发酵工程-第十章-氨基酸

1、发酵工程-第十章-氨基酸 L-型型NH42.2.谷氨酸的生物合成谷氨酸的生物合成HMP: Hexosemonophosphate pathway1 1EMP:EMP:丙酮酸，丙酮酸，ATP,NADH2ATP,NADH22 2HMP:6HMP:6磷酸果糖磷酸果糖 3 3磷酸甘油酸磷酸甘油酸 NADPH2: NADPH2:酮戊二酸复原氨基化必需的供氢体。酮戊二酸复原氨基化必需的供氢体。3 3TCATCA循环循环: :生成谷氨酸前体物质生成谷氨酸前体物质酮戊二酸。酮戊二酸。4 4CO2CO2固定反响固定反响: :补充草酰乙酸。补充草酰乙酸。5 5乙醛酸循环乙醛酸循环: :使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的

2、量得使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得 到补充，维持到补充，维持TCATCA循环的正常运转。循环的正常运转。 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶6 6复原氨基化反响复原氨基化反响: :酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸丙酮酸丙酮酸回补反响回补反响globiformis Arthrobacterglobiformis Arthrobacter 共同点：共同点： 1 1革兰氏阳性。革兰氏阳性。 2 2不形成芽孢。不形成芽孢。 3 3没有鞭毛，不能运动。没有鞭毛，不能运动。 4 4需要生物素作为生长因子。需要生物素作为生长因子。 5 5在通气条件下产谷氨酸需氧微生物。在通气条件下产谷氨酸需氧微生物。三、谷氨酸发酵的

3、工艺控制三、谷氨酸发酵的工艺控制一培养基一培养基 1. 1. 碳源：淀粉水解糖、糖蜜、碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃乙醇、烷烃 1 1淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备 2 2糖蜜原料糖蜜原料 a. a.- -少。少。 b. b.转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基转氨酶活力增强，谷氨酸转变成其它氨基酸。酸。 生物素：生物素：B B族维生素的一种，又称维生素族维生素的一种，又称维生素H H或或辅酶辅酶R R。是合成脂肪酸所必需的。是合成脂肪酸所必需的。 脂肪酸的生物合成：脂肪酸的生物合成： 利用乙酰利用乙酰CoACoA直接原料是丙二酸单酰直接原料是丙二酸单酰CoACoA在乙酰在乙酰CoACo

4、A羧化酶辅基为生物素催化下合羧化酶辅基为生物素催化下合成。成。 脂肪酸甘油磷酸脂肪酸甘油磷酸 磷脂蛋白质磷脂蛋白质 生物膜生物膜 因此，脂肪酸是组成细胞膜类脂的必要成分。因此，脂肪酸是组成细胞膜类脂的必要成分。 生物素限量，不利于脂肪酸的合成，有利于谷生物素限量，不利于脂肪酸的合成，有利于谷氨酸透过细胞膜分泌至体外。氨酸透过细胞膜分泌至体外。 使胞内代谢产物迅速排出的方法使胞内代谢产物迅速排出的方法 1. 用生理学手段用生理学手段 直接抑制膜合成或使膜受缺损直接抑制膜合成或使膜受缺损 如如: Glu发酵中，控制生物素亚适量可大量分泌发酵中，控制生物素亚适量可大量分泌Glu；当培养液中生物素含量

5、较高时采用适量添加青霉素当培养液中生物素含量较高时采用适量添加青霉素的方法；的方法； 2. 利用膜缺损突变株利用膜缺损突变株 油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型如如:用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中，有限制地用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中，有限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。酸产量。甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺陷型菌株，就是在生物造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸

6、过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。素或油酸过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。 控制细胞膜的渗透性控制细胞膜的渗透性(1) (1) 通过生理学手段控制细胞膜渗透性通过生理学手段控制细胞膜渗透性(2) (2) 通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透性通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透性生物素生物素谷氨酸谷氨酸细胞膜渗透性细胞膜渗透性青霉素青霉素谷氨酸谷氨酸油酸缺陷型油酸缺陷型油酸油酸n工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应采用的最好方法是采用的最好方法是 nA A加大菌种密度加大菌种密度nB B改变碳源和氮源比例改变碳源和氮源比例nC C改变菌体细胞膜通透

