氨基酸发酵工艺学要点

氨基酸发酵生产工艺1. 概括氨基酸在药品、食品、饲料、化工等行业中有重要应用。

氨基酸的制造始于1820年，蛋白质酸水解生产氨基酸，1850年化学合成氨基酸，1956年分别到谷氨酸棒状杆菌，日本采纳微生物发酵法工业化生产谷氨酸成功，1957年生产谷氨酸钠（味精）商业化，此后推进了氨基酸生产的大发展。

当前绝大部分应用发酵法或酶法生产，很少量为天然提取或化学合成法生产。

主要菌种有谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌、粘质赛式杆菌等，常常是生物素缺点型，也有些是氨基酸缺点型。

还有采纳基因工程菌进行生产的。

氨基酸的世界市场中，谷氨酸钠约占氨基酸总量的75％，其次为赖氨酸，占产量10％，其余约占15％。

外国谷氨酸采纳甘蔗糖蜜或淀粉水解糖为原料的强迫发酵工艺，产酸率13－15％，糖酸转变率 50－60％；国内采纳淀粉水解糖或甜菜糖蜜为原料生物素亚适当发酵工艺，产酸率10％，转变率60％。

菌种改进和新工艺开发，促使了中国氨基酸家产发展，应用于输液的18种氨基酸原料只有丝氨酸和色氨酸不可以工业化生产仍需入口外，其余16种均已投产，国产化80％以上。

2002年，全国氨基酸原料产品万吨，医药用总产量超出4200吨。

2002年氨基酸制剂近1亿支（片/瓶）。

氨基酸原料生产公司约20多家，制剂生产公司30多家。

甘氨酸3000多吨，赖氨酸及其盐酸盐约1000吨，天门冬氨酸、缬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸等几百吨。

谷氨酸钠的生产规模最大，居世界首位。

氨基酸生产工艺培育基制备水解淀粉、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烃等可作为碳源，取决于菌种和氨基酸种类和操作方式，常采纳水解淀粉糖、糖蜜。

氨盐、尿素、氨水等作为无机氮源，有机氮源有玉米浆、麸皮水解液、豆饼等。

有机氮源还可供给生物素等微生物生长因子的根源。

碳氮比关于氨基酸发酵特别重要，调理适合的碳氮比。

无机盐是发酵必要的，磷有很重要的影响。

主要发酵参数控制三级发酵进行生产，主要参数控制以下。

氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学是研究氨基酸生产过程中的发酵过程和工艺参数的科学。

氨基酸是生命体中重要的有机物质，广泛应用于医药、化工、食品等领域。

通过发酵工艺学的研究，可以优化氨基酸的生产工艺，提高产量和质量，降低生产成本。

氨基酸发酵工艺学主要包括微生物的选育与改良、发酵介质的配方和优化、发酵条件的控制等环节。

首先，通过选择适合生产目标氨基酸的微生物种类进行培养，并通过基因改造等手段提高其产酸能力和抗生素产量。

其次，合理配方发酵介质，提供微生物生长和代谢所需的营养物质，如碳源、氮源、无机盐等，并优化营养物质浓度和比例，以提高产酸效率。

同时，还需要注意控制介质的pH值、温度和氧气供应等因素，以最大程度地促进微生物生长和酸产量。

此外，还需要加入抗泡剂、抗生素等辅助物质，防止发酵过程中的杂菌污染。

在发酵过程中，通过监测微生物生长曲线、消耗和产酸速率等指标来了解反应的进程和微生物代谢状态。

根据这些数据，可以调整前述的工艺参数，如发酵温度、密度、通气量、搅拌速度等，以提高产酸效率和酸产量。

在工艺的最后阶段，通过优化酸的提取、纯化和结晶工艺，以获得高纯度的氨基酸产品。

随着生物技术的发展，氨基酸发酵工艺学还涉及到基因工程、酶工程等新技术的应用。

通过选择、改造和优化微生物的代谢途径和酶系统，可以进一步提高氨基酸的产酸效率和产量，同时降低废水和废料的排放。

总之，氨基酸发酵工艺学是一门综合知识学科，涉及到微生物学、生化学、工程学等多个领域的知识。

通过深入研究和应用，可以不断改进氨基酸生产工艺，满足市场需求，推动氨基酸产业的发展。

氨基酸发酵工艺学是一门涉及微生物学、生化学、生物工程学等多学科的综合学科，旨在通过研究发酵过程和优化工艺参数，提高氨基酸的产量和质量，降低生产成本，促进氨基酸产业的发展。

