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L-赖氨酸的生产工艺研究摘要: 赖氨酸是人和动物营养的9种必需氨基酸之一，并且广泛应用于医药、食品和饲料等领域。
目前生产赖氨酸最主要的方法是微生物发酵法。
本文从赖氨酸的生产现状、生产方法，发酵过程中的代谢调控以及赖氨酸生产菌种的选育和生产赖氨酸的前景展望这几个方面综述了赖氨酸生产工艺的研究进展。
关键词: 赖氨酸；发酵；离子交换；菌种；超滤Abstract: As one of the essential amino acids for human beings andanimals, Lysine is widely used in many fields such as pharmaceutical ,food and forage. At present, the fermentation is the frequently usedmethod of Lysine production . This artic stated the research evolutionfocused on the aspects of production situation,production method,metabolic control and regulation and prospect of Lysine. Keywords: Lysine; fermentation; ion exchange; strain; ultrafiltration目录前言 (2)1 赖氨酸生产现状 (2)2 赖氨酸工业生产方法概述 (3)2.1 合成法 (3)2 .3 酶法 (3)2 .4 发酵法 (3)3 发酵法生产赖氨酸工业技术 (4)3.1 生产菌种 (4)3.2 发酵 (5)3.3 提取 (5)3.4 浓缩和结晶 (6)4 微生物生产赖氨酸的前景展望 (6)[参考文献] (7)前言赖氨酸(Lysine) 的化学名称为2，6-二氨基己酸，有L-型(左旋)、D-型(右旋)和DL 型(消旋)三种旋学异构体。
年产1000万吨赖氨酸发酵工艺设计段成茜【摘要】Lysine was one of the essential amino acids, which was significantly applied to food, medicine and feedstuff. The fermentation process was a simple and short production cycle, so it was used to the fermentation process design for lysine. By the technology of the material balance and energy balance, a higher yield and purity of lysine can be obtained through the production process.%赖氨酸作为人体必须氨基酸之一，在食品工业、医药工业和饲料工业上有着广泛的应用。
由于发酵法工艺简单，生产周期短，本文选择以发酵法进行赖氨酸的工艺设计。
针对该工艺进行了物料衡算和热量衡算，经过该工艺生产工艺设计可以得到较高产率和纯度的赖氨酸。
