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1、第九章氨基酸本讲稿第一页，共四十八页氨基酸的用途氨基酸的用途(一一)、在食品工业中的应用、在食品工业中的应用 1 1、强强化化食食品品：赖赖氨氨酸酸、色色氨氨酸酸和和苏苏氨氨酸酸常常用用于于强强化化食食品品，使使小小麦麦、玉米、大米等食物提高营养价值。玉米、大米等食物提高营养价值。2 2、作作为为调调味味剂剂：谷谷氨氨酸酸及及天天门门冬冬氨氨酸酸的的钠钠盐盐具具有有鲜鲜味味，特特别别是谷氨酸的一钠盐常用作鲜味剂。是谷氨酸的一钠盐常用作鲜味剂。3 3、作作为为人人工工甜甜味味剂剂的的原原料料：自自从从发发现现L-L-天天门门冬冬氨氨酸酸-L-L-苯苯丙丙氨氨酸酸甲甲酯酯(APM)APM)的的甜甜
2、味味为为蔗蔗糖糖的的150-200150-200倍倍后后，对对天天门门冬冬氨氨酸酸肽肽类类的的甜甜味味进进行行了了广广泛泛的的研研究究，其其中中以以L-L-天天冬冬氨氨酰酰-氨氨基基丙丙二二酸酸蒎蒎醇醇甲甲醇醇二二酯酯具具有有最大的甜味，为蔗糖的最大的甜味，为蔗糖的22000-3320022000-33200倍。倍。本讲稿第二页，共四十八页(二二)、在饲料中的应用、在饲料中的应用 在在饲饲料料中中添添加加赖赖氨氨酸酸和和蛋蛋氨氨酸酸，可可加加速速猪猪等等家家畜畜的的生生长长，改改良肉的质量。蛋氨酸可以提高家禽的产蛋率。良肉的质量。蛋氨酸可以提高家禽的产蛋率。(三三)在医药上的应用在医药上的应用
3、 几几乎乎所所有有的的氨氨基基酸酸和和它它们们的的盐盐类类在在医医药药上上都都可可作作为为注注射射剂剂或或一一般般药药物物，医医治治各各种种疾疾病病，各各种种氨氨基基酸酸的的混混合合液液不不但但作作为为营营养养注注射射剂剂或或口口服服液液，而且为宇航员、飞行员等的强化剂食品。而且为宇航员、飞行员等的强化剂食品。(四四)工业上的应用工业上的应用 聚聚谷谷氨氨酸酸树树脂脂的的薄薄膜膜具具有有天天然然的的皮皮革革性性能能，可可制制耐耐季季节节气气候候变变化化的的人人造造皮皮革革和和涂涂料料。谷谷氨氨酸酸还还可可制制人人造造纤纤维维。甘甘氨氨酸酸、半半胱胱氨氨酸酸、丙丙氨氨酸酸可制表面活性剂、缓冲剂和
4、抗氧剂等。可制表面活性剂、缓冲剂和抗氧剂等。本讲稿第三页，共四十八页氨基酸生产的历史氨基酸生产的历史氨基酸生产首先从谷氨酸开始氨基酸生产首先从谷氨酸开始1919l0l0年日本味之素公司采用提取法大量生产味精年日本味之素公司采用提取法大量生产味精19361936年美国从甜菜废液中提取谷氨酸年美国从甜菜废液中提取谷氨酸日日本本在在19561956年年用用糖糖质质原原料料发发酵酵谷谷氨氨酸酸成成功功，完完全全取取代代了了原原来来的的水解法。水解法。19601960年发酵法生产了赖氨酸，同年用合成法生产年发酵法生产了赖氨酸，同年用合成法生产dldl蛋氨酸。蛋氨酸。19621962年谷氨酸的合成法生产成
5、功年谷氨酸的合成法生产成功19661966年年采采用用醋醋酸酸原原料料生生产产谷谷氨氨酸酸，此此后后石石油油发发酵酵谷谷氨氨酸酸、赖赖氨氨酸酸、酪氨酸等也获得成功酪氨酸等也获得成功目前氨基酸几乎都可应用发酵法生产。目前氨基酸几乎都可应用发酵法生产。本讲稿第四页，共四十八页我国味精生产开始于我国味精生产开始于19231923年，上海天厨味精厂最先用水解法生产年，上海天厨味精厂最先用水解法生产19321932年沈阳开始用脱脂豆粉水解生产味精年沈阳开始用脱脂豆粉水解生产味精19641964年年上上海海味味精精厂厂和和有有关关科科学学研研究究单单位位协协作作，开开始始采采用用发发酵酵法法生生产味精，现
