子情境：谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)知識(shí)背景

1、子情境：谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)-知識(shí)背景 氨基酸（氨基酸（amino acidsamino acids）廣義上是指既含有一個(gè)堿性）廣義上是指既含有一個(gè)堿性氨基又含有一個(gè)酸性羧基的有機(jī)化合物。但一般的氨基又含有一個(gè)酸性羧基的有機(jī)化合物。但一般的氨基酸，則是指構(gòu)成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位。即其氨基氨基酸，則是指構(gòu)成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位。即其氨基直接連接在直接連接在-碳原子上，這種氨基酸被稱(chēng)為碳原子上，這種氨基酸被稱(chēng)為-氨氨基酸?；?。氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：v 除脯氨酸外，都屬于除脯氨酸外，都屬于L 氨基酸氨基酸 。v 除除R是是H（甘氨酸）都具有旋光性（，），（甘氨酸）都具有旋光性（，），v

2、 同種氨基酸構(gòu)型相反旋光性也相反。同種氨基酸構(gòu)型相反旋光性也相反。每種氨基酸都有特殊的結(jié)晶形狀，可用來(lái)鑒別氨基酸。每種氨基酸都有特殊的結(jié)晶形狀，可用來(lái)鑒別氨基酸。 氨基酸在中性氨基酸在中性pH時(shí)，時(shí)，氨基和羧基以離子形式存。氨基和羧基以離子形式存。從蛋白質(zhì)水解得到的從蛋白質(zhì)水解得到的- -氨基酸（除甘氨酸外）都是氨基酸（除甘氨酸外）都是L-型的。型的。1、 根據(jù)側(cè)鏈根據(jù)側(cè)鏈R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)v 脂肪族氨基酸：最多脂肪族氨基酸：最多v 芳香族氨基酸芳香族氨基酸v 雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸 v 雜環(huán)亞氨基酸雜環(huán)亞氨基酸2、根據(jù)側(cè)鏈、根據(jù)側(cè)鏈R基團(tuán)是否有極性基團(tuán)是否有極性 (在在pH 7 左

3、右時(shí)左右時(shí))v 非極性非極性 R 基氨基酸基氨基酸v 不帶電荷的極性不帶電荷的極性 R 基氨基酸基氨基酸v 帶正電荷的帶正電荷的 R 基氨基酸（組氨酸基氨基酸（組氨酸R基基pH 7附近解離）附近解離） v 帶負(fù)電荷的帶負(fù)電荷的 R 基氨基酸基氨基酸氨基酸的分類(lèi)氨基酸的分類(lèi)v 中性氨基酸中性氨基酸:v 酸性氨基酸：酸性氨基酸：Asp、Gluv 堿性氨基酸：堿性氨基酸：Lys、His、Arg4、根據(jù)人體能否自身合成、根據(jù)人體能否自身合成v 必需氨基酸：必需氨基酸：Val，Leu，Ile，Thr，Met，Lys，Phe，Trpv 非必需氨基酸：其余非必需氨基酸：其余v 5 5、非蛋白質(zhì)氨基酸：、非蛋

4、白質(zhì)氨基酸：v 不組成蛋白質(zhì)，以游離或結(jié)合狀態(tài)存在于生物體內(nèi)。不組成蛋白質(zhì)，以游離或結(jié)合狀態(tài)存在于生物體內(nèi)。這些氨基酸多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的這些氨基酸多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的L-型型a-氨基酸的氨基酸的衍生物，如鳥(niǎo)氨酸、瓜氨酸、高絲氨酸、高半胱氨衍生物，如鳥(niǎo)氨酸、瓜氨酸、高絲氨酸、高半胱氨酸等。但也有一些是酸等。但也有一些是-丙氨酸、丙氨酸、r-氨基丁酸。這些氨基丁酸。這些氨基酸雖然不參與蛋白質(zhì)組成，但在生物體種往往氨基酸雖然不參與蛋白質(zhì)組成，但在生物體種往往具有一定的生理功能。具有一定的生理功能。氨基酸的分類(lèi)氨基酸的分類(lèi)v 1、氨基酸的物理性質(zhì)、氨基酸的物理性質(zhì)v 溶解性溶解性v 氨基酸由于其結(jié)構(gòu)

