氨基酸工藝學(xué)課件21805

1、 氨基酸工藝學(xué)氨基酸工藝學(xué)曾小英曾小英課程內(nèi)容課程內(nèi)容l緒論緒論l谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵l其他氨基酸發(fā)酵其他氨基酸發(fā)酵教材及參考書教材及參考書l氨基酸工藝學(xué)氨基酸工藝學(xué) 陳寧陳寧 中國(guó)輕工業(yè)出版社中國(guó)輕工業(yè)出版社l氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)氨基酸發(fā)酵工藝學(xué) 張克旭張克旭 中國(guó)輕工業(yè)出版社中國(guó)輕工業(yè)出版社l味精工業(yè)手冊(cè)（第二版）味精工業(yè)手冊(cè)（第二版） 于信令于信令 中國(guó)輕工業(yè)出版社中國(guó)輕工業(yè)出版社學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的l以探討氨基酸發(fā)酵工廠的生產(chǎn)技術(shù)為主以探討氨基酸發(fā)酵工廠的生產(chǎn)技術(shù)為主要目的。要目的。氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)以發(fā)酵為主,發(fā)酵的好壞是整個(gè)生產(chǎn)的關(guān)鍵,但后處理提純操作和提純?cè)O(shè)備選用當(dāng)否,也會(huì)大大影響總的得率。

2、氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)研究的對(duì)象應(yīng)該包括從投入原料到最終從投入原料到最終產(chǎn)品獲得的整個(gè)過程產(chǎn)品獲得的整個(gè)過程,其中有微生物生化問題、生化工程問題,也有分析與設(shè)備問題。緒論緒論l第一節(jié)第一節(jié) 概述概述l第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸發(fā)展的歷史和發(fā)展動(dòng)向氨基酸發(fā)展的歷史和發(fā)展動(dòng)向l第三節(jié)第三節(jié) 我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題和我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題和解決措施解決措施 緒論緒論第一節(jié)第一節(jié) 概述概述l氨基酸的種類氨基酸的種類l氨基酸的性質(zhì)氨基酸的性質(zhì)l氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法 l氨基酸的種類：氨基酸的種類： 蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)組成成分，只有蛋白質(zhì)組成成分，只有20種。種。 非蛋白質(zhì)氨基酸：非蛋白

3、質(zhì)氨基酸：不參與蛋白質(zhì)構(gòu)成的不參與蛋白質(zhì)構(gòu)成的氨基酸，種類繁多，機(jī)構(gòu)不一。氨基酸，種類繁多，機(jī)構(gòu)不一。 工業(yè)生產(chǎn)的主要為蛋白質(zhì)氨基酸。工業(yè)生產(chǎn)的主要為蛋白質(zhì)氨基酸。l蛋白質(zhì)氨基酸的種類：蛋白質(zhì)氨基酸的種類：l根據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)根據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué) 必須氨基酸：賴氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、必須氨基酸：賴氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯異亮氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸丙氨酸8種氨基酸，人體不能自己制造，種氨基酸，人體不能自己制造，需要由食物提供。需要由食物提供。 半必須氨基酸：精氨酸、組氨酸，人體合半必須氨基酸：精氨酸、組氨酸，人體合成的力不足于滿足自身的需要，需要從食成的力不足于滿

4、足自身的需要，需要從食物中攝取一部分。物中攝取一部分。 其余的十種氨基酸人體能夠自己制造，我其余的十種氨基酸人體能夠自己制造，我們稱之為非必須氨基酸。們稱之為非必須氨基酸。 l根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)l1、 脂肪族氨基酸：丙、纈、亮、異亮、脂肪族氨基酸：丙、纈、亮、異亮、蛋、天冬、谷、賴、精、甘、絲、蘇、半胱、蛋、天冬、谷、賴、精、甘、絲、蘇、半胱、天冬酰胺、谷氨酰胺天冬酰胺、谷氨酰胺 l 2、 芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸 l 3、 雜環(huán)族氨基酸：組氨酸、色氨酸雜環(huán)族氨基酸：組氨酸、色氨酸 l 4、 雜環(huán)亞氨基酸：脯氨酸雜環(huán)亞氨基酸：脯氨酸 l 根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)的

5、極性：根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)的極性：l 1、非極性氨基酸（疏水氨基酸）、非極性氨基酸（疏水氨基酸）8種種 l 丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸l 2、極性氨基酸（親水氨基酸）：、極性氨基酸（親水氨基酸）： l 1）極性不帶電荷：）極性不帶電荷：7種種 l 甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺l 2）極性帶正電荷的氨基酸（堿性氨基）極性帶正電荷的氨基酸（堿性氨基酸）酸） 3種種 賴氨酸、精氨酸、組氨酸賴氨酸、精氨酸、組氨酸l

6、 3）極性帶負(fù)電荷的氨基酸（酸性氨基）極性帶負(fù)電荷的氨基酸（酸性氨基酸）酸） 2種種 天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸l氨基酸的性質(zhì)：氨基酸的性質(zhì)： 1. 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 溶解度：無色晶體，熔點(diǎn)極高，一般在溶解度：無色晶體，熔點(diǎn)極高，一般在200以上。不同的氨基酸其味不同，有以上。不同的氨基酸其味不同，有的無味，有的味甜，有的味苦，谷氨酸的的無味，有的味甜，有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。 溶解度：各種氨基酸在水中的溶解度差別溶解度：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶于有機(jī)溶

7、劑。通常酒精能把氨基酸從其溶于有機(jī)溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。溶液中沉淀析出。 旋光性：除了甘氨酸外，所有天然氨基酸旋光性：除了甘氨酸外，所有天然氨基酸都具有旋光性，在酸中可以保持，用測(cè)定都具有旋光性，在酸中可以保持，用測(cè)定比旋光度的方法可以測(cè)定氨基酸的純度。比旋光度的方法可以測(cè)定氨基酸的純度。l2. 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì) 氨基酸的化學(xué)性質(zhì)與其分子的特殊功能基氨基酸的化學(xué)性質(zhì)與其分子的特殊功能基團(tuán)有關(guān)。團(tuán)有關(guān)。 氨基酸的羧基具有羧酸羧基的性質(zhì)；氨基酸的羧基具有羧酸羧基的性質(zhì)； 氨基酸的氨基具有氨基的一切性質(zhì)；氨基酸的氨基具有氨基的一切性質(zhì)； 側(cè)鏈側(cè)鏈R基團(tuán)參加的反應(yīng)?；鶊F(tuán)參加的反應(yīng)

8、。l氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法1.水解法（1820年水解蛋白開始） 2.合成法 （1850年化學(xué)法合成氨基酸） 3.酶轉(zhuǎn)化法 4.微生物發(fā)酵法 （1957年日本發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸成功開始）絕大多數(shù)氨基酸是以發(fā)酵法或酶法生產(chǎn)的l 氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法l 氨基酸發(fā)酵的特點(diǎn)氨基酸發(fā)酵的特點(diǎn)氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵,由發(fā)酵所生成的產(chǎn)物氨基酸,都是微生物的中間代謝產(chǎn)物,它的積累是建立于對(duì)微生物正常代謝的抑制。在脫氧核糖核酸(DNA)的分子水平上改變、控制微生物的代謝,使有用產(chǎn)物大量生成、積累。代謝控制發(fā)酵（又稱新型發(fā)酵）代謝控制發(fā)酵（又稱新型發(fā)酵） 氨基酸發(fā)酵為好氣性發(fā)酵氨基酸發(fā)酵