6、在全国已普遍采用产味精，现在全国已普遍采用目目前前我我们们除除味味精精外外，还还生生产产了了赖赖氨氨酸酸、蛋蛋氨氨酸酸、异异亮亮氨氨酸酸、缬缬氨酸、苏氨酸等十多种氨基酸。氨酸、苏氨酸等十多种氨基酸。本讲稿第五页，共四十八页氨基酸的生产方法w发酵法：发酵法：直接发酵法：直接发酵法：野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵、抗氨野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵、抗氨基酸结构类似物突变株发酵、抗氨基酸结构类似基酸结构类似物突变株发酵、抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型回物突变株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型回复突变株发酵。复突变株发酵。添加前体法添加前体法本讲稿第六页，共四十八页w酶
7、法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造氨基酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造氨基酸。酸。w提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨酸、提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸半胱氨酸和酪氨酸w合成法：合成法：DL-DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。酸。w传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的成本高成本高,工艺复杂工艺复杂,难以达到工业化生产的目的。难以达到工业化生产的目的。本讲稿第七页，共四十八页w生产氨基酸的大国为日本和德国。生产氨基酸的大国为日本和德国。w日本的味之素、协和发酵及
8、德国的德固沙是世界日本的味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生产的三巨头。它们能生产高品质的氨基氨基酸生产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸酸,可直接用于输液制剂的生产。可直接用于输液制剂的生产。w日本在美国、法国等建立了合资的氨基酸生产厂家日本在美国、法国等建立了合资的氨基酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍生物。生产氨基酸和天冬甜精等衍生物。本讲稿第八页，共四十八页w国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司,湖北八峰湖北八峰氨基酸公司氨基酸公司,但目前无论生产规模及产品质量还难于与国但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗衡外抗衡.w在在80
9、80年代中后期年代中后期,我国从日本的味之素、协和发酵以技贸合我国从日本的味之素、协和发酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术和仿造产品作的方式引进输液制剂的制造技术和仿造产品,1991,1991年销售年销售量为二千万瓶量为二千万瓶,1996,1996年达六千万瓶年达六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞主要厂家有无锡华瑞,北北京费森尤斯京费森尤斯,昆明康普莱特昆明康普莱特,但生产原料都依赖进口。但生产原料都依赖进口。w20002000年年,世界氨基酸产值可达世界氨基酸产值可达4545亿美元亿美元,占生物技术市场的占生物技术市场的7%,7%,国内的氨基酸产值可达国内的氨基酸产值可达4040亿元亿元,占