5、上存在著極性基團(tuán)，所以一般氨基氨基酸由于其結(jié)構(gòu)上存在著極性基團(tuán)，所以一般氨基酸（除胱氨酸、半胱氨酸、酪氨酸外）都溶于水。脯酸（除胱氨酸、半胱氨酸、酪氨酸外）都溶于水。脯氨酸極易溶解于水，故易潮解不易制成結(jié)晶。氨酸極易溶解于水，故易潮解不易制成結(jié)晶。v 絕大多數(shù)氨基酸難溶于乙醚等有機(jī)溶劑（脯氨酸溶絕大多數(shù)氨基酸難溶于乙醚等有機(jī)溶劑（脯氨酸溶于乙醇、乙醚）。于乙醇、乙醚）。故故可用有機(jī)溶劑沉淀法制備氨基酸?？捎糜袡C(jī)溶劑沉淀法制備氨基酸。v 熔點(diǎn)熔點(diǎn)v 氨基酸都是無(wú)色晶體，每種氨基酸都有自己特有的結(jié)氨基酸都是無(wú)色晶體，每種氨基酸都有自己特有的結(jié)晶形狀，可用于鑒定。與相應(yīng)的有機(jī)酸比較，氨基酸晶形狀，可

6、用于鑒定。與相應(yīng)的有機(jī)酸比較，氨基酸的熔點(diǎn)一般都較高（常在的熔點(diǎn)一般都較高（常在230300之間，如甘氨之間，如甘氨酸的熔點(diǎn)為酸的熔點(diǎn)為232，而相應(yīng)的乙酸的熔點(diǎn)為，而相應(yīng)的乙酸的熔點(diǎn)為16.5），），熔融時(shí)即分解放出熔融時(shí)即分解放出CO2。氨基酸的性質(zhì)氨基酸的性質(zhì)味感：氨基酸的味感與其立體構(gòu)型有關(guān)。味感：氨基酸的味感與其立體構(gòu)型有關(guān)。L-型氨基酸有甜、型氨基酸有甜、苦、鮮、酸等四種味感?？?、鮮、酸等四種味感。 大米的香味是由胱氨酸地存大米的香味是由胱氨酸地存在，啤酒的苦味是由于三個(gè)支鏈氨基酸的存在。在，啤酒的苦味是由于三個(gè)支鏈氨基酸的存在。v 旋光性旋光性 在這在這20種氨基酸中除甘氨酸外，

7、所有的氨基酸都具有不種氨基酸中除甘氨酸外，所有的氨基酸都具有不對(duì)稱(chēng)碳，因此都具有旋光性。對(duì)稱(chēng)碳，因此都具有旋光性。v 氨基酸的紫外吸收性質(zhì)氨基酸的紫外吸收性質(zhì)v 兩性解離和等電點(diǎn)兩性解離和等電點(diǎn)氨基酸的性質(zhì)氨基酸的性質(zhì)（1）與水合茚三酮的反應(yīng)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸與水合茚三酮共熱，發(fā)生氧化脫氨反應(yīng)，生成NH3與酮酸。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。加熱過(guò)程中酮酸裂解，放出CO2，自身變?yōu)樯僖粋€(gè)碳的醛。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。NH3與水合茚三酮及還原型茚三酮脫水縮合，生成藍(lán)紫色化合物。（2）與甲醛的反應(yīng)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)v 反應(yīng)特點(diǎn)A.為- NH2的反應(yīng)B.在常溫，

