氨基酸与核酸发酵

关于氨基酸与核酸发酵第1页，共31页，2023年，2月20日，星期四第一节谷氨酸生产一、谷氨酸生产原料及其处理（一）糖蜜的预处理：降低生物素含量。（二）淀粉的糖化：酸解法、酶解法、酸酶法和酶酸法。第2页，共31页，2023年，2月20日，星期四二、谷氨酸产生菌1956年，日本木下等人发现谷氨小球菌。相继发现小球菌、棒杆菌、短杆菌、节杆菌等一大批谷氨酸产生菌。我国使用的多是野生型菌株通过诱变筛选的谷氨酸棒杆菌。第3页，共31页，2023年，2月20日，星期四(一)糖质原料发酵的谷氨酸生产菌的共同特征①细胞呈球形、棒形或短杆形；②革兰氏染色呈阳性反应；③无鞭毛，不能运动；④是需氧性的微生物；⑤不形成芽孢；⑥以生物素作为生长因子；⑦具有一定的谷氨酸蓄积能力。第4页，共31页，2023年，2月20日，星期四（二）常用的生产菌株北京棒杆菌AS1-299

钝齿棒杆菌黄色短杆菌北京棒杆菌黄色短杆菌第5页，共31页，2023年，2月20日，星期四三、谷氨酸合成途径1.谷氨酸合成的方式（1）转氨基作用（2）还原氨基化作用2.谷氨酸合成途径EMP途径、HMP途径、TCA、乙醛酸循环、二氧化碳固定反应等。第6页，共31页，2023年，2月20日，星期四由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径①-苹果酸酶②-丙酮酸羧化酶③-丙酮酸脱羧酶④-异柠檬酸脱氢酶⑤-异柠檬酸裂解酶⑥-α-酮戊二酸脱氢酶⑦-谷氨酸脱氢酶⑧-苹果酸脱氢酶⑨-乳酸脱氢酶第7页，共31页，2023年，2月20日，星期四3.谷氨酸合成过程中各途径的意义（1）糖酵解途径：葡萄糖降解为丙酮酸，丙酮酸进入三羧酸循环。（2）HMP途径：生成的NADH2是还原氨基化反应必须的供氢体。（3）TCA途径：提供谷氨酸的前体物质α-酮戊二酸。（4）CO2固定反应：在苹果酸酶和丙酮酸羧化酶作用下分别生成丙酮酸和草酰乙酸，前者氧化为草酰乙酸，使草酰乙酸得到补充。（5）乙醛酸途径：通过异柠檬酸裂解酶作用补充琥珀酸，维持菌体生长需要。（6）还原氨基化作用：α-酮戊二酸经还原氨基化作用生成谷氨酸。第8页，共31页，2023年，2月20日，星期四4.谷氨酸生产菌的生化特征（1）有固定CO2的二羧酸合成酶存在。（2）α-酮戊二酸脱氢酶活力很弱。（3）异柠檬酸脱氢酶活力较强，异柠檬酸脱氢酶的活力不能太强。（4）谷氨酸脱氢酶活力高。（5）经呼吸链氧化NADPH2的能力要弱，保证有NADPH2作为供氢体参加还原氨基化反应。（6）菌体进一步分解谷氨酸的能力低下。第9页，共31页，2023年，2月20日，星期四四、谷氨酸发酵工艺1.发酵培养基（1）碳源：糖类、脂肪、醇类、烃类（2）氮源：尿素或氨水，所需氮源较大（C:N=100:20~30）（3）无机盐：提供磷、硫、镁、钾、钙、铁等。（4）生长因子：生物素2.培养基灭菌3.种子扩大培养第10页，共31页，2023年，2月20日，星期四4.发酵条件控制（1）温度控制：菌体生长（0-12h），温度30-32度；谷氨酸合成（12后），温度34-37度。（2）发酵前期pH7.5-8.5，中后期7.0-7.6。第11页，共31页，2023年，2月20日，星期四（3）DO控制第12页，共31页，2023年，2月20日，星期四（4）种龄及接种量控制（5）泡沫控制第13页，共31页，2023年，2月20日，星期四味精生产工艺流程第14页，共31页，2023年，2月20日，星期四第二节其它氨基酸发酵一、赖氨酸发酵赖氨酸的方法主要有1.提取法2.合成法3.发酵法第15页，共31页，2023年，2月20日，星期四赖氨酸的发酵生产方法两步发酵法：即由甲菌生成二氨基庚二酸，乙菌生成二氨基庚二酸脱羧酶，从而生成赖氨酸。直接发酵法：二氨基庚二酸（DPA）途径，其代谢调节机制主要是当天冬氨酸激酶的活性受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。选育高丝氨酸的营养缺陷型菌株，使这种协同反馈抑制被破坏，从而大量积累赖氨酸。第16页，共31页，2023年，2月20日，星期四第17页，共31页，2023年，2月20日，星期四二、L-天门冬氨酸发酵三、苏氨酸发酵四、缬氨酸发酵第18页，共31页，2023年，2月20日，星期四第三节核酸与核苷酸发酵一、核酸的化学结构与鲜味核酸、核苷酸、核苷的概念核酸类物质：DNA、RNA核苷酸、核苷、碱基呈鲜味的是鸟苷酸、肌苷酸、黄苷酸等5’-核苷酸。呈鲜强度：5’-GMP>5’-IMP>5’-XMP第19页，共31页，2023年，2月20日，星期四GMP：MSG增味倍数1+G：MSG增味倍数12%：88%9．912%：88%8．18%：92%8．48%：92%7．15%：95%6．85%：95%5．94%：96%6．24%：96%5．32%：98%4．62%：98%4．00%：100%1．00%：100%1．0ＧＭＰ、Ｉ＋Ｇ、ＭＳＧ之间的增鲜效应表第20页，共31页，2023年，2月20日，星期四二、核苷酸生产工艺（一）嘌呤核苷酸生物合成途径嘌呤核苷酸生物合成途径第21页，共31页，2023年，2月20日，星期四（二）嘌呤核苷酸生物合成的代谢调控1、避免AMP、GMP等产物对PRPP转酰胺酶的反馈阻遏和反馈抑制作用（A-菌株）；2、控制Mn2+浓度，使细胞出现伸长、膨胀等异常形态，增加细胞膜透性；3、添加抗生素和表面活性剂以增大细胞膜透性；4、控制适当的发酵温度、pH、DO等工艺参数。第22页，共31页，2023年，2月20日，星期四1、肌苷生产菌短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、产氨短杆菌等的腺嘌呤缺陷型突变株。2、肌苷发酵3、肌苷提取离子交换树脂法活性碳吸附法（三）发酵法生产肌苷第23页，共31页，2023年，2月20日，星期四例：枯草杆菌NO.102经紫外光诱变和DNA转化法，得到的腺嘌呤、黄嘌呤双缺陷型并对8氮杂鸟嘌呤有抗性的变异株，可发酵糖质原料生成肌苷22.3克/升，如向培养基添加黄嘌呤，肌苷产率可达33.1克/升。一株产肌苷能力最强的菌株是由产氨短杆菌经亚硝基胍诱变得到的抗6-巯基鸟嘌呤的变异株，蓄积肌苷的能力高达52.4克/升。第24页，共31页，2023年，2月20日，星期四（四）肌苷酸发酵1、肌苷酸生产方法（1）1961年发现枯草杆菌可以在培养液中蓄积少量肌苷酸。在生产中应用的菌种都是产氨短杆菌的变异株。由产氨短杆菌ATCC6872紫外光照射得到的KY1302菌株，可生成肌苷酸11.2～12.8克/升。（2）可以由酵母或细菌提取RNA，然后依靠橘青霉或金色链霉菌的5′-磷酸二脂酶和脱氨酶的作用制成肌苷酸；（3）也可以用微生物发酵糖质原料制成肌苷，再以化学方法或微生物的核苷酸磷酸化酶催化肌苷和无机磷酸进行反应，生成肌苷酸。第25页，共31页，2023年，2月20日，星期四2、肌苷酸生产菌的选育（1）改善细胞膜对肌苷酸透过性障碍。（2）经过诱变筛选腺嘌呤或黄嘌呤缺陷型变异株。（3）对Mn2+不敏感。第26页，共31页，2023年，2月20日，星期四3、直接发酵法生产肌苷酸（1）培养基的选择适量腺嘌呤、1％左右的磷盐和镁盐、His、Lys、Hser、Gly、Ala的混合物、生物素亚适量。（2）发酵条件①接种量②温度控制③