10、全国发酵产业总产值占全国发酵产业总产值的的12%12%。本讲稿第九页，共四十八页 第一节第一节 谷氨酸发酵谷氨酸发酵一、概述一、概述二、谷氨酸的生产菌种二、谷氨酸的生产菌种三、谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸积累的条件三、谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸积累的条件四、生物素对谷氨酸的生物合成的影响四、生物素对谷氨酸的生物合成的影响五、如何克服生物素过量带来的问题五、如何克服生物素过量带来的问题六、其它环境条件对谷氨酸合成的影响六、其它环境条件对谷氨酸合成的影响七、谷氨酸的提取七、谷氨酸的提取本讲稿第十页，共四十八页 一、概述一、概述水解法水解法(如盐酸水解面筋蛋白质、大豆蛋白质、玉米蛋白质等如盐酸水解
11、面筋蛋白质、大豆蛋白质、玉米蛋白质等)从废液中提取法从废液中提取法(如甜菜废糖蜜中含游离谷氨酸如甜菜废糖蜜中含游离谷氨酸3.53.5)6060年年代代试试制制过过合合成成法法(如如以以石石油油裂裂解解气气丙丙烯烯为为原原料料合合成成谷谷氨氨酸酸)天天然然氨氨基基酸酸都都为为L-L-型型，化化学学合合成成法法一一般般产产品品中中除除L-L-谷谷氨氨酸酸外外，还还有有D-D-谷谷氨酸氨酸DL-DL-谷氨酸。谷氨酸。这些这些D-D-型的谷氨酸需用微生物进行转化，使成为型的谷氨酸需用微生物进行转化，使成为L-L-谷氨酸谷氨酸本讲稿第十一页，共四十八页w工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质而制取。
12、工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质而制取。w19571957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投入大规年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投入大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业的重大创举，模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业的重大创举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶段。使发酵工业进入调节代谢的调控阶段。w目前世界产谷氨酸钠目前世界产谷氨酸钠3030万吨万吨/年，占氨基酸总量的年，占氨基酸总量的2/32/3。w我国现已有我国现已有200200余家生产，年产量达余家生产，年产量达1515万吨，居世界首万吨，居世界首位。位。本讲稿第十二页，共四十八页 二、谷氨酸的生产菌种二、谷氨酸的
13、生产菌种 很很久久以以来来人人们们就就知知道道在在微微生生物物的的培培养养滤滤液液中中有有多多种种氨氨基基酸酸存存在在，有人测试了几千个微生物菌株的氨基酸形成的情况，有人测试了几千个微生物菌株的氨基酸形成的情况，发发现现大大部部分分菌菌株株在在一一定定条条件件下下能能够够向向基基质质中中分分泌泌氨氨基基酸酸，其其中中有有些些菌菌株株产产生生谷谷氨氨酸酸较较高高，随随后后进进行行大大量量的的筛筛选选工工作作，发发掘掘的的菌菌种种逐逐渐渐增增多多，目目前前工工业业应应用用的的谷谷氨氨酸酸产产生生菌菌，有有下下列列几几种：种：本讲稿第十三页，共四十八页谷氨酸棒状杆菌（谷氨酸棒状杆菌（Coryneba
14、cterium glutamicum）乳糖发酵短杆菌（乳糖发酵短杆菌（Brevibacterium lactofermentum）散枝短杆菌（散枝短杆菌（Brevibacterium divaricatum）黄色短杆菌（黄色短杆菌（Brevibacterium flavum）硫殖短杆菌（硫殖短杆菌（Brevibacterium thiogenitalis）嗜氨小杆菌（嗜氨小杆菌（Microbacterium ammoniaphilum）菌株特点：菌株特点：w革兰氏阳性革兰氏阳性w不形成芽胞不形成芽胞w没有鞭毛，不能运动没有鞭毛，不能运动w需要生物素作为生长因子需要生物素作为生长因子w在通气条件