【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)021【总页数】3页(P174-176)【关键词】赖氨酸;发酵;物料衡算;热量衡算【作者】段成茜【作者单位】宁夏医科大学高等卫生职业技术学院，宁夏银川 750004【正文语种】中文【中图分类】TQ021.9赖氨酸化学学名2，6－二氨基己酸，化学结构简式为H2N(CH2)4CH(NH2)COOH，它是构成蛋白质的基本单元，也是组成人体蛋白质的21 种氨基酸之一。
赖氨酸分为D 型及L型，其中具有生物活性的是L 型赖氨酸(L－赖氨酸)。
L－赖氨酸是人体必须的八大氨基酸中最重要的一种氨基酸，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用，在人和动物的生长过程中是无可替代的，而其在人和动物体内又不能自身合成，必须由体外供给，如缺乏会产生蛋白质代谢障碍和机能障碍。
发酵⽣产l－赖氨酸的⽅法专利名称发酵⽣产l－赖氨酸的⽅法专利名称技术领域本发明涉及微⽣物⼯业，特别是涉及经发酵⽣产L-赖氨酸的⽅法，⽤于该⽣产⽅法中技术领域的DNA和微⽣物。
背景技术在以前的领域中，当L-赖氨酸⽤发酵法⽣产时，为了提⾼产率，使⽤从⾃然环境中分离的微⽣物菌株或⽤由此微⽣物菌株得到的⼈⼯突变株。
已知的⽣产L-赖氨酸的⼈⼯突变株有很多。
其中的⼤多数是S-2-氨⼄基半胱氨酸(AEC)抗性突变株，并且属于短杆菌属，棒杆菌属，芽孢杆菌属，埃希⽒菌属或沙雷⽒菌属。
进⽽，已公开了多种技术⽤于提⾼氨基酸产量。
例如，利⽤重组DNA转化⼦(美国专利No.4,278,765)。
例如，属于沙雷⽒菌属的细菌被⼴泛⽤于⽣产不同种类的氨基酸，如L-脯氨酸，L-组氨酸，L-精氨酸，L-苏氨酸，L-缬氨酸和L-异亮氨酸并且作为氨基酸⽣产菌，正如Kodangha Scientific 1986年出版的“应⽤分⼦遗传学”中所述，沙雷⽒菌在不同的(ISBN4-06-139659-5)和学会中⼼1986出版的“氨基酸发酵”(ISBN4-7622-9454-3)中所述，沙雷⽒菌在不同的⽅⾯有着杰出的特性。
⽤属于沙雷代菌属的细菌⽣产不同的氨基酸已有报道。
根据⼀个报导(特公昭51-9393(1976))，其报导了⼀种L-赖氨酸多产菌，其产率(⽤产⽣的L-赖氨酸盐酸盐的浓度除以初始的碳源浓度⽽得到的值)经计算为5.4％。
粘质沙雷⽒菌，沙雷⽒菌属的⼀个代表菌株，其在基因结构及基因表达和调控机制上同埃希⽒杆菌属的细菌相似，并且适⽤于埃希⽒杆菌属细菌的重组DNA克隆载体可⽤于沙雷⽒菌属细菌(特开平2-27980(1990)和5-10076(1993))。
另外，⼆氢吡啶⼆羧酸合酶(DDPS)是⼀种⽤于脱⽔并缩合天冬氨酸半醛和丙酮酸以合成⼆氢吡啶⼆羧酸的酶。
该反应位于进⼊分枝反应的⼊⼝处，该分枝继续天冬氨酸家族氨基酸的⽣物合成中L-赖氨酸⽣物合成系统。
赖氨酸生产工艺流程
赖氨酸是一种重要的生物活性物质，广泛应用于医药、食品、化工等领域。
下面介绍赖氨酸的生产工艺流程。
赖氨酸的生产一般通过微生物发酵的方式进行，主要使用大肠杆菌和突变株进行生产。
首先，选取高产菌株进行培养，如大肠杆菌，通过体内培养或者体外培养的方式得到大量细胞。
接下来，将培养得到的菌液进行初步处理和净化。
首先，将菌液经过压滤、离心等手段将细胞与培养基分离开。
然后，用缓冲液洗涤菌体，去除一部分菌体中的细胞外的可溶菌体，以减少后续步骤中的废物和杂质。
然后，通过加热、酸化等处理方式，将细胞破碎，使得赖氨酸释放出来，形成菌液中的游离赖氨酸。
接下来，将菌液进行浓缩和沉淀，使用膜过滤等技术将水分和其他溶质去除，使得赖氨酸浓度增加。
随后，对浓缩的菌液进行纯化处理。
一般采用离子交换层析、凝胶过滤等技术，将杂质和其他成分从赖氨酸中分离出来，得到相对纯净的赖氨酸。