9、為好氣性發(fā)酵 菌種：細(xì)菌菌種：細(xì)菌緒論緒論第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸發(fā)酵的歷史與發(fā)展動(dòng)向氨基酸發(fā)酵的歷史與發(fā)展動(dòng)向l 氨基酸發(fā)酵的歷史氨基酸發(fā)酵的歷史l 18201820年有人在實(shí)驗(yàn)室水解蛋白制取氨基酸。年有人在實(shí)驗(yàn)室水解蛋白制取氨基酸。 1866 1866年里豪森利用年里豪森利用H H2 2SOSO4 4從小麥面筋制取從小麥面筋制取GluGlu。 1908 1908年從海帶中提取了年從海帶中提取了GluGlu，并制取了味之，并制取了味之素。素。 1910 1910年日本人開始利用小麥面筋工業(yè)化制取年日本人開始利用小麥面筋工業(yè)化制取味精。味精。 1923 年吳蘊(yùn)初先生創(chuàng)辦了上海天廚味精廠。 1936

10、 1936年美國(guó)人開始從甜菜廢液制取味精。年美國(guó)人開始從甜菜廢液制取味精。 1957 1957年日本發(fā)酵法生產(chǎn)味精。年日本發(fā)酵法生產(chǎn)味精。緒論緒論l氨基酸發(fā)酵的現(xiàn)狀氨基酸發(fā)酵的現(xiàn)狀 1.谷氨酸谷氨酸l1964年發(fā)酵法生產(chǎn)味精才獲得成功并在上海工業(yè)化生產(chǎn)。l2006年我國(guó)味精總產(chǎn)量130多萬噸，居世界首位。緒論緒論緒論緒論緒論緒論緒論緒論2006年我國(guó)味精行業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)年我國(guó)味精行業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)1）味精精制成本：山東齊魯味精集團(tuán)公司 5223.00元/t2）糖化收率：山東齊魯味精集團(tuán)公司 99.99 %3）平均產(chǎn)酸：河南蓮花味精集團(tuán) 15.10 %4）發(fā)酵轉(zhuǎn)化率：山東齊魯味精集團(tuán)公司 65.7

11、0 %5）提取收率：江蘇菊花味精集團(tuán)公司 99.90 %6）精制收率：山東鈴蘭味精工業(yè)公司 99.10 %緒論緒論l其他氨基酸其他氨基酸緒論緒論2.賴氨酸賴氨酸lL-賴氨酸是人體必需氨基酸之一賴氨酸是人體必需氨基酸之一,是世是世界上僅次于味精的第界上僅次于味精的第2大氨基酸品種。大氨基酸品種。緒論緒論緒論緒論3.蘇氨酸蘇氨酸l 截至截至20062006年年, ,全球飼料中蘇氨酸的需求量每全球飼料中蘇氨酸的需求量每年約為年約為1111萬萬t,t,中國(guó)的需求量約為中國(guó)的需求量約為2 2萬萬t t。目前。目前, ,在蘇氨酸領(lǐng)域研究開發(fā)處于世界領(lǐng)先水平的在蘇氨酸領(lǐng)域研究開發(fā)處于世界領(lǐng)先水平的是日本味之

12、素公司是日本味之素公司, ,它是全球最大的蘇氨酸它是全球最大的蘇氨酸生產(chǎn)公司生產(chǎn)公司, ,總產(chǎn)能每年達(dá)到總產(chǎn)能每年達(dá)到6.66.6萬萬t,t,大約占全大約占全球市場(chǎng)份額球市場(chǎng)份額60%60%。l 我國(guó)最大生產(chǎn)企業(yè)吉林大成集團(tuán)，年產(chǎn)近萬我國(guó)最大生產(chǎn)企業(yè)吉林大成集團(tuán)，年產(chǎn)近萬噸。噸。緒論緒論4.蛋氨酸蛋氨酸l 到到20102010年年, ,全世界蛋氨酸需求將達(dá)到全世界蛋氨酸需求將達(dá)到9090萬萬t,t,中國(guó)的需求量也將超過中國(guó)的需求量也將超過1010萬萬t t。近年中國(guó)對(duì)。近年中國(guó)對(duì)蛋氨酸的需求量還將持續(xù)增長(zhǎng)蛋氨酸的需求量還將持續(xù)增長(zhǎng), ,但一定時(shí)期但一定時(shí)期內(nèi)依靠大量進(jìn)口來滿足。內(nèi)依靠大量進(jìn)口來

13、滿足。l 中國(guó)是世界第中國(guó)是世界第2 2大飼料生產(chǎn)國(guó)大飼料生產(chǎn)國(guó), ,市場(chǎng)需求的年市場(chǎng)需求的年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)率7%8%,7%8%,蛋氨酸基本依靠進(jìn)口。蛋氨酸基本依靠進(jìn)口。緒論緒論5.色氨酸色氨酸l色氨酸是重要的氨基酸之一色氨酸是重要的氨基酸之一,L-色氨酸色氨酸為蛋氨酸、賴氨酸之后的第為蛋氨酸、賴氨酸之后的第3飼用氨基飼用氨基酸酸,目前世界色氨酸年產(chǎn)約目前世界色氨酸年產(chǎn)約3000多多t。l我國(guó)尚不能大規(guī)模生產(chǎn)。我國(guó)尚不能大規(guī)模生產(chǎn)。緒論緒論l氨基酸發(fā)酵的發(fā)展動(dòng)向氨基酸發(fā)酵的發(fā)展動(dòng)向 新技術(shù)和工藝的開發(fā)應(yīng)用：新技術(shù)和工藝的開發(fā)應(yīng)用： 現(xiàn)代生物技術(shù)和生物化工技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)和生物化工技術(shù) 新產(chǎn)品的開發(fā)

14、、新應(yīng)用領(lǐng)域的拓展：新產(chǎn)品的開發(fā)、新應(yīng)用領(lǐng)域的拓展： 醫(yī)藥中間體、肽類、多聚氨基酸、氨基酸系表醫(yī)藥中間體、肽類、多聚氨基酸、氨基酸系表面活性劑。面活性劑。l 采用誘變、細(xì)胞工程、基因工程的手段選育出從遺傳角度解除了反饋調(diào)節(jié)和遺傳性穩(wěn)定的更理想菌種,提高產(chǎn)酸;l 采用過程控制,進(jìn)行最優(yōu)化控制,連續(xù)化、自動(dòng)化,穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn);探求新工藝、新設(shè)備,以提高產(chǎn)率和收得率;l 研究發(fā)酵機(jī)制等問題,以便能更好地控制氨基酸這樣微生物中間代謝產(chǎn)物的發(fā)酵。 醫(yī)藥醫(yī)藥 Glu治療肝昏迷。治療肝昏迷。 氨基酸大輸液。氨基酸大輸液。l 食品食品 調(diào)味品調(diào)味品 味精，稀釋味精，稀釋3000倍，鮮味，閾值倍，鮮味，閾值0.03

15、%。 Gly：蔗糖的：蔗糖的0.8倍。倍。 Asp-phe甲酯（阿斯巴甜），蔗糖的甲酯（阿斯巴甜），蔗糖的200倍。倍。提高食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，強(qiáng)化食品提高食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，強(qiáng)化食品 評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的指標(biāo)，看食物中蛋白評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的指標(biāo)，看食物中蛋白質(zhì)的量（含量）和質(zhì)（氨基酸之間的構(gòu)成比質(zhì)的量（含量）和質(zhì)（氨基酸之間的構(gòu)成比例）。例）。l 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè) 飼料用飼料用Lys，添加，添加0.2%，雞每年生蛋，雞每年生蛋250個(gè)，個(gè)，豬豬120天長(zhǎng)只至天長(zhǎng)只至180斤，雞斤，雞56天長(zhǎng)天長(zhǎng)3.5斤。斤。l 工業(yè)工業(yè) 聚聚Glu，可降解塑料，環(huán)境友好材料。，可降解塑料，環(huán)境友好材料。什么是味精？什么是味精