15、下才能产生谷氨酸。在通气条件下才能产生谷氨酸。本讲稿第十四页，共四十八页三、谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸积累的条件三、谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸积累的条件由葡萄糖生物合成柠檬酸的代谢途径由葡萄糖生物合成柠檬酸的代谢途径葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸丙氨酸丙氨酸乙酰乙酰CoAHMP乳酸乳酸CO2本讲稿第十五页，共四十八页草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸CO2CO23-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA本讲稿第十六页，共四十八页草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸顺乌头酸
16、顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸 乙酰乙酰CoACoA乙醛酸乙醛酸乙酸乙酸乙酰乙酰CoACoA谷氨酸谷氨酸NHNH+4 4L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶本讲稿第十七页，共四十八页一定的糖酵解速度，不能走向乳酸等合成。一定的糖酵解速度，不能走向乳酸等合成。生生成成丙丙酮酮酸酸后后，一一部部分分氧氧化化脱脱羧羧生生成成乙乙酰酰CoACoA，一一部部分分固固定定COCO2 2生生成草酰乙酸。成草酰乙酸。生成的乙酰生成的乙酰CoACoA不向脂肪酸合成途径转化，全部趋于合成柠檬酸。不向脂肪酸合成途径转化，全部趋于合成柠檬酸。-酮戊二
17、酸不转化为琥珀酸。酮戊二酸不转化为琥珀酸。异柠檬酸裂解酶活性弱，即不形成乙醛酸环。异柠檬酸裂解酶活性弱，即不形成乙醛酸环。异柠檬酸脱氢酶活性强。异柠檬酸脱氢酶活性强。L-L-谷氨酸脱氢酶活性强。谷氨酸脱氢酶活性强。谷氨酸积累的理想条件谷氨酸积累的理想条件本讲稿第十八页，共四十八页对对于于正正常常生生理理的的微微生生物物，通通过过自自身身的的代代谢谢调调节节，谷谷氨氨酸酸是是不不能能大大量在细胞内积累的。量在细胞内积累的。细细胞胞膜膜透透性性大大，生生成成的的谷谷氨氨酸酸分分泌泌于于细细胞胞外外，以以克克服服终终产产物物的的反馈调节。反馈调节。本讲稿第十九页，共四十八页黄色短杆菌中谷氨酸的代谢调
18、节机制如下图所示黄色短杆菌中谷氨酸的代谢调节机制如下图所示本讲稿第二十页，共四十八页1.切断或减弱支路代谢切断或减弱支路代谢 2 2.解除自身的反馈抑制解除自身的反馈抑制 3.3.增加前体物的合成增加前体物的合成 4.4.提高细胞膜的渗透性提高细胞膜的渗透性 5.5.强化能量代谢强化能量代谢6.6.利用基因工程技术构建谷氨利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株酸工程菌株 谷氨酸生产菌的具体育种思路谷氨酸生产菌的具体育种思路本讲稿第二十一页，共四十八页四、生物素对谷氨酸的生物合成的影响四、生物素对谷氨酸的生物合成的影响1 1、生物素影响糖酵解的速度、生物素影响糖酵解的速度2 2、生物素影响异柠檬酸裂
