经典赖氨酸的发酵工艺PPT课件.ppt

赖氨酸的发酵工艺,1,.,一、赖氨酸概述,赖氨酸是一种碱性氨基酸，是仅次于谷氨酸的第二大氨基酸产品，是谷物蛋白的第一限制性氨基酸，在谷物食料中添加适量的赖氨酸，其蛋白质的生物价大大提高。赖氨酸的应用范围很广。作为食品强化剂；作为药物可用作肝细胞再生剂，对改善肝功能，治疗肝硬化、高氨症，增进食欲、改善营养状况有明显的疗效；作为饲料添加剂，在畜、禽类的饲料中添加少许的赖氨酸，对家禽、家畜的日增重、料肉比、家禽的产卵量等方面效果尤为显著。,2,二、赖氨酸性质,2，6-二氨基己酸C6H14O2N2游离赖氨酸易与空气中的二氧化碳结合，都是以盐酸盐的形式存在熔点263比旋光度+210溶解度53.6g/100ml,3,三、国内外赖氨酸发酵概况,L-赖氨酸是继L-谷氨酸之后用微生物方法大量投产的氨基酸。目前，世界上赖氨酸的总生产能力约万年，产量约万年。美国公司是目前世界上最大的赖氨酸生产企业，现有生产能力万年，占世界市场的以上。日本味之素公司，生产能力万年。日本协和发酵公司总能力约万年该公司计划将其赖氨酸生产能力扩大到万年，争取将赖氨酸的市场份额增长到以上。六十年代中期我国开始进行L-赖氨酸菌株选育和发酵研究。我国是赖氨酸消费增长最快的国家，已经成为世界上赖氨酸第二大消费国，有巨大的市场容量和良好的市场前景。目前，我国较大的赖氨酸生产企业有家以上，能力已达万年。但受国外赖氨酸进口的冲击，产量不足万年。,4,四、赖氨酸生物合成途径,葡萄糖,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰辅酶,草酰乙酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,丙氨酸,-酮戊二酸,丙氨酸,亮氨酸,缬氨酸,谷氨酸,天冬氨酸半醛,高丝氨酸,苏氨酸,蛋氨酸,赖氨酸,TCA,反馈阻遏,反馈抑制,5,赖氨酸合成途径的调节机制谷氨酸优先合成，谷氨酸合成过剩就会抑制谷氨酸脱氢酶（GD）的活性，使得生物合成的代谢流转向天门冬氨酸。天门冬氨酸的过剩也会抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性，使得天门冬氨酸不致大量积累。赖氨酸的前体物质天门冬氨酸与乙酰辅酶A的生成形成平衡合成，乙酰辅酶A的增加能逆转天门冬氨酸对其自身合成的反馈抑制。天门冬氨酸激酶（AK）受赖氨酸与苏氨酸的协同反馈。AK是一个变构酶，催化天门冬氨酸和ATP形成-天门冬氨酸磷酸，有两个变构位置可以接受末端产物。AK受赖氨酸与苏氨酸的协同抑制，当,6,只有赖氨酸或苏氨酸与变构位置结合时，酶活影响不大，当赖氨酸与苏氨酸同时结合到两个变构位置时，酶活受到强烈的抑制。此外，AK是赖氨酸合成途径中唯一的反馈调节点。赖氨酸亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁，赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡啶二羧酸合成酶为亮氨酸所阻遏。蛋氨酸比苏氨酸优先合成，蛋氨酸合成的过剩就会阻遏高丝氨酸-O-转乙酰酶，使得生物合成的代谢流转向苏氨酸。苏氨酸比赖氨酸优先合成，苏氨酸的过剩会反馈抑制高丝氨酸脱羧酶的活性，使得生物合成转向赖氨酸。,7,五、赖氨酸生产工艺流程图,超滤系统,8,六、赖氨酸生产菌种的选育改良思路,出发菌株：黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜醋酸棒杆菌育种思路1.优先合成的转换渗漏缺陷型的选育2.切断支路代谢营养缺陷型的选育：高丝氨酸缺陷型3.抗结构类似物突变株的选育：AEC4.解除代谢互锁：Leu-、抗Leu结构类似物、喹啉s、苯醌s5.增加前体物的合成和阻塞副产物的生成：Ala-、抗Asp结构类似物选育适宜的CO2固定酶/TCA循环酶活性比突变株6.改善细胞膜的透过机能7.选育温度敏感突变株8.应用细胞工程和基因工程育种,9,七、菌种培养,斜面菌种一般用肉汤培养基或蛋白胨培养基a肉汤培养基牛肉膏1，蛋白胨1，酵母膏0.5，氯化钠0.5，琼脂2，pH7.0。b蛋白胨培养基蛋白胨1，酵母膏1，氯化钠0.5，pH7.2。一级种子培养基（摇瓶种子培养基）a肉汤培养基牛肉膏1，蛋白胨1，酵母膏0.5，氯化钠0.5，pH7.0。b含葡萄糖的肉汤培养基葡萄糖2，蛋白胨1，牛肉膏0.5，氯化钠0.25，pH7.0。二级种子培养基、三级种子培养基以及发酵培养基糖蜜2.0%、豆粉水解液0.5%、硫酸铵0.4%、碳酸钙0.5%、磷酸氢二钾0.1%、硫酸镁0.04%、pH7.2,10,八、培养基,1）碳源淀粉、麦芽糖、蔗糖和葡萄糖。赖氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖。2）氮源氮源可分为无机氮源和有机氮源。赖氨酸发酵中，二者均有使用。3）无机盐磷盐（磷酸氢二钾）、硫酸镁、钾盐（氯化钾或氢氧化钾）、钙盐（碳酸钙或氯化钙）4）生长因子生物素含量在30g/L以上较好、维生素B1即硫胺素盐酸盐能增加赖氨酸产量、L-苏氨酸在培养基中含量高能够产生反馈抑制，使代谢流向赖氨酸的合成。,11,九、发酵工艺条件以及影响因素,（1）温度前期32，后期30（2）ph值pH的变化对赖氨酸的发酵影响很大，当pH7.0时产酸最高，pH偏高或偏低，产酸均降低。最适ph值6.5-7.0，控制范围在ph值6.5-7.5之间（3）种龄和接种量二级2%8-12h三级10%6-8h（4）供氧过高、过低的溶氧对发酵均不利，表现为菌体浓度下降、产酸降低，发酵时间延长。供氧需充足，否则生成乳酸。（5）生物素过量可以促进赖氨酸的生成、促进天冬氨酸生成、抑制谷氨酸生成（6）硫酸铵含量大时菌体迅速生长，但赖氨酸的产量低，硫酸铵用量4.0%-4.5%（7）初糖浓度11%15%，转化率最高,12,十、提取工艺,发酵液调节pH，加入絮凝剂上清液菌体水洗上清液菌体离子交换