最后，通过浓缩、晶体化、洗涤和干燥等步骤，得到形状规整的赖氨酸晶体。
晶体化的目的是提高赖氨酸的纯度和稳定性，
便于后续的包装和使用。
总的来说，赖氨酸的生产工艺流程主要包括菌液培养、初步处理和净化、细胞破碎、菌液浓缩和沉淀、纯化处理、晶体化等步骤。
在每个步骤中，都需要严格控制温度、压力、pH值等参数，以保证赖氨酸的产量和质量。
同时，还需要注意废物处理和安全生产等问题，以确保生产环节的安全和可持续发展。
：糖化车间工艺流程1；根据生产量投放玉米淀粉，1.8吨玉米淀粉能产出1吨赖氨酸，玉米淀粉溶解温水4 0度左右通过调浆PH值5.6-5.8左右，升温至105-110度，液化过程需要加入酶制剂，起催化和化学反应作用，4个成流罐，一个成流罐液化需要半小时。
2；液化工序完成后，到糖化罐需要30个小时，调节PH值4.2，温度在60度左右，转化到葡萄糖溶液稀释浓糖30%，在通过过滤去除杂质，得到50%浓糖。
1；菌种室提供一级种子，到种子罐进行培养，适宜温度37度，需要24-26小时，之后成为二级种子，需要连续灭菌。
2；发酵配料，加入镁，碳源C,钾，磷，玉米浆，水，糖蜜，氮，经过连续灭菌进入发酵罐培养，需要44-50小时，发酵培养需要有碳源（50%浓糖），氮源（液氨.硫酸铵），液氨调节PH值6.8左右。
一吨赖氨酸需要1.66吨纯浓糖，一吨赖氨酸需要硫酸氨（0.34-0.35）吨。
3：发酵车间有3个种子罐，每个种子罐40m³，发酵罐3个，每个350m³，加硫酸铵有2个罐，泡敌罐2个，泡沫罐主要调泡沫，清除泡沫。
58%浓糖储藏罐2个，每个储藏罐60m³，4：发酵连消，流量每小时60m³，连消罐8.8m³/个，温度在127度，发酵连消补加N,C（硫酸铵，浓糖）可以合用一个连消系统，并不干扰，种子连消器1个，温度需要127度，流量17m³/小时赖氨酸发酵液出来温度37度，通过升温至（60-70）度灭菌，还需要通过三效浓缩一：赖氨酸生产原料组成1：玉米淀粉; 主要是提供C元素和能量元素，是制作葡萄糖的主要原料，公司生产一吨赖氨酸需要1.8吨玉米淀粉。
2：硫酸氨；主要是提供氮元素，碳元素及能量元素，含氮需要在21%公司目前使用包钢集团硫酸氨。
3：液氨；分子式NH3 含氮量82。
35% 主要是调节PH值。
4：玉米浆；含有氮元素，玉米浆里面含有一定生长因素。
5：糖蜜；含有甜菜缄，维生素及氮元素。
第1篇一、实验目的1. 了解赖氨酸的生物学特性及其在食品、医药和饲料工业中的应用。
2. 掌握赖氨酸发酵生产的基本原理和实验操作技术。
3. 通过实验，验证赖氨酸发酵生产的效果，并对发酵条件进行优化。
二、实验原理赖氨酸（L-赖氨酸）是一种必需氨基酸，对人体的生长发育、免疫功能、神经系统等具有重要作用。
赖氨酸在自然界中广泛存在，但以发酵法生产为主。
发酵法生产赖氨酸主要采用微生物发酵技术，利用微生物的代谢途径将原料转化为赖氨酸。
本实验采用谷氨酸棒杆菌为发酵菌种，以葡萄糖为碳源，进行赖氨酸发酵生产实验。
通过优化发酵条件，提高赖氨酸的产量和发酵效率。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）- 葡萄糖- 硫酸铵- 磷酸氢二钠- 磷酸二氢钠- 氯化钠- 硫酸镁- 硫酸铜- 酵母提取物- 蒸馏水2. 实验仪器：- 培养箱- 高压蒸汽灭菌器- 恒温水浴锅- 离心机- 紫外分光光度计- 电子天平- 移液器- 试管- 烧杯- 玻璃棒四、实验方法1. 菌种活化- 将谷氨酸棒杆菌接种于装有适量无菌蒸馏水的试管中，37℃培养箱中培养24小时。
2. 种子培养- 将活化后的菌种接种于装有100mL发酵培养基的锥形瓶中，37℃、200r/min摇床培养6小时。
