氨基酸与核酸发酵..pptVIP

第3章 氨基酸与核酸发酵 谷氨酸的工业化生产： 水解小麦面筋或大豆蛋白质而制得 司蒂芬法制糖的废液中提取谷氨酸 1957年，日本微生物发酵法生产谷氨酸并投入大规模工业化生产。 （二）、淀粉的糖化 绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷氨酸生产时，必须将淀粉原料水解成葡萄糖后才能利用。 淀粉水解的方法有三种 谷氨酸产生菌的共同特点之一是需要生物素作为生长因子，高产谷氨酸发酵培养基的生物素浓度必须严格控制在最大生长的适量水平。 碳源：谷氨酸产生菌一般只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖等，故生产上必须将淀粉原料水解为葡萄糖后方可应用。 醋酸、乙醇以及正构烷烃等含碳氢化物也可作碳源，有些已经工业化规模投产。 氮源：各种铵盐、如氯化铵、硫酸铵以及氨水、尿素可作为氮源。 氨基转移作用 在氨基转移酶的催化作用下，任何一种氨基酸（除甘氨酸）都可以与α-酮戊二酸作用，使α-酮戊二酸转化成谷氨酸，同样谷氨酸与其他α-酮酸之间在转氨酶的催化下，也能生成α-酮戊二酸和新的氨基酸。 还原氨基化作用 NH4+ 和供氢体存在的条件下，α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下形成谷氨酸。 葡萄糖 6-P-葡萄糖 6-P-葡萄糖酸 3-P-甘油醛 5-P-核糖 丙酮酸 乙酰CoA 草酰乙酸 柠檬酸 苹果酸 异柠檬酸 延胡索酸 琥珀酸 α- 酮戊二酸 谷氨酸 透过细胞膜 谷氨酸 谷氨酸生产菌的生化特征 （1）有苹果酸酶和丙酮酸羧化酶。 （2）?－酮戊二酸脱氢酶活性弱，异柠檬酸脱氢 酶活性强，异柠檬酸裂解酶活性弱。 （3）谷氨酸脱氢酶活性高，经呼吸链氧化NADPH2 的能力弱。 （4）菌体本身利用谷氨酸的能力低。 3、环境条件引起的谷氨酸合成的代谢转换 谷氨酸发酵过程中必须严格控制微生物生长的环境条件，如氧、NH4+、PH、生物素和磷酸等，环境因素控制不当，往往会发生所谓“发酵转换现象”，即改变代谢途径，使谷氨酸产量大减，而琥珀酸、乳酸、α-酮戊二酸、谷氨酰胺或缬氨酸产量增多。 生物素：影响细胞膜通透性和代谢途径。 （1）作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰 CoA的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响 磷酯的合成。 （2）浓度过大：促进菌体生长，谷氨酸产量低。因为： a.乙醛酸循环活跃，?-酮戊二酸生成量减少。 b.转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。 生物素对谷氨酸产生菌的作用主要在糖代谢和细胞膜通透性两方面。 1）可能在生物素限量的培养基中，糖代谢中EMP和HMP的比例较合适，有利于谷氨酸合成和积累。 2）限量生物素也有利于改变谷氨酸产生菌的细胞适应性，使谷氨酸容易分泌于细胞外。 2、培养基的灭菌 实罐灭菌条件是：105-110oC灭菌5min。 连续灭菌条件是：连消塔灭菌温度105-110oC，维持罐温度在105-110oC约6min。 培养基灭菌后冷却至30oC左右，即可接入种子进行发酵。 3、种子扩大培养 接种量为1%，工业生产上一般采用两级扩大培养的方法来获得所需的菌量。 1温度的影响及其控制 菌体生长达一定程度后开始产生氨基酸，菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度不同。 菌体生长阶段：30?34℃ 产酸阶段：34?36℃ 2 pH的影响及其控制 作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。 在氮源供应充分和微酸性条件下，谷氨酸发酵转向谷氨酰胺发酵。 pH控制在中性或微碱性。 方法：流加尿素和氨水。 3溶解氧的控制 大小由通风量和搅拌转速决定。 发酵产酸阶段，通风量要适量。 不足：发酵液pH值偏低，生成乳酸和琥珀酸，谷氨酸少。 过大：NADPH2通过呼吸链被氧化，影响?-酮戊二酸还原 氨基化，使?-酮戊二酸蓄积。 谷氨酸 水 纯碱（或液碱）