8、中性條件，甲醛與- NH2很快反應(yīng)，生成羥甲基衍生物，釋放氫離子。v 應(yīng)用：氨基酸定量分析甲醛滴定法（間接滴定）A.直接滴定，終點(diǎn)pH過(guò)高（12），沒(méi)有適當(dāng)指示劑。B.與甲醛反應(yīng)，滴定終點(diǎn)在9左右，可用酚酞作指示劑。C.釋放一個(gè)氫離子，相當(dāng)于一個(gè)氨基（摩爾比1：1）D.簡(jiǎn)單快速，一般用于測(cè)定蛋白質(zhì)的水解速度。氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)(3) 非酶促褐變氨基酸與還原糖在一定條件下可發(fā)生美拉德反氨基酸與還原糖在一定條件下可發(fā)生美拉德反應(yīng)生成類(lèi)黑色物質(zhì)。美拉德反應(yīng)在食品共業(yè)中應(yīng)生成類(lèi)黑色物質(zhì)。美拉德反應(yīng)在食品共業(yè)中有著重要的應(yīng)用，但同時(shí)也可能降低食品中蛋有著重要的應(yīng)用，但同時(shí)也可能降低食品中蛋

9、白質(zhì)和氨基酸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。白質(zhì)和氨基酸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)(4) 與金屬的鰲合反應(yīng)氨基酸可與許多金屬離子發(fā)生鰲合反應(yīng)，如：氨基酸可與許多金屬離子發(fā)生鰲合反應(yīng)，如：CuCu2+2+、CoCo2+2+、MnMn2+2+、FeFe2+2+。食品工業(yè)中，可以。食品工業(yè)中，可以利用該反應(yīng)來(lái)制備保健食品，如氨基酸鰲合利用該反應(yīng)來(lái)制備保健食品，如氨基酸鰲合鈣。鈣。氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)(5) 成鹽反應(yīng)氨基酸分子中的氨基和羧基可分別與酸和堿成鹽。味精即為谷氨酸的一鈉鹽。氨基酸的作用與用途氨基酸的作用與用途1、構(gòu)成人體基本物質(zhì)之一2、在醫(yī)療工業(yè)中的應(yīng)用3、在食品工業(yè)中的應(yīng)用氨基酸

10、的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法v發(fā)酵法： 直接發(fā)酵法：野生菌株發(fā)酵、營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變發(fā)酵、抗氨基酸結(jié)構(gòu)類(lèi)似物突變株發(fā)酵、抗氨基酸結(jié)構(gòu)類(lèi)似物突變株的營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株發(fā)酵和營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變株發(fā)酵。 添加前體法氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法v酶法：利用微生物細(xì)胞或微生物產(chǎn)生的酶來(lái)制造氨基酸。v提取法：蛋白質(zhì)水解，從水解液中提取。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸v合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。v傳統(tǒng)的提取法、酶法和化學(xué)合成法由于前體物的成本高,工藝復(fù)雜,難以達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。菌株的育種菌株的育種v 從自然界中篩選有產(chǎn)酸能力的菌株,并建立其培養(yǎng)條件.v 在確立突變技術(shù)和闡明氨基酸生物合成系統(tǒng)調(diào)

11、節(jié)機(jī)制的基礎(chǔ)上發(fā)展為營(yíng)養(yǎng)缺陷變異株、抗藥性菌株的育種。v 隨著重組DNA技術(shù)的發(fā)展,接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)染、細(xì)胞融合等手段首先用于體內(nèi)基因重組,是早期用基因重組方法構(gòu)建生產(chǎn)菌株的嘗試。v 隨著載體、受體系統(tǒng)的構(gòu)建及體外基因重組技術(shù)的日益完善,氨基酸生物工程菌的構(gòu)建有了長(zhǎng)足的發(fā)展。v 蘇氨酸等的生產(chǎn)菌株被成功地構(gòu)建并應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。用野生株的方法用野生株的方法v這是從自然界獲得的分離菌株進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的一種方法。v典型的例子就是谷氨酸發(fā)酵。v改變培養(yǎng)條件的發(fā)酵轉(zhuǎn)換法中,有變化銨離子濃度、磷酸濃度，使谷氨酸轉(zhuǎn)向谷氨酰胺和纈氨酸發(fā)酵 用營(yíng)養(yǎng)缺陷變異株的方法用營(yíng)養(yǎng)缺陷變異株的方法v這一方法是誘變出菌體內(nèi)氨基

