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1、第九章氨基酸第1页，本讲稿共48页氨基酸的用途氨基酸的用途(一一)、在食品工、在食品工业中的中的应用用 1 1、强化化食食品品：赖氨氨酸酸、色色氨氨酸酸和和苏氨氨酸酸常常用用于于强化化食食品品，使小麦、玉米、大米等食物提高使小麦、玉米、大米等食物提高营养价养价值。2 2、作作为调味味剂：谷谷氨氨酸酸及及天天门冬冬氨氨酸酸的的钠盐具具有有鲜味味，特特别是谷氨酸的一是谷氨酸的一钠盐常用作常用作鲜味味剂。3 3、作作为人人工工甜甜味味剂的的原原料料：自自从从发现L-天天门冬冬氨氨酸酸-L-苯苯丙丙氨氨酸酸甲甲酯(APM)的的甜甜味味为蔗蔗糖糖的的150-200150-200倍倍后后，对天天门冬冬氨氨
2、酸酸肽类的的甜甜味味进行行了了广广泛泛的的研研究究，其其中中以以L-天天冬冬氨氨酰-氨氨基基丙丙二二酸酸蒎醇醇甲甲醇醇二二酯具具有有最最大大的的甜甜味味，为蔗蔗糖糖的的22000-3320022000-33200倍。倍。第2页，本讲稿共48页(二二)、在、在饲料中的料中的应用用 在在饲料料中中添添加加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，改良肉的改良肉的质量。蛋氨酸可以提高家禽的量。蛋氨酸可以提高家禽的产蛋率。蛋率。(三三)在医在医药上的上的应用用 几几乎乎所所有有的的氨氨基基酸酸和和它它们的的盐类在在医医药上上都都可可作作为注注射射剂或或一一般般药物物，医医治治
3、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营养养注注射射剂或或口口服服液液，而而且且为宇宇航航员、飞行行员等等的的强化化剂食品。食品。(四四)工工业上的上的应用用 聚聚谷谷氨氨酸酸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气气候候变化化的的人人造造皮皮革革和和涂涂料料。谷谷氨氨酸酸还可可制制人人造造纤维。甘甘氨氨酸、半胱氨酸、丙氨酸可制表面活性酸、半胱氨酸、丙氨酸可制表面活性剂、缓冲冲剂和抗氧和抗氧剂等。等。第3页，本讲稿共48页氨基酸生氨基酸生产的的历史史氨基酸生氨基酸生产首先从谷氨酸开始首先从谷氨酸开始1919l0年日本味之素公司采
4、用提取法大量生年日本味之素公司采用提取法大量生产味精味精19361936年美国从甜菜年美国从甜菜废液中提取谷氨酸液中提取谷氨酸日日本本在在19561956年年用用糖糖质原原料料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水解法。的水解法。19601960年年发酵法生酵法生产了了赖氨酸，同年用合成法生氨酸，同年用合成法生产dl蛋氨酸。蛋氨酸。19621962年谷氨酸的合成法生年谷氨酸的合成法生产成功成功19661966年年采采用用醋醋酸酸原原料料生生产谷谷氨氨酸酸，此此后后石石油油发酵酵谷谷氨氨酸酸、赖氨酸、酪氨酸等也氨酸、酪氨酸等也获得成功得成功目前氨基酸几乎都可目前氨基酸几乎都
5、可应用用发酵法生酵法生产。第4页，本讲稿共48页我我国国味味精精生生产开开始始于于19231923年年，上上海海天天厨厨味味精精厂厂最最先先用用水水解解法生法生产19321932年沈阳开始用脱脂豆粉水解生年沈阳开始用脱脂豆粉水解生产味精味精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位位协作作，开开始始采采用用发酵法生酵法生产味精，味精，现在全国已普遍采用在全国已普遍采用目目前前我我们除除味味精精外外，还生生产了了赖氨氨酸酸、蛋蛋氨氨酸酸、异异亮亮氨氨酸酸、缬氨酸、氨酸、苏氨酸等十多种氨基酸。氨酸等十多种氨基酸。第5页，本讲稿共48页氨基酸的生产方法w发酵法：酵法：直