19、解酶的活性、生物素影响异柠檬酸裂解酶的活性3 3、生物素是羧化酶的辅基、生物素是羧化酶的辅基4 4、生物素影响细胞膜的透性、生物素影响细胞膜的透性 作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoACoA的辅的辅酶，参与脂肪酸的生物合在，进而影响磷酯的合成。酶，参与脂肪酸的生物合在，进而影响磷酯的合成。当磷酯含量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变形，当磷酯含量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变形，谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。生物素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产谷氨酸，生物素过量，则发酵过程菌体
20、大量繁殖，不产或少产谷氨酸，代谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多。代谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多。本讲稿第二十二页，共四十八页CH3COSCoA+ATP+CO2HOOCCH2COSCoA+ADP+Pi乙酰乙酰CoA丙二酰丙二酰CoA乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶生物素生物素Mg2+生物素量少，脂肪酸的合成减少，进而影响细胞膜的合成，造生物素量少，脂肪酸的合成减少，进而影响细胞膜的合成，造成细胞膜透性大成细胞膜透性大本讲稿第二十三页，共四十八页五、如何克服生物素过量带来的问题五、如何克服生物素过量带来的问题1 1、选育油酸缺陷型、选育油酸缺陷型2 2、选育甘油缺陷型、选育甘油缺陷型3 3、加入表面活性剂或
21、高级饱和脂肪酸、加入表面活性剂或高级饱和脂肪酸4 4、加入青霉素或头孢菌素、加入青霉素或头孢菌素C C本讲稿第二十四页，共四十八页六、其它环境条件对谷氨酸合成的影响六、其它环境条件对谷氨酸合成的影响1 1、通气：加大通气有利于谷氨酸的合成，通气不足转、通气：加大通气有利于谷氨酸的合成，通气不足转向乳酸的合成。向乳酸的合成。2 2、温度：适当提高温度有利于谷氨酸的合成。、温度：适当提高温度有利于谷氨酸的合成。3 3、氨：、氨：CN=1000.52 合成菌体合成菌体 CN=10011 以上合成谷氨酸以上合成谷氨酸 缺乏氨：积累缺乏氨：积累-酮戊二酸酮戊二酸 氨浓度高：谷氨酸进一步生成谷氨酰胺氨浓度
22、高：谷氨酸进一步生成谷氨酰胺4 4、磷酸盐：不能太高，否则合成缬氨酸、磷酸盐：不能太高，否则合成缬氨酸5 5、pH:pH:最适为最适为7.2-7.47.2-7.4。本讲稿第二十五页，共四十八页七、谷氨酸合成的提取七、谷氨酸合成的提取（一）等电点法：（一）等电点法：谷氨酸等电点为谷氨酸等电点为3.23.2 工艺如下：工艺如下：发酵液发酵液 调酸至调酸至pH 4.5继续调酸至继续调酸至pH 3.03.2搅拌搅拌20小时小时静置沉降静置沉降6小时小时离心分离离心分离母液母液谷氨酸谷氨酸 离子交换离子交换操作简单，收率操作简单，收率60。周期。周期长，占地面积大。长，占地面积大。本讲稿第二十六页，共四
23、十八页 谷氨酸脱氢酶最适谷氨酸脱氢酶最适pHpH为为7.0-7.27.0-7.2 转氨酶最适转氨酶最适pH 7.2-7.4pH 7.2-7.4。在发酵中后期，保持在发酵中后期，保持pHpH不变。过高转为谷氨酰胺，不变。过高转为谷氨酰胺，过低氨离子不足。过低氨离子不足。本讲稿第二十七页，共四十八页（二）离子交换法：（二）离子交换法：用强酸型阳离子树脂吸附后，用用强酸型阳离子树脂吸附后，用4 4的的NaOHNaOH洗脱，然后树脂用洗脱，然后树脂用5.45.4的的HClHCl再生。再生。本讲稿第二十八页，共四十八页（三）盐酸盐法：（三）盐酸盐法：发发酵酵液液中中除除含含谷谷氨氨酸酸外外，尚尚有有一一