16、？ L-谷氨酸一鈉一水化合物 HOOCCH2CH2CHCOONaH2O | NH2性狀：無色柱狀結(jié)晶或粉末。 純度：99%或80%味精的安全性l1987年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)就作出“食用安全，無須限量的規(guī)定”的科學(xué)論斷。l中國(guó)發(fā)酵工業(yè)協(xié)會(huì)曾于1993年組織“味精營(yíng)養(yǎng)與安全研討會(huì)” ，多位專家在研討會(huì)作了精彩的發(fā)言，肯定了味精的安全性。l味精廠的主要生產(chǎn)車間味精廠的主要生產(chǎn)車間糖化車間糖化車間發(fā)酵車間發(fā)酵車間提取車間提取車間精制車間精制車間l第三節(jié)第三節(jié) 我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題和我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題和解決措施解決措施 我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的

17、問題 技術(shù)創(chuàng)新是氨基酸行業(yè)今后發(fā)展的主旋律；技術(shù)創(chuàng)新是氨基酸行業(yè)今后發(fā)展的主旋律； 企業(yè)生產(chǎn)工藝水平低，資源損耗大；企業(yè)生產(chǎn)工藝水平低，資源損耗大； 環(huán)境污染是行業(yè)治理的重中之重；環(huán)境污染是行業(yè)治理的重中之重； 我國(guó)氨基酸生產(chǎn)企業(yè)眾多，但工藝相對(duì)落我國(guó)氨基酸生產(chǎn)企業(yè)眾多，但工藝相對(duì)落后，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力低。后，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力低。l我國(guó)氨基酸行業(yè)應(yīng)采取的措施我國(guó)氨基酸行業(yè)應(yīng)采取的措施 大力發(fā)展新技術(shù)和新工藝，重視原始創(chuàng)新大力發(fā)展新技術(shù)和新工藝，重視原始創(chuàng)新和自主創(chuàng)新；和自主創(chuàng)新； 運(yùn)用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)手段大力開發(fā)相關(guān)技運(yùn)用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)手段大力開發(fā)相關(guān)技術(shù)類的新產(chǎn)品；術(shù)類的新產(chǎn)品； 提高資源利用率，走循環(huán)經(jīng)

18、濟(jì)發(fā)展的模式；提高資源利用率，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式； 杜絕盲目投資和重復(fù)的低水平擴(kuò)張建設(shè)。杜絕盲目投資和重復(fù)的低水平擴(kuò)張建設(shè)。小結(jié)l 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 氨基酸的種類氨基酸的種類 氨基酸的性質(zhì)氨基酸的性質(zhì) 氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法l 第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸發(fā)展的歷史和發(fā)展動(dòng)向氨基酸發(fā)展的歷史和發(fā)展動(dòng)向 氨基酸發(fā)酵的歷史氨基酸發(fā)酵的歷史 氨基酸發(fā)酵的現(xiàn)狀氨基酸發(fā)酵的現(xiàn)狀 氨基酸發(fā)酵的發(fā)展動(dòng)向氨基酸發(fā)酵的發(fā)展動(dòng)向l 第三節(jié)第三節(jié) 我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題和解決措我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題和解決措施施 我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題我國(guó)氨基酸行業(yè)存在的問題 我國(guó)氨基酸行業(yè)應(yīng)采取的措施我國(guó)氨基酸行業(yè)

19、應(yīng)采取的措施第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備第一節(jié)第一節(jié) 淀粉的組成及其特性淀粉的組成及其特性一、淀粉的性狀及組成一、淀粉的性狀及組成l 性狀性狀 白色無定形結(jié)晶粉末。白色無定形結(jié)晶粉末。 形狀為：圓形、橢圓形、多角形。形狀為：圓形、橢圓形、多角形。第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備l組成組成l直鏈淀粉直鏈淀粉第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備l支鏈淀粉支鏈淀粉第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備l淀粉與碘的顏色反應(yīng)淀粉與碘的顏色反應(yīng) 淀粉淀粉藍(lán)糊精藍(lán)糊精紅糊精紅糊精無色糊精無色糊精葡萄糖葡萄糖藍(lán)色藍(lán)色紫紫 色色紅紅 色色無無 色色酒精反應(yīng)酒精反

20、應(yīng)第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備l淀粉的糊化淀粉的糊化 1.1.定義定義 淀粉在熱水中能吸收水分而膨脹，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成帶有粘性的淀粉糊。第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備2.過程過程l 第一階段第一階段: :淀粉緩慢地可逆地吸收水分,淀粉顆粒已有些微膨脹膨脹。l 第二階段第二階段: :當(dāng)溫度升到大約65 時(shí),淀粉顆粒經(jīng)過不可逆地不可逆地突然很快地吸收大量水分后,膨脹粘度增加很大。l 第三階段第三階段: :當(dāng)溫度繼續(xù)升高,淀粉顆粒變成無形空囊,可溶性淀粉浸出可溶性淀粉浸出, ,成為半透明的均質(zhì)成為半透明的均質(zhì)膠體膠體。第一章第一章 淀粉水解糖的

21、制備淀粉水解糖的制備l 不同原料淀粉糊化溫度不同原料淀粉糊化溫度名稱名稱開始糊化溫度（開始糊化溫度（）完全糊化溫度（完全糊化溫度（）糯米糯米5961粳米粳米5863玉米玉米6472大麥大麥5863小麥小麥6568馬鈴薯馬鈴薯5967甘薯甘薯7076蕎麥?zhǔn)w麥6971第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備三、淀粉的生產(chǎn)三、淀粉的生產(chǎn)l 原理原理 不溶于冷水，相對(duì)密度大于不溶于冷水，相對(duì)密度大于1 1。l 工藝（玉米淀粉）工藝（玉米淀粉） 1.1.清理（除雜）清理（除雜）l 目的：清除雜質(zhì)目的：清除雜質(zhì)第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備2.浸泡浸泡l 目的：目的：（1 1）軟化）

22、軟化（2 2）溶解）溶解（3 3）除雜）除雜l 工藝條件工藝條件 溫度：溫度：50-55 50-55 時(shí)間：時(shí)間：48h48h 二氧化硫二氧化硫0.15-0.2%0.15-0.2%第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備3.粗碎粗碎l目的：粉碎成目的：粉碎成10塊以上的小塊塊以上的小塊4.胚芽分離胚芽分離l目的：分離胚芽目的：分離胚芽第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備5.磨碎磨碎l目的：破壞細(xì)胞組織，釋放淀粉。目的：破壞細(xì)胞組織，釋放淀粉。6.纖維分離纖維分離l采用篩選法分離。采用篩選法分離。7.蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)分離l原理：利用相對(duì)密度不同。原理：利用相對(duì)密度不同。8.清洗清

23、洗l目的：去除可溶性雜質(zhì)。目的：去除可溶性雜質(zhì)。第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備9.脫水脫水l采用離心機(jī)。采用離心機(jī)。10.干燥干燥l帶式干燥機(jī)帶式干燥機(jī)11.成品整理成品整理l粉碎和篩分。粉碎和篩分。第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備第二節(jié)第二節(jié) 淀粉水解糖的制備方法淀粉水解糖的制備方法一、意義和要求一、意義和要求l 糖化：工業(yè)上將淀粉水解為葡萄糖的過程成糖化：工業(yè)上將淀粉水解為葡萄糖的過程成為糖化。為糖化。第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備l 谷氨酸發(fā)酵水解糖的

24、要求谷氨酸發(fā)酵水解糖的要求1.1.嚴(yán)格控制原料質(zhì)量嚴(yán)格控制原料質(zhì)量2.2.正確控制淀粉乳的濃度正確控制淀粉乳的濃度3.3.水解完全水解完全4.4.糖液清、色澤淺糖液清、色澤淺5.糖液新鮮糖液新鮮6.降低糖液蛋白質(zhì)的含量降低糖液蛋白質(zhì)的含量第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備7.7.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（1 1）色澤：淺黃、杏黃通明液體；）色澤：淺黃、杏黃通明液體；（2 2）糊精反應(yīng)：無；）糊精反應(yīng)：無；（3 3）還原糖含量：）還原糖含量：18%18%左右左右（4 4）DEDE值：值：90%90%以上；以上；（5 5）透光率：）透光率：60%60%以上以上（6 6）pHpH：4.6-4.8