6、接直接发酵法：酵法：野生菌株野生菌株发酵、酵、营养缺陷型突养缺陷型突变发酵、抗氨基酵、抗氨基酸酸结构构类似物突似物突变株株发酵、抗氨基酸酵、抗氨基酸结构构类似物突似物突变株的株的营养缺陷型菌株养缺陷型菌株发酵和酵和营养缺陷型回复突养缺陷型回复突变株株发酵。酵。添加前体法添加前体法第6页，本讲稿共48页w酶酶法：利用微生物法：利用微生物细细胞或微生物胞或微生物产产生的生的酶酶来制造氨基来制造氨基酸。酸。w提取法：蛋白提取法：蛋白质质水解，从水解液中提取。胱氨酸、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-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。蛋氨酸、丙氨酸、
7、甘氨酸、苯丙氨酸。w传统传统的提取法、的提取法、酶酶法和化学合成法由于前体物的成法和化学合成法由于前体物的成本高本高,工工艺艺复复杂杂,难难以达到工以达到工业业化生化生产产的目的。的目的。第7页，本讲稿共48页w生生产产氨基酸的大国氨基酸的大国为为日本和德国。日本和德国。w日本的味之素、日本的味之素、协协和和发发酵及德国的德固沙是世界氨酵及德国的德固沙是世界氨基酸生基酸生产产的三巨的三巨头头。它。它们们能生能生产产高品高品质质的氨基酸的氨基酸,可可直接用于直接用于输输液制液制剂剂的生的生产产。w日本在美国、法国等建立了合日本在美国、法国等建立了合资资的氨基酸生的氨基酸生产产厂厂家家,生生产产氨
8、基酸和天冬甜精等衍生物。氨基酸和天冬甜精等衍生物。第8页，本讲稿共48页w国内生国内生产产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司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,但目前无但目前无论论生生产规产规模及模及产产品品质质量量还难还难于与国于与国外抗衡外抗衡.w在在80年代中后期年代中后期,我国从日本的味之素、我国从日本的味之素、协协和和发发酵以技酵以技贸贸合作的方合作的方式引式引进输进输液制液制剂剂的制造技的制造技术术和仿造和仿造产产品品,1991年年销销售量售量为为二千万瓶二千万瓶,1996年达六千万瓶年达六千万瓶,主要厂家有无主要厂家有无锡华锡华瑞瑞,北京北京费费
9、森尤斯森尤斯,昆明康普昆明康普莱特莱特,但生但生产产原料都依原料都依赖进赖进口。口。w2000年年,世界氨基酸世界氨基酸产值产值可达可达45亿亿美元美元,占生物技占生物技术术市市场场的的7%,国内的氨基酸国内的氨基酸产值产值可达可达40亿亿元元,占全国占全国发发酵酵产业总产值产业总产值的的12%。第9页，本讲稿共48页第一第一节谷氨酸谷氨酸发酵酵一、概述一、概述二、谷氨酸的生二、谷氨酸的生产菌种菌种三、谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸三、谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸积累的条件累的条件四、生物素四、生物素对谷氨酸的生物合成的影响谷氨酸的生物合成的影响五、如何克服生物素五、如何克服生物素过量量带来的来
10、的问题六、其它六、其它环境条件境条件对谷氨酸合成的影响谷氨酸合成的影响七、谷氨酸的提取七、谷氨酸的提取第10页，本讲稿共48页 一、概述一、概述水水解解法法(如如盐酸酸水水解解面面筋筋蛋蛋白白质、大大豆豆蛋蛋白白质、玉玉米米蛋蛋白白质等等)从从废液中提取法液中提取法(如甜菜如甜菜废糖蜜中含游离谷氨酸糖蜜中含游离谷氨酸3.53.5)6060年年代代试制制过合合成成法法(如如以以石石油油裂裂解解气气丙丙烯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L-型型，化化学学合合成成法法一一般般产品品中中除除L-谷谷氨酸外，氨酸外，还有有D-谷氨酸谷氨酸DL-谷氨酸。谷氨酸。这些些D-型的谷氨
11、酸需用微生物型的谷氨酸需用微生物进行行转化，使成化，使成为L-谷氨酸谷氨酸第11页，本讲稿共48页w工工业业化生化生产产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质质而制取。而制取。w1957年，日本率先采用微生物年，日本率先采用微生物发发酵法生酵法生产产，并投入大，并投入大规规模工模工业业化生化生产产，这这是被誉是被誉为现为现代代发发酵工酵工业业的重大的重大创举创举，使，使发发酵工酵工业进业进入入调节调节代代谢谢的的调调控控阶阶段。段。w目前世界目前世界产产谷氨酸谷氨酸钠钠30万吨万吨/年，占氨基酸年，占氨基酸总总量的量的2/3。w我国我国现现已有已有200余家生余家生产产