24、定定量量的的谷谷氨氨酰酰胺胺及及焦焦谷谷氨氨酸酸，用用等等电电点点及及离离子子交交换换提提取取均均无无法法回回收收，可可用用盐盐酸酸水水解解来来提提高高收收率率。盐盐酸酸水水解解时时也也使使菌菌体体蛋蛋白白水水解解成成氨氨基基酸酸并并可可使使碳碳水水比比合物破坏，生成腐殖质而被除去，提高水解液质量。合物破坏，生成腐殖质而被除去，提高水解液质量。利利用用谷谷氨氨酸酸盐盐在在浓浓盐盐酸酸中中溶溶解解度度低低而而将将谷谷氨氨酸酸与与其其它它杂杂质质分离。分离。本讲稿第二十九页，共四十八页HCl(%)谷氨酸盐酸盐(%)5.3610.7313.4116.0918.1122.3023.8225.7528.
25、6130.5516.147.204.383.322.441.361.100.900.750.71谷氨酸盐酸盐的溶解度（20）本讲稿第三十页，共四十八页（四）锌盐法：（四）锌盐法：利利用用谷谷氨氨酸酸锌锌在在水水溶溶液液中中的的溶溶解解度度低低的的原原理理，加加入入硫硫酸酸锌锌，当当溶溶液液中中pHpH为为6.36.3时时，生生成成谷谷氨氨酸酸锌锌沉沉淀淀，然然后后加加热热，调调pHpH至至2.42.42.62.6，分离出谷氨酸。，分离出谷氨酸。本讲稿第三十一页，共四十八页谷氨酸谷氨酸中和中和沉淀沉淀脱色脱色过滤过滤脱色脱色过滤过滤浓缩结晶浓缩结晶离心分离离心分离小结晶小结晶母液母液结晶味精结晶
26、味精干燥干燥拌盐粉碎拌盐粉碎粉状味精粉状味精水水(或渣水或渣水)碳酸钠碳酸钠活性炭活性炭硫化碱硫化碱谷氨酸回调谷氨酸回调pH活性炭脱色活性炭脱色活性炭二次脱色活性炭二次脱色硫化碱硫化碱晶种晶种流加母液流加母液蒸馏水蒸馏水GH15颗粒活性炭脱色颗粒活性炭脱色干燥干燥过筛过筛粉状味精粉状味精活性炭活性炭硫化碱硫化碱谷氨酸制味精的工艺流程谷氨酸制味精的工艺流程本讲稿第三十二页，共四十八页 第二节第二节 赖氨酸发酵赖氨酸发酵一、赖氨酸的生产方法一、赖氨酸的生产方法二、赖氨酸的生物合成途径二、赖氨酸的生物合成途径三、二氨基庚二酸途径的调节三、二氨基庚二酸途径的调节四、赖氨酸的菌种选育四、赖氨酸的菌种选育
27、五、赖氨酸发酵生产工艺五、赖氨酸发酵生产工艺六、赖氨酸的提取六、赖氨酸的提取本讲稿第三十三页，共四十八页一、赖氨酸的生产方法一、赖氨酸的生产方法 （一）、提取法（一）、提取法 自自乳乳酪酪素素或或血血粉粉中中提提取取，乳乳酪酪素素或或血血粉粉经经盐盐酸酸或或硫硫酸酸水水解解、浓浓缩缩等等工工序序后后，在在pH pH l.8-2.0l.8-2.0时时以以强强酸酸性性阳阳离离子子交交换换树树脂脂吸吸附附、氨氨水洗脱，或苦味酸沉淀等方法获得赖氨酸结晶。水洗脱，或苦味酸沉淀等方法获得赖氨酸结晶。（二）、合成法（二）、合成法 化化学学法法合合成成-赖赖氨氨酸酸的的工工艺艺很很多多，用用于于工工业业化化的
28、的生生产产方方法法有荷兰有荷兰DSMDSM法和日本东丽法两种。法和日本东丽法两种。DSMDSM法法是是以以己己内内酰酰胺胺为为原原料料，东东丽丽法法以以环环己己烯烯(环环己己烷烷光光硝硝化化过过程程的的副副产产物物)为为原原料料，两两者者都都是是先先生生成成-氨氨基基己己内内酰酰胺胺，再再经经水水解解生生成成DL-DL-赖氨酸，以后再用酶法进行分割，制成赖氨酸，以后再用酶法进行分割，制成L-L-赖氨酸。赖氨酸。本讲稿第三十四页，共四十八页 酶法分割酶法分割 将将乙乙酰酰-DL-DL-赖赖氨氨酸酸通通过过酰酰化化酶酶的的作作用用，使使具具生生物物活活性性的的L-L-赖氨酸分离出。赖氨酸分离出。酰
29、酰化化酶酶只只能能作作用用于于乙乙酰酰-L-L-赖赖氨氨酸酸，而而对对乙乙酰酰-D-D-赖赖氨氨酸酸不不起起反反应应，酰酰化化酶酶作作用用后后，得得到到L-L-赖赖氨氨酸酸和和乙乙酰酰-D-D-赖赖氨氨酸酸，提提取取L-L-赖氨酸。赖氨酸。乙酰乙酰-D-D-赖氨酸再用化学消旋法消旋生成乙酰赖氨酸再用化学消旋法消旋生成乙酰-DL-DL-赖氨酸赖氨酸。本讲稿第三十五页，共四十八页反应过程如下：反应过程如下：DL-DL-赖氨酸赖氨酸乙酰乙酰-DL-DL-赖氨酸赖氨酸L-L-赖氨酸赖氨酸乙酰乙酰-D-D-赖氨酸赖氨酸酰化酶水解酰化酶水解乙酰化乙酰化化学法消旋化学法消旋本讲稿第三十六页，共四十八页 （三
