L-精氨酸簡介課件

L-精氨酸的生產(chǎn)工藝一、L-精氨酸的生理功能及其應(yīng)用三、L-精氨酸的生產(chǎn)方法四、L-精氨酸發(fā)酵法的研究進(jìn)展五、L-精氨酸的生物合成及調(diào)控機(jī)制二、L-精氨酸的生產(chǎn)成本、價格及利潤六、L-精氨酸的提取、純化在食品領(lǐng)域：1、L-精氨酸是合成蛋白質(zhì)和肌酸的重要原料,是人和動物體內(nèi)的半必需氨基酸。2、L-精氨酸-L-谷氨酸鹽可以作為忌鈉患者的調(diào)味品；3、L-精氨酸可以添加到運動飲料中來提高運動員的耐力、爆發(fā)力及快速反應(yīng)能力例：可口可樂公司推出的“阿格里樂”運動飲料便是含0.02%精氨酸的飲品；日本明治乳業(yè)生產(chǎn)的運動飲料也是含0.02%精氨酸的飲料4、以L-精氨酸為原料制備的陽離子表面活性劑具有抗菌性強，毒性低等特點，是食品化妝品等的優(yōu)良防腐劑醫(yī)藥領(lǐng)域：1、L-精氨酸是體內(nèi)合成NO的前提物質(zhì)，是血管舒張因子具有抗粥樣動脈硬化、調(diào)節(jié)血壓的功能；2、L-精氨酸是臨床上復(fù)方氨基酸輸液的主要成分之一，廣泛用于病毒性肝炎的治療，效果顯著；3、L-精氨酸還可以提高人體生長荷爾蒙(HGH)延緩衰老4、L-精氨酸對幾個內(nèi)分泌腺具有強有力地促進(jìn)激素分泌作用5、L-精氨酸對腫瘤誘導(dǎo)及發(fā)生過程的抑制作用（L-精氨酸可能是通過促進(jìn)機(jī)體對腫瘤識別和抗腫瘤的反應(yīng)來發(fā)揮作用）發(fā)酵成本：2,9000元/噸（包含主要原料：葡萄糖，玉米槳等）；動力成本：1,2000元/噸（包括水、電、汽等）；后提取成本：2,000元/噸；例：食品級L-精氨酸（最低端的產(chǎn)品）成本在50,000元/噸以內(nèi)。目前國內(nèi)市場上的由毛發(fā)水解法生產(chǎn)精氨酸銷售價格約為61,000元/噸，在2008年食品級L-精氨酸價格曾經(jīng)為80,000元/噸。味之素和協(xié)和生產(chǎn)的藥用級氨基酸約140,000元/噸。國內(nèi)無菌級精氨酸的價格約為300,000元/噸。如果一個年產(chǎn)500噸～1000噸L-精氨酸生產(chǎn)廠，最低限度的產(chǎn)品毛利潤約為500～1,000萬生產(chǎn)法方法：目前，L-精氨酸的制備方法有五種：直接發(fā)酵法、添加前體發(fā)酵法、酶法、蛋白質(zhì)水解提取法和化學(xué)合成法1、直接發(fā)酵法借助微生物自身的合成能力，對菌株誘變處理，選育出各種營養(yǎng)缺陷型及抗氨基酸結(jié)構(gòu)類似物的變異株，以解除代謝調(diào)節(jié)中的反饋抑制與阻遏，達(dá)到過量合成某種氨基酸的目的2、添加前體發(fā)酵法除了使用葡萄糖做碳源、能源來發(fā)酵外，在添加特異的的前提物質(zhì)（如：精氨酰琥珀酸）

