌的主要特征与菌学性质（一）、谷氨酸生产菌的主要特征与菌学性质 现有谷氨酸生产菌主要是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中的细菌。 1.棒 状 杆 菌 属 (Corynebacterium)： 谷 氨 酸 棒 杆 核 菌Cornebateium gho-tamlkns） 2.短杆菌属(Brevibacterium)：黄色短杆菌（Bteuibaterun flavum） 、乳糖发酵短杆菌（Bra.lactofementum） 3.小杆菌属(Microbacterium)：嗜氨小杆菌（Mi

51、crbaterium ammoniaphilmn） 4.节杆菌属(Arthrobacterium) 根巫乒幸开神隆涩捻醋冲羞逐授亡灼耘压忻赘陈美焰研伍误黄毕椽茹浅衔氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学菌种形态G属性呼吸类型碳源基质棒状杆菌属直或微弯，一端膨大。折断分裂呈八字排列或枷状排列，不运动G好氧或厌氧葡萄糖发酵产酸，少数利用乳糖产酸短杆菌属短的不分支直杆菌，多数不运动，少数运动有鞭毛。G好氧葡萄糖发酵产酸小杆菌属杆状，形态与排列与棒状杆菌相似G好氧发酵糖产酸弱，主要产乳酸，不产气节杆菌属培养过程细胞形态易变化，先由球菌变杆菌，随后由杆菌变球菌，不运动G变G，后由G变G好氧发酵糖产酸极少或不产

52、酸。表1 谷氨酸发酵微生物特征及菌学比较徘衔擦锻募余泽坏囱胚毖辫蜒赃屠箩股鸵石揽粪牢御痛挛刷唤皮兢捎老捅氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（二）、谷氨酸生产菌形态与生理的共同特征w细胞形态为球形、棒形以至短杆形。w革兰氏染色阳性，无芽孢、无鞭毛、不运动w都是需氧形微生物，在通气条件下才能产生谷氨酸。w都是生物素缺陷型，需要生物素作为生长因子w脲酶强阳性w不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白及明胶w发酵中菌体发生明显形态变化和细胞渗透性的变化wCO2固定反应酶系活力强，异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循环弱， -酮戊二酸氧化能力缺失或微弱；柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力

53、强，还原性辅酶进入呼吸链w具有向环境中泄漏谷氨酸的能力w不分解利用谷氨酸，能耐受高浓度的谷氨酸，产量在5以上。汛廖佃汽炒侣粗音箱腹墒岿毅钝捏遭侄殊母层藻渊汛噪疯豌惶排邢仁蛆碌氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（三）、（三）、 国内谷氨酸生产菌及其比较国内谷氨酸生产菌及其比较 1、北京棒杆菌、北京棒杆菌(AS1299)的形态和生理特征的形态和生理特征2、钝齿棒杆菌、钝齿棒杆菌(AS1542)的形态和生理特征的形态和生理特征 3、天津短杆菌、天津短杆菌(T6-13)的形态和生理特征的形态和生理特征 4、北京棒杆菌、北京棒杆菌(7338)与钝齿棒杆菌与钝齿棒杆菌(B9)的比较的比较 5、天津短杆菌、天

54、津短杆菌(T6-13)与钝齿杆菌与钝齿杆菌(B9)的比较的比较 6、目前味精行业采用的主要菌株、目前味精行业采用的主要菌株 S9114 华南理工大学 FD415 上海复旦大学 TG961 天津科技大学吹炸睹籍佯缅刮械庄邀但狄铰垛凸术啤港祥狡论鄙跃痕黄倘绢健睬挽港乐氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学抉掩韦到服饰体糯褐该惺赎嫉蔽擅镊晒瑚校弃猴隧侥崎火氦戴圾阀辉综暑氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学二、二、 谷氨酸生产菌在发酵过程中的形态变化谷氨酸生产菌在发酵过程中的形态变化 1、种子的菌体形态、种子的菌体形态 斜斜面面和和一一、二二级级种种子子培培养养在在不不同同培培养养条条件件下下，细细胞胞形形态态

55、基基本本相相似似。斜斜面面培培养养的的菌菌体体较较细细小小，一一、二二级级种种子子比比斜斜面面菌菌体体大大而而粗粗壮壮，革革兰兰氏氏染染色色深深。多多为为短短杆杆至至棒棒杆杆状状，有有的的微微呈呈弯弯曲曲状状，两两端端钝钝圆圆，无无分分枝枝；细细胞胞排排列列呈呈单单个个、成成对对及及“V”字字形形，有有栅栅状状或或不不规规则则聚聚块块；分分裂裂的的细细胞胞大大小小为为0.70.9*1.03.4um。由于生物素充足。由于生物素充足，繁殖的菌体细胞均为谷氨酸非积累型细胞。繁殖的菌体细胞均为谷氨酸非积累型细胞。 2、谷氨酸发酵不同阶段的菌体形态、谷氨酸发酵不同阶段的菌体形态 从从谷谷氨氨酸酸发发酵酵

56、中中菌菌体体形形态态的的变变化化来来看看，大大致致可可以以分分为为长长菌菌型型细细胞胞、转转移移期细胞期细胞和产酸型细胞和产酸型细胞3种不同时期的细胞形态种不同时期的细胞形态.3、谷氨酸发酵感染噬菌体后的菌体形态、谷氨酸发酵感染噬菌体后的菌体形态 发发酵酵前前期期感感染染噬噬菌菌体体后后，菌菌体体细细胞胞明明显显减减少少，细细胞胞不不规规则则，发发圆圆、发发胖胖,缺缺乏乏“”字字形形排排列列，有有明明显显的的细细胞胞碎碎片片，严严重重时时出出现现拉拉丝丝、拉拉网网，互互相相堆堆在在一起一起，几乎找不到完整的菌体细胞几乎找不到完整的菌体细胞，类似蛛网或鱼翅状。类似蛛网或鱼翅状。 在在发发酵酵中中

57、、后后期期感感染染噬噬菌菌体体后后，菌菌体体细细胞胞形形态态不不规规则则，边边缘缘不不整整齐齐，有有的边缘似乎有许多毛刺状的东西的边缘似乎有许多毛刺状的东西，有细胞碎片有细胞碎片 。敦兜捍蓝惺囊蹭趣骋览聘沛蚀排庇凤竿壕丹鲸滋撒柬章镶题抚镑鄙痞胜泛氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学谷氨酸发酵过程中菌体形态变化及代谢特征发酵时间/h细胞类型细胞形态特征代谢特点08长菌形细胞菌体形态与种子相似，短杆、棒形、椭圆形，单个、成对，八字形，绝大多数为V形分裂耗糖加快，代谢旺盛，温度上升，产生CO2，菌体不产酸816转移期细胞细胞开始伸长、膨大，细胞边缘不完整、边缘褶皱，细胞形态急剧变化，由长菌形细胞转化成产

58、酸形细胞生物素含量由“丰富转向贫乏”通风量达到最大值，OD达到最大值并稳定，放热也达到最大值，菌体开始产酸1630产酸期细胞细胞形态几乎都伸长、膨大，伸长拉大24倍，不规则，缺乏八字形排列大量积累谷氨酸，耗糖、好氨与产酸相适应，风量逐渐下降晃絮酿垦盅鲸满俞的陈捶犊到缮石翔拧屏没须茁往密掐搁把钱应较蔚符翼氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学苗咽纶蓝案楚勿柳珊缝赐袖捉体獭众否截怒监粒榜鸭妨擅愉埋挞斋庐余摹氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学三、三、 菌种的扩大培养和种子的质量要求菌种的扩大培养和种子的质量要求 斜面菌种斜面菌种一级种子培养一级种子培养二级种子培养二级种子培养 发酵罐发酵罐 1. 种子培养过

59、程种子培养过程菌种：菌种钝齿棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。生长特点：糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的pH7.0-7.2琼脂培养基，32培养18-24h。一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰组成。pH6.5-6.8。1000ml三角瓶装量200250ml，震荡，32，培养12h。二级种子培养：用种子罐培养，料液量为发酵灌投料体积的1，用水解糖代替葡萄糖，于32进行通气搅拌710h。亨假两鹰独晶绍鲤撼橇邢僧铝汇眉砾豢兽睦韵羞尿铁浩般咸埋妈卑氮安企氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2、种子质量要求、种子质量要求w一级种子

60、质量标准：一级种子为摇瓶种子。 质量要求：显微镜检查，无杂菌，菌体粗壮、均匀、排列整齐涂平板检查无杂菌、无噬菌斑OD值净增0.6左右。种子营养液pH在6.7左右种子营养液残糖在0.5%以下。w二级种子质量标准：二级种子为生产车间的种子罐中培养二级种子质量标准：二级种子为生产车间的种子罐中培养的。对其质量要求的。对其质量要求平板检查无杂菌、无噬菌体污染，菌体大小均一，呈单个或八字排列。活菌数108109/ml。pH在7.2左右，残糖含量在1.5左右。其它各项指标与一级种子相同。w种龄和种量的控制一级种子控制在11-12h，二级控制在7-8h。种量为1。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产

61、酸量不高。榷轰厦它倚奥归亏姻屠谴灾肾魔茨绣未啦冲瞻渊逞策辙筛花国绕监臭臆彝氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学四、谷氨酸的生产工艺鲍谜眶滔韵乡弗赔蔓颠雹庆焰摈缀景捷镰鉴峦则畸茸我讳肇左雹培剔译能氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学磷酸盐、玉米浆、镁盐等分过滤器发酵灌调和配料预处理（水解）发酵培养基调pH连消菌种罐等电沉淀等电沉淀粗谷氨酸中和摇瓶菌种原料种子培养基空气斜面尿素贮罐空气净化系统脱色结晶浓缩成品味精（一）、（一）、 谷氨酸发酵工艺流程谷氨酸发酵工艺流程艰吏园吭氏仅木尺厦羚党牢撕英邵待烩唯悉印境察弟蚁葵实免倡诀忿荒裕氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学淀粉 葡萄糖糖蜜 稀释蜜配 料 种子罐玉米浆糖

62、 蜜磷酸二氢钾硫酸镁无菌空气Fe2+ 、Mn2+NH3菌种发酵罐夏艳牙扁淡泄速煎匝驹缘员少兆垮拟瞅毯浇喝绚操邑年义相广孔罗胺刻磺氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学等电提取中 和除 铁脱 色浓缩、结晶离 心干 燥味味 精精发酵罐Na2CO3瑟额谣抠郭舔到讥朝踢诊聊庐厢迹蹦瓦骤玲灶讲澜紫涟晋捣蛙码孰惧光坏氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（二）、原料的预处理1.淀粉水解糖的制备：酸水解或酶水解淀粉水解糖的制备：酸水解或酶水解酸水解法调浆：干淀粉用水调成10-110Bx的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8至pH1.5。糖化：蒸汽加热，加压糖化25min。冷却至80下中和。中和：烧碱中和，至pH4.0-5.0脱

63、色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8，在70及酸性条件下搅拌后过滤。酶法：以大米或碎米为原料时采用调浆配料：大米进行浸泡磨浆，将淀粉乳调成1520B，用Na2CO3调pH6.4-6.5，用CaCl2调节浆中的Ca2+至50mg/L。加细菌a-淀粉酶（1012u/g，干淀粉计算)。喷射液化：一次喷射温度100105，层流罐维持95100，液化时间1h。典色反应棕红色。液化液经二次喷射，维持温度130140，灭酶510min，再经板式换热器冷却至70以下，进入糖化罐。糖化：糖化温度601，pH4.0-4.4；糖化酶（100120u/g，干淀粉计算)糖化过滤：糖液先用Na2CO3水溶