12、，年，年产产量达量达15万吨，居世界首位。万吨，居世界首位。第12页，本讲稿共48页 二、谷氨酸的生二、谷氨酸的生产菌种菌种 很很久久以以来来人人们就就知知道道在在微微生生物物的的培培养养滤液液中中有有多多种种氨氨基基酸酸存存在在，有有人人测试了了几几千千个个微微生生物物菌菌株株的的氨氨基基酸酸形形成成的的情况，情况，发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向向基基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生生谷谷氨氨酸酸较高高，随随后后进行行大大量量的的筛选工工作作，发掘掘的的菌菌种种逐逐渐增增多多，目目前前工工业应用用的的谷谷氨氨酸酸产生生菌，有下列几种：菌，有下
13、列几种：第13页，本讲稿共48页谷氨酸棒状杆菌（谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）乳糖乳糖发酵短杆菌（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
14、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在通气条件下才能产生谷氨酸。在通气条件下才能产生谷氨酸。第14页，本讲稿共48页三、谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸三、谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸积累的条件累的条件由葡萄糖生物合成由葡萄糖生物合成柠檬酸的代檬酸的代谢途径途径葡萄糖葡萄糖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-磷酸甘油磷酸甘油醛丙丙酮酸酸丙氨酸丙氨酸乙乙酰CoAHMP乳酸乳酸CO2第15页，本讲稿共48页草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸CO2CO23-3-磷酸甘油磷酸甘油醛丙丙酮酸酸乙乙酰CoA第16页，本讲
15、稿共48页草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸顺乌头酸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乙酰CoA乙醛酸乙醛酸乙酸乙酸乙乙酰CoA谷氨酸谷氨酸NH+4 4L-谷氨酸脱谷氨酸脱氢酶第17页，本讲稿共48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生成草酰乙酸。生成草酰乙酸。生生成成的的乙乙酰酰CoACoA不不向向脂脂肪肪酸酸合合成成途途径径转转化化，全全部部趋趋于于合合成成柠檬酸。柠
16、檬酸。-酮戊二酸不转化为琥珀酸。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。谷氨酸谷氨酸积累的理想条件累的理想条件第18页，本讲稿共48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，谷谷氨氨酸是不能大量在细胞内积累的。酸是不能大量在细胞内积累的。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，以以克克服服终产物的反馈调节。终产物的反馈调节。第19页，本讲稿共48页黄色短杆菌中谷氨酸
17、的代谢调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第20页，本讲稿共48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第21页，本讲稿共48页四、生物素四、生物素对谷氨酸的生物合成的影响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、生物素