pH控制④通气量控制（3）肌苷酸的提取①离子交换树脂法②活性炭吸附法第27页，共31页，2023年，2月20日，星期四（五）鸟苷酸发酵发酵生成鸟苷酸的微生物有谷氨酸棒杆菌、产氨短杆菌的多种变异株。因直接发酵糖质原料生产GMP的产量只有2克/升左右，还不能用于工业生产。产氨短杆菌ATCC6872虽然在前体鸟嘌呤添加时，可生成15.3克/升GMP，也因前体物昂贵尚无法投产。第28页，共31页，2023年，2月20日，星期四生产GMP的方法1、GMP工业生产多用发酵法先制成鸟苷，然后通过微生物或化学磷酸化作用转变为GMP。生产鸟苷采用的菌种有枯草杆菌、短小芽孢杆菌、产氨短杆菌的多种变异株，它们的特点是生成必需嘌呤碱基并对嘌呤结构类似物具有抗性，各菌株的鸟苷生成量达10克/升左右。第29页，共31页，2023年，2月20日，星期四2.生产GMP的另一种方法，是首先发酵糖质原料生成黄苷酸，然后再用另一种菌将黄苷酸转化为GMP，也可将两种菌混合培养制成GMP。谷氨酸小球菌和产氨短杆菌的变异株都可积累黄苷酸。把黄苷酸转化为GMP的菌株多采用产氨短杆菌的变异株。如果将黄苷酸产生