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第二章氨基酸类药物第二节氨基酸的生产方法掌握直接发酵生产氨基酸的操作要点；通过赖氨酸发酵生产的工艺过程，熟悉赖氨酸的发酵生产和产品的分离纯化工艺过程教学基本内容：2.2 直接发酵法2.2.1 直接发酵法的原理工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。
初生氨基酸：微生物通过固氮作用、硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。
次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸。
大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。
有些氨基酸可以以有机化合物和氨盐为前体，在相应酶作用下而产生。
发酵法中氨基酸的碳链主要来自糖代谢中间产物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸、赤藓糖-4-磷酸、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸、3-磷酸甘油酸及分枝酸等。
2.2.2 直接发酵法分类按照生产菌株的特性，直接发酵法可分为5类：1. 使用野生型菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸的发酵生产；2. 使用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如赖氨酸（高丝氨酸缺陷）、亮氨酸（苯丙氨酸缺陷）等；3. 由氨基酸结构类似物抗性突变株生产氨基酸，如赖氨酸（S-（2-氨基乙酸）-L-半胱氨酸（AEC）等；4. 使用营养缺陷型兼抗性突变株生产氨基酸，如高丝氨酸（蛋氨酸、赖氨酸缺陷，α-氨基-β-羟基戊酸AHV抗性）等；5. 以氨基酸的中间产物为原料，用微生物将其转化为相应的氨基酸，这一方法主要用于很难避开其反馈调节机制，而难以用直接发酵法生产的氨基酸。
如现已成功地用邻氨基苯甲酸作为前体物生产L-色氨酸，用甘氨酸作为前体工业化生产L-丝氨酸。
发酵法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制与灭菌处理，菌种诱变与选育，菌种培养、灭菌及接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。
中科院科技成果——微生物直接发酵法生产L-丝氨酸
项目简介
L-丝氨酸（L-Serine，L-Ser）作为一种组成蛋白的基本氨基酸广泛应用于医药、食品、化妆品等行业。
此外，以L-Ser为原料还可以合成具有抗癌、抗艾滋、调节人体神经系统等不同效用的药物20余种。
目前L-Ser的全球市场需求量为10000吨/年以上，市场潜力巨大。
但与不断增大的L-Ser市场需求相比，L-Ser的生产技术较为落后。
目前，L-Ser的工业生产方法主要有蛋白水解法、化学合成法和酶转化法等，其中蛋白水解法存在工艺复杂、分离精制困难等缺点；化学合成法存在污染重、成本高、D-Ser与L-Ser分离困难等缺点；酶转化法存在转化率过低、前体物昂贵等难题。
因此尽快开发污染小、成本低、效率高的微生物直接发酵法生产L-Ser，显得极为重要。
中科院上海高等研究院生物炼制实验室经过近些年的研究积累，在微生物直接发酵法生产L-Ser关键技术上取得了重大突破，主要成果有：（1）通过分子改造大肠杆菌合成L-Ser的代谢途径，构建了L-Ser 的基因工程菌；（2）对该基因工程菌进行发酵培养基及发酵条件的优化；最终在发酵约40h后，L-Ser的产量达到30g/L以上，可用于工业化生产。