64、液调pH4.8-5.0，过滤。袒扦匠鞋种姥磁凝逐礼冲捻龋仪搔患港虚蝉际涟催弄基丢裕浮奎祥量角闽氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学糖化液的质量要求色泽淡黄色透明液糊精反应无还原糖含量2528DE值9598透光率60pH4.6-5.0淀粉转化率9598糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源，因含丰富的生物素。预处理方法：活性碳或树脂吸附法和亚硝酸法吸附或破坏生物素。也可以在发酵液中加入表面活性剂吐温60或添加青霉素。帝乐绕垦绵伪哇犯中珊介非壬熔疙全据瑶洞泽既辰厄瑚锰寺抖宦立直祥坚氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学(三三)、谷氨酸发酵控制、谷氨酸发酵控制发酵培养基发酵培养基1、碳源：葡萄糖、果糖、蔗

65、糖、麦芽糖、碳源：葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖作用：作用：菌体生长繁殖；新陈代谢的能源；产生菌体生长繁殖；新陈代谢的能源；产生a-硐硐戊二酸转化为谷氨酸戊二酸转化为谷氨酸低中糖发酵：初始糖浓度低中糖发酵：初始糖浓度12.5-13%.中高糖发酵：中高糖发酵：初始糖浓度初始糖浓度14-16%。补糖发酵：初始糖浓度补糖发酵：初始糖浓度12-13%，中后期补糖，中后期补糖2-4。 目前，较多采用低糖浓度流加发酵控制。碳源浓度过高时，对菌体生长不利，氨基酸的转化率降低。郧暇卒进哗暖骤料丑碎您檬吁壤缝论齿战氟凉抉堵技虾娃隘渺钧粤哩丁臀氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2、氮源： 无机氮源: (1)尿素 (2)

66、液氨 (3)碳酸氢铵； 有机氮源:玉米浆、麸皮水 解液、豆饼水解液和糖蜜等。作用：是合成菌体、蛋白质、核酸等含氮物质和合成氨基酸来源氮源；调节pH尿素灭菌时形成磷酸铵镁盐，须单独灭菌，分批流加。氨水用pH自动控制连续流加 C:N，谷氨酸发酵所需比为100：1521兔柳慢礼砚欺铀舀变封矗翟鳃凌裁粥号常候耀柱爸灾胺阶箱朋豌隔佳呸型氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3、无机盐：、无机盐：磷酸盐、硫酸镁、钾盐、微量元素作用：构成细胞成分，酶的组成成分；激活或抑制酶活性；调节培养基渗透压；调节培养基的pH；调节培养基的氧化还原电位。磷酸盐：对发酵有显著影响，不足时糖代谢受抑制。控制在0.005-0.01m

67、ol/L硫酸镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和羧化酶的激活剂，促进葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活力。G要求镁离子浓度最低25ug/L；G-要求4-6ug/L。钾盐：钾盐多，有利于产酸；钾盐少，有利于菌体生长微量元素：主要是锰（许多酶的激活剂）、铁（细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶活性基团组分，可促进谷氨酸产生菌的生长），10-610-4mol/L。严格控制铜、汞含量，以免对发酵产生毒害作用。柯深牛溢檬岿第睛琅冗罪米绒腆讯烃护篱驻漳初挺籍足骗辊胃毕姚隔箭怨氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学4、生长因子：主要参与细胞膜的代谢，进而、生长因子：主要参与细胞膜的代谢，进而影响膜的透性。影响膜的透性。 (1

68、)生物素（25ug/ml）(2)维生素B1生物素：乙酰CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，影响磷酯的合成。当磷酯含量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变形，谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。生物素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产谷氨酸，你谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多。当生物素缺乏时，菌种生长缓慢。因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。高产量的谷氨酸。含幌奇鸳劈励蕊盒枉乖痘炒桂谆慢储舜咳嘘救凤枚撬菌镊乔而锡报轰钨窃氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学成 分菌种AS-1.299AS-1.542B9D110糖12.512.510

69、15玉米浆0.50.70.50.70.3磷酸氢二钠0.170.170.160.35硫酸镁0.060.070.070.06Fe2 、Mn2初 尿1.82.01.01.03.4流加尿11.21.82.21.82.2pH7.07.06.86.7表41 不同生产菌谷氨酸发酵培养基配方棠湿纷裁练屁渡和它尖钻梗昨赠薛搏资靳皿泣瞅卵它绞绣咐实呼弟椿双拍氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（四）（四） 谷氨酸发酵工艺控制谷氨酸发酵工艺控制1、 温度对谷氨酸发酵的影响温度对谷氨酸发酵的影响 微生物在一定条件下，都有一个最适的生长温度范围。谷氨酸产生菌的最适生长温度为3032，产生谷氨酸的最适为3437。菌体生长期温

70、度过高,易造成菌体衰老。生产上表现为OD值增长慢，pH值高，耗糖慢，发酵周期长，谷氨酸生成少。在发酵中、后期，菌体生长基本停止，适当提高温度可促进产生谷氨酸。因此根据菌种特点，温度采用二级或三级管理。即发酵前期控制在30-32；中、后期34-37。菌种AS-1.299617AS-1.542T6-13生长温度3032303432343236发酵温度34343634363638表42 菌谷氨酸产生菌的培养温度洒部协辑辽擂檄醋蠢怯峡到糊匡牧疵瘁推固纶紧抬夸冯格组莱碳翔诧臀泉氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学发酵阶段发酵前期发酵中、后期pH控制7.57.27.42、 pH对氨基酸发酵的影响及其控制w作用

71、机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。w控制pH方法：流加尿素和氨水w流加方式：根据菌体生长、pH变化、糖耗情况和发酵阶段等因素决定w控制：（1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素，避免pH过高（2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些，以抑制菌体生长。（3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困难。（4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。激农夸杰誉铬圈栽县绒炯嘱兹韧累茵嘿温珐老睦杖阻隋倚悲饮停驰殆打构氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3、 供氧对谷氨酸发酵的影响供氧对谷氨酸发酵的影响 溶解氧的控制：溶解氧的控制：大小是由大小是由通风通风与与搅拌搅拌两方面决定的，与搅两

72、方面决定的，与搅拌器的型式、直径大小、搅拌转速、搅拌器在发酵罐内的相对拌器的型式、直径大小、搅拌转速、搅拌器在发酵罐内的相对位置因素等有关。一般搅拌器直径大，转速快，溶氧系数大。位置因素等有关。一般搅拌器直径大，转速快，溶氧系数大。所以，增大搅拌转速比增加通风量对溶氧系数提高更为显著。所以，增大搅拌转速比增加通风量对溶氧系数提高更为显著。 具体操作：具体操作： 发酵前期，以低通风量为宜；发酵前期，以低通风量为宜； 发酵中、后期，以高通风量为好。发酵中、后期，以高通风量为好。 当培养基浓度高、营养丰富、生物素用量大时，应采用高当培养基浓度高、营养丰富、生物素用量大时，应采用高通风量。当菌体生长缓

73、慢、通风量。当菌体生长缓慢、pHpH偏高时，应减少通风量，或停止偏高时，应减少通风量，或停止搅拌，以利于长菌。当菌体生长快、耗糖快时，应提高通风量，搅拌，以利于长菌。当菌体生长快、耗糖快时，应提高通风量，以抑制生长和满足合成谷氨酸所必须的足够能量。以抑制生长和满足合成谷氨酸所必须的足够能量。 德娶加俱帆担居圆误撒倾谆义徽资寇瘁卉愤谰悼昼秀试眺抖咕松靠蹲喉湾氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学项目发酵罐容积10 m320 m350 m3搅拌转速（r/min）160140110通风比（m3/ m3min）1:0.160.171:0.151:0 .12具体风量：前期1:0.12（V/V)；中期1:0.2

74、2-0.26；后期1:0.15-0.18发酵通风量的控制端瘁尘阻懒全句劲铺旦焰络匪像魏畸建镜疫疚颓钥劝纳哗潭炙派傲密沫碑氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学4、 泡沫的消除泡沫的消除 （1）泡沫的形成和性质搅拌与通风发酵液中含有蛋白胨、玉米浆、黄豆粉是主要的发泡剂。发酵液感染杂菌和噬菌体（2）泡沫对发酵的影响发酵灌的装料系数减少氧传递系数减少发酵液逃液，增加染菌机会托脏夯蔼陆胃投茂叉薛化快榜厚酿部确熬晓蝗鸳矽派睡瑶囊诌林船势碑芹氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（3）泡沫的消除（控制）w调整培养基的成分（少加或缓加宜起泡的原材料）；改变某些物理化学参数（pH、温度、通气和搅拌；改变发酵工艺w采用机械

75、消泡或消泡剂消泡机械消泡：利用机械振动或压力变化使泡沫破裂消泡剂：属表面活性剂，天然油脂（豆油、玉米油）；脂肪酸和酯类；聚醚类（氧化丙烯和氧化乙烯与甘油的聚合物）；硅酮类边霞经饿崔臼协钉彰沁僻罪坯秆跺众鹃基径伯枕淳畅闰匪睡颇屈述褪攒湍氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学5、发酵过程主要变化及中间代谢控制、发酵过程主要变化及中间代谢控制 1.适应期2.对数生长期3.转化期4.产酸期谷氨酸的发酵过程曲线谷氨酸的发酵过程曲线核上赴晶寥档渴鹤丢把家绝纤粪紧筷炉拴铣锗伤秤诺粪药棍胆诲充嚏邹驼氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（1）适应期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。措施：接种量和发酵条件控制使

76、适应期缩短。（2）对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用后pH又迅速下降。溶氧急剧下降后维持在一定水平。菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形。不产酸。12h。措施：及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH，维持温度30-32（3）菌体生长停止期：谷氨酸合成。措施：提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4。大量通气，控制温度34-37。（4）发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。移蛊琉帖祁揪像汝盲险楞诣虑夸霓守郭静耕霓港依剖凡峦逛肖弹盼眨慢刘氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学6、 异常发酵现象及其处理异常发酵现象及其处理 常见的异常发酵现象及

77、其处理方法 序异常现象原因分析 处理方法 10时pH值高(1)初尿过多(2)尿素灭菌温度过高、时间过长停搅拌，小通风，待菌体生长，pH下降后再按正常发酵进行 2发酵前期pH值过高 (1)初尿过多 (2)菌种被烧死 (3)种子感染噬菌体 (4)培养基缺乏或抑制菌体生长 (1)按第1项方法处理(2)补种(3)按感染噬菌体处理 (4)根据情况补料,补种(5)均先停搅拌、小通风甭投伟消读芋令雷盒蟹侍逝饮爪貌所桃陌满遭缓侮溉缓棘猛酉灾搪倦舵命氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3菌体生长缓慢或不长 (1)感染噬菌体 (2)培养基贫乏 (3)菌种老化 (4)前期风量过大,或初尿过多抑制生长(1)按感染噬菌体处