25、4.6-4.8第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備二、淀粉水解的方法與比較二、淀粉水解的方法與比較l淀粉水解的方法淀粉水解的方法 酸解法酸解法 酶酸法酶酸法 酸酶法酸酶法 雙酶法雙酶法 第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備1.酸解法酸解法（1 1）工藝流程：）工藝流程： 淀粉、水、鹽酸調(diào)漿進(jìn)料水解冷卻、中和脫色過濾糖化液（2.2.）工藝特點(diǎn)）工藝特點(diǎn) 高溫、高壓 糖化時(shí)間短 副產(chǎn)物多、糖化收率低第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備（3 3）水解工藝條件：）水解工藝條件： a.淀粉乳的濃度控制在18-22%。 b.鹽酸的用量為干淀粉的0.6-0.7%，通?？刂频矸廴?/p>

26、的pH值為1.5左右。 c.進(jìn)料壓力0.02-0.03MPa。 d.水解壓力0.28-0.3 MPa。 e.水解終點(diǎn)檢查采用無水乙醇檢查無白色反應(yīng)為止。第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備（4 4）中和、脫色的工藝條件 淀粉水解后，在水解液中尚含有少量蛋淀粉水解后，在水解液中尚含有少量蛋白質(zhì)等膠體物質(zhì)，除去這些物質(zhì)的方法：以白質(zhì)等膠體物質(zhì)，除去這些物質(zhì)的方法：以Na2CO3Na2CO3調(diào)整水解液的調(diào)整水解液的pHpH值到這些雜質(zhì)的等電值到這些雜質(zhì)的等電點(diǎn)，約為點(diǎn)，約為4.8-5.04.8-5.0，這個(gè)過程稱為，這個(gè)過程稱為中和中和。中。中和的溫度控制在和的溫度控制在70-8070-8

27、0。第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備 糖液的脫色一般采用糖液的脫色一般采用粉末活性炭脫色粉末活性炭脫色，具體，具體工藝條件如下：工藝條件如下： 用量：為糖液的用量：為糖液的0.1-0.2%0.1-0.2% 溫度：溫度：65-8065-80 時(shí)間：時(shí)間：30min30min pH pH：4.8-5.04.8-5.0第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備（5 5）過濾）過濾第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備 過濾設(shè)備通常采用過濾設(shè)備通常采用板框式過濾機(jī)。板框式過濾機(jī)。它的規(guī)格它的規(guī)格型號(hào)的表示方法如下：型號(hào)的表示方法如下： F B M(A)Y(S) /- 其中：其

28、中：F表示防腐型表示防腐型 B表示板框壓濾機(jī)表示板框壓濾機(jī) M(A)表示明流（暗流）表示明流（暗流） Y(S)表示液壓壓緊（手動(dòng)螺旋壓緊）表示液壓壓緊（手動(dòng)螺旋壓緊） 表示過濾面積表示過濾面積 表示型號(hào)表示型號(hào) 表示框厚表示框厚第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備2.2.酶酸法酶酸法 原料原料粉碎粉碎調(diào)漿調(diào)漿液化液化滅酶滅酶過濾過濾調(diào)調(diào)酸酸糖化糖化中和中和脫色脫色過濾過濾糖化液糖化液 -淀粉酶的用量：淀粉酶的用量：10-12u/10-12u/干淀粉。干淀粉。3.雙酶法雙酶法l 原料原料粉碎粉碎

29、調(diào)漿調(diào)漿液化液化滅酶滅酶調(diào)調(diào)整整pH糖化糖化滅酶滅酶中和中和過濾過濾糖糖化液化液 -淀粉酶的用量：淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉。干淀粉。 糖化酶的用量：糖化酶的用量：100-120 u/干淀粉。干淀粉。第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備l-淀粉酶（1）生產(chǎn)菌 枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、米曲霉、黑曲霉、擬內(nèi)孢霉等等。（2）類型 常溫和高溫 固態(tài)粉末和液體（3）作用方式 可以切斷-1，4糖苷鍵 不能切斷-1，6糖苷鍵第一章第一章 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備（4）特性l 熱穩(wěn)定性 60 以下穩(wěn)定l 作用溫度 60-70；90-110l pH穩(wěn)定性 6.0-7.0穩(wěn)定，5.0

30、以 下失活嚴(yán)重l 糖化酶糖化酶（1）生產(chǎn)菌 黑曲霉。（2）類型 固態(tài)粉末和液體（3）作用方式 可以從非還原性末端切斷 -1，4糖苷鍵； 緩慢切斷-1，6糖苷鍵（4）特性l作用溫度 40-65；最佳58-60lpH穩(wěn)定性 3.0-5.5穩(wěn)定 最適4.0-4.5l雙酶法工藝特點(diǎn)雙酶法工藝特點(diǎn)1）副產(chǎn)物少，糖液純度高；2）生產(chǎn)工藝條件溫和；3）淀粉濃度高，可以使用粗原料；4）糖液質(zhì)量高；5）周期長(zhǎng)，設(shè)備多。第三節(jié)第三節(jié) 雙酶法制糖工藝雙酶法制糖工藝發(fā)酵車間發(fā)酵車間調(diào)漿罐調(diào)漿罐液化罐液化罐滅酶罐滅酶罐糖化罐糖化罐板框過濾機(jī)板框過濾機(jī)換熱器換熱器噴射液化器噴射液化器一、淀粉的液化一、淀粉的液化l淀粉的糊

31、化淀粉的糊化（參看淀粉的性質(zhì)）（參看淀粉的性質(zhì)）l液化的方法液化的方法（1 1）間歇液化）間歇液化 85-90 85-90 保溫保溫30-60min30-60min。碘液檢查合格（呈。碘液檢查合格（呈棕紅色）。棕紅色）。 經(jīng)常使用中溫酶經(jīng)常使用中溫酶（2）噴射液化）噴射液化調(diào)漿調(diào)漿噴射液化噴射液化（95-105）保溫液化保溫液化滅酶滅酶（120-145 ）二、淀粉的糖化二、淀粉的糖化l 衡量糖化的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)衡量糖化的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)1.理論收率理論收率 （C6H10O5）n n H2On C6H12O6 162 18 180 理論收率理論收率111.11%2.實(shí)際收率實(shí)際收率3.淀粉轉(zhuǎn)化率淀粉轉(zhuǎn)

32、化率%100)V(21）淀粉含量（投入原料量）糖液葡萄糖含量（糖液體積實(shí)際收率%10011. 1)V(21）淀粉含量（投入原料量）糖液葡萄糖含量（糖液體積轉(zhuǎn)化率l DE值與值與DX值值1.DE值值表示淀粉水解程度或糖化程度。也稱葡萄糖值。表示淀粉水解程度或糖化程度。也稱葡萄糖值。%100)(）糖液相對(duì)密度（）干物質(zhì)濃度（還原糖濃度dDE2.DX值值l 糖液中葡萄糖含量占干物質(zhì)的百分率。糖液中葡萄糖含量占干物質(zhì)的百分率。%100)(）糖液相對(duì)密度（）干物質(zhì)濃度（葡萄糖濃度dDEl糖化工藝條件糖化工藝條件 pH:4.20.1 溫度：溫度：60 糖化時(shí)間：糖化時(shí)間：32-40小時(shí)小時(shí) 升溫滅酶、中和