30、）、酶法合成（三）、酶法合成 利利用用隐隐球球酵酵母母产产生生的的L-L-氨氨基基己己内内酰酰胺胺水水解解酶酶将将L-L-氨氨基基己己内内酰酰胺水解，生成胺水解，生成L-L-赖氨酸。赖氨酸。这这种种酶酶只只能能水水解解L-L-型型的的，而而对对D-D-型型则则无无能能为为力力。D-D-氨氨基基己己内内酰酰胺胺需需通通过过无无色色杆杆菌菌产产生生的的D-D-氨氨基基己己内内酰酰胺胺消消旋旋酶酶将将其其消消旋旋化化，生生成成L-L-氨氨基己内酰胺。基己内酰胺。如如将将以以上上两两种种菌菌混混合合培培养养，则则可可使使DL-DL-氨氨基基己己内内酰酰胺胺直直接接转转化化，全部生成全部生成L-L-赖氨
31、酸。赖氨酸。（四）、发酵法（四）、发酵法 以谷氨酸棒杆菌或黄色短杆菌发酵生产。以谷氨酸棒杆菌或黄色短杆菌发酵生产。本讲稿第三十七页，共四十八页二、赖氨酸的生物合成途径二、赖氨酸的生物合成途径 微生物生物合成赖氨酸有两条途径：微生物生物合成赖氨酸有两条途径：细细菌菌类类的的二二氨氨基基庚庚二二酸酸(DAP)DAP)途途径径，除除细细菌菌外外，也也存存在在于于绿绿藻藻，原生动物和高等植物之中。原生动物和高等植物之中。霉菌、酵母的霉菌、酵母的-氨基己二酸途径，氨基己二酸途径，这是一条循环途径。这是一条循环途径。本讲稿第三十八页，共四十八页三、二氨基庚二酸途径的调节三、二氨基庚二酸途径的调节 二二氨氨
32、基基庚庚二二酸酸途途径径广广泛泛存存在在于于细细菌菌之之中中，但但其其代代谢谢控控制制却却是是多种多样的，即使是亲缘关系很近的菌株之间也不一样。多种多样的，即使是亲缘关系很近的菌株之间也不一样。这这条条途途径径以以天天门门冬冬氨氨酸酸作作为为起起始始物物质质，在在这这条条途途径径中中合合成成的还有苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。的还有苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。本讲稿第三十九页，共四十八页天门冬氨酸天门冬氨酸天门冬氨酰磷酸天门冬氨酰磷酸天门冬氨酸天门冬氨酸-半醛半醛二氢吡啶二羧酸二氢吡啶二羧酸四氢吡啶二羧酸四氢吡啶二羧酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸高丝氨酸高丝氨酸胱硫醚胱硫醚磷酸高丝氨酸磷酸高
33、丝氨酸高半胱氨酸高半胱氨酸蛋氨酸蛋氨酸苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸天门冬氨酸激酶天门冬氨酸激酶高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶本讲稿第四十页，共四十八页天门冬氨酸天门冬氨酸天门冬氨酰磷酸天门冬氨酰磷酸天门冬氨酸天门冬氨酸-半醛半醛二氢吡啶二羧酸二氢吡啶二羧酸四氢吡啶二羧酸四氢吡啶二羧酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸高丝氨酸高丝氨酸胱硫醚胱硫醚磷酸高丝氨酸磷酸高丝氨酸高半胱氨酸高半胱氨酸蛋氨酸蛋氨酸苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸天门冬氨酸激酶天门冬氨酸激酶高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶本讲稿第四十一页，共四十八页四、赖氨酸的菌种选育四、赖氨酸的菌种选育（一）、切断支路代谢（一）、切断支路代谢 以以
34、谷谷氨氨酸酸棒棒杆杆菌菌为为出出发发菌菌株株，选选育育高高丝丝氨氨酸酸缺缺陷陷型型切切断断苏苏氨氨酸酸和和蛋氨酸的分支途径，是积累赖氨酸的有效措施。蛋氨酸的分支途径，是积累赖氨酸的有效措施。（二）、增加前体物质的合成（二）、增加前体物质的合成 为为了了提提高高赖赖氨氨酸酸产产率率，应应设设法法增增加加前前体体物物天天门门冬冬氨氨酸酸的的浓浓度度，如如：选选育育丙丙氨氨酸酸缺缺陷陷型型，丙丙酮酮酸酸和和天天门门冬冬氨氨酸酸是是赖赖氨氨酸酸和丙氨酸生物合成的共同前体。和丙氨酸生物合成的共同前体。丙丙氨氨酸酸可可由由丙丙酮酮酸酸与与L-L-氨氨基基酸酸通通过过转转氨氨酶酶作作用用而而生生成成，亦亦可