二、國內(nèi)1、1988年，中科院微生物研究所的龔建華等以谷氨酸產(chǎn)生菌鈍齒棒狀桿菌AS1.542為出發(fā)菌株，經(jīng)NTG多次逐級誘變，獲得了一株能夠積累L-精氨酸的菌株971.1發(fā)酵培養(yǎng)96h，產(chǎn)酸最高達(dá)34g/L2、2005年，錢和等以谷氨酸棒桿菌ATCC13861為誘變出發(fā)菌株，經(jīng)紫外線和亞硝基胍逐級誘變處理和選育，獲得一株能夠積累L-精氨酸的菌株UN100-12在以葡萄糖為碳源、以硫酸銨為氮源的培養(yǎng)基中直接發(fā)酵4d，產(chǎn)酸可達(dá)16.6g/L，并具有較好的遺傳穩(wěn)定性3、2006年，許正宏、竇文芳和陶文沂等鈍齒棒狀桿菌YD8為出發(fā)菌株，通過選育脯氨酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株，采用亞硝基胍誘變處理和選育，獲得一株能夠積累L-精氨酸的菌株YDM403，產(chǎn)酸水平可達(dá)29.4g/L4、目前我國L-精氨酸產(chǎn)量在30g/L~40g/LL-精氨酸的生物合成及代謝控制一、代謝控制育種策略二、由突變菌株發(fā)酵生產(chǎn)三、精氨酸的發(fā)酵過程調(diào)控四、精氨酸的分離提取1、乙酰谷氨酸合成酶；2、N-乙酰谷氨酸激酶；3、N-乙酰谷氨酸半醛脫氫酶；4、N-乙酰鳥氨酸-δ-氨基轉(zhuǎn)移酶；5、N-乙酰谷氨酸-乙酰鳥氨酸乙酰基轉(zhuǎn)移酶；6、鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶；7、精氨琥珀酸合成酶；8、精氨酰琥珀酸酶一、精氨酸發(fā)酵的代謝控制育種策略1、解除菌體自身的反饋抑制

精氨酸的生物合成受自身的反饋抑制和反饋阻遏，采用抗反饋調(diào)節(jié)突變株來解除該反饋調(diào)節(jié)，使精氨酸得以積累。選育營養(yǎng)缺陷的回復(fù)突變株也可以解除該反饋調(diào)節(jié)，如選育有N-乙酰谷胺酸激酶缺陷的回復(fù)突變株。2、增加前體物的合成

由代謝圖可知，谷氨酸是精氨酸的生物合成的前體，因此，選育氟乙酸、氟檸檬酸、重氮絲氨酸、酮基丙二酸、纈氨霉素等敏感突變株，可以增加精氨酸前體的合成，從而有利于精氨酸產(chǎn)量的提高。3、切斷進(jìn)一步代謝的途徑要大量積累精氨酸，需切斷或減弱精氨酸進(jìn)一步向下代謝的途徑，使使精氨酸不再被消耗，如選育不能以精氨酸為唯一碳源生長（即喪失精氨酸分解能力）的突變株。二、由突變菌株發(fā)酵生產(chǎn)精氨酸用谷氨酸棒桿菌的突變株KY10577（Ile+、D-Sers、D-Argr、ArgHxr、2-TAr），由15%糖蜜（以葡萄糖計）積累精氨酸25g/L。酶2為N-乙酰谷胺酸激酶、酶4為N-乙酰鳥氨酸-6-氨甲基轉(zhuǎn)移酶、酶5為N-乙酰谷氨酸-乙酰鳥氨酸乙?；D(zhuǎn)移酶、酶6為鳥氨酸氨甲酰基轉(zhuǎn)移酶“-”為營養(yǎng)缺陷型、“+”為營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變型、“s”為敏感性、“r”為抗性三、發(fā)酵過程控制1、培養(yǎng)基對精氨酸發(fā)酵的影響及控制1）碳源以葡萄糖、蔗糖為碳源時,精氨酸的產(chǎn)量較高，濃度為105g/L的時候產(chǎn)酸量最高。2）氮源無機(jī)氮優(yōu)于有機(jī)氮，無機(jī)氮中硫酸銨為最好。隨著硫酸銨濃度的增加精氨酸產(chǎn)量顯著增加,但當(dāng)硫酸銨濃度超過5%時產(chǎn)酸又顯著下降。