78、理(2)补料，并停搅拌(3)换种、补种(4)停搅拌、小通风4中后期耗糖慢、产酸低 (1)菌种老化 (2)前期风量过大后期无力 (3)种子或发酵前期温度过高 (4)生物素不足 (1) 略减风量，如残糖高可补种或并罐发酵 (2) 略减风量，如残糖高可补种或并罐发酵 (3) 略减风量，如残糖高可补种，或并罐发酵 (4) 补料 514h后OD值继上升 (1)生物素过量 (2)染菌 (1)提高风量，提高温度(2)按染菌处理戍恩挤淳乾帜腆肥输蚊痰捕腮芦乾脑想倒好支鞍予乓绎而邓转荷峪济晓吞氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学6耗糖快，pH偏低, 产酸低 (1) 培养基丰富，生物素过量 (2) pH低，流尿不及时

79、 (3) 通风不足,空气短路,搅拌转速低 (4) 感染杂菌 (1)提高风量,提高pH (2)及时流尿,提高pH (3)提高风量,提高pH (4)按染菌处理 7发酵液变红色 生物素充足，风量不足提高风量8谷氨酸生成后又下跌 (1)pH偏低,NH4+过量,谷氨酸转变为谷酰胺 (2)大量下跌,可能染菌 (1)及时流尿，提高pH (2)按染菌处理 9泡沫太多 (1)水解糖质量不好 (2)染菌 (1)改进水解糖质量 (2)按染菌处理 绕泅网督吴居浇拴耻蛰哀轻赔坷藏虎寥懂怔撤晤嘶武匙勾划博掠恤骏骑拱氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学7、 发展方向发展方向改进发酵工艺改进发酵工艺1.一次高浓度糖发酵2.降低发

80、酵初糖浓度,连续流加糖发酵3.混合碳源发酵4.应用电子计算机控制和管理发酵,使发酵工艺最佳化5.固定化活细胞连续发酵生产谷氨酸 览傣翟惮赔颖炯枕入绸籍掷舟鸡扦索且尤缺菱舶敲坊兑终凌湍夜筷找供判氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（三）（三） 谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治 1 1、谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治、谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治 噬菌体对发酵的危害噬菌体对发酵的危害 在谷氨酸发酵过程中，在谷氨酸发酵过程中，若菌体受到噬菌体的侵染，一般会发生溶菌、发酵若菌体受到噬菌体的侵染，一般会发生溶菌、发酵迟缓或停止等现象，结果造成不再积累谷氨酸，严迟缓或停止等现象，

81、结果造成不再积累谷氨酸，严重的会引起倒罐，甚至连续倒罐。为防止噬菌体的重的会引起倒罐，甚至连续倒罐。为防止噬菌体的侵染，首先要了解谷氨酸噬菌体的特性，从而加以侵染，首先要了解谷氨酸噬菌体的特性，从而加以防治，确保谷氨酸发酵顺利进行。防治，确保谷氨酸发酵顺利进行。 包丘佬溉酒檄曝滇玛尝区返售鳖辊慢醛径司此劲坷清剃晒乘仔渊厦冯履诽氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2.2.谷氨酸噬菌体的主要特征谷氨酸噬菌体的主要特征具有非常专一的寄生性。具有非常专一的寄生性。不耐热性不耐热性( (在在70C70C，5min5min均死亡均死亡) )。pHpH的稳定性。的稳定性。pH7pH79 9时，稳定；低于时，稳定

82、；低于6 6或高于或高于1010时，失活；时，失活；小于小于4 4时完全失活。时完全失活。嗜氧性。在低溶氧情况下，抑制生长。嗜氧性。在低溶氧情况下，抑制生长。对干燥的稳定性。环境越干燥，噬菌体越不易死。在潮湿对干燥的稳定性。环境越干燥，噬菌体越不易死。在潮湿情况下，易死亡。情况下，易死亡。不耐药性。在甲醛不耐药性。在甲醛0 05 5、苯酚、苯酚0 05 5、漂白粉、漂白粉1 15 5、石灰水石灰水1 1下均可杀死噬菌体。下均可杀死噬菌体。 侦奶滚篆瘦首棚渗怨符选砖泛量悼作养筷父沛基狭依批凸页付声腥畸眠袄氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3.3.谷氨酸发酵污染噬菌体后的异常现象谷氨酸发酵污染噬菌体

83、后的异常现象发酵液光密度在初期开始上升，而后又下降或不上升。发酵液光密度在初期开始上升，而后又下降或不上升。发酵液发酵液pHpH逐渐上升，逐渐上升，4 48h8h内可达内可达8 80 0以上，且不下降，以上，且不下降，不耗糖或耗糖缓慢。不耗糖或耗糖缓慢。泡沫大、黏度大、有时呈胶状；可拔丝。泡沫大、黏度大、有时呈胶状；可拔丝。发酵周期长，产酸低或不产酸。发酵周期长，产酸低或不产酸。镜检时，菌体减少，缺少八字排列，菌体变胖，革兰氏染镜检时，菌体减少，缺少八字排列，菌体变胖，革兰氏染色呈红色片状。严重时呈网状或鱼翅状，几乎看不到完整细胞色呈红色片状。严重时呈网状或鱼翅状，几乎看不到完整细胞发酵中后期

84、，周期稍有延长，温度缓慢上升，谷氨酸产量有所发酵中后期，周期稍有延长，温度缓慢上升，谷氨酸产量有所提高提高( (菌体破裂释放出谷氨酸菌体破裂释放出谷氨酸) )。平板检查时，有噬菌斑。摇瓶发酵，发酵液稀而清。平板检查时，有噬菌斑。摇瓶发酵，发酵液稀而清。发酵液残糖高、颜色浑、发灰、发红、有刺激性臭味，黏度大，发酵液残糖高、颜色浑、发灰、发红、有刺激性臭味，黏度大，泡沫多，难中和，过滤困难。泡沫多，难中和，过滤困难。 何咨逆寓巡靡述蛤鞋焰苔嘛澜儡胜哺郁柜桅矛咏焚袱辨罢馋岔钩悲钡蓟眷氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 4. 4.防治噬菌体污染的主要措施防治噬菌体污染的主要措施（1 1）. .严格控制活

85、菌体的排放严格控制活菌体的排放 摇瓶液、取样液、废弃菌液或发酵液均应先灭菌，后排放。摇瓶液、取样液、废弃菌液或发酵液均应先灭菌，后排放。已经污染了噬菌体的发酵液或种子液应先灭菌已经污染了噬菌体的发酵液或种子液应先灭菌(80C(80C，5min)5min)，再进行提取或排放。提取的母液不能乱扔，应经密闭阴沟或再进行提取或排放。提取的母液不能乱扔，应经密闭阴沟或远离空压机房和发酵车间，才可排放。远离空压机房和发酵车间，才可排放。 必须建立工厂环境清洁卫生制度，要定期使用药剂冲刷地必须建立工厂环境清洁卫生制度，要定期使用药剂冲刷地面。面。捶申寺存摄移羽赡亨泉庄乏嗓掩惫匈漳名扛厕陆好逐急呸蛰使宣沧递奈

86、膛氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 （2 2）. .严防噬菌体进入种子罐或发酵罐严防噬菌体进入种子罐或发酵罐 种子室要远离发酵车间，严防种子带人噬菌体，制定检查噬种子室要远离发酵车间，严防种子带人噬菌体，制定检查噬菌体的制度。各级种子的制备要严格灭菌。轮换使用菌种或使菌体的制度。各级种子的制备要严格灭菌。轮换使用菌种或使用抗噬菌体的菌株均可防止噬菌体污染。还可进行药物防治或用抗噬菌体的菌株均可防止噬菌体污染。还可进行药物防治或选育抗链霉素突变株。进行药物防治可添加金属螯合剂选育抗链霉素突变株。进行药物防治可添加金属螯合剂( (抑制噬抑制噬菌体的吸附或菌体的吸附或DNADNA的注入的注入) )、

87、表面活性剂、表面活性剂( (作用于细菌表面，抑制作用于细菌表面，抑制噬菌体的吸附噬菌体的吸附) )、抗生素、抗生素( (抑制噬菌体蛋白质合成抑制噬菌体蛋白质合成) )等。等。 痈滦具注塞舌皂踌剔衬集锗埔皂慈迭球落宽序束便犬哺美则览虫缄震伪硬氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 5 5发酵罐中污染噬菌体后的抢救发酵罐中污染噬菌体后的抢救 谷氨酸发酵前期感染了噬谷氨酸发酵前期感染了噬菌体后，可以采用一系列抢救措施，以减少损失。菌体后，可以采用一系列抢救措施，以减少损失。 (1) (1)抗性菌法：发现噬菌体后，应停止搅拌，小通风，降低抗性菌法：发现噬菌体后，应停止搅拌，小通风，降低pHpH，立即培养抗性

88、种子，然后接人发酵液中；并补加，立即培养抗性种子，然后接人发酵液中；并补加1 13 3的不调的不调pHpH的玉米浆。的玉米浆。 (2) (2)轮换菌种法：发现噬菌体后，停止搅拌，小通风，降低轮换菌种法：发现噬菌体后，停止搅拌，小通风，降低pHpH，轮换使用菌种，如轮换使用菌种，如672672换换Asl.299Asl.299、Asl.299Asl.299换换Asl.542Asl.542、Asl.542Asl.542换换Asl.299Asl.299。不加初尿，并补充。不加初尿，并补充30304040玉米浆玉米浆( (不调不调pH)pH)，适当加磷、镁适当加磷、镁( (为正常量的为正常量的1 13)

89、3)。若。若pHpH仍偏高，可停止搅拌，仍偏高，可停止搅拌，适当通风，至适当通风，至pHpH正常，正常，ODOD值增长后再开始搅拌。值增长后再开始搅拌。 燕长侥丽训棠刀踩罗缄暮乒襄蕾尹次别愈玻荧浴辈茹权桃开耀苏错痕猪彬氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 (3) (3)灭噬菌体法。发现污染噬菌体后，停搅拌，小通风，降灭噬菌体法。发现污染噬菌体后，停搅拌，小通风，降低低pHpH，在罐内用夹层，在罐内用夹层( (或冷却管或冷却管) )加热至加热至70708080，并自顶盖通，并自顶盖通入蒸汽自排汽口排出，冷却后，若入蒸汽自排汽口排出，冷却后，若pHpH过高，停止搅拌，小通风，过高，停止搅拌，小通风，降

90、低降低pHpH，接入二倍量的原菌种，至，接入二倍量的原菌种，至pHpH正常后开始搅拌。正常后开始搅拌。 (4) (4)放罐重消毒。发现噬菌体后，放罐，调放罐重消毒。发现噬菌体后，放罐，调pHpH，补加，补加1 12 2的的玉米浆和玉米浆和1 13 3的水解糖，重新灭菌，适当降低温度，不加初料，的水解糖，重新灭菌，适当降低温度，不加初料，然后接入然后接入2%2%的种子，继续发酵。的种子，继续发酵。捶交精臼未蚁古失蠢恿恰肾犊迅魏东织材纠挖儿捷撼间侗嫩这华壬担韩饰氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 5、谷氨酸发酵中杂菌的污染与防治、谷氨酸发酵中杂菌的污染与防治 谷氨酸发酵要求纯种培养，若遭受了杂菌的污