33、：升溫滅酶、中和：70-80 保溫保溫15min第二章第二章 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制谷氨酸發(fā)酵機(jī)制第一節(jié)第一節(jié) 谷氨酸的生物合成途徑谷氨酸的生物合成途徑 主要包括EMP、HMP、TCA循環(huán)、乙醛酸循環(huán)、CO2固定反應(yīng)。一、生成谷氨酸的主要酶反應(yīng)一、生成谷氨酸的主要酶反應(yīng)l 谷氨酸脫氫酶(GHD)所催化的還原氨基化反應(yīng) l 轉(zhuǎn)氨酶(AT)催化的轉(zhuǎn)氨反應(yīng)l 谷氨酸合成酶(GS)催化的合成反應(yīng)還原氨基化為主導(dǎo)性反應(yīng)二、谷氨酸生物合成的理想途徑二、谷氨酸生物合成的理想途徑C6H12O6+NH3+1.5O2 C6H9O4N+CO2+3H2O三、三、谷谷氨氨酸酸發(fā)發(fā)酵酵的的代代謝謝途途徑徑l控制谷氨酸合成的重要措

34、施控制谷氨酸合成的重要措施谷氨酸生產(chǎn)菌應(yīng)具備的生化特點(diǎn)谷氨酸生產(chǎn)菌應(yīng)具備的生化特點(diǎn)1.1.-酮戊二酸氧化能力微弱酮戊二酸氧化能力微弱2.2.谷氨酸脫氫酶活性強(qiáng)谷氨酸脫氫酶活性強(qiáng)3.3.細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的通透性強(qiáng)細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的通透性強(qiáng)l理論收率為81.7%。四碳二羧酸是100%通過CO2固定反應(yīng)供給。l若通過乙醛酸循環(huán)供給四碳二羧酸,則理論收率僅為54.4%,實(shí)際收率處于中間值。第二節(jié)第二節(jié) 谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制谷氨酸生產(chǎn)菌的育種思路谷氨酸生產(chǎn)菌的育種思路 第三節(jié)第三節(jié) 谷氨酸發(fā)酵過程中細(xì)胞膜滲透性的控制谷氨酸發(fā)酵過程中細(xì)胞膜滲透性的控制選擇性半滲透性膜選擇性半滲透性

35、膜l控制細(xì)胞膜通透性的方法控制細(xì)胞膜通透性的方法1.1.控制磷脂合成控制磷脂合成1 1）生物素缺陷型）生物素缺陷型 生物素（維生素生物素（維生素H H、輔酶、輔酶R R）作為輔酶參與脂）作為輔酶參與脂肪酸的合成，進(jìn)而影響磷脂合成。肪酸的合成，進(jìn)而影響磷脂合成。 控制關(guān)鍵：生物素亞適量（控制關(guān)鍵：生物素亞適量（5-10g/L5-10g/L）2 2）添加表面活性劑）添加表面活性劑吐溫吐溫-60-60l 作用機(jī)制：對(duì)生物素的拮抗作用。作用機(jī)制：對(duì)生物素的拮抗作用。l 控制關(guān)鍵：添加時(shí)間與用量控制關(guān)鍵：添加時(shí)間與用量3 3）油酸缺陷型）油酸缺陷型作用機(jī)制：阻斷油酸合成。作用機(jī)制：阻斷油酸合成。4 4）

36、甘油缺陷型）甘油缺陷型l 作用機(jī)制：?jiǎn)适Я俗饔脵C(jī)制：?jiǎn)适Я?磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶5）溫度敏感型）溫度敏感型2.控制細(xì)胞壁的合成控制細(xì)胞壁的合成 添加青霉素的強(qiáng)制發(fā)酵工藝。添加青霉素的強(qiáng)制發(fā)酵工藝。l谷氨酸生產(chǎn)菌的具體育種思路谷氨酸生產(chǎn)菌的具體育種思路1.切斷或減弱支路代謝 2.解除自身的反饋抑制 3.增加前體物的合成 4.提高細(xì)胞膜的滲透性 5.強(qiáng)化能量代謝6.利用基因工程技術(shù)構(gòu)建谷氨酸工程菌株 第三章第三章 谷氨酸生產(chǎn)菌的特征、育種及擴(kuò)大培養(yǎng)谷氨酸生產(chǎn)菌的特征、育種及擴(kuò)大培養(yǎng)第一節(jié)第一節(jié) 谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征與菌學(xué)谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征與菌學(xué)性質(zhì)性質(zhì)l 現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌主要是棒狀桿

37、菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬中的細(xì)菌 1.棒狀桿菌屬(Corynebacterium) 2.短桿菌屬(Brevibacterium) 3.小桿菌屬(Microbacterium) 4.節(jié)桿菌屬(Arthrobacterium)l現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征細(xì)胞形態(tài)短桿形、棒形；細(xì)胞形態(tài)短桿形、棒形；革蘭氏陽性菌，無鞭毛，無芽孢，不能運(yùn)動(dòng)；革蘭氏陽性菌，無鞭毛，無芽孢，不能運(yùn)動(dòng)；需氧型微生物；需氧型微生物；生物素缺陷型；生物素缺陷型；脲酶強(qiáng)陽性；脲酶強(qiáng)陽性；不分解淀粉、纖維素、油脂、酪蛋白、明膠不分解淀粉、纖維素、油脂、酪蛋白、明膠等；等；發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯形態(tài)變化

38、，同時(shí)細(xì)胞膜發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯形態(tài)變化，同時(shí)細(xì)胞膜滲透性改變；滲透性改變；二氧化碳固定反應(yīng)酶系強(qiáng)；二氧化碳固定反應(yīng)酶系強(qiáng)；異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循環(huán)弱；環(huán)弱；-酮戊二酸氧化能力微弱；酮戊二酸氧化能力微弱；檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶、檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶、谷氨酸脫氫酶活性強(qiáng)；谷氨酸脫氫酶活性強(qiáng)；具有向環(huán)境泄露谷氨酸的能力；具有向環(huán)境泄露谷氨酸的能力；不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，產(chǎn)谷不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，產(chǎn)谷氨酸氨酸8%以上；以上；第二節(jié)第二節(jié) 國(guó)內(nèi)谷氨酸生產(chǎn)菌及其比較國(guó)內(nèi)谷氨酸生產(chǎn)菌及其比較國(guó)內(nèi)谷

39、氨酸生產(chǎn)菌國(guó)內(nèi)谷氨酸生產(chǎn)菌（1）北京棒桿菌（As1.299） 突變株：7338、D110、WTH-1（2）天津短桿菌（T613） 突變株： TG-961、FM-415、S9114、 CMTC6282（3）鈍齒棒桿菌（As1.542） 突變株： B9、F-263第三節(jié)第三節(jié) 谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵過程中的形態(tài)變化谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵過程中的形態(tài)變化種子的菌體形態(tài)種子的菌體形態(tài) l 斜面培養(yǎng)的菌體較細(xì)小斜面培養(yǎng)的菌體較細(xì)小,一、二級(jí)種子比斜面一、二級(jí)種子比斜面菌體大而粗壯菌體大而粗壯,革蘭氏染色深。革蘭氏染色深。l 多為短桿至棒桿狀多為短桿至棒桿狀,有的微呈彎曲狀有的微呈彎曲狀,兩端鈍兩端鈍圓圓,無分枝