12、酸生物合成某步反應(yīng)阻遏的營(yíng)養(yǎng)缺陷型變異體，使生物合成在中途停止，不讓最終產(chǎn)物起控制作用。v這種方法中有用高絲氨酸缺陷株的賴(lài)氨酸發(fā)酵，有用精氨酸缺陷株的鳥(niǎo)氨酸發(fā)酵，還有用異亮氨酸缺陷株的脯氨酸發(fā)酵。 類(lèi)似物抗性變異株的方法類(lèi)似物抗性變異株的方法v用一種與自己想獲得的氨基酸結(jié)構(gòu)相類(lèi)似的化合物加入培養(yǎng)基內(nèi)，使其發(fā)生控制作用，從而抑制微生物的生長(zhǎng)。這樣，就可以得到在這種培養(yǎng)基中能夠生長(zhǎng)的變異株，而這種變異株正是解除了調(diào)控機(jī)制的，能夠生成過(guò)量的氨基酸。v利用此方法發(fā)酵的有:蘇氨酸、賴(lài)氨酸、異亮氨酸、組氨酸和精氨酸。 體內(nèi)及體外基因重組的方法體內(nèi)及體外基因重組的方法v基因工程包括細(xì)胞內(nèi)基因重組方法和試管內(nèi)

13、的體外基因重組方法。v體內(nèi)基因重組在應(yīng)用上又稱(chēng)為雜交育種，主要方法包括：轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)染、接合轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞融合等，這都是在細(xì)胞內(nèi)暫時(shí)地產(chǎn)生染色體的局部二倍體，在兩條DNA鏈之間引起兩次以上的交叉，是遺傳性重組現(xiàn)象。v細(xì)胞內(nèi)基因重組技術(shù)的缺點(diǎn)是，現(xiàn)在只在同種或有近緣關(guān)系的微生物之間進(jìn)行并較難成功。 v代謝工程在闡明代謝途徑及其調(diào)控規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用重組DNA技術(shù)可以改變代謝途徑分支點(diǎn)上的流量或引入新的代謝步驟與構(gòu)建新的代謝網(wǎng)絡(luò)。v其主要步驟為:v鑒定目標(biāo)代謝途徑涉及的酶(特別是限速酶);v取得酶基因，必要時(shí)可用蛋白質(zhì)工程技術(shù)，如定點(diǎn)誘變，基因剪接等，使蛋白具有新的特點(diǎn)(增強(qiáng)活性或穩(wěn)定性、解除反饋抑

14、制等);v將一種或多種異源的或改造后的酶基因與調(diào)節(jié)元件一起克隆進(jìn)目標(biāo)生物;v使調(diào)節(jié)元件的作用及培育條件最優(yōu)化。 4 4、攪拌的影響、攪拌的影響 攪拌的作用是使液體不斷地翻動(dòng)，使溫度和攪拌的作用是使液體不斷地翻動(dòng)，使溫度和pHpH保保持均勻，以有利于晶體長(zhǎng)大，避免晶簇的形成。但持均勻，以有利于晶體長(zhǎng)大，避免晶簇的形成。但攪拌速率不能太快，液體翻動(dòng)太激烈，對(duì)晶體長(zhǎng)大攪拌速率不能太快，液體翻動(dòng)太激烈，對(duì)晶體長(zhǎng)大不利，促使晶體細(xì)小。不利，促使晶體細(xì)小。攪拌太慢，液體翻動(dòng)過(guò)慢，溫度和攪拌太慢，液體翻動(dòng)過(guò)慢，溫度和pHpH不均勻，造成不均勻，造成局部局部pHpH過(guò)低，易形成細(xì)微的晶核甚至輕質(zhì)谷氨酸。過(guò)低，