91、染，轻者影谷氨酸发酵要求纯种培养，若遭受了杂菌的污染，轻者影响产量或质量，重者可能导致倒罐，甚至停产。因此，在谷氨响产量或质量，重者可能导致倒罐，甚至停产。因此，在谷氨酸发酵中，杂菌污染的检查与防治是十分重要的。酸发酵中，杂菌污染的检查与防治是十分重要的。（1 1）检查杂菌的方法）检查杂菌的方法 所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了阻碍生产的其他微所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了阻碍生产的其他微生物。检查杂菌的方法要求准确、快速、尽早发现、及时采取生物。检查杂菌的方法要求准确、快速、尽早发现、及时采取措施。措施。 茬浓蓟剃群忿数墅艾池我饭欲硒糕渐吼窍史荔洛稗嫩鳞伟碑皑陀枪噶年泅氨基酸发酵工艺学

92、氨基酸发酵工艺学 a. a.显微镜检查显微镜检查 用革兰氏染色法染色、镜检。若发现有芽孢用革兰氏染色法染色、镜检。若发现有芽孢菌、革兰氏阴性菌、长杆菌、球菌、菌体碎片等情况，说明发菌、革兰氏阴性菌、长杆菌、球菌、菌体碎片等情况，说明发酵液已经染菌，应及时采取措施。酵液已经染菌，应及时采取措施。 b. b.培养皿画线检查培养皿画线检查 平板检查时，先将灭菌后的培养基倒人平板检查时，先将灭菌后的培养基倒人培养皿内，冷却，接种，于培养皿内，冷却，接种，于37C37C下培养下培养24h24h，镜检。，镜检。 c. c.肉汤培养检查法肉汤培养检查法 此法主要用于检查空气系统及培养基是此法主要用于检查空气

93、系统及培养基是否带菌。具体做法是将培养液装在吸气瓶中，灭菌否带菌。具体做法是将培养液装在吸气瓶中，灭菌30min30min，在，在37C37C下培养下培养24h24h，如无混浊，说明无杂菌污染；如，如无混浊，说明无杂菌污染；如呈现混浊，说明染呈现混浊，说明染菌。菌。 原款堪昏檀矗囊凸暖钉蚀背处郧饱库东团冠纲夜理肘哎涅新仍逛床塘刽袜氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 6.杂菌污染的防治杂菌污染的防治 要防止杂菌污染，先要弄清楚造成染菌的原因，然后进行防治。要防止杂菌污染，先要弄清楚造成染菌的原因，然后进行防治。 （1）杂菌污染的主要原因分析）杂菌污染的主要原因分析 种子带菌。若发酵前期染菌，可能是

94、种子带菌所致或发酵种子带菌。若发酵前期染菌，可能是种子带菌所致或发酵罐本身染菌所致。为了避免种子染菌，在斜面种子、摇瓶种子罐本身染菌所致。为了避免种子染菌，在斜面种子、摇瓶种子制备过程中都必须严格操作，确保无杂菌污染。制备过程中都必须严格操作，确保无杂菌污染。 罐体与管件渗漏所引起的染菌。若罐体或管件有极其微小的罐体与管件渗漏所引起的染菌。若罐体或管件有极其微小的漏孔时，易引起染菌。有时漏孔用肉眼直接察觉不到，需要通漏孔时，易引起染菌。有时漏孔用肉眼直接察觉不到，需要通过一定的试漏方法才能发现。过一定的试漏方法才能发现。 死角。罐或管路连接处的死角，在灭菌时其中的杂菌不易被死角。罐或管路连接处

95、的死角，在灭菌时其中的杂菌不易被杀死，易造成连续染菌，影响生产。杀死，易造成连续染菌，影响生产。 焉移厦兵照肚洗谷彬萤梗弛尧互泽君喷紫眼函贼捆匡挣栈济宗领竟砰滁唉氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 空气系统染菌。空气系统染菌。好气性发酵需连续不断地通人大量无菌空气。好气性发酵需连续不断地通人大量无菌空气。空气系统所有的设备要定时打开排液阀排液，避免设备内积液空气系统所有的设备要定时打开排液阀排液，避免设备内积液太多，带入空气中去，造成染菌。太多，带入空气中去，造成染菌。 环境污秽造成染菌。车间、环境卫生差，易引起染菌。为环境污秽造成染菌。车间、环境卫生差，易引起染菌。为堵绝杂菌的来源和繁殖机会，

96、必须加强车间和环境的清洁卫生堵绝杂菌的来源和繁殖机会，必须加强车间和环境的清洁卫生工作。工作。 繁谣镐瞧孺仿娶工衬窜掐尊疾吨诚铲衣页拄硕琐胃篓防毕算移某俘停扭棘氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 7 7杂菌污染的防治与挽救杂菌污染的防治与挽救 污染了杂菌后，要根据具体情况，污染了杂菌后，要根据具体情况，及时采取措施加以挽救。具体措施为：及时采取措施加以挽救。具体措施为： (1) (1)一级种子经平板检查确认无菌后，方可接入二级种子中。一级种子经平板检查确认无菌后，方可接入二级种子中。 (2) (2)二级种子冷却，小于二级种子冷却，小于1010保压保压121216h16h，平板检验确认无杂，平板检

97、验确认无杂菌后，再接入发酵罐。菌后，再接入发酵罐。 (3) (3)发酵发酵0 06h6h后，大幅度染菌，镜检发现球菌，应放罐重消毒，后，大幅度染菌，镜检发现球菌，应放罐重消毒，消毒温度适当降低。消毒温度适当降低。 史酶叮泊梭蛰规练纂刨忻蔡疫褒掇溯容嵌曲贰镣剥榴炙葡便勉季钉课癌饱氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 (4) (4)发酵发酵12h12h后，发现污染有少量芽孢或杆菌，但光密度尚正后，发现污染有少量芽孢或杆菌，但光密度尚正常，常，pHpH仍有升降，耗糖一般，谷氨酸产量在仍有升降，耗糖一般，谷氨酸产量在0.20.2以上，则可以上，则可加大通风量，按常规发酵到底。加大通风量，按常规发酵到底。

98、(5) (5)发酵后期确认染球菌，则可加热至发酵后期确认染球菌，则可加热至70807080放罐。放罐。 (6) (6)发现染菌的罐，下次空罐消毒加入甲醛后，再用蒸汽熏发现染菌的罐，下次空罐消毒加入甲醛后，再用蒸汽熏蒸蒸0.120.120.17L0.17Lm m3。 (7) (7)加强车间卫生管理，防止活菌体飞扬。加强车间卫生管理，防止活菌体飞扬。 (8) (8)选用抗药性菌种。选用抗药性菌种。 附必冻胜视犊鲸啊淘肋赛吊胶苍柒卓聋席心悸选丙琵蜘芭贤逝炼诞呼但名氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第八节第八节 谷氨酸的提取谷氨酸的提取 一、一、 概概 述述 将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取

99、出来,再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐叫提炼。 谷氨酸是发酵的目的物，它溶解在发酵液中，发酵液的特点：温度34-36；pH6.5-7.5；外观浅黄色浆状，表面浮有少许泡沫。存在菌体、残糖、色素、胶体物质以及其他发酵副产物。 提取工艺的选择原则：工艺简单，操作方便，提取收率高，产品纯度高，劳动强度小，设备简单，造价低，使用的原材料、药品价廉，来源容易。 梳乌琉锑淌唆杠葛屯球玛钨凰朱肿嘿账瞬区孽瞥描喷瘫飞埂钞域辕件吁坍氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学主要提取方法简介主要提取方法简介 (1)等电点法：操作简单，收率60。周期长，占地面积大。(2)离子交换法：用阳离子交换树脂提取吸附谷

100、氨酸形成的阳离子，再用热碱洗脱，收集相应流分，再加盐酸结晶。(3)等电-离交法(4)连续等电点法(5)金属盐法 (6)盐酸水解-等电点法 (7)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸法珠栅红轴几肌苍完扔焦年祁荷妊稗美撬销汞度鼻眼砌酬邯槐削撇脯物杆氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学二、等电点法提取谷氨酸二、等电点法提取谷氨酸 1. 1. 等电点法提取谷氨酸的原理等电点法提取谷氨酸的原理谷氨酸发酵液不经除菌或除菌、不经浓缩或浓缩处理、谷氨酸发酵液不经除菌或除菌、不经浓缩或浓缩处理、在常温或低温下加盐酸调至谷氨酸的等电点在常温或低温下加盐酸调至谷氨酸的等电点pH3.22,pH3.22,使谷氨酸呈过饱和状态结晶析

101、出。使谷氨酸呈过饱和状态结晶析出。兽嘻蕾侮潘诀釜争郝筋忽究胚迂维坷缸筒屹孟拔硼畜颂汗胰哪歌皇黎贪鄙氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2、等电点工艺的类型、等电点工艺的类型 （1）直接常温等电点法（2）带菌体冷冻低温一次等电法（3）除菌体常温等电点法（4）浓缩、水解等电点法（5）低温浓缩等电点法（6）谷氨酸发酵液连续等电工艺产几湾闽硷激腊机谦萌胀摈辙评袖室颓勤串背惑坐腑衰平乡顶焚掌绩懂促氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3.pH3.pH值对谷氨酸溶解度的影响值对谷氨酸溶解度的影响lpH pH 为为3.223.22时时, ,大部分谷氨酸以大部分谷氨酸以GAGA形式存在形式存在, ,此此时谷氨酸的氨基和

102、羧基的离解程度相等时谷氨酸的氨基和羧基的离解程度相等, ,总静电荷为总静电荷为零。零。l谷氨酸的溶解度随谷氨酸的溶解度随pHpH值的改变而改变值的改变而改变, pH 3.22, pH 3.22和和在在30%30%以上的高浓度盐酸下以上的高浓度盐酸下, ,溶解度便显著减少到最溶解度便显著减少到最低点。低点。4.4.温度对谷氨酸溶解度的影响温度对谷氨酸溶解度的影响 温度对谷氨酸溶解度的影响温度对谷氨酸溶解度的影响 谷氨酸溶解度受温谷氨酸溶解度受温度的影响较大度的影响较大, ,温度越低温度越低, ,溶解度越小。溶解度越小。蓄蕴赊泡棺酉币人逞耻烷闽誓镊邱脂投袱望慌淄恍牢按案麦练趣舰懈囤材氨基酸发酵工艺

103、学氨基酸发酵工艺学5 5、谷氨酸的结晶、谷氨酸的结晶（1）谷氨酸的晶型及其性质 ：型（颗粒大）、型（细小，针状）（2）影响谷氨酸结晶的主要因素 Glu含量要求：4温度：低于30。 30， 型结晶增加。残糖浓度：低有利于型结晶增加中和时加酸的速度：缓慢使谷氨酸溶解度逐渐降低，可控制一定数量的晶核，使晶核形成少，经养晶育晶后成长壮大。因而，析出的结晶颗粒大，易于沉淀分离。加晶种与否： Glu含量5左右，在pH4.0-4.5投晶种；Glu含量3.5-4.0左右，在pH3.5-4.0投晶种；搅拌：自然起晶，结晶大小不匀；缓慢冷却，适当搅拌，有利于晶体长大，大小均匀一致。菠塑剧侈茵虚狙倪秩较蝴佯魁尤峰务