40、無分枝;細(xì)胞排列呈單個(gè)、成對(duì)及細(xì)胞排列呈單個(gè)、成對(duì)及V字形字形,有柵狀或不規(guī)則聚塊有柵狀或不規(guī)則聚塊;l 分裂的細(xì)胞大小為分裂的細(xì)胞大小為0.70.9*1.03.4m。l 由于生物素充足由于生物素充足,繁殖的菌體細(xì)胞均為谷氨酸繁殖的菌體細(xì)胞均為谷氨酸非積累型細(xì)胞。非積累型細(xì)胞。谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵過程中形態(tài)的變化谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵過程中形態(tài)的變化（1）不同發(fā)酵階段的形態(tài)l 長(zhǎng)菌期 發(fā)酵0-8h，正常狀態(tài)l 轉(zhuǎn)移期 發(fā)酵8-18h，細(xì)胞開始伸長(zhǎng)、膨大l 產(chǎn)酸期 16-20h以后，伸長(zhǎng)、膨大，不規(guī)則，缺乏八字排列。（2）感染噬菌體后的形態(tài)l 前期感染 細(xì)胞明顯減少，形態(tài)不規(guī)則，發(fā)圓、發(fā)胖，缺乏八字排

41、列，有明顯細(xì)胞碎片，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)拉絲、拉網(wǎng)。l 中后期感染 形態(tài)不規(guī)則，邊緣不整齊，有毛刺，有細(xì)胞碎片。第四節(jié)第四節(jié) 谷氨酸發(fā)酵的代謝控制育種谷氨酸發(fā)酵的代謝控制育種（1）日常菌種工作l定期分純l小劑量誘變刺激l高產(chǎn)菌保藏（2）選育耐高滲透壓菌種）選育耐高滲透壓菌種l耐高糖（耐高糖（20-30%）l耐高谷氨酸（耐高谷氨酸（15-20%）l耐高糖、高谷氨酸（耐高糖、高谷氨酸（20%+15%）（3）選育不分解利用谷氨酸菌株 以谷氨酸為唯一碳源菌體不能生長(zhǎng)或微以谷氨酸為唯一碳源菌體不能生長(zhǎng)或微弱弱（4）選育細(xì)胞膜滲透性好的菌株l選育二氨基庚二酸缺陷型選育二氨基庚二酸缺陷型l抗抗VP類衍生物：香豆素、蘆

42、丁類衍生物：香豆素、蘆丁l油酸缺陷型油酸缺陷型l甘油缺陷型甘油缺陷型l溫度敏感型溫度敏感型（5）選育強(qiáng)化CO2固定反應(yīng)的菌株l 以琥珀酸為唯一碳源生長(zhǎng)快的菌株。l 丙酮酸缺陷型（6）強(qiáng)化檸檬酸到-酮戊二酸代謝菌株l 選育抗氟化鈉、氟乙酸菌株（7）選育減弱乙醛酸循環(huán)的突變株選育減弱乙醛酸循環(huán)的突變株l 選育琥珀酸敏感型、不利用乙酸突變株選育琥珀酸敏感型、不利用乙酸突變株。 （8）解除谷氨酸對(duì)谷氨酸脫氫酶反饋調(diào)節(jié)l抗谷氨酸結(jié)構(gòu)類似物l耐高谷氨酸l谷氨酰胺抗性菌株l酮基丙二酸抗性菌株（9 9）強(qiáng)化能量代謝）強(qiáng)化能量代謝l 選育呼吸抑制劑抗性菌株，抗丙二酸、氰化選育呼吸抑制劑抗性菌株，抗丙二酸、氰化鉀

43、抗性菌株。鉀抗性菌株。l 選育選育ADPADP磷酸化抑制劑抗性菌株，磷酸化抑制劑抗性菌株，2 2，4 4二硝二硝基酚、砷抗性菌株?；?、砷抗性菌株。l 寡霉素抗性菌株。寡霉素抗性菌株。（1010）減弱）減弱HMPHMP途徑后段酶活性的突變株途徑后段酶活性的突變株 l 選育抗嘌呤、嘧啶類似物的突變株。選育抗嘌呤、嘧啶類似物的突變株。第五節(jié)第五節(jié) 應(yīng)用生物工程新技術(shù)選育谷氨酸應(yīng)用生物工程新技術(shù)選育谷氨酸生產(chǎn)菌生產(chǎn)菌l 應(yīng)用原生質(zhì)體融合新技術(shù)選育谷氨酸生產(chǎn)菌應(yīng)用原生質(zhì)體融合新技術(shù)選育谷氨酸生產(chǎn)菌l 應(yīng)用轉(zhuǎn)化法選育谷氨酸生產(chǎn)菌應(yīng)用轉(zhuǎn)化法選育谷氨酸生產(chǎn)菌l 應(yīng)用轉(zhuǎn)導(dǎo)法選育谷氨酸生產(chǎn)菌應(yīng)用轉(zhuǎn)導(dǎo)法選育谷氨酸

44、生產(chǎn)菌l 應(yīng)用重組應(yīng)用重組DNADNA技術(shù)構(gòu)建谷氨酸工程菌技術(shù)構(gòu)建谷氨酸工程菌l 應(yīng)用固定化細(xì)胞技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸應(yīng)用固定化細(xì)胞技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸第六節(jié)第六節(jié) 菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)和種子的質(zhì)量要求菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)和種子的質(zhì)量要求菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 斜面菌種一級(jí)種子培養(yǎng)二級(jí)種子培養(yǎng)發(fā)酵罐（1）斜面菌種的培養(yǎng) 葡萄糖 0.1%，蛋白陳 1.0%，牛肉膏 1.0%，氯化鈉 0.5%，瓊脂 2.02.5%，pH 7.07.2（傳代和保藏斜面不加葡萄糖）。典型的分批發(fā)酵工藝流程圖菌種提純瓊脂斜面接種搖瓶蒸汽鍋爐空氣壓縮機(jī)種子培養(yǎng)種子罐無菌空氣空氣過濾器通氣生物反應(yīng)主要發(fā)酵罐pH調(diào)節(jié)液蒸汽滅菌連消裝置培

45、養(yǎng)基配料罐培養(yǎng)基原料培養(yǎng)基配料去菌體分離及后處理檢測(cè)控制成品（2）一級(jí)種子培養(yǎng)a.培養(yǎng)基組成 葡萄糖 2.5%，尿素 0.5%，硫酸鎂 0.04%，磷酸氫二鉀 0.1%，玉米漿 2.53.5%(按質(zhì)增減)， pH7.0。b.培養(yǎng)條件 500mL 1000mL 1000L 置于沖程7.6cm、頻率96次/min的往復(fù)式搖床上振蕩培養(yǎng)12h，培養(yǎng)溫度3334。一級(jí)種子質(zhì)量要求種齡：12h，pH值：6.40.1光密度：凈增OD值0.5以上殘?zhí)牵?.5以下 無菌檢查：(-)噬菌體檢查：(-)(雙層平板法、劃線法、液體培養(yǎng)法）鏡檢：菌體生長(zhǎng)均勻、粗壯，排列整齊革蘭氏陽性反應(yīng)。（3）二級(jí)種子培養(yǎng) 為了獲得

46、發(fā)酵所需要的足夠數(shù)量的菌體，在一級(jí)種子培養(yǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)而擴(kuò)大到種子罐的二級(jí)種子培養(yǎng)。種子罐容積大小取決于發(fā)酵罐大小和種量比例。l 培養(yǎng)基組成 水解糖 2.5%，尿素 0.5%， 硫酸鎂 0.04%，磷酸氫二鉀 0.1%， 玉米漿 2.53.5%(按質(zhì)增減)， 消泡劑0.5-1kg pH7.0。l種子罐的滅菌種子罐的滅菌l 空消空消0.15-0.2MPa 40-60minl 實(shí)消實(shí)消118 5minl 培養(yǎng)條件 接種量：0.81.0 培養(yǎng)溫度：3234 培養(yǎng)時(shí)間：78hl通風(fēng)量： 通風(fēng)比：?jiǎn)挝惑w積發(fā)酵液?jiǎn)挝粫r(shí)間通過的空氣量 (v/v.min)50L種子罐1:0.5、攪拌轉(zhuǎn)速340rmin；250L