18、影响异柠檬酸裂解檬酸裂解酶的活性的活性3 3、生物素是、生物素是羧化化酶的的辅基基4 4、生物素影响、生物素影响细胞膜的透性胞膜的透性作作为催化脂肪酸生物合成最初反催化脂肪酸生物合成最初反应的关的关键酶乙乙酰CoA的的辅酶，参与脂肪酸的生物合在，参与脂肪酸的生物合在，进而影响磷而影响磷酯的的合成。合成。当磷当磷酯含量减少到正常含量减少到正常时的一半左右的一半左右时，细胞胞发生生变形，谷氨酸能形，谷氨酸能够从胞内渗出，从胞内渗出，积累于累于发酵液中。酵液中。生物素生物素过量，量，则发酵酵过程菌体大量繁殖，不程菌体大量繁殖，不产或少或少产谷氨酸，代谷氨酸，代谢产物中乳酸和琥珀酸明物中乳酸和琥珀酸明
19、显增多。增多。第22页，本讲稿共48页CH3COSCoA+ATP+CO2HOOCCH2COSCoA+ADP+Pi乙乙酰CoA丙二丙二酰CoA乙乙酰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，造成细胞膜透性大合成，造成细胞膜透性大第23页，本讲稿共48页五、如何克服生物素五、如何克服生物素过量量带来的来的问题1 1、选育油酸缺陷型育油酸缺陷型2 2、选育甘油缺陷型育甘油缺陷型3 3、加入表面活性、加入表面活性剂或高或高级饱和脂肪酸和脂肪酸4 4、加入青霉素或、加入青霉素或头孢菌素菌素C C第24页，本讲稿
20、共48页六、其它六、其它环境条件境条件对谷氨酸合成的影响谷氨酸合成的影响1 1、通气：加大通气有利于谷氨酸的合成，通气不足、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。转向乳酸的合成。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
21、为最适为7.2-7.47.2-7.4。第25页，本讲稿共48页七、谷氨酸合成的提取七、谷氨酸合成的提取（一）等（一）等电点法：点法：谷氨酸等谷氨酸等电点点为3.23.2 工工艺如下：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。周期长，占地面积大。期长，占地面积大。第26页，本讲稿共48页 谷氨酸脱谷氨酸脱氢氢酶酶最适最适pH为为7.0-7.2 转转氨氨酶酶最适最适pH 7.2-7.4。在在发发酵中后期，保持酵中后期，保持
22、pH不不变变。过过高高转为转为谷氨谷氨酰酰胺，胺，过过低低氨离子不足。氨离子不足。第27页，本讲稿共48页（二）离子交（二）离子交换法：法：用用强酸型阳离子酸型阳离子树脂吸附后，用脂吸附后，用4 4的的NaOH洗脱，然洗脱，然后后树脂用脂用5.45.4的的HCl再生。再生。第28页，本讲稿共48页（三）（三）盐酸酸盐法：法：发酵酵液液中中除除含含谷谷氨氨酸酸外外，尚尚有有一一定定量量的的谷谷氨氨酰胺胺及及焦焦谷谷氨氨酸酸，用用等等电点点及及离离子子交交换提提取取均均无无法法回回收收，可可用用盐酸酸水水解解来来提提高高收收率率。盐酸酸水水解解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
23、可可使使碳碳水水比比合合物物破破坏坏，生生成成腐腐殖殖质而而被被除除去去，提高水解液提高水解液质量。量。利利用用谷谷氨氨酸酸盐在在浓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质分离。分离。第29页，本讲稿共48页HCl(%)谷氨酸盐酸盐(%)5.3610.7313.4116.0918.1122.3023.8225.7528.6130.5516.147.204.383.322.441.361.100.900.750.71谷氨酸盐酸盐的溶解度（20）第30页，本讲稿共48页（四）（四）锌盐法：法：利利用用谷谷氨氨酸酸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
24、硫硫酸酸锌，当当溶溶液液中中pH为6.36.3时，生生成成谷谷氨氨酸酸锌沉沉淀淀，然然后后加加热，调pH至至2.42.42.62.6，分离出谷氨酸。，分离出谷氨酸。第31页，本讲稿共48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