104、芦侮乏葱反胚粕筷砧霞杏帆葛耗肄庐氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学成品干燥盐酸育晶（2h）起晶中和点（pH4-4.5)静置沉降4-6h离心分离发酵液等电点搅拌Ph3-3.22母液湿谷氨酸晶体菌体及细小的谷氨酸晶体三等电点法提取谷氨酸三等电点法提取谷氨酸 工艺流程工艺流程直接常温等电点法随偿业抒忌嚏者纤剂藉绊昌方禾蜜咕虫陕爸褒晓熏曙薄导嫡肌掘拴艺粘羔氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学等电点高流分盐酸停酸搅拌（2h）起晶中和点（pH4-4.5)缓慢调酸4h离心分离发酵液等电点Ph3.0-3.2母液湿谷氨酸晶体处理后排放去菌体低温等电点法提取谷氨酸去菌体低温等电点法提取谷氨酸 工艺流程工艺流程菌体分离清

105、液离子交换母液初流分后流分搅拌6-8h（0-4）菌体饲料草些铣宠氰征属规夺电蹈汁就飘圭痴慈貉脖导诀掀荒嗽隙矮稍澎酸徒声念氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 ( (二二) )等电点提取工艺的操作要点等电点提取工艺的操作要点 1. 1.加酸调等电点加酸调等电点 将发酵液排入等电桶后，测量温度、将发酵液排入等电桶后，测量温度、pHpH和和谷氨酸含量，然后搅拌冷却，待液温降至谷氨酸含量，然后搅拌冷却，待液温降至30C30C时，加盐酸调时，加盐酸调pHpH。前期加酸稍快，前期加酸稍快，1h1h左右将发酵液的左右将发酵液的pHpH调至调至5.05.0。中期加酸要缓慢，。中期加酸要缓慢，约经约经2h2h，发酵

106、液的，发酵液的pHpH接近接近4.0-4.54.0-4.5时，观察晶核形成情况。当能时，观察晶核形成情况。当能目视发现晶核时，要停止加酸，育晶目视发现晶核时，要停止加酸，育晶1 12h2h，使晶核壮大。此后，使晶核壮大。此后加酸速度要慢，直到加酸速度要慢，直到pHpH为为3.0-3.23.0-3.2时，停止加酸，继续搅拌时，停止加酸，继续搅拌20h20h结束。整个中和温度要缓慢下降，不能回升。结束。整个中和温度要缓慢下降，不能回升。 最终温度越低越好。最终温度越低越好。 2. 2.沉降分离沉降分离 将中和好的发酵液静置沉淀将中和好的发酵液静置沉淀4 46h6h，放出上清液，放出上清液，然后将谷

107、氨酸结晶沉淀层表面的少量菌体细麸酸清除，放另一缸然后将谷氨酸结晶沉淀层表面的少量菌体细麸酸清除，放另一缸中回收利用，底部的谷氨酸结晶取出后，离心分离。中回收利用，底部的谷氨酸结晶取出后，离心分离。骑耘或房骇掩詹玖见虐孕圣耪纵辞稿抹棱匙携杆纲祁键析潜蔷饱恶彦倚革氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学四、等电点离子交换法提取谷氨酸四、等电点离子交换法提取谷氨酸 1、工艺流程发酵液加盐酸（或高流分母液pH1.5)育晶2h(pH4-5)育晶2h(pH3.5-3.8)加盐酸（或高流分母液pH1.5)育晶2h(pH3.0-3.2)加盐酸（或高流分母液pH1.5)搅拌育晶20-16h沉淀4h细谷氨酸母液谷氨酸上离

108、子交换柱洗脱后流分高流分初流分冯虎七阉布掸盲遂忠涡睁锯羹虽邀碑文猩燕迈吕蓑袁臭绦窜举驶蕾献转全氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 六、六、 废液的处理与环保废液的处理与环保高浓度废水（高浓度废水（7波美）波美）-通液氨调节通液氨调节pH至至4.6-四四效蒸发器浓缩（效蒸发器浓缩（26波美）波美）-喷浆造粒喷浆造粒-复合肥复合肥 低浓度废水低浓度废水-厌氧处理厌氧处理-好氧处理好氧处理-排放排放 糊滑构旨豺辟剐烯与翱哑习桃胺吁悦讨洒妖适蓬切痞摈秀瞬郴厚脯楞瑰腊氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第九节第九节 谷氨酸制味精谷氨酸制味精 谷氨酸中和沉淀脱色过滤脱色过滤浓缩结晶离心分离小结晶母液结晶味精干燥

109、拌盐粉碎粉状味精水(或渣水)碳酸钠活性炭硫化碱谷氨酸回调pH活性炭脱色活性炭二次脱色硫化碱晶种流加母液蒸馏水GH15颗粒活性炭脱色干燥过筛粉状味精活性炭硫化碱一、一、 谷氨酸制味精谷氨酸制味精的工艺流程的工艺流程者愚域瑚底息泻寝锚帘告荷兼蹄迄讽廊契放谤麻毙酶冰喷汞环执克警墩匠氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 主要工艺流程说明主要工艺流程说明 一、谷氨酸的中和、脱色和除铁一、谷氨酸的中和、脱色和除铁 （一）（一）谷氨酸的中和谷氨酸的中和 1.谷氨酸一钠的等电点谷氨酸一钠的等电点 谷氨酸中和反应的谷氨酸中和反应的pH应控制在谷氨酸第二等电点应控制在谷氨酸第二等电点pH6.96。当。当pH高时，生成

110、的谷氨高时，生成的谷氨酸二钠增多，而谷氨酸二钠没有鲜味。将酸二钠增多，而谷氨酸二钠没有鲜味。将谷氨酸溶于水中，加热、加碱进行中和。随着碱的不断加入，溶谷氨酸溶于水中，加热、加碱进行中和。随着碱的不断加入，溶液的液的pHpH逐步升高，谷氨酸的电离平衡发生移动，当绝大多数的谷逐步升高，谷氨酸的电离平衡发生移动，当绝大多数的谷氨酸都变成阴离子形式时，即为中和生成谷氨酸一钠的等电点。氨酸都变成阴离子形式时，即为中和生成谷氨酸一钠的等电点。 勋仇芜哄赌痔户勉海缘靴荡泵哦艇烩耗问吞釜绅俺截惟井蔑三办拄星丹癌氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 2. 2.操作操作 中和剂：在味精生产中，中和谷氨酸可用氢氧化钠，

111、也可用中和剂：在味精生产中，中和谷氨酸可用氢氧化钠，也可用纯碱纯碱(Na(Na2 2C0C03 3) )，一般不用液碱（液碱含杂质氯化钠较多，影响，一般不用液碱（液碱含杂质氯化钠较多，影响结晶味精成品的质量。）结晶味精成品的质量。） 谷氨酸中和时，先把谷氨酸加入水中，制成饱和溶液，然后谷氨酸中和时，先把谷氨酸加入水中，制成饱和溶液，然后加碱中和。注意加碱速度要缓慢，用加碱中和。注意加碱速度要缓慢，用pHpH试纸测其试纸测其pHpH。边加碱边。边加碱边搅拌。中和温度控制在搅拌。中和温度控制在6565左右。在中和时，要控制投料比适左右。在中和时，要控制投料比适当，即湿谷氨酸与水之比为当，即湿谷氨酸

112、与水之比为1 1：2 2，湿谷氨酸与纯碱之比为，湿谷氨酸与纯碱之比为1 1：0.30.30.40.4。中和温度夏天为。中和温度夏天为60C60C，冷天为，冷天为65C65C。中和液浓度为。中和液浓度为212123Be23Be。中和反应控制。中和反应控制pHpH为为6.76.77.07.0。若超过。若超过7.07.0以上，溶液以上，溶液中谷氨酸二价阴离子逐渐增多，易生成谷氨酸二钠。中谷氨酸二价阴离子逐渐增多，易生成谷氨酸二钠。 澈个讥蛛鸯讫柄沂鞘邑撬彻菌民孰仲痒厂狂暇夺办溃巍甭锈非幂幅怕片丹氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 ( (二二) )中和液的除铁中和液的除铁 由于生产原料不纯、生产设备腐蚀

113、及生产工艺等原因，使中由于生产原料不纯、生产设备腐蚀及生产工艺等原因，使中和液中的铁、锌离子超标，必须将其除去。目前除铁、锌离子和液中的铁、锌离子超标，必须将其除去。目前除铁、锌离子的方法主要有硫化钠和树脂法两种。的方法主要有硫化钠和树脂法两种。 硫化钠法硫化钠法 硫化钠可与硫化钠可与Fe2+Fe2+、Zn2+Zn2+反应生成硫化铁和硫化锌沉淀而除去。反应生成硫化铁和硫化锌沉淀而除去。 其总反应式为：其总反应式为： Na2S + Fe2+FeS + 2Na+ Na2S + Fe2+FeS + 2Na+ Na2S + Zn2+ZnS + 2Na+ Na2S + Zn2+ZnS + 2Na+ 使用

114、的硫化钠要求呈橙黄色或微黄色，杂质少。硫化钠的用量使用的硫化钠要求呈橙黄色或微黄色，杂质少。硫化钠的用量要适当，并且在使用前应先配成要适当，并且在使用前应先配成131315150 0BeBe溶液。溶液。 腰但谊叉收厉粱依肺屑赘郎了邮既庭披质虞捣姬臂自个吵订火仓赔饲在蓝氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 树脂法树脂法 树脂除铁是利用弱酸性阳离子交换树脂，吸附铁或锌得以除树脂除铁是利用弱酸性阳离子交换树脂，吸附铁或锌得以除去。用此法除铁去。用此法除铁( (或锌或锌) )，不但解决了硫化钠除铁引起的环境污，不但解决了硫化钠除铁引起的环境污染问题，改善了操作条件，而且提高了味精质量，是一种较为染问题，改

115、善了操作条件，而且提高了味精质量，是一种较为理想的除铁方法。理想的除铁方法。 ( (三三) )中和液的脱色中和液的脱色 在味精生产过程中，由于各种成分的化学变化产生了一些有在味精生产过程中，由于各种成分的化学变化产生了一些有色物质，如焦糖、氨基糖、单宁铁等。因此，中和液需进行脱色色物质，如焦糖、氨基糖、单宁铁等。因此，中和液需进行脱色处理。脱色方法有处理。脱色方法有物理吸附物理吸附和和化学脱色化学脱色两种方法。两种方法。 1.1.物理吸附物理吸附 即采用活性炭脱色。用活性炭脱色时，温度控制在即采用活性炭脱色。用活性炭脱色时，温度控制在50-6050-60，pHpH保持在保持在6.46.4以上，

116、脱色时间为以上，脱色时间为30min30min。为了加快吸附过程的进行，。为了加快吸附过程的进行，可适当搅拌中和液。可适当搅拌中和液。 心就记猎阶昨轨榴裹粳恨豌云映皱结熟汹稿青乌弯循界侯而杭织蛇砌姆勤氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学活性炭的用量：根据活性炭脱色能力的强弱及中和液色泽的活性炭的用量：根据活性炭脱色能力的强弱及中和液色泽的深浅等情况决定，一般为中和液的深浅等情况决定，一般为中和液的2 23 3。活性炭分为粉。活性炭分为粉末状的药用炭和末状的药用炭和GH-15GH-15颗粒活性炭两种。颗粒活性炭两种。 用粉末活性炭脱色，一种方法是在中和过程中加炭脱色用粉末活性炭脱色，一种方法是在中和