15、易形成細(xì)微的晶核甚至輕質(zhì)谷氨酸。攪拌速率與設(shè)備的直徑和攪拌葉大小有關(guān)，設(shè)備越攪拌速率與設(shè)備的直徑和攪拌葉大小有關(guān)，設(shè)備越大，攪拌器的轉(zhuǎn)速也應(yīng)適當(dāng)降低，其轉(zhuǎn)速以大，攪拌器的轉(zhuǎn)速也應(yīng)適當(dāng)降低，其轉(zhuǎn)速以30 30 r/minr/min左右為宜。左右為宜。谷氨酸的結(jié)晶谷氨酸的結(jié)晶氨基酸發(fā)酵的代謝控制氨基酸發(fā)酵的代謝控制v控制發(fā)酵的條件v控制細(xì)胞滲透性v控制旁路代謝v降低反饋?zhàn)饔梦锏臐舛葀消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用v促進(jìn)ATP的積累，以利氨基酸的生物合成控制發(fā)酵的條件v專(zhuān)性需氧菌，控制環(huán)境條件可改變代謝途徑和產(chǎn)物。 控制細(xì)胞滲透性生物素、油酸和表面活性劑，引起細(xì)胞膜的脂肪酸成分的改變。青霉素：抑制細(xì)

16、胞壁的合成，由于細(xì)胞面內(nèi)外的滲透壓而泄露出來(lái)?？刂婆月反x降低反饋?zhàn)饔梦锏臐舛葀利用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株進(jìn)行氨基酸發(fā)酵必須限制所要求的氨基酸的量。消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用v使用抗氨基酸結(jié)構(gòu)類(lèi)似物突變株的方法。促進(jìn)ATP的積累，以利氨基酸的生物合成vATP的積累可促進(jìn)氨基酸的生物合成氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制v培養(yǎng)基vpHv溫度v氧氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制-培養(yǎng)基培養(yǎng)基v1、碳源：淀粉水解糖、糖蜜淀粉水解糖、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烴 碳源濃度過(guò)高時(shí)，對(duì)菌體生長(zhǎng)不利，氨基酸的轉(zhuǎn)化率降低。 菌種性質(zhì)、生產(chǎn)氨基酸種類(lèi)和所采用的發(fā)酵操作決定碳源種類(lèi)氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸

17、發(fā)酵的工藝控制-培養(yǎng)基培養(yǎng)基2、氮源：銨鹽、尿素、氨水；v同時(shí)調(diào)整pH值。v營(yíng)養(yǎng)缺陷型添加適量氨基酸主要以添加有機(jī)氮源水解液。v需生物素和氨基酸，以玉米漿作氮源。v尿素滅菌時(shí)形成磷酸銨鎂鹽，須單獨(dú)滅菌?？煞峙骷?。v氨水用pH自動(dòng)控制連續(xù)流加氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制-培養(yǎng)基培養(yǎng)基v3、合適C/Nv氮源用于調(diào)整pH。v合成菌體v生成氨基酸，因此比一般微生物發(fā)酵的C/N高。氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制-培養(yǎng)基培養(yǎng)基v4、磷酸鹽：對(duì)發(fā)酵有顯著影響。不足時(shí)糖代謝受抑制。v5、鎂：是已糖磷酸化酶、檸檬酸脫氫酶和羧化酶的激活劑，并促進(jìn)葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活力。v6、鉀：促進(jìn)糖

18、代謝。谷氨酸產(chǎn)酸期鉀多利于產(chǎn)酸，鉀少利于菌體生長(zhǎng)。氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制-培養(yǎng)基培養(yǎng)基v7、鈉：調(diào)節(jié)滲透壓作用，一般在調(diào)節(jié)pH值時(shí)加入。v8、錳：是許多酶的激活劑。v9、鐵：是細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶和過(guò)氧化氫酶的活性基的組成分，可促進(jìn)谷氨酸產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)。v10、銅離子：對(duì)氨基酸發(fā)酵有明顯毒害作用。氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制-pH對(duì)氨基酸發(fā)酵對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及其控制的影響及其控制v作用機(jī)理：主要影響酶的活性和菌的代謝。v控制pH方法：流加尿素和氨水v流加方式：根據(jù)菌體生長(zhǎng)、pH變化、糖耗情況和發(fā)酵階段等因素決定。氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制-pH對(duì)