在氨基酸发酵工艺学中，微生物的选育与改良是一个重要的环节。

微生物是氨基酸发酵的生产工具，不同的微生物对于氨基酸的产量和产物特性有着不同的影响。

氨基酸工艺学以上两幅图需要了解，有助于谷氨酸发酵的复习。

氨基酸发酵的代谢控制方式：（1）菌种的代谢调；（2）.控制发酵条件；（3）控制细胞的渗透性；（4）控制旁路代谢；（5）控制反馈作用物的浓度；（6）消除终产物的反馈抑制和阻遏作用；（7）促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成。

谷氨酸的生物合成途径（葡萄糖对谷氨酸转化率）糖经EMP途径和HMP途径生成丙酮酸；丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA；丙酮酸经CO2固定途径生成草酰乙酸，两者形成柠檬酸进入TCA循环；TCA循环中间产物α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶的作用下，还原氨基化合成谷氨酸。

CO2固定途径：C6H12O6 + NH3 +1.5 O2 C5H9O4N + CO2 + 3 H2O1摩尔葡萄糖可以生成1摩尔的谷氨酸。

理论收率为81.7%（最高）。

乙醛酸循环途径：DCA途径发酵谷氨酸，糖的转化率大大降低6乙酰CoA + 2 NH3 + 3O2 2 C5H9O4N + 2 CO2 + 6 H2O理论转化率仅为54.4%（最低）。

所以实际转化率：在54.4%~81.7%之间。

现有葡萄糖生产主要是四个属：短杆菌属（短杆菌科），棒杆菌属、小杆菌属、节杆菌属（棒杆菌科）现有谷氨酸生产菌的主要特征：（说出特征并解释为什么有这种特征）1、细胞形态为球形，棒形以至短杆2、G+无芽孢，无鞭毛，不能运动3、都是需氧型微生物4、都是生物素缺陷型5、腺酶强阳性6、不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白及明胶等7、发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞渗透性的变化8、、二氧化碳固定酶系活力强9、异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱10、a-酮戊二酸能力缺失或微弱11、还原性辅酶Ⅱ进入呼吸链能力弱12、柠檬酸合成酶、乌头羧酶，异柠檬酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力强13、能利用醋酸，不能利用石蜡14、具有向环境中泄露谷氨酸的能力15、不分解利用谷氨酸，并能耐高浓度谷氨酸，产生谷氨酸5%以上生物素：对代谢调节与能荷的调节是不同额，能荷是对糖代谢流的调节，而生物素能够促进糖的EMP、HMP、TCA循环生物素结构式谷氨酸产生菌因环境条件的发酵转化控制发酵因子发酵转换氧不足时生成乳酸或琥珀酸；过量时生成α-酮戊二酸；适量则合成谷氨酸生物素充足时生成乳酸或琥珀酸；限量条件下即亚适量时则合成谷氨酸铵离子不足时合成α-酮戊二酸；过量时生成谷氨酰胺；适量时合成谷氨酸PH 酸性条件下：N-乙酰谷胺酰胺；中性或微碱性条件下：谷氨酸磷高浓度时：缬氨酸；适量时：谷氨酸谷氨酸的发酵控制发酵培养基：需要大量C、N源，控制生物素（1）碳源淀粉水解糖要求：目前国内谷氨酸发酵糖浓度为（125~150g/L）（2）氮源作用：1.合成菌体Pro、核酸等合成物质；2.一部分用于调节PH。

氨基酸工艺学氨基酸工艺学是研究氨基酸的生产和应用的一门学科。

氨基酸是构成蛋白质的基本组成单元，对人体的生理功能起着重要的作用，同时也被广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。