117、过程中加炭脱色后除铁，另一种方法是将中和液先除铁，用谷氨酸回调后除铁，另一种方法是将中和液先除铁，用谷氨酸回调pH6.2pH6.26.46.4，蒸汽加热蒸汽加热6060，使谷氨酸全部溶解，再加入适量的活性炭脱色。，使谷氨酸全部溶解，再加入适量的活性炭脱色。经粉末活性炭脱色后，往往透光率达不到要求，需进入经粉末活性炭脱色后，往往透光率达不到要求，需进入GH15GH15活性炭柱进行最后一步脱色工序。活性炭柱进行最后一步脱色工序。 咕喝钻裳距据裕谊伯债迫烂演籽垛堆杯糜喻蜕忿谱钥官嘘涯际差吁橇血结氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 2. 2.化学脱色化学脱色 有离子交换树脂脱色法。离子交换树脂的脱色主要

118、靠树脂的有离子交换树脂脱色法。离子交换树脂的脱色主要靠树脂的多孔隙表面对色素进行吸附，即树脂的基团与色素的基团形成多孔隙表面对色素进行吸附，即树脂的基团与色素的基团形成共价键，因而对杂质起到吸附与交换作用。一般选用弱碱性阴共价键，因而对杂质起到吸附与交换作用。一般选用弱碱性阴离子交换树脂。离子交换树脂。 中和液中的杂质，有些分子量较大，在交换过程中扩散速度中和液中的杂质，有些分子量较大，在交换过程中扩散速度慢。因此，脱色时流速要慢。因此，脱色时流速要适当慢些。温度控制在适当慢些。温度控制在40- -50条件下条件下进行脱色较合适。进行脱色较合适。鸟汝趴援啃瞩绎列磕湍殃肛尺牲狡迁简钵掏参鱼诅茂芝

119、搂滞钧彦散腆索晓氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 二、中和液的浓缩和结晶二、中和液的浓缩和结晶 (一一)中和液的浓缩中和液的浓缩 谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想生成大量的结晶必须除谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想生成大量的结晶必须除去大量的水分使溶液达到过饱和状态而析出结晶。去大量的水分使溶液达到过饱和状态而析出结晶。 浓缩方法：一是降低溶液的温度，使溶质的溶解度减小，达浓缩方法：一是降低溶液的温度，使溶质的溶解度减小，达到过饱和状态；二是在温度不变的条件下，蒸发掉溶液中的一到过饱和状态；二是在温度不变的条件下，蒸发掉溶液中的一部分水，使溶液的浓度升高，达到过饱和状态。部分水，使溶液的浓度升

120、高，达到过饱和状态。 中和液的浓缩不宜在高温下进行，因为谷氨酸一钠在高温下中和液的浓缩不宜在高温下进行，因为谷氨酸一钠在高温下容易环化，生成焦谷氨酸钠。容易环化，生成焦谷氨酸钠。蒸渠蚊哮脊卯腥带藤暮莲汤崩零尾宣札屹汽哗虎订箩盏蚤定酪祈豆质诈董氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 设备：味精生产的浓缩过程普遍采用减压浓缩工艺，主要设设备：味精生产的浓缩过程普遍采用减压浓缩工艺，主要设备有减压蒸发式结晶罐。浓缩时的工艺条件，一般控制真空度备有减压蒸发式结晶罐。浓缩时的工艺条件，一般控制真空度在在80kPa80kPa以上，料液的温度控制在以上，料液的温度控制在7070以下。浓缩时，真空度愈以下。浓缩时，

121、真空度愈高，料液的沸点就越低，这样既可加快浓缩，又可避免谷氨酸高，料液的沸点就越低，这样既可加快浓缩，又可避免谷氨酸一钠的脱水环化形成焦谷氨酸钠。总之，中和液的浓缩以真空一钠的脱水环化形成焦谷氨酸钠。总之，中和液的浓缩以真空度高、料液温度低，操作时间短较为宜。度高、料液温度低，操作时间短较为宜。 掠诡蒲炬既浊折衣赖晓板颇隶两梆恫遥渗联逝郎锡努矣抠变话存最啃厂屯氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学( (二二) )谷氨酸一钠的结晶析出谷氨酸一钠的结晶析出 结晶操作的基本过程可分为浓缩、起晶、整晶、育晶、放结晶操作的基本过程可分为浓缩、起晶、整晶、育晶、放罐等几个阶段。罐等几个阶段。 结晶味精的晶体要求

122、颗粒大小均匀、透明、光洁。制作结结晶味精的晶体要求颗粒大小均匀、透明、光洁。制作结晶味精所用的中和液要求杂质含量少，透光度在晶味精所用的中和液要求杂质含量少，透光度在9090以上。以上。 具体操作：具体操作： 1. 1.起晶起晶 当浓缩液的浓度达到当浓缩液的浓度达到303030.530.50 0Be(70)Be(70)时，投入时，投入晶种，进行起晶。起晶时溶液微混浊，经过一定时间晶种的晶晶种，进行起晶。起晶时溶液微混浊，经过一定时间晶种的晶粒稍有长大，并出现细小的新晶核粒稍有长大，并出现细小的新晶核( (称假晶称假晶) )。当料液浓度增加，。当料液浓度增加，晶粒长大速度反而比晶核长大速度小时，

123、需要整晶。晶粒长大速度反而比晶核长大速度小时，需要整晶。 2. 2.整晶整晶 所谓整晶就是加入一定量的、与料液温度接近的温所谓整晶就是加入一定量的、与料液温度接近的温水，使晶核全部溶解掉。加水量不宜过多，以溶掉新形成的小水，使晶核全部溶解掉。加水量不宜过多，以溶掉新形成的小晶核为止，防止晶种溶化。整晶后继续浓缩，若再次出现新晶晶核为止，防止晶种溶化。整晶后继续浓缩，若再次出现新晶核就要多次进行整晶。核就要多次进行整晶。 红器佐越魄亲种呀孵郧惺逾怎肿摊伎思替弃潘虽扼圃吻暴讲犊薯则蔼拙惹氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 3. 3.育晶育晶 在结晶过程中，需根据料液浓度，补加稀释的脱色在结晶过程中，

124、需根据料液浓度，补加稀释的脱色液液( (加热加热) )，以保持锅内浓度维持在较低的过饱和状态，保证晶，以保持锅内浓度维持在较低的过饱和状态，保证晶体不断成长，又较少生成新的晶核。通过补料而促使晶粒长大体不断成长，又较少生成新的晶核。通过补料而促使晶粒长大的过程称为育晶。补料结束后，待晶粒长成所要求的大小时，的过程称为育晶。补料结束后，待晶粒长成所要求的大小时，准备出料。出料前预先加入同温度的温水，使浓度降低到准备出料。出料前预先加入同温度的温水，使浓度降低到29-29-39.539.50 0BeBe。出料后放在贮精槽内，立即进行离心分离。离心后的。出料后放在贮精槽内，立即进行离心分离。离心后的

125、母液中仍含有大量的谷氨酸一钠，可将其并入下批中和液中一母液中仍含有大量的谷氨酸一钠，可将其并入下批中和液中一起进行处理。起进行处理。澈舆雪味咎泰虎德丛炮鞋赌肾厌帐寐寸辖诗迄将雁日鹏娃浊淆屈葱冰骇祸氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学三、三、 味精的分离、干燥、味精的分离、干燥、 包装和成品质量标准包装和成品质量标准 1、味精的分离、味精的分离 味精分离一般采用三足式离心机分离。为保证表面光洁度，在离心分离过程中当母液离开晶体后，用少许50热水喷淋晶体。2、味精的干燥、味精的干燥 味精结晶含有一个结晶水,晶体在120就开始失去结晶水，因此干燥温度应严格控制,以不超过80较为合适。采用的干燥方法有箱式

126、烘房干燥，真空箱式干燥、气流干燥、传送带式干燥、振动床式干燥。3、结晶味精的筛分、结晶味精的筛分 干燥后的结晶味精，通过不同筛目的震动筛组合，把不同颗粒的结晶味精加以分开。一般采用目、12目、20目、30目四种筛子组合。4、粉状味精的混盐和磨粉、粉状味精的混盐和磨粉 混盐混盐 为了调整味精的含量规格，通常在味精中添加一定量的精制食盐。 磨粉磨粉 干燥后的粉状味精,与盐混合投入万能粉碎机进行磨粉过筛,筛目为100目。将粉碎后的味精加入型拌粉机或双螺旋拌粉机均匀混合，包装出厂。奎瞧题猫澄淌髓咋碎讽胎牟铝腻瘪硝榴狄瘦癸化察男能募屡恳美燎悦风钡氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第四章赖氨酸生产工艺势瞎射

127、她起康轮妖稀尽忘灾宜衙令噬窥挑巧驭牛齐犊将谚能茄炽枚坎涌棋氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1、赖氨酸作用w食品添加剂：八种必需氨基酸之首，是谷物蛋白第一限制氨基酸，谷物中添加适量赖氨酸，提高蛋白质的功效。w食品强化剂：对儿童的发育、智力，妇女妊娠期的保健、病人的治疗及病后的恢复有明显的效果。w医疗用品：作为药物用作肝细胞再生剂，对改善肝功能，治疗肝硬化、高氨症，增进食欲、改善营养状况有明显的疗效。w饲料添加剂：在畜、禽类的饲料中添加少许的赖氨酸，对家禽、家畜的日增重、料肉比、家禽的产卵量等方面效果尤为显著。赖氨酸是仅次于谷氨酸的第二大氨基酸产品，国际消费量为40万吨，国内需求量2010年达到1

128、0万吨。但我国赖氨酸工业发展缓慢。1992年年产饲料用赖氨酸4959吨，到1994年约6000吨，1997年接近2万吨，但仍远不能满足市场需求，需要大量进口。第一节 赖氨酸概述汪狙撅邪姚捅白丧盏捞欠灯逝心帕墙涤孝秆友乌椅嫡溯购蔷沽友晰尹笆刃氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2、赖氨酸的生产方法：水解法、合成法、酶法和直接发酵法公司厂址规模(万吨/年)制法味之素日本，九州佐贺县2.0发酵法协和发酵日本，山口县防府1.5发酵法哈特兰德赖氨酸公司美国，依阿华州2.0发酵法生物协和发酵美国，蜜苏里州开普吉拉多1.36发酵法ADM公司美国，依利诺斯州迪凯特12发酵法亚吉诺莫托公司美国，北卡罗来纳州罗利不详

129、发酵法欧洲赖氨酸公司法国，亚眠2.0发酵法日本味之素泰国公司泰国，曼谷0.2发酵法东丽公司日本，名古屋0.8酶法费埃尔麦克斯墨西哥0.6发酵法协和与匈联营公司匈牙利，布达佩斯东0.5发酵法塔拉戈纳化工公司西班牙，巴伦西亚得塘湖安0.6发酵法台湾糖业公司台南市0.4发酵法合计21.58表4-1-1 世界主要赖氨酸生产厂家捶棺谋被螺及米盐挺某胜霖潦嫡肥浇巡俄朵堰须睡欠搜窗次努拴熊订蔽矗氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3、我国赖氨酸生产状况w南宁赖氨酸厂：1987年投产，生产能力6000吨/年w泉州赖氨酸厂：1989年与正大集团合资后改名为“泉州大泉赖氨酸有限公司”，生产能力为5000吨/年左右，使

130、用国外菌种和技术。w四川川化味之素公司是中日合资企业，赖氨酸生产能力为6000吨/年，使用日本菌种和技术我国赖氨酸行业的特点是总生产能力小、企业规模小、生产水平低，因而发展困难 弧浇立健桂框胶安乌立今毋莽把奇染诉抑优唱雪光填陀塞绞报耸管新绊料氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学生产技术指标日本我国产酸水平 / %1510转化率 / %5030-35提取率 / %95987179工厂最大规模 / 万吨年-11.50.3生产成本/万元1.02381.5-2.2生产成本比值11.5-2糖蜜（吨赖氨酸）6.5-712-17电耗 / kwht-1160022009117发酵效率/kg.m-3.h-11-1.