19、氨基酸發(fā)酵對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及其控制的影響及其控制v控制：v（1）菌體生長(zhǎng)或耗糖慢時(shí)，少量多次流加尿素，避免pH過(guò)高v（2）菌體生長(zhǎng)或耗糖過(guò)快時(shí)，流加尿素可多些，以抑制菌體生長(zhǎng)。v（3）發(fā)酵后期，殘?zhí)巧?，接近放罐時(shí)，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困難。v（4）氨水對(duì)pH影響大，應(yīng)采取連續(xù)流加。氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制-溫度對(duì)氨基酸發(fā)酵的溫度對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及其控制影響及其控制v菌體生長(zhǎng)達(dá)一定程度后再開(kāi)始產(chǎn)生氨基酸，因此菌體生長(zhǎng)最適溫度和氨基酸合成的最適溫度是不同的。v菌體生長(zhǎng)溫度過(guò)高，則菌體易衰老，pH高，糖耗慢，周期長(zhǎng)，酸產(chǎn)量低。v采取措施：少量多次流加尿素，維持最適生

20、長(zhǎng)溫度，減少風(fēng)量等，促進(jìn)菌體生長(zhǎng)。氨基酸發(fā)酵的工藝控制氨基酸發(fā)酵的工藝控制-氧氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及其控制響及其控制v要求供氧充足的谷氨酸族氨基酸發(fā)酵：生物合成與TCA循環(huán)有關(guān)。v適宜在缺氧條件下進(jìn)行的亮氨酸、苯丙氨酸和纈氨酸發(fā)酵：菌體呼吸受阻時(shí)產(chǎn)量最大。v供氧不足時(shí)產(chǎn)酸受輕微影響的天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵谷氨酸生產(chǎn)工藝谷氨酸生產(chǎn)工藝v產(chǎn)生菌株特點(diǎn)：v革蘭氏陽(yáng)性v不形成芽胞v沒(méi)有鞭毛，不能運(yùn)動(dòng)v需要生物素作為生長(zhǎng)因子v在通氣條件下才能產(chǎn)生谷氨酸。谷氨酸生產(chǎn)工藝谷氨酸生產(chǎn)工藝v谷氨酸生物合成機(jī)理：v由三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生的a-酮戊二酸，在谷氨酸脫氫酶和氫供體存在下進(jìn)行還原性氨化作用而得到

21、。谷氨酸生產(chǎn)工藝谷氨酸生產(chǎn)工藝v一、淀粉水解糖的制備：酸水解或酶水解v1、調(diào)漿：干淀粉用水調(diào)成10-11Bx的淀粉乳，加鹽酸0.5-0.8至pH1.5。v2、糖化：蒸汽加熱，加壓糖化25min。冷卻至80下中和。v3、中和：燒堿中和，至pH4.0-5.0v4、脫色：活性炭脫色和脫色樹(shù)脂?；钚蕴坑昧繛?.6-0.8，在70度及酸性條件下攪拌后過(guò)濾。谷氨酸生產(chǎn)工藝谷氨酸生產(chǎn)工藝v酶法糖化：以大米或碎米為原料時(shí)采用v大米進(jìn)行浸泡磨漿，再調(diào)成15Bx，調(diào)pH6.0，加細(xì)菌a-淀粉酶進(jìn)行液化，85 30min，加糖化酶60 糖化24h，過(guò)濾后可供配制培養(yǎng)基。谷氨酸生產(chǎn)工藝谷氨酸生產(chǎn)工藝v糖蜜原料：不宜直

22、接用來(lái)作為谷氨酸發(fā)酵的碳源，因含豐富的生物素。v 預(yù)處理方法：活性碳或樹(shù)脂吸附法和亞硝酸法吸附或破壞生物素。也可以在發(fā)酵液中加入表面活性劑吐溫60或添加中青霉素。谷氨酸生產(chǎn)工藝谷氨酸生產(chǎn)工藝v二、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)v1、斜面培養(yǎng)：主要產(chǎn)生菌是棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬、節(jié)桿菌屬。v 我國(guó)各工廠目前使用的菌株主要是鈍齒棒桿菌和北京棒桿菌及各種誘變株。v 生長(zhǎng)特點(diǎn)：適用于糖質(zhì)原料，需氧，以生物素為生長(zhǎng)因子。v 斜面培養(yǎng)基：蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉組成的pH7.0-7.2瓊脂培養(yǎng)基，32培養(yǎng)18-24h。 谷氨酸生產(chǎn)工藝谷氨酸生產(chǎn)工藝v2、一級(jí)種子培養(yǎng)：由葡萄糖、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、硫酸鐵