该项目具有自主知识产权。
L-丝氨酸酶法生产工艺放大试验培训1. 引言L-丝氨酸酶是一种重要的酶类生物催化剂，广泛应用于生物医药、食品和农业等领域。
为了满足市场需求，生产工艺的放大试验至关重要。
本文档将介绍L-丝氨酸酶法生产工艺放大试验的培训内容。
2. 培训目标本次培训的目标是使学员了解L-丝氨酸酶法生产工艺放大试验的基本流程和操作技巧，掌握关键参数的控制方法，并能独立进行生产工艺的放大试验。
3. 培训内容3.1 生产工艺概述•L-丝氨酸酶法生产工艺的原理及应用场景•生产工艺的基本流程•生产设备和工艺容器的选择3.2 培养基配方与制备•培养基的组成和配方设计•培养基的制备步骤和注意事项•培养基的消毒方法3.3 菌株的培养和维护•菌株的选取和存储•菌株的预处理和激活方法•菌株的传代和维护技巧3.4 发酵工艺控制•发酵罐的选择和配套设备•发酵基本参数的控制方法•发酵过程中的常见问题及解决方法3.5 产酶条件优化•酶的最适生长条件调查•酶的产量和活性测定方法•产酶条件的优化策略3.6 产品分离和纯化•酶的分离和提取方法•酶的纯化和浓缩技术•酶的稳定性和储存方法3.7 工艺放大实验设计与数据分析•工艺放大实验的设计原则和步骤•实验数据的收集和记录•数据分析和结果解读4. 培训方式本次培训将采用理论授课与实验操作相结合的方式进行。
学员将通过讲解、案例分析和实际操作等环节，全面了解L-丝氨酸酶法生产工艺放大试验的相关知识和技能。
5. 培训时间与地点•培训时间：预计为期5天，具体时间根据实际情况确定。
•培训地点：公司培训中心（地址待定）6. 培训要求•学员需具备一定的生物工程、微生物学和发酵工程基础知识。
•学员需参与培训的全部内容，并通过培训考核。
7. 培训考核培训期末将进行理论与操作两部分的考核，通过综合评估确定学员的培训成绩。
成绩合格者将颁发培训结业证书。
8. 结束语L-丝氨酸酶法生产工艺放大试验的培训对于提高生产工艺的能力和水平具有重要意义。
中 国 药 科 大 学 学 报Journa l of China Pharmaceutical University 2000,31(2):135～138酶法合成L-丝氨酸及反应液中氨基酸的分离孙 进 吴梧桐 吴 震1 高剑光1(中国药科大学微生物学教研室,南京210009)摘 要 含g ly A的基因工程菌所表达的SHM T可催化甲醛和甘氨酸特异地合成L-丝氨酸。
对酶法合成的部分条件进行了优化,并根据甲醛滴定的原理,确定了通过检测p H变化控制甲醛流加速度的方案,最终的反应液中L-丝氨酸浓度达0.2mo l/L。
反应结束后的酶反应液中同时含有甘氨酸和丝氨酸,利用国产717树脂获得较为理想的分离效果,丝氨酸的收率达77%,高效液相分析表明其中不含甘氨酸等杂质。
关键词 酶法合成;L-丝氨酸;甲醛;717树脂;分离 L-丝氨酸(L-Ser)在医药、化工、化妆品工业上有广泛的用途,它的生产方法有丝胶水解法、前体发酵法、化学合成法和酶法。
其中酶法系利用丝氨酸羟甲基转移酶(serine hydrom ethyltransferase, SHM T,EC.2.1.2.1)催化甲醛和甘氨酸(Gly)可逆地合成L-Ser,反应过程中SHM T需PLP和四氢叶酸(T HFA)作为其辅因子。
由于主要原料来源广泛、价格低廉,并可合成高浓度的产物,因此该法是目前最有应用前景的L-丝氨酸生产方法。
本文利用自行构建的含gly A的基因工程菌所表达的SHM T,对酶法合成L-丝氨酸的反应条件作了进一步优化。
反应结束后的酶反应液中含有甘氨酸和L-丝氨酸,由于这两种氨基酸等电点相近(pI G ly= 5.96, pI Ser= 5.69)、溶解度在L-丝氨酸稳定的温度范围内相差不大,所以两者的分离较一般的两种中性氨基酸分离要困难得多[1],我们利用国产717树脂研究了分离条件。
