氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝

sheshouleon · 發(fā)表于 2009-5-7 12:26:38

1. 概述

氨基酸在藥品、食品、飼料、化工等行業(yè)中有重要應(yīng)用。

氨：氨基酸的制造始于1820年，蛋白質(zhì)酸水解生產(chǎn)氨基酸，1850年化學(xué)合成氨基酸，1956年分離到谷氨酸棒狀桿菌，日本采用微生物發(fā)酵法工業(yè)化生產(chǎn)谷氨酸成功，1957年生產(chǎn)谷氨酸鈉（味精）商業(yè)化，從此推動(dòng)了氨基酸生產(chǎn)的大發(fā)展。目前絕大多數(shù)應(yīng)用發(fā)酵法或酶法生產(chǎn)，極少數(shù)為天然提取或化學(xué)合成法生產(chǎn)。

主要菌種有谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、短芽孢桿菌、粘質(zhì)賽式桿菌等，往往是生物素缺陷型，也有些是氨基酸缺陷型。還有采用基因工程菌進(jìn)行生產(chǎn)的。

氨基酸的世界市場(chǎng)中，谷氨酸鈉約占氨基酸總量的75％，其次為賴氨酸，占產(chǎn)量10％，其他約占15％。

國外谷氨酸采用甘蔗糖蜜或淀粉水解糖為原料的強(qiáng)制發(fā)酵工藝，產(chǎn)酸率13－15％，糖酸轉(zhuǎn)化率50－60％；國內(nèi)采用淀粉水解糖或甜菜糖蜜為原料生物素亞適量發(fā)酵工藝，產(chǎn)酸率10％，轉(zhuǎn)化率60％。

菌種改良和新工藝開發(fā)，促進(jìn)了中國氨基酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)用于輸液的18種氨基酸原料只有絲氨酸和色氨酸不能工業(yè)化生產(chǎn)仍需進(jìn)口外，其余16種均已投產(chǎn)，國產(chǎn)化80％以上。2002年，全國氨基酸原料產(chǎn)品7.4萬噸，醫(yī)藥用總產(chǎn)量超過4200噸。2002年氨基酸制劑近1億支（片/瓶）。氨基酸原料生產(chǎn)企業(yè)約20多家，制劑生產(chǎn)企業(yè)30多家。甘氨酸3000多噸，賴氨酸及其鹽酸鹽約1000噸，天門冬氨酸、纈氨酸、谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸等幾百噸。谷氨酸鈉的生產(chǎn)規(guī)模最大，居世界首位。

2 氨基酸生產(chǎn)工藝

2.1 培養(yǎng)基制備

水解淀粉、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烴等可作為碳源，取決于菌種和氨基酸種類和操作方式，常采用水解淀粉糖、糖蜜。氨鹽、尿素、氨水等作為無機(jī)氮源，有機(jī)氮源有玉米漿、麩皮水解液、豆餅等。有機(jī)氮源還可提供生物素等微生物生長因子的來源。碳氮比對(duì)于氨基酸發(fā)酵非常重要，調(diào)節(jié)適宜的碳氮比。無機(jī)鹽是發(fā)酵必需的，磷有很重要的影響。

2.2 主要發(fā)酵參數(shù)控制

三級(jí)發(fā)酵進(jìn)行生產(chǎn)，主要參數(shù)控制如下。

pH：流加尿素和氨水控制，常用尿素，根據(jù)pH變化、菌體生長、殘?zhí)堑日{(diào)節(jié)，少量多次。如果用氨水，采用流加連續(xù)方式調(diào)節(jié)pH。PH的范圍6.5-7.5之間。

溫度：最適溫度因菌種和氨基酸種類而不同，菌體生長和氨基酸生產(chǎn)的溫度也不同。對(duì)于溫度敏感突變株，可采用分段調(diào)節(jié)控制策略。

溶解氧：供氧充足時(shí)，產(chǎn)率最高的氨基酸有谷氨酸、谷氨酰氨、脯氨酸和精氨酸等，它們對(duì)氧有高依賴性，氧分壓應(yīng)該在0.01×105Pa以上，才能獲得高產(chǎn)。低氧分壓下，生產(chǎn)受阻。適當(dāng)缺氧時(shí)，產(chǎn)率最高的氨基酸有亮氨酸、苯丙氨酸和纈氨酸等，菌體呼吸在受阻時(shí)，氧分壓接近零，有利于發(fā)酵。供氧不足對(duì)生產(chǎn)影響不大的氨基酸發(fā)酵包括賴氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸等。

泡沫：加入天然豆油、玉米油或泡敵等進(jìn)行消泡，控制泡沫的產(chǎn)生。

2.3 主要提煉工藝過程

過濾：用板框式壓濾機(jī)過濾發(fā)酵液。

沉淀：根據(jù)氨基酸的等電點(diǎn)，采用等電沉淀、離子交換，提取氨基酸。

脫色：加入活性炭脫除色素。

精制：離子交換、重結(jié)晶等進(jìn)行精制。[/td]
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