氨基酸工艺学的研究旨在提高氨基酸的生产效率和质量，以满足不同领域对氨基酸的需求。

氨基酸的生产工艺主要包括发酵法和合成法。

发酵法是指利用微生物如大肠杆菌、酵母等在发酵过程中生产氨基酸。

这种方法具有成本低、环境友好等优点，因此被广泛应用于工业生产。

合成法则是通过化学合成的方法来生产氨基酸。

这种方法虽然成本较高，但可以生产更高纯度的氨基酸。

氨基酸工艺学的研究不仅关注氨基酸的生产方法，还关注产品的提纯、分离和应用。

提纯和分离的方法包括离子交换、层析、蒸馏等。

这些方法可以有效去除产物中的杂质，提高产物的纯度和质量。

应用方面，氨基酸可以用于制备肉制品、保健品、营养品等。

此外，氨基酸还可以作为工业原料，用于生产植物肥料、染料等。

氨基酸工艺学的研究对于提高产物质量和减少生产成本具有重要意义。

科学家们通过改进发酵条件、筛选优良的菌株、优化工艺流程等方式，不断提高氨基酸的产量和纯度。

此外，研究人员还探索新的氨基酸应用领域，拓宽氨基酸产业链，提高氨基酸的经济和社会效益。

在未来，氨基酸工艺学的研究将继续深入发展。

随着生物技术和合成化学的不断进步，氨基酸的生产效率和品质将进一步提高。

同时，对于氨基酸的应用领域将会不断拓展，为人类的健康和可持续发展做出更大的贡献。

氨基酸是生命体内构成蛋白质的基本组成单元，它们不仅在人体内发挥着重要的生理功能，还被广泛应用于食品、医药、化妆品等产业领域。

因此，对氨基酸工艺学的研究已经成为当前生物工程和化学工程领域的热点之一。

氨基酸的生产工艺主要有发酵法和合成法两种。

发酵法是利用特定的微生物进行发酵生产氨基酸。

常用的发酵微生物有大肠杆菌、酵母菌和放线菌等。

通过发酵工艺，可以将廉价的原料如糖、淀粉等转化为高价值的氨基酸。

相对于合成法，发酵法具有成本低、产品质量好、环境友好等优点，因此得到了广泛应用。

氨基酸发酵工艺学要点2淀粉生产的流程原料→清理→浸泡→粗碎→胚的分离→磨碎→分离纤维→分离蛋白质→清洗→离心分离→干燥→淀粉13在谷氨酸发酵中如何控制细胞膜渗透性。

①生物素亚适量②添加表面活性剂、高级饱和脂肪酸或青霉素③选育温度敏感突变株、油酸缺陷型或甘油缺陷型突变株15谷氨酸生产菌的育种思路（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16现有谷氨酸生产菌主要有哪四个菌属。

棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属中的细菌17谷氨酸发酵生产菌的主要生化特点。

现有谷氨酸生产菌的主要特征:（1）细胞形态短杆形、棒形；（2）革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢，不能运动；（3）需氧型微生物；（4）生物素缺陷型；（5）脲酶强阳性；（6）不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；（7）发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变；（8）二氧化碳固定反应酶系强；（9）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱；（10）α-酮戊二酸氧化能力微弱；（11）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活性强；（12）具有向环境泄露谷氨酸的能力；（13）不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，产谷氨酸8%以上；(14)还原性辅酶II进入呼吸链能力弱（15）利用醋酸不能利用石蜡22氨基酸生产菌菌种的来源有哪些。

（1）向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株。

（2）由自然界采集样品，如土壤、水、动植物体等，从中进行分离筛选。

（3）从一些发酵制品中分离目的菌株。

27谷氨酸发酵培养基包括哪些主要营养成分。

碳源谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖。

谷氨酸产量随糖浓度的增加而增加氮源无机氮源: (1)尿素(2) 液氨(3)氨水有机氮源:主要是蛋白质、胨、氨基酸等。

谷氨酸发酵的有机氮源常用玉米浆、麸皮水解液、豆饼水解液和糖蜜等。

各种氨基酸的生产工艺1、谷氨酸(1)等电离交工艺方法——从发酵液中提取谷氨酸，即将谷氨酸发酵液降温并用硫酸调PH值至谷氨酸等电点(pH3.0-3.2),温度降到10以下沉淀，离心分离谷氨酸，再将上清液用硫酸调pH至1.5上732强酸性阳离子交换树脂，用氨水调上清液pH10进行洗脱，洗脱下来的高流分再用硫酸调PH1.0返回等电车间加入发酵液进行等电提取，离交车间的上柱后的上清液及洗柱水送去环保车间进行废水处理。

