氨基酸工艺学复习题.ppt

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1、氨基酸工艺学氨基酸工艺学课程总结课程总结第一章第一章 淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备n直链淀粉 支链淀粉n淀粉的糊化淀粉的糊化1.定义 淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成带淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成带有粘性的淀粉糊。有粘性的淀粉糊。2.过程n第一阶段:淀粉缓慢地可逆地吸收水分淀粉缓慢地可逆地吸收水分, ,淀粉颗粒淀粉颗粒已有些微已有些微膨胀。n第二阶段:当温度升到大约当温度升到大约65 65 时时, ,淀粉颗粒经过淀粉颗粒经过不可逆地突然很快地吸收大量水分后突然很快地吸收大量水分后, ,膨胀粘度增膨胀粘度增加很大。加

2、很大。n第三阶段:当温度继续升高当温度继续升高, ,淀粉颗粒变成无形空淀粉颗粒变成无形空囊囊, ,可溶性淀粉浸出,成为半透明的均质胶体。n糖化糖化 工业上将淀粉水解为葡萄糖的过程成为糖化。n理论收率111.11%n谷氨酸发酵水解糖的要求谷氨酸发酵水解糖的要求1.严格控制原料质量2.正确控制淀粉乳的浓度3.水解完全4.糖液清、色泽浅5.糖液新鲜6.降低糖液蛋白质的含量n淀粉水解糖质量标准淀粉水解糖质量标准（1）色泽：浅黄、杏黄通明液体；（2）糊精反应：无；（3）还原糖含量：18%左右（4）DE值：90%以上；（5）透光率：60%以上（6）pH：4.6-4.8n双酶法工艺特点双酶法工艺特点1）副产

3、物少，糖液纯度高；2）生产工艺条件温和；3）淀粉浓度高，可以使用粗原料；4）糖液质量高；5）周期长，设备多。n-淀粉酶的用量：淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉。干淀粉。 糖化酶的用量：糖化酶的用量：100-120 u/干淀粉。干淀粉。nDE值 表示淀粉水解程度或糖化程度。也称葡萄糖值，糖化液中还原糖占干物质的百分比。第二章第二章 谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制n生成谷氨酸的主要酶反应生成谷氨酸的主要酶反应1）谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应 2）转氨酶(AT)催化的转氨反应3）谷氨酸合成酶(GS)催化的合成反应n谷氨酸生物合成的理想途径谷氨酸生物合成的理想途径 主要包括EMP、HM

4、P、TCA循环、乙醛酸循环、CO2固定反应。n谷氨酸生产菌应具备的生化特点谷氨酸生产菌应具备的生化特点1.-酮戊二酸氧化能力微弱2.谷氨酸脱氢酶活性强3.细胞膜对谷氨酸的通透性强n控制细胞膜通透性的方法控制细胞膜通透性的方法1）生物素缺陷型2）添加表面活性剂3）油酸缺陷型4）甘油缺陷型5）温度敏感型n谷氨酸生产菌的具体育种思路1.切断或减弱支路代谢 2.解除自身的反馈抑制 3.增加前体物的合成 4.提高细胞膜的渗透性 5.强化能量代谢6.利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株第三章第三章 谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养养n现有谷氨酸生产菌的主要特征现有谷氨酸生产

5、菌的主要特征细胞形态短杆形、棒形；革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢，不能运动；需氧型微生物；生物素缺陷型；脲酶强阳性；不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变；二氧化碳固定反应酶系强；异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱；-酮戊二酸氧化能力微弱；柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活性强；具有向环境泄露谷氨酸的能力；不分解利用谷氨酸，并能耐高谷氨酸，产谷氨酸8%以上；n种子的菌体形态种子的菌体形态1）斜面培养的菌体较细小,一、二级种子比斜面菌体大而粗壮,革兰氏染色深。2）多为短杆至棒杆状,有的微呈弯曲状,两端钝圆,无分枝;细胞