23、及硫酸錳組成。pH6.5-6.8。1000ml裝200-250ml振蕩，32 培養(yǎng)12h。v3、二級(jí)種子培養(yǎng)：用種子罐培養(yǎng)，料液量為發(fā)酵罐投料體積的1，用水解糖代替葡萄糖，于32 進(jìn)行通氣攪拌7-10h。種子質(zhì)量要求：二級(jí)種子培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，無(wú)雜菌或噬菌體污染，菌體大小均一，呈單個(gè)或八字排列?；罹鷶?shù)為108-109 /ml。谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵v1、適應(yīng)期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。v 措施：接種量和發(fā)酵條件控制使期縮短。v2、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速下降。溶氧急劇下降后維持在一定水平。菌體濃度迅速增大，菌體形態(tài)為排列整齊的八字形。不產(chǎn)酸。1

24、2h。v 措施：及時(shí)供給菌體生長(zhǎng)必須的氮源及調(diào)節(jié)pH，在pH7.5-8.0時(shí)流加尿素；維持溫度30- 32谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵v3、菌體生長(zhǎng)停止期：谷氨酸合成。v 措施：提供必須的氨及pH維持在7.2-7.4。大量通氣，控制溫度34-37 。v4、發(fā)酵后期：菌體衰老，糖耗慢，殘?zhí)堑?。v 措施：營(yíng)養(yǎng)物耗盡酸濃度不增加時(shí)，及時(shí)放罐。v發(fā)酵周期一般為30h。谷氨酸發(fā)酵控制谷氨酸發(fā)酵控制v（1）生物素：作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA的輔酶，參與脂肪酸的生物合在，進(jìn)而影響磷酯的合成。v當(dāng)磷酯含量減少到正常時(shí)的一半左右時(shí)，細(xì)胞發(fā)生變形，谷氨酸能夠從胞內(nèi)滲出，積累于發(fā)酵液中。v生物素過(guò)量，

25、則發(fā)酵過(guò)程菌體大量繁殖，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸，你謝產(chǎn)物中乳酸和琥珀酸明顯增多。谷氨酸發(fā)酵控制谷氨酸發(fā)酵控制v（2）種齡和種量的控制v一級(jí)種子控制在11-12h，二級(jí)控制在7-8h。v種量為1。過(guò)多，菌體嬌嫩，不強(qiáng)壯，提前衰老自溶，后期產(chǎn)酸量不高。v（3）pH。v發(fā)酵前期，幼齡細(xì)胞對(duì)pH較敏感，pH過(guò)低，菌體生長(zhǎng)旺盛，營(yíng)養(yǎng)成分消耗大，轉(zhuǎn)入正常發(fā)酵慢，長(zhǎng)菌不長(zhǎng)酸。v谷氨酸脫氫酶最適pH為7.0-7.2，轉(zhuǎn)氨酶最適pH 7.2-7.4。在發(fā)酵中后期，保持pH不變。過(guò)高轉(zhuǎn)為谷氨酰胺，過(guò)低氨離子不足。谷氨酸發(fā)酵控制谷氨酸發(fā)酵控制v（4）通風(fēng)：不同種齡、種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐大小要求通風(fēng)量不同。v

26、在長(zhǎng)菌體階段，通風(fēng)量過(guò)大，生物素缺乏，抑制菌體生長(zhǎng)。v在發(fā)酵產(chǎn)酸階段，需要大量通風(fēng)供氧，以防過(guò)量生成乳酸和琥珀酸，但過(guò)大通風(fēng)，則大量積累a-酮戊二酸。v防止噬菌體和雜菌的污染v從空氣過(guò)濾、培養(yǎng)基、設(shè)備、環(huán)境等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)。谷氨酸發(fā)的提取谷氨酸發(fā)的提取1、等電點(diǎn)法：操作簡(jiǎn)單，收率60。周期長(zhǎng)，占地面積大。 2、離子交換法：用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂提取吸附谷氨酸形成的陽(yáng)離子，再用熱堿洗脫，收集相應(yīng)流分，再加鹽酸結(jié)晶。谷氨酸發(fā)酵研究新進(jìn)展谷氨酸發(fā)酵研究新進(jìn)展v繼續(xù)選育各種生化突變菌株：轉(zhuǎn)化率提高，或可在富含生物素的培養(yǎng)基中保持較高產(chǎn)酸水平。提高原料利用率，拓寬原料來(lái)源或簡(jiǎn)化操作工藝。v生物工程新技術(shù)的應(yīng)用：