3. 扩大培养- 将种子培养液按1:100的比例接种于装有1L发酵培养基的发酵罐中，37℃、200r/min摇床培养24小时。
4. 发酵- 将扩大培养液按1:100的比例接种于装有10L发酵培养基的发酵罐中，37℃、200r/min摇床发酵48小时。
5. 赖氨酸提取- 将发酵液离心分离，收集菌体，用蒸馏水洗涤三次，得到赖氨酸粗品。
6. 赖氨酸纯化- 将赖氨酸粗品用盐酸溶解，调节pH至6.5，加入三氯乙酸使蛋白质沉淀，离心分离，收集沉淀，用蒸馏水洗涤三次，干燥，得到赖氨酸纯品。
7. 赖氨酸含量测定- 采用紫外分光光度法测定赖氨酸含量。
年产5万吨赖氨酸设计说明书目录------------------------------ 1一、设计依据------------------------------- 2二、赖氨酸生产状况及市场情况-------------------------------- 2三、产品特征-------------------------------- 4四、产品开发意义--------------------------------- 5五、资源情况---------------------------------- 5六、建设规模及产品方案--------------------------------- 5七、厂址概述---------------------------------- 5八、技术特征及设备方案--------------------------------- 6九、工艺计算及资金预算-------------------------------- 10十、资金估算及筹措措施-------------------------------- 12十一、设备选用--------------------------------- 12十二、设备一览表---------------------------------- 13十三、环境保护---------------------------------- 15十四、项目实施计划---------------------------------- 16１一、设计依据⑴、有基本的生产及技术力量保证。
⑵、严格执行国家规定的环保相关法规，符合环保要求，“三废”治理与项目建设“三同时”。
⑶、严格执行国家有关“劳动安全卫生”规定，确保安全生产。
二、赖氨酸生产状况及市场情况我国赖氨酸市场呈现出的几个比较突出的特点：（一）、赖氨酸价格波动大，历史上两次冲向新高尽管赖氨酸生产厂家数量有大幅度增加，但赖氨酸市场价格并没有因此而相对平稳。
1
赖氨酸的发酵调控研究
一、实验目的
1、 了解赖氨酸发酵常用的发酵菌种。
2、 掌握L-赖氨酸发酵的工艺控制过程和方法。
3、 能熟练运用发酵过程的基本原理，根据实验的不同要求，正确的设计实验方
案，并按照实验方案进行实验研究
二、实验原理
赖氨酸的生产方法有水解法(已淘汰)、合成法、酶法和直接发酵法。直接发
酵法合成的赖氨酸是一种次级代谢产物。微生物合成赖氨酸是诱导物的诱导调
节、自身产物的反馈调节、自身产物的分解调节、以及细胞膜透性的调节等次级
代谢调节综合作用的结果。谷氨酸棒杆菌合成赖氨酸的自身产物调节作用如图1
所示。
图1 谷氨酸棒杆菌合成赖氨酸的自身产物调节作用
天冬氨酸
天冬氨酰磷酸
天冬氨酸半醛
双氢吡啶羧酸 丝氨酸
苏氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
赖氨酸
高丝氨酸脱氢酶 苏氨酸与赖氨酸的协同反馈
抑制作
用
2