6、排列呈单个、成对及V字形,有栅状或不规则聚块;3）分裂的细胞大小为0.70.9*1.03.4m。4）由于生物素充足,繁殖的菌体细胞均为谷氨酸非积累型细胞。n生产菌在发酵过程中形态的变化1 1）长菌期长菌期 发酵发酵0-8h0-8h，正常状态，正常状态2 2）转移期转移期 发酵发酵8-18h8-18h，细胞开始伸长、膨大，细胞开始伸长、膨大3 3）产酸期产酸期 16-20h16-20h以后，伸长、膨大，不规则，缺乏八字以后，伸长、膨大，不规则，缺乏八字排列。排列。n感染噬菌体后的形态感染噬菌体后的形态1）前期感染 细胞明显减少，形态不规则，发圆、发胖，缺乏八字排列，有明显细胞碎片，严重时出现拉丝

7、、拉网。2）中后期感染 形态不规则，边缘不整齐，有毛刺，有细胞碎片。n一级种子质量要求一级种子质量要求种龄：12h，pH值：6.40.1光密度：净增OD值0.5以上残糖：0.5以下 无菌检查：(-)噬菌体检查：（-）镜检：菌体生长均匀、粗壮，排列整齐革兰氏阳性反应。n通风比通风比 单位体积发酵液单位时间通过的空气量单位体积发酵液单位时间通过的空气量 (v/v.min)n二级种子的质量要求二级种子的质量要求 种龄：78h pH：7.2左右 OD值净增0.5左右 无菌检查(-) 噬菌体检查(-)n影响种子质量的主要因素影响种子质量的主要因素1）培养基 氮源丰富、生物素充足、碳源较少。2）温度 避免

8、温度过高和波动较大3）pH 0时不宜过高，培养结束不易过低4）溶解氧 溶氧水平不易过高。5）接种量 1%-2%6）培养时间 7-8小时第四章第四章 谷氨酸发酵控制谷氨酸发酵控制n温度对谷氨酸发酵的影响温度对谷氨酸发酵的影响1.温度影响细胞中酶的活性,而影响代谢速度、途径方向2.酶是蛋白质，受热容易失活，温度愈高失活愈快,菌体易衰老,影响发酵液的性质来间接影响发酵。3.影响基质和氧的溶解从而影响发酵4.微生物最适的生长温度范围npH值对谷氨酸发酵的影响值对谷氨酸发酵的影响（1）酶的活性（2）细胞膜所带电荷（3）物质的离解（4）代谢途径n泡沫对发酵的影响泡沫对发酵的影响1.发酵液逃逸2.感染3.降

9、低装填系数，设备利用率降低4.影响氧传递第五章 噬菌体与杂菌的防噬菌体与杂菌的防治治n噬菌体检查方法1）双层平板法）双层平板法2）划线法）划线法3）液体培养法）液体培养法n噬菌体污染噬菌体污染表现现象表现现象 出现“二高三低”现象1）发酵液OD值不上升或者回降2）产酸低3）发酵温度低4）pH升高，可到8.0以上5）残糖高n噬菌体污染的防止措施噬菌体污染的防止措施 以环境净化为中心的综合治理以环境净化为中心的综合治理定期检查噬菌体定期检查噬菌体严禁活菌体排放严禁活菌体排放杀灭环境中的噬菌体杀灭环境中的噬菌体杀灭压缩空气中的噬菌体杀灭压缩空气中的噬菌体严格无菌操作严格无菌操作避免噬菌体侵入设备避免

10、噬菌体侵入设备第六章第六章 谷氨酸的提取谷氨酸的提取n将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取出来,再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐叫提炼提炼。n主要提取方法主要提取方法 (1)等电点法等电点法(2)离子交换法离子交换法 (3)等电等电-离交法离交法 (4)连续等电点法连续等电点法(5)金属盐法金属盐法 (6)盐酸水解盐酸水解-等电点法等电点法 (7)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸离子交换膜电渗析法提取谷氨酸n等电点法提取谷氨酸的原理等电点法提取谷氨酸的原理n等电点法是谷氨酸提取方法中最简单的一种方法,由于设备简单、操作简便、投资少等优点,谷氨酸发酵液不经除菌或除菌、不经浓缩