25、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第32页，本讲稿共48页第二第二节赖氨酸氨酸发酵酵一、一、赖氨酸的生氨酸的生产方法方法二、二、赖氨酸的生物合成途径氨酸的生物合成途径三、二氨基庚二酸途径的三、二氨基庚二酸途径的调节四、四、赖氨酸的菌种氨酸的菌种选育育五、五、赖氨酸氨酸发酵生酵生产工工艺六、六、赖氨酸的提取氨酸的提取第33页，本讲稿共48页一、一、赖氨酸的生氨酸的生产方法方法（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盐酸酸或或硫硫酸酸水水解解、浓缩等等工工序序后后，在在pH l.8-2.0时以以强酸酸性性阳
26、阳离离子子交交换树脂吸附、氨水洗脱，或苦味酸沉淀等方法脂吸附、氨水洗脱，或苦味酸沉淀等方法获得得赖氨酸氨酸结晶。晶。（二）、合成法（二）、合成法 化化学学法法合合成成-赖氨氨酸酸的的工工艺很很多多，用用于于工工业化化的的生生产方方法有荷法有荷兰DSM法和日本法和日本东丽法两种。法两种。DSM法法是是以以己己内内酰胺胺为原原料料，东丽法法以以环己己烯(环己己烷光光硝硝化化过程程的的副副产物物)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胺胺，再再经水水解解生生成成DL-赖氨氨酸酸，以以后后再再用用酶法法进行行分分割割，制制成成L-赖氨酸。氨酸。第34页，本讲稿共48页酶法分割法分
27、割 将将乙乙酰-DL-赖氨氨酸酸通通过酰化化酶的的作作用用，使使具具生生物物活活性性的的L-赖氨酸分离出。氨酸分离出。酰化化酶只只能能作作用用于于乙乙酰-L-赖氨氨酸酸，而而对乙乙酰-D-赖氨氨酸酸不不起起反反应，酰化化酶作作用用后后，得得到到L-赖氨氨酸酸和和乙乙酰-D-赖氨氨酸，提取酸，提取L-赖氨酸。氨酸。乙乙酰-D-赖氨氨酸酸再再用用化化学学消消旋旋法法消消旋旋生生成成乙乙酰-DL-赖氨酸氨酸。第35页，本讲稿共48页反反应过程如下：程如下：DL-赖氨酸氨酸乙乙酰-DL-赖氨酸氨酸L-赖氨酸氨酸乙乙酰-D-赖氨酸氨酸酰化化酶水解水解乙乙酰化化化学法消旋化学法消旋第36页，本讲稿共48页
28、（三）、（三）、酶法合成法合成 利利用用隐球球酵酵母母产生生的的L-氨氨基基己己内内酰胺胺水水解解酶将将L-氨氨基基己己内内酰胺水解，生成胺水解，生成L-赖氨酸。氨酸。这种种酶只只能能水水解解L-型型的的，而而对D-型型则无无能能为力力。D-氨氨基基己己内内酰胺胺需需通通过无无色色杆杆菌菌产生生的的D-氨氨基基己己内内酰胺胺消消旋旋酶将将其其消旋化，生成消旋化，生成L-氨基己内氨基己内酰胺。胺。如如将将以以上上两两种种菌菌混混合合培培养养，则可可使使DL-氨氨基基己己内内酰胺胺直直接接转化，全部生成化，全部生成L-赖氨酸。氨酸。（四）、（四）、发酵法酵法以谷氨酸棒杆菌或黄色短杆菌以谷氨酸棒杆菌
29、或黄色短杆菌发酵生酵生产。第37页，本讲稿共48页二、二、赖氨酸的生物合成途径氨酸的生物合成途径微生物生物合成微生物生物合成赖氨酸有两条途径：氨酸有两条途径：细菌菌类的的二二氨氨基基庚庚二二酸酸(DAP)途途径径，除除细菌菌外外，也也存存在在于于绿藻，原生藻，原生动物和高等植物之中。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，这是一条循是一条循环途径。途径。第38页，本讲稿共48页三、二氨基庚二酸途径的三、二氨基庚二酸途径的调节 二二氨氨基基庚庚二二酸酸途途径径广广泛泛存存在在于于细菌菌之之中中，但但其其代代谢控控制制却是多种多却是多种多样的，即使是的，即使是亲
30、缘关系很近的菌株之关系很近的菌株之间也不一也不一样。这条条途途径径以以天天门冬冬氨氨酸酸作作为起起始始物物质，在在这条条途途径径中中合合成的成的还有有苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。第39页，本讲稿共48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天门冬氨酸冬氨酸-半半醛二二氢吡吡啶二二羧酸酸四四氢吡吡啶二二羧酸酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸氨酸高高丝氨酸氨酸胱硫胱硫醚磷酸高磷酸高丝氨酸氨酸高半胱氨酸高半胱氨酸蛋氨酸蛋氨酸苏氨酸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高丝氨酸脱氨酸脱氢酶第40页，本讲稿共48页天门冬氨酸天门冬氨酸天门冬氨酰磷酸天门冬氨酰磷