47、種子罐1:0.3、攪拌轉(zhuǎn)速300r min500L種子罐1:0.25、攪拌轉(zhuǎn)速230r min二級(jí)種子的質(zhì)量要求 種齡：78h pH：7.2左右 OD值凈增0.5左右 無菌檢查(-) 噬菌體檢查(-) 影響種子質(zhì)量的主要因素影響種子質(zhì)量的主要因素l 培養(yǎng)基 氮源豐富、生物素充足、碳源較少。l 溫度 避免溫度過高和波動(dòng)較大l pH 0時(shí)不宜過高，培養(yǎng)結(jié)束不易過低l 溶解氧 溶氧水平不易過高。l 接種量 1%-2%l 培養(yǎng)時(shí)間 7-8小時(shí)l作業(yè)作業(yè)1.敘述雙酶法制糖工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。敘述雙酶法制糖工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。2.敘述谷氨酸生物合成的理想途徑。敘述谷氨酸生物合成的理想途徑。3.谷氨酸生產(chǎn)菌的特點(diǎn)的主要

48、特征。谷氨酸生產(chǎn)菌的特點(diǎn)的主要特征。4.一級(jí)種子的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是什么？一級(jí)種子的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是什么？第四章第四章 谷氨酸發(fā)酵控制谷氨酸發(fā)酵控制l谷氨酸生產(chǎn)的影響谷氨酸生產(chǎn)的影響 內(nèi)因：具有一定生理特性的菌種。內(nèi)因：具有一定生理特性的菌種。 外因：環(huán)境因素。外因：環(huán)境因素。 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響l 碳源碳源目前所發(fā)現(xiàn)的谷氨酸產(chǎn)生菌均不能利用淀粉,只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麥芽糖等,有些菌種能夠利用醋酸、乙醇、正烷烴等作碳源。 我國(guó)主要使用：玉米、大米、淀粉、糖蜜。l氮源氮源1.合理的碳氮比：合理的碳氮比：100:（15-30） 2.氮源的來源 無機(jī)氮源

49、: (1)尿素 (2) 液氨 (3)氨水 有機(jī)氮源: 主要是蛋白質(zhì)、胨、氨基酸等。谷氨酸發(fā)酵的有機(jī)氮源常用玉米漿、麩皮水解液、豆餅水解液和糖蜜等。l無機(jī)鹽無機(jī)鹽1.磷酸鹽 磷酸氫二鉀：0.1-0.15% 過高：代謝轉(zhuǎn)向合成纈氨酸。 過低：菌體生長(zhǎng)緩慢。 2. 硫酸鎂 0.04-0.06% 酶的激活劑3. 鉀鹽 酶的激活劑 鉀含量低漲菌體，多產(chǎn)谷氨酸。4. 微量元素l生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子(1) 生物素 (2) 維生素B1第二節(jié)第二節(jié) 培養(yǎng)條件對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響培養(yǎng)條件對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響 l溫度對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響溫度對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響1.溫度影響細(xì)胞中酶的活性,而影響代謝速度、途徑方向2.酶是蛋白質(zhì)，

50、受熱容易失活，溫度愈高失活愈快,菌體易衰老,影響發(fā)酵液的性質(zhì)來間接影響發(fā)酵。3.影響基質(zhì)和氧的溶解從而影響發(fā)酵4.微生物最適的生長(zhǎng)溫度范圍lpH值對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響值對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響1.pH值對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響值對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響（1）酶的活性）酶的活性（2）細(xì)胞膜所帶電荷）細(xì)胞膜所帶電荷（3）物質(zhì)的離解）物質(zhì)的離解（4）代謝途徑）代謝途徑2.發(fā)酵過程發(fā)酵過程pH 值的變化及控制值的變化及控制 pH的變化反應(yīng)谷氨酸發(fā)酵的重要指標(biāo)的變化反應(yīng)谷氨酸發(fā)酵的重要指標(biāo) 控制：控制： 流加尿素、液氨、氨水。流加尿素、液氨、氨水。目前氨基酸發(fā)酵普遍采用液氨添加法，目前氨基酸發(fā)酵普遍采用液氨添加法，采用連續(xù)

51、流加為宜。采用連續(xù)流加為宜。l供氧對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響供氧對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響1.溶解氧與谷氨酸的需氧量葡萄糖氧化的需氧量：徹底氧化1：6合成代謝產(chǎn)物：1：1.9必須連續(xù)向發(fā)酵液通入氧。2.供氧對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響 菌體生長(zhǎng)期：滿足菌體合成的需要，過低，副產(chǎn)物增加，影響菌體收率。過高抑制生長(zhǎng)。 產(chǎn)酸期：最大滿足呼吸需氧量。3.供氧與其他發(fā)酵工藝條件的關(guān)系4.氧對(duì)發(fā)酵影響的微生物生理學(xué)考察l二氧化碳對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響1.間接控制通風(fēng)量 排風(fēng)中二氧化塘控制在13%2.提前發(fā)現(xiàn)噬菌體感染3.幫助發(fā)現(xiàn)雜菌感染第三節(jié)第三節(jié) 泡沫的消除泡沫的消除l泡沫對(duì)發(fā)酵的影響1.發(fā)酵液逃逸2.感染3.降低裝填系數(shù)，設(shè)備利用

52、率降低4.影響氧傳遞l泡沫的消除1.消泡的方法（1）機(jī)械消泡（2）化學(xué)消泡 添加消泡劑：BAPE、PPE第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)酵工藝發(fā)酵工藝l一次高糖發(fā)酵工藝1.培養(yǎng)基 水解糖15%-18% 玉米漿0.4-0.5% 磷酸氫二鉀0.1-0.15% 硫酸鎂0.04-0.06% 消泡劑0.03% 尿素0.5% pH7.0-7.22.工藝控制l 前期 溫度33-34 pH7.2-7.5 通風(fēng)比1：0.1-0.15l 中期 溫度35-36 pH7.2-7.5 通風(fēng)比1：0.2-0.25l 后期 溫度36-37 pH7.0-7.2 通風(fēng)比1：0.1-0.2l常見的異常發(fā)酵現(xiàn)象及其處理方法序異?，F(xiàn)象原因分析 處理

53、方法 10時(shí)pH值高(1)初尿過多(2)尿素滅菌溫度過高、時(shí)間過長(zhǎng)停攪拌,小通風(fēng),待菌體生長(zhǎng),pH下降后再按正常發(fā)酵進(jìn)行 2發(fā)酵前期pH值過高(1)初尿過多(2)菌種被燒死(3)種子感染噬菌體(4)培養(yǎng)基缺乏或抑制菌體生長(zhǎng) (1)按第1項(xiàng)方法處理(2)補(bǔ)種(3)按感染噬菌體處理 (4)根據(jù)情況補(bǔ)料,補(bǔ)種(5)均先停攪拌、小通風(fēng)3菌體生長(zhǎng)緩慢或不長(zhǎng) (1)感染噬菌體 (2)培養(yǎng)基貧乏(3)菌種老化 (4)前期風(fēng)量過大,或初尿過多抑制生長(zhǎng)(1)按感染噬菌體處理(2)補(bǔ)料,并停攪拌(3)換種、補(bǔ)種(4)停攪拌、小通風(fēng)4中后期耗糖慢、產(chǎn)酸低(1)菌種老化 (2)前期風(fēng)量過大后期無力 (3)種子或發(fā)酵前