35、可在在-酮酮戊戊二二酸酸和和亮亮氨氨酸酸存存在在时时，由由天天门门冬冬氨氨酸酸-脱脱烃烃酶酶所所催催化化，直直接接从从天天门门冬冬氨氨酸酸脱脱烃烃形形成成。选选育育丙丙氨氨酸酸缺缺陷陷型型，增增强强生生物物合合成天门冬氨酸的代谢流，能提高赖氨酸产量。成天门冬氨酸的代谢流，能提高赖氨酸产量。本讲稿第四十二页，共四十八页（三）、增大谷氨酸的反馈抑制（三）、增大谷氨酸的反馈抑制 增增大大谷谷氨氨酸酸的的反反馈馈控控制制，能能增增强强生生物物合合成成天天门门冬冬氨氨酸酸的的代代谢流。谢流。与与谷谷氨氨酸酸发发酵酵相相比比，生生物物素素丰丰富富(30-50(30-50 g/lg/l)，是是提提高高产产赖
36、赖氨氨酸酸的关键。的关键。本讲稿第四十三页，共四十八页丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸天门冬氨酸天门冬氨酸本讲稿第四十四页，共四十八页（四）、解除代谢互锁（四）、解除代谢互锁 赖氨酸与亮氨酸生物合成之间存在代谢互锁，即二氢吡啶二羧赖氨酸与亮氨酸生物合成之间存在代谢互锁，即二氢吡啶二羧酸合成酶为亮氨酸所阻遏，应设法解除，如：选育亮氨酸缺陷型。酸合成酶为亮氨酸所阻遏，应设法解除，如：选育亮氨酸缺陷型。此外，选育烟酰胺缺陷型也能解除代谢互锁因为烟酰胺参与亮氨酸此外，选育烟酰胺缺陷型也能解除代谢互锁因为烟酰胺参与亮氨酸合成。合成。本讲稿第四十五页，共四十八页五、赖
37、氨酸发酵生产工艺五、赖氨酸发酵生产工艺1 1、温度：种子培养温度、温度：种子培养温度30-3230-32，发酵温度发酵温度32-3432-34。2 2、氧氧气气：在在发发酵酵过过程程中中，并并不不需需要要培培养养基基中中的的氧氧浓浓度度达达到到饱饱和和，只只要维持在临界氧浓度之上即可。要维持在临界氧浓度之上即可。3 3、流流加加碳碳源源：初初糖糖浓浓度度太太高高时时，菌菌种种接接种种后后的的适适应应期期延延长长，比比生生长长速速率率增增加加，赖赖氨氨酸酸生生成成速速度度降降低低，采采用用高高糖糖流流加加发发酵酵的方法比较合适。的方法比较合适。4 4、流流加加氮氮源源：赖赖氨氨酸酸发发酵酵需需维
38、维持持高高氮氮量量，例例如如，总总氮氮量量需需加加4-54-5(NHNH4 4)2 2SOSO4 4，如如全全部部作作初初氮氮加加入入，赖赖氨氨酸酸的的产产量量不不及及2-2-3 3(NHNH4 4)2 2SOSO4 4的高，如采用流加方法，则产量显著提高。的高，如采用流加方法，则产量显著提高。本讲稿第四十六页，共四十八页六、赖氨酸的提取六、赖氨酸的提取（一）、晶析法（一）、晶析法 通过将发酵醪通过将发酵醪pHpH调整到调整到3-73-7，以满足以下两个条件：，以满足以下两个条件：X0.32 X0.32 及及 XY0.32XY0.32，赖氨酸就形成两个结晶水的盐酸盐的结晶。赖氨酸就形成两个结晶
39、水的盐酸盐的结晶。X=0.32赖氨酸总重百分数赖氨酸总重百分数发酵液中干物质总重百分数发酵液中干物质总重百分数XY=0.32HCL（mol）赖氨酸赖氨酸（mol）本讲稿第四十七页，共四十八页（二）、离子交换法（二）、离子交换法 强强酸酸性性苯苯乙乙烯烯型型阳阳离离子子交交换换树树脂脂之之氢氢型型RSO3H及及铵铵型型RSO3NH4均均可可吸吸附附赖赖氨氨酸酸，但但铵铵型型树树脂脂能能选选择择性性的的吸吸附附赖赖氨氨酸酸及及其其它它碱碱性性氨氨基基酸酸(如如精精氨氨酸酸、鸟鸟氨氨酸酸)而而不不吸吸附附其其它它中中性性氨氨基基酸酸及及酸酸性性氨氨基基酸酸，因因赖氨酸发酵液中很少有精氨酸，故能比较容易地与其它氨基酸分离。赖氨酸发酵液中很少有精氨酸，故能比较容易地与其它氨基酸分离。本讲稿第四十八页，共四十八页