從碳源和氮源上來看，我們在發(fā)酵過程中為提高精氨酸的產(chǎn)量應(yīng)該選擇過程中流加的方式。2、生物素對精氨酸發(fā)酵的影響及控制如果生物素過量，就大量繁殖而不產(chǎn)或少產(chǎn)酸；若生物素不足，菌體生長不好，精氨酸產(chǎn)量也低。當(dāng)生物素的添加量為80μg/L時，可獲得較高的精氨酸積累量。3、溫度對精氨酸發(fā)酵的影響及控制菌體生長最適溫度和發(fā)酵的溫度均為(30±1)℃4、pH值對精氨酸發(fā)酵的影響及控制最適生長pH為中性，介于7.0~7.2之間，低于或高于這個范圍都不利于種子的生長，以初始pH7.0的種子發(fā)酵積累L-精氨酸較其它條件下都好5、溶氧量對精氨酸發(fā)酵的影響及控制在高供氧（HOS）條件下L-精氨酸的產(chǎn)量31.1g/L，而在中供氧(MOS)和低供氧(LOS)條件下的L-精氨酸產(chǎn)量只分別達(dá)到16.0g/L和3g/L但是，在42～84h（發(fā)酵后期）HOS下的L-精氨酸合成速率下降迅速而MOS下的L-精氨酸合成速率卻明顯比HOS下穩(wěn)定四、精氨酸的分離純化1、特殊沉淀法特殊沉淀法是采用某些有機(jī)或無機(jī)試劑與相應(yīng)氨基酸形成不溶性衍生物的一種方法。常用的沉淀劑有苯甲醛2、電滲析法原理：在中性條件下，酸性氨基酸是陰離子，堿性氨基酸是陽離子，中性氨基酸離子凈電荷為零，在靜電電場作用下，酸性氨基酸向陽極運動，堿性氨基酸向陰極運動，中性氨基酸仍停留在淡化池中，初步實現(xiàn)分離；然后再將堿性氨基酸通過活性炭處理，精氨酸被吸附，而賴氨酸不被吸附，達(dá)到分離與純化的目的3、離子交換法基本原理是利用氨基酸的兩性電解質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)溶液pH值低于氨基酸等電點時，氨基酸以陽離子形式存在，能被陽離子交換樹脂吸附；當(dāng)溶液pH值高于氨基酸等電點時，氨基酸以陰離子形式存在，能被陰離子交換樹脂吸附。例如工業(yè)上從胱氨酸母液中提取L-精氨酸時，向含有精氨酸的蛋白水解中和液中加入沉淀劑，使精氨酸與沉淀劑生成溶解度很小的復(fù)合物（苯甲基精氨酸）而沉淀，實現(xiàn)精氨酸與其他氨基酸的分離。謝謝！主要參考文獻(xiàn)：L_精氨酸產(chǎn)生菌的選育及其代謝調(diào)控的初步研究（殷樹昌）精氨酸產(chǎn)生菌的代謝機(jī)制及選育進(jìn)展（伊廷存、袁建國）鈍齒棒桿菌產(chǎn)精氨酸關(guān)鍵酶分析（陳雪嵐，許正宏，陶文沂）L-精氨酸發(fā)酵研究進(jìn)展（王霞,陶文沂,孫志浩,許正宏）L_精氨酸發(fā)酵條件研究（劉建成）L-精氨酸產(chǎn)生菌的選育及其發(fā)酵條件（王霞,許正宏,敖宗華,孫志浩,陶文沂）L一精氨酸的制備（馬勇、莊建新、章元炳）L_精氨酸的制備及提取研究（郝剛）離子交換法從發(fā)酵液中提取L-精氨酸（張義萍、張偉國、郝剛）L-精氨酸菌種選育及優(yōu)化方法（王學(xué)輝）3、酶法利用微生物中特定的酶作為催化劑，使底物經(jīng)過酶催化生成所需的產(chǎn)品4、蛋白質(zhì)水解提取法以毛發(fā)、血粉及廢蠶絲等蛋白質(zhì)為原料，通過酸、堿或酶水