27、體外DNA重組的基因工程和原生質(zhì)體融合技術(shù)和固定化細(xì)胞技術(shù)使產(chǎn)量提高近1倍。v改進(jìn)發(fā)酵工藝：開(kāi)拓原料，改進(jìn)流加工藝，通過(guò)電子計(jì)算機(jī)控制發(fā)酵條件。非糖質(zhì)原料的谷氨酸發(fā)酵非糖質(zhì)原料的谷氨酸發(fā)酵v醋酸發(fā)酵谷氨酸v 機(jī)理：醋酸形成乙酰CoA，再進(jìn)入TCA，因此凡能利用葡萄糖原料的菌種也可作為醋酸發(fā)酵谷氨酸的菌株。v以醋酸鈉或醋酸銨與醋酸的混合液為原料，且濃度不超過(guò)4。發(fā)酵過(guò)程中也需流加以保持pH。一一. .谷氨酸的檢測(cè)谷氨酸的檢測(cè)1.1.原理：原理：茚三酮溶液與氨基酸共熱，生成氨。氨與茚三酮和茚三酮溶液與氨基酸共熱，生成氨。氨與茚三酮和還原性茚三酮反應(yīng)，生成紫色化合物。該化合物顏還原性茚三酮反應(yīng)，生成

28、紫色化合物。該化合物顏色的深淺與氨基酸的含量成正比，可通過(guò)測(cè)定色的深淺與氨基酸的含量成正比，可通過(guò)測(cè)定570nm 570nm 處的光密度，測(cè)定氨基酸的含量。處的光密度，測(cè)定氨基酸的含量。谷氨酸檢測(cè)谷氨酸檢測(cè)一一. .谷氨酸的檢測(cè)谷氨酸的檢測(cè)2.2.試劑與材料（試劑與材料（1 1）標(biāo)準(zhǔn)氨基酸溶液：配制成）標(biāo)準(zhǔn)氨基酸溶液：配制成0.3mmol/L 0.3mmol/L 溶液。溶液。（2 2）pH5.4pH5.4，2mol/L 2mol/L 醋酸緩沖液：量取醋酸緩沖液：量取86mL 2mol/L 86mL 2mol/L 醋酸鈉溶液，加入醋酸鈉溶液，加入14mL 2mol/L14mL 2mol/L乙酸混

29、合而成。用乙酸混合而成。用pH pH 檢查校正。檢查校正。（3 3）茚三酮顯色液：稱(chēng)?。┸崛@色液：稱(chēng)取85mg 85mg 茚三酮和茚三酮和15mg 15mg 還原還原茚三酮，用茚三酮，用10mL 10mL 乙二醇甲醚溶解。乙二醇甲醚溶解。（4）60乙醇。乙醇。（5）樣品液：每毫升含）樣品液：每毫升含0.550g 氨基酸。氨基酸。（6）分光光度計(jì)。）分光光度計(jì)。（7）水浴鍋。）水浴鍋。產(chǎn)品的含量測(cè)定產(chǎn)品的含量測(cè)定一一. .谷氨酸的檢測(cè)谷氨酸的檢測(cè)3.3.操作步驟操作步驟標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的制作分別取分別取0.3mmol/L 0.3mmol/L 的標(biāo)準(zhǔn)氨基酸溶液的標(biāo)準(zhǔn)氨基酸溶液0 0，0.20.2，0.40.4，0.60.6，0.80.8，1.0mL 1.0mL 于試管中，用水補(bǔ)足至