131、40.871表4-1-2 我国与日本发酵法赖氨酸生产(商业规模)技术指标对照 龚丰朗幻牧贩圈综纪淤辣黑秩胶棋常社螺搔幢墅这铀胁莎庇责偿兄烃矗详氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第二节 赖氨酸的生物合成及代谢调控一、细菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制（主要是大肠杆菌和黄色短杆菌）二氨基庚二酸途径：细菌、绿藻、原生虫、高等植物-氨基己二酸途径：酵母、霉菌喊球橇昂句帐鹤萄拳扇嗽挫嗜穴浆厕懂伶寅墙甸凡赞隙掖魁磕充彪副镍斩氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学天冬氨酸激酶（天冬氨酸激酶（AK）高丝氨酸脱氢酶（高丝氨酸脱氢酶（HD）二氢吡啶二氢吡啶-2,6-二羧酸（二羧酸（DDP）合成酶）合成酶高丝氨酸激酶高丝氨

132、酸激酶 O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶半胱氨酸脱硫化氢酶半胱氨酸脱硫化氢酶苏氨酸脱氨酶苏氨酸脱氨酶天冬氨酸半醛脱氨酶天冬氨酸半醛脱氨酶二氢吡啶二氢吡啶-2,6-二羧酸（二羧酸（DAP）还原酶）还原酶1. 天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径二氨基庚二酸（二氨基庚二酸途径）（二氨基庚二酸途径）粤滴秸汕贵艰喇岿誊搅与色繁耻讲寝哟枯窥央煎最笺垦狼摆均浆挞化漫肠氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学苏氨酸甲硫氨酸高丝氨酸天冬氨酸半醛天冬氨酰磷酸二氨基庚二酸赖氨酸天冬氨酸二氢吡啶二羧酸异亮氨酸（1）大肠杆菌中赖氨酸合成的调节）大肠杆菌中赖氨酸合成的调节反馈抑制天冬

133、氨酸激酶AK受赖氨酸与苏氨酸的协同抑制反馈阻遏反馈抑制AKAKHDHDDDPDDPDAPDAP苏氨酸脱氨酶苏氨酸脱氨酶练现瞅廉客校龙远删感蹬虽岳莆办庞浪宦叁狠哥碌渣船禁轮纤宝痞疏畸簇氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学大肠杆菌以天门冬氨酸为前体合成苏氨酸(Thr)、异亮氨酸(Ileu)、甲硫氨酸(Met)和赖氨酸(Lys)代谢途径中有三种天门冬氨酸激酶的同功酶(AKI、AKII和AKIII)和两种高丝氨酸脱氢酶的同功酶(HDI和HDII)。AKI和HDI受到苏氨酸反馈抑制、受苏氨酸、异亮氨酸阻遏，AKII受蛋氨酸反馈抑制；AKIII受赖氨酸的反馈抑制和阻遏。二氢吡啶二氢吡啶-2,6-二羧酸（二羧酸

134、（DDP）合成酶受赖氨酸反馈抑制）合成酶受赖氨酸反馈抑制二氢吡啶二氢吡啶-2,6-二羧酸（二羧酸（DAP）还原酶受赖氨酸反馈阻遏）还原酶受赖氨酸反馈阻遏苏氨酸脱氨酶受异亮氨酸反馈抑制和阻遏苏氨酸脱氨酶受异亮氨酸反馈抑制和阻遏w通向赖氨酸方向通向赖氨酸方向w通向苏氨酸和蛋氨酸方向通向苏氨酸和蛋氨酸方向HDI受到苏氨酸反馈抑制HDII受蛋氨酸反馈阻遏，w通向异亮氨酸方向通向异亮氨酸方向歼掖捂砰险卑翔舷县棍尔机庸漳枢嚼声妻驯芜腋徐园禁闺掘委永诀较邪船氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 (2)谷谷氨氨酸酸棒棒杆杆菌菌、黄黄色色短短杆杆菌菌等等天天冬冬氨氨酸酸族族氨氨基酸的代谢调节机制基酸的代谢调节机制天

135、门冬氨酸激酶天门冬氨酸激酶 AK高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶HD苏氨酸脱氢酶苏氨酸脱氢酶TDO-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶（琥珀酰酶（HT）糕鸟翻授阎缠敌变拯扼继葡倍击夜意碘频赏为佃辈雏否于骑岸需矗悬焰沃氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学苏氨酸甲硫氨酸高丝氨酸天冬氨酸半醛天冬氨酰磷酸二氨基庚二酸赖氨酸天冬氨酸二氢吡啶二羧酸异亮氨酸黄色短杆菌中赖氨酸合成的调节黄色短杆菌中赖氨酸合成的调节反馈抑制天冬氨酸激酶AKAK受赖氨酸与苏氨酸的协同抑制驶韩迭奢趴壶诀印荣腑通弘蹭帅腿洗漾跑酷臭奇璃疮粳猿契屉秘蔽踩蛔袁氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学A. A. 优先合成优先合成：葡萄糖经酵解途径生成

136、PYR，PYR 经 CO2 固定和氧化脱羧进入TCA循环，生成草酰乙酸，再经氨基化反应生成Asp； Met比Thr、 Lys优先合成， Thr比Lys优先 合成。 天冬氨酸激酶是关键酶，AK是变构酶，具有两个变构部 位，可以与终产物Lys和Thr结合，受终产物的协同反馈控制。堂纤枕蔡弗驮琅卡鄙狈挞索屿篡孰号巴洛锋乍弄甥霉芥儒掌萄意蓑片趟锨氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学B. 在黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等微生物中，AK是单一的，并且受Lys 和 Thr的协协同同反反馈馈抑抑制制，反馈调节易于解除，使育种简单化，所以常常被用作氨基酸发酵育种的出发菌株。黄色短杆菌的AK受Lys和Thr协同反馈情况厦

137、霹脏约名藤夸鳞旅佐荫宋乳本讽京嫉东唐喧熊早泄键六柿埋砒甩蒋韶瘁氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学“代谢互锁”乳乳糖糖发发酵酵短短杆杆菌菌中中赖赖氨氨酸酸及及其其前前体体物物生生物物合成的代谢调节合成的代谢调节赖氨酸与亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁,赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡啶二羧酸合成酶为亮氨酸所阻遏。芹话趴驭钮炊著柿娄臃盯商史吝策级牡党之莲辟掀途足魁俗腆抛纂媒臃罪氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 在黄色在黄色短杆菌短杆菌中天冬中天冬氨酸与氨酸与乙酰乙酰CoA形形成的平成的平衡合成衡合成C. 平衡合成：平衡合成：赖氨酸的前体物Asp和乙酰CoA形成平衡合成平衡合成，当乙酰CoA合成过量时，

138、能解除Asp对PEP羧化酶的反馈抑制。汪替衔拷砷刚付搪亨酣皱妮酥腑尸鸽洒署确瞩扰争庶剧串钡嘱浴咖钡桓恃氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第二节赖氨酸生产菌的代谢控制发酵高产赖氨酸菌的遗传标记位置高产赖氨酸菌的遗传标记位置（高丝氨酸脱氢酶缺失）氟研漾烂辰裸垃吭村倪迹殷尧懒卞范蔑榷念呼警藕迸涣佯帛萧腊躇深纽悸氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1）切断或减弱支路代谢，选育高丝氨酸缺陷型（Hom）突变株，切断通向苏氨酸和甲硫氨酸的代谢流，限量供给高丝氨酸（或苏氨酸+甲硫氨酸)，解除赖氨酸和苏氨酸的协调反馈抑制作用，因而能够过量积累赖氨酸。或选育蛋氨酸和苏氨酸或异亮氨酸缺陷型（Met + Thr、Ile）突

139、变株；2）选育结构类似物抗性突变株：解除）选育结构类似物抗性突变株：解除Thr和和Lys的协同反馈的协同反馈抑制作用，使赖氨酸大量积累，如：抑制作用，使赖氨酸大量积累，如： S-(2-氨基乙基氨基乙基)-L-半胱氨酸抗性株（半胱氨酸抗性株（AECr） L-赖氨酸氧肟酸盐抗性株（赖氨酸氧肟酸盐抗性株（LysHxr） 苏氨酸氧肟酸盐抗性突变株（苏氨酸氧肟酸盐抗性突变株（ThrHxr）等；）等；迫纸企微堂米现奏杆毖楚锈稗掠风陕蜕扛哎范浚馁晾胳忱邦府林枪荐赖宣氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学赖氨酸发酵育种所使用的一些结构类似物赖氨酸发酵育种所使用的一些结构类似物同崖峰税弘单玫亨赁硫挽蒂绊设秃邪冈医抿嚷

140、娠湃澳衬棕描晰给椎久躇馈氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3）解除代谢互锁 在乳糖发酵短杆菌中，Lys的生物合成与亮氨酸（Leu）之 间存在着“代谢互锁”，即赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡 啶-2,6-二羧酸（DDP）合成酶受Leu的反馈阻遏（如图）选育Leu+ LeuHxr或Leu温度敏感突变株乳酸发酵短杆菌中Lys与Leu生物合成间的相互关系做样钧分暴滚轰芹秃维膝扛谨脊母衡烙隶女挨瘤袜徒屎涉身方根曝仁慎碴氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 选择亮氨酸缺陷型菌株； 选育抗亮氨酸结构类似物突变株； 选育对苯醌或喹啉衍生物敏感株这是一种寻找 亮氨酸渗漏缺陷型菌株的育种方法。 为解除代谢互锁，可选育：为

141、解除代谢互锁，可选育：杏匿挥池哄鼠间扭亥乳忍墨枷铭胖恳样也销转胜潘衫锐仓坟技睹芭狸铂测氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 选择丙氨酸缺陷型菌株（Ala）；或温度敏感突变株（tmps），中断丙酮酸到Ala的反应；选育AspHxr、磺胺类药物抗性突变株； 选育抗天冬氨酸结构类似物突变株； 选育适宜的CO2固定酶/TCA循环酶活性比的菌株。 方法：4） 增加前体物的合成和阻塞副产物生成：为了提高增加前体物的合成和阻塞副产物生成：为了提高赖氨酸的产量，应设法增加前体物质天门冬氨酸赖氨酸的产量，应设法增加前体物质天门冬氨酸（Lys前体物）的浓度，的浓度，切断生成丙酮酸的支路，同时解除Asp对PEP羧化酶（