三、材料与分析方法
1、 菌种
谷氨酸棒杆菌（编号10065，中国微生物菌种保藏管理中心）。
2、 培养基
（1）斜面培养基：牛肉膏1.1%，蛋白胨1.0%，葡萄糖0.5%，NaCl 0.5%，
琼脂0.2%，pH7.0，在0.1Mpa压力下灭菌20min。
（2）种子培养基：糖蜜2.0%，豆饼水解液0.5%，(NH4)2SO4 0.4%，CaCO3
0.5%，K2HPO4 0.1%，MgSO4 0.04%，pH7.0,，于250mL三角瓶内装25mL种子
培养基, 在0.1Mpa压力下灭菌20min。
（3）发酵培养基：糖蜜20%，豆饼水解液1.0%，玉米浆（氮源）0.6%，(NH4)2
SO4 2%，K2HPO4 0.1%，MgSO4 0.05%，FeSO4 0.2%，MnSO4 0.2%，pH7.0，于
250mL三角瓶装液25mL发酵液，在0.1Mpa压力灭菌20min。
3、分析方法
（1）丝氨酸的测定
采用变色酸-分光光度法测定（见附录1）。
（2）赖氨酸的测定
发酵液中赖氨酸含量的测定采用茚三酮比色法，并加以改进。吸取发酵液
4mL, 6000r/min离心10min去菌体及杂质。取上清液2mL，加茚三酮试剂（A液：
茚三酮1.25g溶于94mL乙二醇甲醚中；B液：CuCl2·2H2O 1.97g溶于32mL
0.1mol/L柠檬酸溶液中；将A、B两液混合，用蒸馏水定容到250mL）4mL， 混
合，在沸水浴加热20min，冷却后测定475nm处的吸光度值，通过查赖氨酸标准
曲线得知发酵液中赖氨酸的浓度。
（3）菌体形态观察、菌种培养特性和菌种主要生理生化特性检查
参照《工业微生物试验技术手册》的方法.。
（4）高丝氨酸脱氢酶活力的测定
从图1 可知，天冬氨酸半醛在高丝氨酸脱氢酶的作用下可以转化为丝氨酸，
因此，本实验以一定反应条件下，单位时间内生成的丝氨酸的量所需的酶作为一
个酶活力单位（U）1U=1ug/min。
①粗酶液的制备
取5ml发酵液5500g离心15min，用pH 7.5的0.25mmol的Tris-HCL缓冲液
洗涤两次，超声波破碎10min，10000g离心15min得上清液即为粗酶提取液；
3
②取粗酶液和1.0mg/ml的天冬氨酸半醛按1:1的比例混合，32℃水浴保温
5min，转入100℃的水浴终止反应1min，取1ml按丝氨酸的含量测定法进行测
定。（关于酶与底物反应的量要进行试验调整，以上仅供参考）。
四、试验方法与步骤
1、将活化的斜面培养菌接种于种子培养基中，置于往复摇床上30℃振荡培养
24h，得到种子培养物。
2、将种子培养物调整为64×107个菌体/mL的种子培养液。按1∶10的接种量将
种子培养液接种于发酵培养基中，在30±2℃、pH7.0～7.2条件下发酵72h。
五、结果与分析
1、该发酵菌种的生长特性，绘制菌种生长及代谢产物形成与培养时间的特征曲
线；
2、构建该菌种在最佳发酵条件下的细胞生长、底物利用和产物形成动力学模型；
3、找出该菌株发酵生产赖氨酸的主要影响因素，确定调控措施，确定其最佳发
酵条件。
附录
丝氨酸含量的测定方法
1、标准曲线的制作
分别精密吸取1.0mg/mL的丝氨酸标准溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL
于10 mL刻度试管中，滴一滴甲基红试液（取0.1g甲基红溶于100mL95%乙醇
中），加1.0mol·L–1的NaOH溶液使之刚呈碱性，再加0.075mol·L -1 NaIO4溶液
1.0 mL；10 min后，滴加10%三氯乙酸溶液使呈酸性，再加入10%的NaHSO
3