1 材 料1.1 菌种和培养基含g ly A的基因工程菌,中国药科大学微生物学教研室构建[2];LB培养基。
丝氨酸调研报告目录丝氨酸调研报告 (1)1 概述 (5)2 理化性质 (6)3 用途 (6)3.1 在医药方面的应用 (7)3.2 抗衰老的作用 (7)3.3. 医药原料 (8)3.4 食品 (8)3.5 饲料 (8)4 国家标准 (8)5 生产方法 (9)5.1 蛋白质水解法 (10)5.2 发酵法 (11)5.2. 1 添加前体的发酵法 (11)5.2. 2 采用甲基营养型由甘氨酸生产L- 丝氨酸 (11)5.3 化学合成法 (11)5.4 酶法制备L- 丝氨酸 (12)6 丝氨酸的生产原料构成 (13)7市场情况 (13)7.1国内市场情况 (13)（1）产能 (14)（2）行业企业发展情况 (15)（3）国内市场消费和需求情况 (16)（4）国外市场消费和需求情况 (17)（5）丝氨酸产品国内市场份额 (18)8 国内丝氨酸生产企业概况 (18)8.1 八峰药化股份有限公司 (18)9丝氨酸行业在建、拟建项目统计 (19)摘要丝氨酸作为一种重要的氨基酸, 最初是从丝胶的硫酸水解液中分离得到的, 目前被广泛用于食品、医药及化妆品中。
Jav itt的研究表明, D-丝氨酸能够作为一种辅助药物有效地改善精神分裂症患者的阳性症状、阴性症状和认知障碍。
此外, 丝氨酸也是第三代氨基酸输液的主要成分。
随着人们对丝氨酸认识的不断深入, 丝氨酸的应用范围不断增大, 用量逐年增加。
同时, 丝氨酸是世界氨基酸生产中工业化生产难度最大的氨基酸之一, 其生产工艺的开发倍受关注。
国家经济与信息化委员会将其列入 外商投资产业指导目录中, 鼓励投资生产。
1 丝氨酸生产工艺丝氨酸的合成途径主要有发酵法、酶法、蛋白质水解提取法和化学合成法。
蛋白质水解法得到的氨基酸通常为混合氨基酸，还需要进一步分离精制，难于用于工业化生产。
发酵法操作简单，但对设备要求较高，且生产周期长，收率低。
酶法制备L-丝氨酸具有收率高、成本低、生产周期短、能源消耗少等优点，有广阔的应用前景。
丝氨醇（L-Serine）是一种重要的非必需氨基酸，具有多种生物学功能。
在工业上，丝氨醇的合成主要采用以下几种方法：1. 生物合成法：以甘氨酸和甲醇为原料，通过羟甲基转移酶（HMT）催化合成L-丝氨酸。
这种方法具有环保、条件温和、副产物少等优点，但反应速度较慢，催化剂活性不易控制。
2. 化学合成法：以丙烯酸甲酯为原料，通过多步反应合成丝氨酸。
首先，丙烯酸甲酯经过氢化反应得到甲酸甲酯，然后甲酸甲酯与氨气反应生成甲酰胺，最后甲酰胺经过水解、酸化等步骤得到丝氨酸。
这种方法反应速度快，但需要多步反应，且部分步骤可能产生副产物。
3. 化学酶法：将化学合成法与生物合成法相结合，利用酶催化特定的化学反应，提高合成效率。
例如，利用醇脱氢酶催化醇的脱氢反应，再通过其他化学反应步骤得到丝氨酸。
这种方法可以在较温和的条件下进行，具有环保和高效等优点。
4. 重组酶法：利用基因工程技术，构建一种能催化特定反应的酶，从而实现丝氨酸的合成。
这种方法具有高度专一性，可以在较温和的条件下进行，且副产物较少。
但需要通过基因工程操作，技术要求较高。
5. 直接发酵法：利用微生物直接发酵生产丝氨酸。
通过筛选和改造具有高产丝氨酸能力的微生物，优化发酵条件，提高丝氨酸产量。
这种方法具有环保、成本较低等优点，但发酵过程需要严格控制条件，且产量受到微生物性能的限制。
6. 萃取法：从天然蛋白质水解物中提取丝氨酸。
通过将蛋白质水解成氨基酸，然后利用丝氨酸与其他氨基酸的溶解度差异，通过萃取、结晶等步骤分离得到丝氨酸。
这种方法适用于资源丰富、对纯度要求不高的场合，但提取效率较低，可能存在杂质问题。
综合上述方法，可以根据实际需求、资源和技术条件选择合适的丝氨酸合成工艺。
在工业生产中，为了提高丝氨酸的产量和质量，可能需要将多种方法相互结合，实现优化生产。
