生物化工工艺实例1

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1、生物化工工艺学工业微生物部分微生物实例第一节氨基酸生产工艺自然界中有二十多种氨基酸，这些氨基酸构成了所有生物所需的各种各样的蛋白质。氨基酸是构成蛋白质的基本单位，它参与生物体的各种代谢，有各种生理功能。人类要维持生命活动，就必须获得各种氨基酸。但是有八种氨基酸人类自身不能合成，必须从食物中摄取。按氨基酸在人体内是否能被合成，分为：（1）必需氨基酸指人体内不能合成或合成的速度不能满足机体需要的氨基酸。异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸为必需氨基酸。（2）非必需氨基酸除上述八

2、种必需氨基酸外，其它均属非必需氨基酸。提取法1820年有人在实验室水解蛋白制取氨基酸。1866年立好生Ritthansen利用H2SO4从小麦面筋制取Glu（名称来源于此）。1908年从海带中提取了Glu，并制取了味之素（味精，MonosodiumGlutamate，MSG）。1910年日本人开始利用小麦面筋工业化制取味精。1936年美国人开始从Stiffenmolasses（废糖蜜）制取味精。（1）氨基酸生产的发展史1、概述过去氨基酸都是从蛋白质水解液中分离提取的，1956年，日本人首先利用发酵法生产

3、谷氨酸后，氨基酸的发酵生产发展很快，目前绝大多数氨基酸已能用发酵法或酶法生产。见表6-1（2）我国氨基酸生产的发展情况我国起始于1923（上海天厨），1932沈阳味精厂，当时年产量200-300T（提取法）。我国发酵法生产味精起始于1964年，2000年80万T，2005年接近100万T。中国现有氨基酸企业以谷氨酸生产为主，其次是赖氨酸，其它有几种生产规模较小的工业化产品。2.氨基酸的应用氨基酸在食品、医药、饲料、化工、农业等行业有广泛用途。（1）食品工业是最早应用氨基酸的领域，消费量占总量的60％，主

4、要用于强化食品，调味调香、抗氧化剂、消除异味，防止食品色香味的变化，提高食品风味及营养价值。如苯丙氨酸和天冬氨酸制成的甜味肽，其甜味是蔗糖的200倍。生活实例：新型甜味剂阿斯巴甜又名蛋白糖，是天冬氨酸和苯丙氨酸合成的二肽甜味剂，是一种相当蔗糖甜度200倍的低热值高甜度的新型甜味剂。它具有安全、易吸收、不致龋齿等优点，可供糖尿病患者及忌糖者的婴幼儿食用，是老年营养食品和保健食品的优良甜味剂；可以制成新型糖的替代品直接加入饮料或食品中；大量用于饮料，果酱、口香糖、乳制品、罐头、蜜饯婴幼儿食品等多种食品中，至

5、今已有3000多种食品使用阿斯巴甜。（2）医药工业氨基酸是构成蛋白质的基本单位，参与体内代谢和各种生理活动，因此可用于治疗各种疾病。可制成有治疗作用的药物及各种氨基酸营养制剂。--大输液和治疗药物。（3）饲料工业及无公害农药在饲料中加入赖氨酸、苏氨酸和DL-蛋氨酸，能提高饲料中蛋白质利用率，校正配合饲料中氨基酸不全或配比失衡，增加饲料营养价值。合成氨基酸衍生物可作为锄草剂和无毒农药。（4）化工用谷氨酸可制成无刺激性能洗涤剂——十二烷基谷氨酸钠肥皂，能保持皮肤湿润的润肤剂——焦谷氨酸钠和质量接近天然皮革的

6、聚谷氨酸人造革，以及人造纤维和涂料。丝氨酸用于雪花膏等。二、谷氨酸发酵谷氨酸可用用蛋白质水解法和合成法制取，但目前主要采用发酵法。1．淀粉水解糖的制备发酵法生产谷氨酸的原料是薯类、玉米、木薯淀粉、椰子树淀粉等淀粉的水解糖或糖蜜。生产菌为短杆菌，北京棒杆菌等。淀粉--需要用酶法水解转化为葡萄糖谷氨酸（-氨基戊二酸）OC-OH第一代鲜味剂H2N-C-HL-谷氨酸单钠盐——味精H-C-HH-C-HH-COOHL-型酶法水解过程：液化-----糖化---葡萄糖α－淀粉酶糖化酶2、生物合成机制谷氨酸的生物合成途

7、径大致是：葡萄糖经糖酵解（EMP途径）和己糖磷酸支路（HMP途径）生成丙酮酸，一部分氧化成乙酰辅酶A（乙酰COA），一部分固定CO2生成草酰乙酸。然后进入三羧酸循环，生成α－酮戊二酸。α－酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。即，谷氨酸的生物合成途径包括EMP、HMP、TCA循环、DCA循环和CO2固定作用等。谷氨酸生产菌种葡萄糖中间产物a－酮戊二酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶NH4＋抑制2.谷氨酸的生物合成生物素缺乏C6H12O6+NH4+==C5H9O4N+CO2理论产率：147/

8、180==81.7%实际产率？？谷氨酸积累后不断地透过细胞膜分泌到培养基中得到积累。谷氨酸发酵受环境条件影响很大，氧、铵、pH、生物素等若控制不当，往往会发生发酵转换现象。利用此原理可以人为地控制环境使发酵发生转换。三、谷氨酸发酵的工艺控制（一）培养基1.碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃（1）淀粉水解糖的制备（2）糖蜜原料目前以糖质原料为碳源的谷氨酸产生菌均为生物素缺陷型2.氮源：铵盐、尿素、氨水C/N＝100：1521，实际高达100