溶液1.0 mL并补加水至10.0 mL，摇匀，取2.0 mL于10mL具塞离心管中，加
变色酸试剂（取变色酸50 mg溶于100 mL体积分数75%硫酸中）2.0 mL，加塞
混匀后于沸水浴中保温30min，取出，冷却至室温，加半饱和硫脲溶液(在20度
温度下，称取超过137克的硫脲，加入1000ml蒸馏水中，充分搅拌，使其充分
溶解。过滤后去除滤渣，所得到的溶液即为饱和溶液)0.5mL，摇匀。用分光光度
计测量反应产物在波长570nm处的吸光度。将吸光度对浓度进行直线回归，得
丝氨酸标准曲线方程。
2、样品测定
将待测氨基酸样品溶液适当稀释后，准确吸取一定体积的样品稀释液，按照
4
标准曲线绘制的方法测定吸光度，从标准曲线上查得丝氨酸的质量浓度。
底物还原糖含量的测定
1实验原理
在NaOH和丙三醇存在下，3,5－二硝基水杨酸（DNS）与还原糖共热后被还原
生成氨基化合物。
在过量的NaOH碱性溶液中此化合物呈桔红色，在540nm波长处有最大吸收，
在一定的浓度范围内，还原糖的量与光吸收值呈线性关系，利用比色法可测定样
品中的含糖量。
2试剂
3,5－二硝基水杨酸（DNS）试剂：称取6.5g DNS溶于少量热蒸馏水中，溶解后
移入1000mL容量瓶中，加入2mol/L氢氧化钠溶液325mL，再加入45g丙三醇，
摇匀，冷却后定容至1000mL。
葡萄糖标准溶液：准确称取干燥恒重的葡萄糖200mg，加少量蒸馏水溶解后，以
蒸馏水定容至100mL，即含葡萄糖为2.0mg/mL。
3操作方法
葡萄糖标准曲线制作
取6支1. 5 cmm×1.5cm试管，按下表加入2.0mg/mL葡萄糖标准液和蒸馏水。
5
管号 葡萄糖标准液（mL） 蒸馏水(mL) 葡萄糖含量(mg/mL) A540
0 0 1 0
1 0.2 0.8 0.4
2 0.4 0.6 0.8
3 0.6 0.4 1.2
4 0.8 0.2 1.6
5 1 0 2
在上述试管中分别加入DNS试剂2.0mL，于沸水浴中加热2min进行显色，取出
后用流动水迅速冷却，各加入蒸馏水9.0mL，摇匀，在540nm波长处测定光吸
收值。以葡萄糖含量（mg/mL）为横坐标，光吸收值为纵坐标，绘制标准曲线。
4样品测定
将待测还原糖样品溶液适当稀释后，准确吸取一定体积的样品稀释液，按照
标准曲线绘制的方法测定吸光度，从标准曲线上查得还原糖的质量浓度。
谷氨酸棒杆菌菌体生长量的测定
每隔一定时间取样,测定菌液的光密度值(OD620) ，已未接种的培养基作为
参比溶液，绘制菌体生长状况曲线。
种子培养基细菌计数
挑取已活化的单菌落接种于种子培养基中，30℃，120r/min摇床振荡过液培
养，大概18小时；培养过程中取菌液测量菌体数，测量方法如下：
①在白纸上画1cm的正方形，将玻片置于其上；
②用微量注射器去10ul的菌液，用接种针涂抹均匀，保持在正方形区域内，待
干；
③置于试管架上，在水蒸气上固定5min，待干；
④滴一滴美蓝染液染色2min，用滤纸戏去多余的染液，待干；
⑤用水洗去多余的染液，待干，并用油镜镜检，记录30~50个视野，细菌数=30~50
个视野细菌数/（30~50）*500000,细菌数的数量级在107~108即可
赖氨酸的发酵调控研究的可能研究点
1） 不同的碳氮源对赖氨酸发酵的影响；
6
2）改变细胞膜的通透性如添加生物素，钙离子，以及一些金属离子如锰
离子，镁离子等对赖氨酸产量的影响；
3）寻找对高丝氨酸脱氢酶酶活的影响的因素从而对赖氨酸发酵的影响；
4）添加合成途径的中间代谢物对赖氨酸的影响如添加天冬氨酸半醛、异
亮氨酸，蛋氨酸结构类似物甲基蛋氨酸，酸酸结构类似物α-氨基-β
-羟基戊酸等；