11、或浓缩处理、在常温或低温下加盐酸调至谷氨酸的等电点pH3.22,使谷氨酸呈过饱和状态结晶析出。第七章 谷氨酸制味精n谷氨酸的中和谷氨酸的中和 2C5H9NO4+Na2CO32C5H8NO4Na+CO2+H2O 100kg谷氨酸需要谷氨酸需要36.1kgNa2CO3 C5H9NO4+NaOHC5H8NO4Na+H2O 100kg谷氨酸需要谷氨酸需要40kgNaOH 两种中和剂的优缺点两种中和剂的优缺点 。n中和液的除铁中和液的除铁1）硫化钠法硫化钠法2）离子交换法离子交换法n粉末活性炭粉末活性炭脱色的工艺条件脱色的工艺条件 温度温度:55-60 pH：6.5-7.0 用量：用量：0.2-0.5%

12、 时间：时间：30minn工业生产上结晶有三种不同起晶方法: (1)自然起晶法 (2)刺激起晶法 (3)晶种起晶法 晶种起晶法是一个普遍被采用的方法。第八章 谷氨酸清洁生产n谷氨酸发酵工业废水的特点：谷氨酸发酵工业废水的特点：1）有机物和菌体含量高2）酸度大3）高氨氮和高硫酸盐4）对好养和厌氧生物有直接和间接毒性n谷氨酸生产工艺污染来源1）淀粉水解糖的制备 采用双酶法制糖，无有机废水排放，主要为冷却水、冲洗水。2）谷氨酸发酵 菌体和代谢副产物3）谷氨酸提取 等点母液 离子交换尾液、树脂洗涤再生液。4）味精的精制 洗涤废水n谷氨酸发酵废水生物处理工艺谷氨酸发酵废水生物处理工艺好氧+厌氧生物氧化方

13、法厌氧： UBF,流式污泥床过滤器(,) UASB：上流式厌氧污泥床好养 SBR：序列间歇式活性污泥法序列间歇式活性污泥法第十章第十章 氨基酸生产菌的选育与发酵技术氨基酸生产菌的选育与发酵技术n选育结构类似物抗性菌株的优点选育结构类似物抗性菌株的优点获得氨基酸生产菌的有效方法生产稳定方法简便易于保存，不易回复突变n原生质融合 将遗传性状不同的两个细胞融合称为一个将遗传性状不同的两个细胞融合称为一个新细胞的技术。新细胞的技术。n便于筛选融合子的方法： 亲株通常均要带有抗性或营养缺陷遗传标亲株通常均要带有抗性或营养缺陷遗传标记，且遗传标记基因不一定与目的基因连记，且遗传标记基因不一定与目的基因连锁

14、。锁。n影响原生质体形成的因素：影响原生质体形成的因素：菌体生理状态、菌体的前处理、酶的浓度、酶解时间、酶解温度等。（1）菌体处于对数生长期后期；（2）添加甘氨酸、青霉素、D-环丝氨酸；（3）控制酶的浓度、作用时间；（4）破壁后置于高渗环境。n工程菌构建中目的基因载体的要求1）较小的分子质量2）选择性标记3）高表达的启动子4）数种限制内切酶的单位切点5）能在寄主细胞中多拷贝复制n防止回复突变的产生与增殖防止回复突变的产生与增殖定向选育增加遗传标记的产生菌株 通过增加遗传标记的方法，提高菌株抗回复突变的能力。选育遗传性状稳定的菌株1）反复传代培养2）紫外线照射改良培养基组成 例如：添加结构类似物。添加药物，抑制回复突变的产生 利用某些抗生素，对菌株的抑制浓度不同生产管理 定期纯化、减少种子级数。