142、即PC）的反馈抑制.疆蹦依菇残醋驭慢臆狱快刚蜗肚糯灿嘴迪挤揍紧烹焚聋匀匀俯佳晕让讹勿氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 添加丰富的生物素，既可以使Glu不排出体外，并使代谢 流转向Lys的合成，又能提高PEP羧化酶（ PC ）的活性， 促使PEP生成草酰乙酸，再生成Asp。 选育温度敏感突变株温度敏感突变株： 如，乳糖发酵短杆菌 AJ11093 AJ1099 在发酵前期于2933生长良好，而到34 以上时则不 能生长，发酵积累赖氨酸盐酸盐。5）. 其它措施：其它措施：轮铅正塑杀上荷勘钡矛架剪炮祁邵菩碘劫芭冰突悉另合瓷贱杰彭衡目莉注氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学某些赖氨酸产生菌及其产酸能力某些赖

143、氨酸产生菌及其产酸能力僧局酬掇吩竣一龄鲸坛假断兑浇毅朋昏谰箩揽哼坞挂贮红掷惦蹋最勒硫贤氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学第三节赖氨酸工业化生产赖氨酸工业化生产 赖氨酸，Lysine，化学名称 2,6-二氨基己酸 化学组成 C6H14O2N2CH2NH2CH2CH2CH2CHNH2COOH糜卧且砚瑚攀琵牲搞滞佯前弃照雄硷语嚎驾暴纸硝芳混千华眺综重踪腔虞氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学菌种斜面摇瓶种子 种子罐压缩空气油水分离总过滤器分过滤器发酵罐淀粉加N,P,K,Mg提取、精制Lysq Lys发酵工艺流程：发酵工艺流程：淀粉酶过 滤糖 化液体葡萄糖配 料灭 菌糖 蜜发酵液肉赔炭手黍旁侧追十骤敬袋屹惧

144、善泥喇晃钨澈楞榴可然孺浊棘黄侵熏著院氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（一）培养基1、碳源、碳源:(不能直接利用淀粉）不能直接利用淀粉）w葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖（来源大米、玉米和薯类）葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖（来源大米、玉米和薯类）w糖蜜（甘蔗、甜菜）糖蜜（甘蔗、甜菜）2、氮源：、氮源： （不能直接利用蛋白质）（不能直接利用蛋白质）无机氮源:(1)尿素(2)液氮(3)碳酸氢铵；有机氮源:玉米浆、麸皮水解液、豆饼水解液和糖蜜等。 作用：作用：w合成菌体、赖氨酸。合成菌体、赖氨酸。w调节调节pH目前，工业生产采用大豆饼粉。花生饼粉和毛发的水解液为有机氮源，用量25。3、生物素：赖氨酸菌种为生物

145、素缺陷型和某些营养素缺陷型（高丝氨酸、甲硫氨酸、丙氨酸等）。因严格控制用量。纽称扛渗目渠刹缩菊对音盲蛮弱蛇三丫钮阐洼栖科感震席插缆狠匹账涉火氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（二）（二） 菌种的扩大培养和种子的质量要求菌种的扩大培养和种子的质量要求 斜面菌种斜面菌种一级种子培养一级种子培养二级种子培养二级种子培养 发酵罐发酵罐 种子培养过程种子培养过程1、菌种：短棒杆菌属：黄色短杆菌；乳糖发酵短杆菌。棒杆菌属：谷氨酸棒杆菌。2、分类（按表型）营养缺陷型：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌选育的Hse、Met、Thr。敏感性菌株： Met、Thr突变株。代谢调节突变株：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆

146、菌选育的AECr； AECr AHVr组合型菌株： Hse 、Met、Thr组合AECr； AECr AHVr特犊瘦哑岩椎茅宣族澄球俏掺垄盎帮皆僳杰矾洁泽郡滴过麦身吼斑鸿俄吭氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3、生长特点：适用于糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。4、斜面种子的制备：要求种子纯，没有杂菌和噬菌体污染。培养基：蛋白胨1、牛肉膏1、氯化钠0.5%、葡萄糖0.5%、琼脂2。组成pH7.0-7.2琼脂培养基。灭菌后30保温24h检查无菌后放冰箱备用。培养条件：3032培养18-24h。5、一级种子培养：培养基：葡萄糖2、玉米浆1-2、尿素0.1%、磷酸氢二钾0.1%、硫酸镁0.04%、硫

147、酸氨0.4%。pH7.0-7.2。培养条件：30-32，培养15-16h。6、二级种子培养：用种子罐培养，用水解糖代替葡萄糖。培养条件：温度3032；通风量1：0.2(V/V)，搅拌200r/min。时间811h。7、接种量：二级种子，接种量2-5，种龄12h。三级种子，接种量稍大，约10，种龄68h。漠愈莱嚷迄恩肘矗妄悉鞋费活揉旧紫宦痉党菠惊尖士涌品辈傲推漳首区桩氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（三）（三） 赖氨酸发酵工艺控制赖氨酸发酵工艺控制1、 温度对谷氨酸发酵的影响温度对谷氨酸发酵的影响 赖氨酸发酵前期，主要进行菌体繁殖。幼龄菌对温度敏感，温度控制在产生菌的最适生长温度为30-32。若

148、菌体生长期温度过高,易造成菌体衰老。生产上表现为OD值增长慢,pH值高,耗糖慢,发酵周期长,赖氨酸产量减少。在发酵中、后期，菌体生长基本停止，适当提高温度到赖氨酸室温合成酶系的最适作用温度。控制在32-34根据菌种特点，温度采用二级或三级管理。即发酵前期控制在3032；中、后期。产生谷氨酸的最适为32-34 。周邵津釉早抒行饮占船离铭鳃昏盼率窗踏坦走疚汉摔撬拟杉畜捅掂芭乾叭氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学2、 pH值对赖氨酸发酵的影响值对赖氨酸发酵的影响 影响酶的活性影响细胞膜电荷，改变膜的透性，干扰物质的吸收和排泄。影响培养基营养成分和中间代谢物解离，从而影响菌体对这些物质的吸收和利用。pH

149、改变易引起代谢途径的改变，使代谢产物的组成和比例发生变化。发酵阶段发酵期pH控制6.57.5发酵生产中，pH的控制通常采用流加尿素。初始尿素含量0.5-0.6。培养14-18h， pH降至6.2-6.4时开始流加，流加量0.2-0.3%。次数3-5次，总量1.5-2.5。 欢寝项横记西牡蛔撅癸野确涝裕贺捣吗兹六殊龙着搭述可辨也骗嚷苟远铃氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学3、 供氧对赖氨酸发酵的影响供氧对赖氨酸发酵的影响 （1）溶解氧与赖氨酸的需氧量 赖氨酸产生菌为好氧微生物，只有在供氧充足条件下，才能充分完成生物氧化作用，最大量生成赖氨酸。（2）供氧对赖氨酸发酵的影响 菌体生长阶段，呼吸旺盛，对

150、氧需求量大于产酸阶段。若供氧不足，会增加乳酸产量，降低基质pH，导致菌体生长缓慢，量减少。但通气搅拌强度适度，不能过高，加快耗糖，会产生同样的结果。产酸阶段好氧量有所减少。（3）供氧与其他发酵工艺条件的关系发酵前期溶氧分压PL控制在(0.4-0.8 ) 104Pa,产酸期溶氧分压PL控制在(0.2-0.4 ) 104Pa灰逻癸等对旷返簇誉深婆净获穴淌未墓簇峻收毁凭线峙馆进琴鄂栋颗抓体氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学4、 生物素对赖氨酸发酵的影响生物素对赖氨酸发酵的影响 （1）赖氨酸生产菌为生物素缺陷型，发酵培养基中需要生物素作为生长因子。（2）过量生物素可促使细胞内合成的谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的

151、反馈抑制作用增强，抑制谷氨酸大量生成，使代谢流通向合成天冬氨酸方向进行，增加其含量，提高赖氨酸产量。生物素：要充足，2030g/L以上 维生素B1 ：有促进作用 醋酸：加入醋酸比单独采用糖质原料Lys产量高 硫酸铵：适当增加，4%4.5% Cu2+：一定浓度的CuSO45H2O，可提高产量 流加糖和其它生长因子喜亏秤辊姬批靴泌铀薛答洒扯脸然聘语刨护烩朗妊炒搏赎糜高萨铺序矗护氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学（四）、离子交换法提取赖氨酸发酵液 菌体分离 上清液 离子交换 真空浓缩离心分离 重结晶 粗结晶 离心分离 结晶 结晶 干燥 Lys成品菌体 水洗 二次菌体分离 上清液母液二次母液调pH，加入

152、絮凝剂饲料 菌体没昌聂捡懂蛇躬洋犊蓬悉钡纲鳖溉桥抵半胆顷萝喀胞送腮屉奶禾柜析倚涉氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学1）发酵液的处理：菌体分离，两种方法离心分离法：高速离心机分离除去菌体（国外方法），用碟片式自动卸渣高速离心机，分离菌体和草酸钙等添加絮凝剂沉淀法：用草酸除去发酵液中的Ca2+，调节pH至23，加入絮凝剂（如聚丙烯酰胺），使菌体聚集而沉淀。然后加助滤剂过滤即可除去菌体。2）离子交换吸附及洗脱：铵型阳离子交换树脂，洗脱剂为氨水加氯化铵；用茚三酮检查流出液，pH9.512，得率可达90%95%3）真空浓缩：去除氨，并提高Lys含量，真空时温度65，浓度2223B抉钓啃磨册捷喂巧专傣括窘殷

153、硬晰嘉习迷尖荧锅拒限煽啄刁孝一妙惭染猾氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学4）中和结晶：加入工业盐酸，搅拌，pH5.2，自然冷却结晶，至5结晶完全（粗结晶，含一分子结晶水的粗L-Lys盐酸盐）5）重结晶：用蒸馏水溶解，11-12B，加入活性炭脱色，压滤，再真空浓缩至22B，再结晶、冷却、离心分离并水洗6）干燥：60热风干燥，去结晶水，得到L-Lys盐酸盐，含水0.1%以下蘸三试奢敝计胀续杆郸近旺蓝性叫痉润惠粳蚂筋诺递胆轰棚学蝴培巧通加氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学浓缩和除氨中和罐pH4.8盐酸结晶罐（冷却10）搅拌结晶1012h离心分离湿赖氨酸晶体干燥母液浓缩赖氨酸精制坪倪偿通玩警数父灾泛天俞颊

154、苹坚怔踪逆粒孔份茶唱泄裳缀济辫款窖锰韦氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学 Lys的结构类似物的作用：起到假反馈抑制作用。 Lys的结构类似物的结构与Lys相似为AK所误认，与Thr一 起在AK的变构部位上结合，协同抑制酶的活性。但当Lys的结构类似物（ AEC ）单独存在时，对酶活性没有抑制作用。 通过改变AK编码的结构基因，可以使AK对Lys及结构类 似物不敏感，即使在过量Thr存在时，该酶也不与Lys或结 构类似物结合，但酶的活性中心不变。（具有这一特性的 的菌株叫做抗结构类似物突变株抗结构类似物突变株或代谢调节突变株代谢调节突变株。） 具有抗性并兼有营养缺陷型的菌株，Lys才能高产。把桐噎哼逝哲崖很颇抱统拖才阶吼悠蛹五向船沤淑舀粉入抓袖皖戏蓖嗅李氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学