该工艺方法的缺点是：废水量大,治理成本高,酸碱用量大。

(2)连续等电工艺——将谷氨酸发酵液适当浓缩后控制40℃左右,连续加入有晶种的等电罐中，同时加入硫酸，控制等电罐中PH值维持在3.2左右，温度40℃进行结晶。

该工艺方法废的优点是：水量相对较少；缺点是：氨酸提取率及产品质量较差。

(3)发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺——谷氨酸发酵液经灭菌后进入超滤膜进行超滤，澄清的谷氨酸发酵液在第一调酸罐中被调整pH值为3.20〜3.25,然后进入常温的等电点连续蒸发降温结晶装置进行结晶,分离、洗涤,得到谷氨酸晶体和母液,将一部分母液进入脱盐装置,脱盐后的谷氨酸母液一部分与超滤后澄清的谷氨酸发酵液合并；另一部分在第二调酸罐中被调整pH值至4.5〜7,蒸发、浓缩、再在第三调酸罐中调pH值至3.20〜3.25 后,进入低温的等电点连续蒸发降温结晶装置,使母液中的谷氨酸充分结晶出来,低温的等电点连续蒸发降温结晶装置排出的晶浆被分离、洗涤,得到谷氨酸晶体和二次母液。

(4)水解等电点法发酵液--- 浓缩(78.9kPa,0.15MPa蒸汽)——盐酸水解(130 ℃, 4h ) ——过滤 ---- 滤液脱色——浓缩——中和，调pH至3.0-3.2(NaOH或发酵液)——低温放置，析晶谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省(5)低温等电点法发酵液--- 边冷却边加硫酸调节pH4.0-4.5 --- 加晶种，育晶2h --- 边冷却边加硫酸调至pH3.0-3.2 ---- 冷却降温 ---- 搅拌16h ------ 4 ℃ 静置4h ---- 离心分离------ 谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省(6)直接常温等电点法发酵液加硫酸调节pH4.0-4.5 -------- 育晶2-4h --- 加硫酸调至pH3.5-3.8 ---- 育晶2h ---- 加硫酸调至pH3.0-3.2 -----育晶2h ----- 冷却降温------ 搅拌16-20h ----- 沉淀2-4h ----- 谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、操作容易、生产周期短、酸碱用量省。

1. 氨基酸的性质：物理性质：由于组成蛋白质的氨基酸大部分是具有不对称碳原子的α-氨基酸及其衍生物，因而具有某些物理共性：属光学活性物质，有旋光性，大多数是L-型。

（1）晶形和熔点：α-氨基酸都是无色的结晶体，各有特殊的结晶形状，熔点都很高，一般在200-300℃之间。

（2）溶解度：各种氨基酸均能溶于水，其水溶液都是无色的。

（3）旋光性：除甘氨酸外，所有天然氨基酸都具有旋光性。

化学性质：氨基酸的化学性质与其分子的特殊功能基团，如羧基、氨基和侧链的R基团（羟基、酰胺基、羧基、碱基等）有关。

1 、作为谷氨酸发酵工业原料的水解糖液，必须具备以下条件:(1) 糖液中还原糖的含量要达到发酵用糖浓度的要求。

(2) 糖液洁净，是杏黄色或黄绿色，有一定的透光度。

水解糖液的透光度在一定程度上反映了糖液质量的高低。

透光度低，常常是由于淀粉水解过程中发生的葡萄糖复合反应程度高，产生的色素等杂质多，或者由于糖液中的脱色条件控制不当所致。

(3) 糖液中不含糊精。

糊精并不能被谷氨酸菌利用，它的存在使发酵过程泡沫增多，易于逃料，发酵难以控制，也容易引起杂菌污染。

(4) 糖液不能变质。

这就要求水解糖液的放置时间不宜太长，以免长菌、发酵而降低糖液的营养成分或产生其他的抑制物，一般现做现用。

2、淀粉水解方法及其优缺点:1）、酸解法又称酸糖化法。

它是以酸(无机酸或有机酸)为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。

（1）工艺流程：淀粉、水、盐酸→调浆→进料→水解→冷却、中和→脱色→过滤→糖化液（2）工艺特点：高温、高压；糖化时间短；副产物多、糖化收率低。

优点：用酸解法生产葡萄糖，具有生产方便、设备要求简单、水解时间短、设备生产能力大等优点。

缺点：水解作用是在高温、高压及一定酸度条件下进行的，因此，酸解法要求有耐腐蚀、耐高温、耐高压的设备。

淀粉在酸水解过程中研发生的化学变化是很复杂的，除了淀粉的水解反应外，尚有副反应的发生，这将造成葡萄糖的损失而使淀粉的转化率降低。