54、期溫度過高 (4)生物素不足(1) 略減風(fēng)量,如殘?zhí)歉呖裳a(bǔ)種,或并罐發(fā)酵(2) 略減風(fēng)量,如殘?zhí)歉呖裳a(bǔ)種,或并罐發(fā)酵(3) 略減風(fēng)量,如殘?zhí)歉呖裳a(bǔ)種,或并罐發(fā)酵(4) 補(bǔ)料 514h后OD值繼上升 (1)生物素過量(2)染菌 (1)提高風(fēng)量,提高溫度(2)按染菌處理6耗糖快,pH偏低, 產(chǎn)酸低 (1) 培養(yǎng)基豐富,生物素過量 (2) pH低,流尿不及時(shí)(3) 通風(fēng)不足,空氣短路,攪拌轉(zhuǎn)速低(4) 感染雜菌(1)提高風(fēng)量,提高pH(2)及時(shí)流尿,提高pH(3)提高風(fēng)量,提高pH(4)按染菌處理 7發(fā)酵液變紅色 生物素充足,風(fēng)量不足提高風(fēng)量8谷氨酸生成后又下跌(1)pH偏低,NH4+過量,谷氨酸轉(zhuǎn)

55、變?yōu)楣弱０?2)大量下跌,可能染菌(1)及時(shí)流尿,提高pH(2)按染菌處理 9泡沫太多(1)水解糖質(zhì)量不好(2)染菌(1)改進(jìn)水解糖質(zhì)量(2)按染菌處理 第五節(jié)第五節(jié) 糖蜜原料強(qiáng)制發(fā)酵工藝糖蜜原料強(qiáng)制發(fā)酵工藝l表面活性劑的添加 0.2%吐溫-60l青霉素的添加 3-5單位/mL發(fā)酵液l工藝特點(diǎn)：大接種量（5-10%）l 高生物素（100g/L） 高通風(fēng)量（1：0.3）低糖流加工藝l工藝特點(diǎn) 初糖濃度低、總投糖量多、產(chǎn)酸高。l糖流加方式 連續(xù)流加 分段加入l提高發(fā)酵產(chǎn)率的主要措施提高發(fā)酵產(chǎn)率的主要措施一、選育優(yōu)良菌株一、選育優(yōu)良菌株二、改進(jìn)發(fā)酵工藝二、改進(jìn)發(fā)酵工藝1.一次高濃度糖發(fā)酵2.降低發(fā)酵

56、初糖濃度,連續(xù)流加糖發(fā)酵3.混合碳源發(fā)酵4.應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)控制和管理發(fā)酵,使發(fā)酵工藝最佳化5.固定化活細(xì)胞連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸第五章 噬菌體與雜菌的防治噬菌體與雜菌的防治l 噬菌體對(duì)谷氨酸發(fā)酵的危害,輕則減產(chǎn),重則會(huì)引起發(fā)酵液全部倒棄,造成嚴(yán)重塤失。l 谷氨酸生產(chǎn)菌的噬菌體,一般在25-35、pH5-9時(shí)較為穩(wěn)定,易受熱變性（60-70,10-15min),對(duì)氧化物敏感,可被酸堿致死。l 凡能引起蛋白質(zhì)變性的化學(xué)藥品都可以使噬菌體失活。l噬菌體檢查方法噬菌體檢查方法l雙層平板法l劃線法l液體培養(yǎng)法1.噬菌體污染 出現(xiàn)“二高三低”現(xiàn)象l 發(fā)酵液OD值不上升或者回降l 產(chǎn)酸低l 發(fā)酵溫度低l pH升

57、高，可到8.0以上l 殘?zhí)歉撸?）噬菌體污染的防止措施 以環(huán)境凈化為中心的綜合治理定期檢查噬菌體嚴(yán)禁活菌體排放殺滅環(huán)境中的噬菌體殺滅壓縮空氣中的噬菌體嚴(yán)格無菌操作避免噬菌體侵入設(shè)備（2）污染噬菌體后的挽救措施l 并罐法（噬菌體不能侵染產(chǎn)酸期細(xì)胞）l 菌種輪換（不交叉感染）l 放罐重消法（高溫滅菌）l 低溫滅菌法2.雜菌的污染與防治（1）染菌原因分析l從染菌時(shí)間分析從染菌時(shí)間分析早期：培養(yǎng)基滅菌不徹底中后期：設(shè)備滲漏、空氣系統(tǒng)l從染菌類型分析芽孢桿菌：滅菌不徹底球菌、酵母等：設(shè)備滲漏l從染菌幅度分析個(gè)別罐：參照上面大面積罐：空氣系統(tǒng)、種子（2）預(yù)防措施l空氣凈化l培養(yǎng)基和設(shè)備滅菌l設(shè)備安裝l接種

58、操作（3）補(bǔ)救措施）補(bǔ)救措施l補(bǔ)加種子補(bǔ)加種子l補(bǔ)加糖補(bǔ)加糖l直接放罐直接放罐第六章第六章 谷氨酸的提取谷氨酸的提取第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述l 將谷氨酸生產(chǎn)菌在發(fā)酵液中積累的L-谷氨酸提取出來,再進(jìn)一步中和、除鐵、脫色、加工精制成谷氨酸單鈉鹽叫提煉。分為：提取和精制在提取車間和精制車間完成。l谷氨酸是發(fā)酵的目的物,它溶解在發(fā)酵液中,而在發(fā)酵液中還存在菌體、殘?zhí)?、色素、膠體物質(zhì)以及其他發(fā)酵副產(chǎn)物。l 提取工藝的選擇原則提取工藝的選擇原則: 工藝簡(jiǎn)單,操作方便,提取收率高,產(chǎn)品純度高,勞動(dòng)強(qiáng)度小,設(shè)備簡(jiǎn)單,造價(jià)低,使用的原材料、藥品價(jià)廉,來源容易。l主要提取方法簡(jiǎn)介主要提取方法簡(jiǎn)介 (1)等電點(diǎn)法

59、(2)離子交換法 (3)等電-離交法 (4)連續(xù)等電點(diǎn)法(5)金屬鹽法 (6)鹽酸水解-等電點(diǎn)法 (7)離子交換膜電滲析法提取谷氨酸第三節(jié)等電點(diǎn)法提取谷氨酸第三節(jié)等電點(diǎn)法提取谷氨酸l 等電點(diǎn)法提取谷氨酸的原理等電點(diǎn)法提取谷氨酸的原理 等電點(diǎn)法是谷氨酸提取方法中最簡(jiǎn)單的等電點(diǎn)法是谷氨酸提取方法中最簡(jiǎn)單的一種方法一種方法, ,由于設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、投資由于設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、投資少等優(yōu)點(diǎn)少等優(yōu)點(diǎn), ,谷氨酸發(fā)酵液不經(jīng)除菌或除菌、谷氨酸發(fā)酵液不經(jīng)除菌或除菌、不經(jīng)濃縮或濃縮處理、在常溫或低溫下加鹽不經(jīng)濃縮或濃縮處理、在常溫或低溫下加鹽酸調(diào)至谷氨酸的酸調(diào)至谷氨酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)pH3.22pH3.22,

60、 ,使谷氨酸呈使谷氨酸呈過飽和狀態(tài)結(jié)晶析出。過飽和狀態(tài)結(jié)晶析出。（1）常溫等電點(diǎn)法 發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH4.0-4.5 育晶2-4h 調(diào)節(jié)pH3.5-3.8 育晶2-4h 緩慢調(diào)至pH3.0-3.2 育晶2h 冷卻降溫?cái)嚢?6h 靜止沉淀2-4h 離心分離濕谷氨酸（2）低溫等電點(diǎn)法提取谷氨酸）低溫等電點(diǎn)法提取谷氨酸l與常溫等電點(diǎn)操作基本相同，差別在于與常溫等電點(diǎn)操作基本相同，差別在于最后終點(diǎn)溫度為最后終點(diǎn)溫度為0-5 （3）除菌體常溫等電點(diǎn)法）除菌體常溫等電點(diǎn)法（4）濃縮、水解等電點(diǎn)法）濃縮、水解等電點(diǎn)法（5）低溫濃縮等電點(diǎn)法）低溫濃縮等電點(diǎn)法（6）谷氨酸發(fā)酵液連續(xù)等電工藝）谷氨酸發(fā)酵液連續(xù)等電工藝