31、酸天天门冬氨酸冬氨酸-半半醛二二氢吡吡啶二二羧酸酸四四氢吡吡啶二二羧酸酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸氨酸高高丝氨酸氨酸胱硫胱硫醚磷酸高磷酸高丝氨酸氨酸高半胱氨酸高半胱氨酸蛋氨酸蛋氨酸苏氨酸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高丝氨酸脱氨酸脱氢酶第41页，本讲稿共48页四、四、赖氨酸的菌种氨酸的菌种选育育（一）、切断支路代谢（一）、切断支路代谢 以以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氨酸和蛋氨酸的分支途径，是积累赖氨酸的有效措施。苏氨酸和蛋氨酸的分支途径，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
32、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酸和丙氨酸生物合成的共同前体。氨酸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，增强生物合成天门冬氨酸的代谢流，能提高赖氨酸
33、产量。增强生物合成天门冬氨酸的代谢流，能提高赖氨酸产量。第42页，本讲稿共48页（三）、增大谷氨酸的反（三）、增大谷氨酸的反馈抑制抑制 增增大大谷谷氨氨酸酸的的反反馈控控制制，能能增增强生生物物合合成成天天门冬冬氨氨酸酸的的代代谢流。流。与与谷谷氨氨酸酸发酵酵相相比比，生生物物素素丰丰富富(30-50(30-50 g/l)，是是提提高高产赖氨酸的关氨酸的关键。第43页，本讲稿共48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第44页，本讲稿共48页（四）、解除代（四）、解除代谢互互锁赖氨酸与亮氨酸生物合成之氨酸与亮氨酸生物合成之间存在代存在代谢互
34、互锁，即二，即二氢吡吡啶二二羧酸合成酸合成酶为亮氨酸所阻遏，亮氨酸所阻遏，应设法解除，如：法解除，如：选育亮氨酸缺陷型。此外，育亮氨酸缺陷型。此外，选育烟育烟酰胺缺陷型也能解除代胺缺陷型也能解除代谢互互锁因因为烟烟酰胺参与亮氨酸合成。胺参与亮氨酸合成。第45页，本讲稿共48页五、赖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饱和，只要维持在临界氧浓度之上即可。到饱和，只要维持在临界氧浓度之上即可。3
35、 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发酵的方法比较合适。加发酵的方法比较合适。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的的高高，如如采采用用流流加加方方法法，则则产产量量显显著著提高。提高。第46页，本讲稿共48页
36、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赖氨酸就形成两个结晶水的盐酸盐的结晶。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）第47页，本讲稿共48页（二）、离子交（二）、离子交换法法 强酸酸性性苯苯乙乙烯型型阳阳离离子子交交换树脂脂之之氢型型RSO3H及及铵型型RSO3NH4均均可可吸吸附附赖氨氨酸酸，但但铵型型树脂脂能能选择性性的的吸吸附附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，因因赖氨氨酸酸发酵酵液液中中很很少少有有精精氨氨酸酸，故能比故能比较容易地与其它氨基酸分离。容易地与其它氨基酸分离。第48页，本讲稿共48页