7、性改变菌体细胞膜通透性nD D加大葡萄糖释放量加大葡萄糖释放量 为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？为什么添加适量生物素或青霉素可提高谷氨酸产量？ 生物素：乙酰生物素：乙酰-CoA-CoA羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。控制生羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。控制生物素含量，可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反响物素含量，可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反响调节。调节。 生物素含量高时，细胞膜致密，阻碍生物素含量高时，细胞膜致密，阻碍GluGlu分泌，并引起反响抑制，加适分泌，并引起反响抑制，加适量青霉素可提高量青霉素可提高GluGlu产量。产

8、量。 青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，引起肽聚糖结构中肽青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，引起肽聚糖结构中肽桥无法交联，造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物外渗，降桥无法交联，造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物外渗，降低了谷氨酸的反响抑制，提高了产量。低了谷氨酸的反响抑制，提高了产量。 环境条件引起谷氨酸合成的代谢转换环境条件引起谷氨酸合成的代谢转换2. 2. 不溶性盐沉淀法不溶性盐沉淀法1 1锌盐法锌盐法谷氨酸锌离子谷氨酸锌离子 谷氨酸锌沉淀谷氨酸锌沉淀 溶液溶液 谷氨酸结晶谷氨酸结晶pH6.3加酸加酸pH2.42盐酸盐法：盐酸盐法： Glu在浓盐酸中生成并析出谷氨酸盐酸盐。

9、在浓盐酸中生成并析出谷氨酸盐酸盐。 这是用盐酸水解面筋生产谷氨酸的原理。这是用盐酸水解面筋生产谷氨酸的原理。3钙盐法：钙盐法： 高温谷氨酸钙溶解度大，与菌体等不溶性杂质高温谷氨酸钙溶解度大，与菌体等不溶性杂质 分开，降温，析出谷氨酸钙沉淀，加分开，降温，析出谷氨酸钙沉淀，加NaHCO3 直接得直接得 到味精。到味精。 3. 3.离子交换法离子交换法 用阳离子交换树脂吸附谷氨酸形成的阳离用阳离子交换树脂吸附谷氨酸形成的阳离子，再用热碱子，再用热碱 60 4% NaOH 60 4% NaOH 洗脱，收集洗脱，收集相应流分，加盐酸结晶。相应流分，加盐酸结晶。 GA+ GA GA+ GA GA- GA

10、- GA=GA= 2 3.22 7.0 1212 pI pI 谷氨酸是酸性氨基酸，含谷氨酸是酸性氨基酸，含2 2个羧基个羧基1 1个氨基，个氨基，与阴离子交换树脂要比与阳离子交换树脂强，与阴离子交换树脂要比与阳离子交换树脂强，但阴离子机械强度差，价格贵，因而用阳离子但阴离子机械强度差，价格贵，因而用阳离子交换树脂。交换树脂。 理论上讲发酵液上柱的理论上讲发酵液上柱的pH值应低于值应低于3.22，但实，但实际上控制在际上控制在5.0 6.0之间，因之间，因Na+、NH4+交换能交换能力力谷氨酸，优先交换，置换出谷氨酸，优先交换，置换出H+使使pH值低于值低于3.2，使谷氨酸成为阳离子，但不能，使谷氨酸成为阳离子，但不能6.0。4.4.电渗析法电渗析法 膜别离过程，利用的是电位差。膜别离过程，利用的是电位差。 二次电渗析法：二次电渗析法：pH3.2pH3.2：除去各种盐类。：除去各种盐类。pHpH3.2:3.2:除去蛋白质、残糖和色素等非电解除去蛋白质、残糖和色素等非电解质。质。我国味精技术进展情况我国味精技术进展情况制糖工艺进展：酸法水解制糖工艺进展：酸法水解酶酸法水解酶酸法水解双酶法水双酶法水解。解。发酵工艺进展：亚适量生物素水平产酸发酵工艺进展：亚适量