氨基酸與核酸發(fā)酵

關于氨基酸與核酸發(fā)酵第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)谷氨酸生產(chǎn)一、谷氨酸生產(chǎn)原料及其處理（一）糖蜜的預處理：降低生物素含量。（二）淀粉的糖化：酸解法、酶解法、酸酶法和酶酸法。第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月二、谷氨酸產(chǎn)生菌1956年，日本木下等人發(fā)現(xiàn)谷氨小球菌。相繼發(fā)現(xiàn)小球菌、棒桿菌、短桿菌、節(jié)桿菌等一大批谷氨酸產(chǎn)生菌。我國使用的多是野生型菌株通過誘變篩選的谷氨酸棒桿菌。第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)糖質(zhì)原料發(fā)酵的谷氨酸生產(chǎn)菌的共同特征①細胞呈球形、棒形或短桿形；②革蘭氏染色呈陽性反應；③無鞭毛，不能運動；④是需氧性的微生物；⑤不形成芽孢；⑥以生物素作為生長因子；⑦具有一定的谷氨酸蓄積能力。第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）常用的生產(chǎn)菌株北京棒桿菌AS1-299

鈍齒棒桿菌黃色短桿菌北京棒桿菌黃色短桿菌第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三、谷氨酸合成途徑1.谷氨酸合成的方式（1）轉(zhuǎn)氨基作用（2）還原氨基化作用2.谷氨酸合成途徑EMP途徑、HMP途徑、TCA、乙醛酸循環(huán)、二氧化碳固定反應等。第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑①-蘋果酸酶②-丙酮酸羧化酶③-丙酮酸脫羧酶④-異檸檬酸脫氫酶⑤-異檸檬酸裂解酶⑥-α-酮戊二酸脫氫酶⑦-谷氨酸脫氫酶⑧-蘋果酸脫氫酶⑨-乳酸脫氫酶第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3.谷氨酸合成過程中各途徑的意義（1）糖酵解途徑：葡萄糖降解為丙酮酸，丙酮酸進入三羧酸循環(huán)。（2）HMP途徑：生成的NADH2是還原氨基化反應必須的供氫體。（3）TCA途徑：提供谷氨酸的前體物質(zhì)α-酮戊二酸。（4）CO2固定反應：在蘋果酸酶和丙酮酸羧化酶作用下分別生成丙酮酸和草酰乙酸，前者氧化為草酰乙酸，使草酰乙酸得到補充。（5）乙醛酸途徑：通過異檸檬酸裂解酶作用補充琥珀酸，維持菌體生長需要。（6）還原氨基化作用：α-酮戊二酸經(jīng)還原氨基化作用生成谷氨酸。第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月4.谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特征（1）有固定CO2的二羧酸合成酶存在。（2）α-酮戊二酸脫氫酶活力很弱。（3）異檸檬酸脫氫酶活力較強，異檸檬酸脫氫酶的活力不能太強。（4）谷氨酸脫氫酶活力高。（5）經(jīng)呼吸鏈氧化NADPH2的能力要弱，保證有NADPH2作為供氫體參加還原氨基化反應。（6）菌體進一步分解谷氨酸的能力低下。第9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月四、谷氨酸發(fā)酵工藝1.發(fā)酵培養(yǎng)基（1）碳源：糖類、脂肪、醇類、烴類（2）氮源：尿素或氨水，所需氮源較大（C:N=100:20~30）（3）無機鹽：提供磷、硫、鎂、鉀、鈣、鐵等。（4）生長因子：生物素2.培養(yǎng)基滅菌3.種子擴大培養(yǎng)第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月4.發(fā)酵條件控制（1）溫度控制：菌體生長（0-12h），溫度30-32度；谷氨酸合成（12后），溫度34-37度。（2）發(fā)酵前期pH7.5-8.5，中后期7.0-7.6。第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）DO控制第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）種齡及接種量控制（5）泡沫控制第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月味精生產(chǎn)工藝流程第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)其它氨基酸發(fā)酵一、賴氨酸發(fā)酵賴氨酸的方法主要有1.提取法2.合成法3.發(fā)酵法第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月賴氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法兩步發(fā)酵法：即由甲菌生成二氨基庚二酸，乙菌生成二氨基庚二酸脫羧酶，從而生成賴氨酸。直接發(fā)酵法：二氨基庚二酸（DPA）途徑，其代謝調(diào)節(jié)機制主要是當天冬氨酸激酶的活性受賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制。選育高絲氨酸的營養(yǎng)缺陷型菌株，使這種協(xié)同反饋抑制被破壞，從而大量積累賴氨酸。第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月二、L-天門冬氨酸發(fā)酵三、蘇氨酸發(fā)酵四、纈氨酸發(fā)酵第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)核酸與核苷酸發(fā)酵一、核酸的化學結構與鮮味核酸、核苷酸、核苷的概念核酸類物質(zhì)：DNA、RNA核苷酸、核苷、堿基呈鮮味的是鳥苷酸、肌苷酸、黃苷酸等5’-核苷酸。呈鮮強度：5’-GMP>5’-IMP>5’-XMP第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月GMP：MSG增味倍數(shù)1+G：MSG增味倍數(shù)12%：88%9．912%：88%8．18%：92%8．48%：92%7．15%：95%6．85%：95%5．94%：96%6．24%：96%5．32%：98%4．62%：98%4．00%：100%1．00%：100%1．0ＧＭＰ、Ｉ＋Ｇ、ＭＳＧ之間的增鮮效應表第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月二、核苷酸生產(chǎn)工藝（一）嘌呤核苷酸生物合成途徑嘌呤核苷酸生物合成途徑第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）嘌呤核苷酸生物合成的代謝調(diào)控1、避免AMP、GMP等產(chǎn)物對PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶的反饋阻遏和反饋抑制作用（A-菌株）；2、控制Mn2+濃度，使細胞出現(xiàn)伸長、膨脹等異常形態(tài)，增加細胞膜透性；3、添加抗生素和表面活性劑以增大細胞膜透性；4、控制適當?shù)陌l(fā)酵溫度、pH、DO等工藝參數(shù)。第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月1、肌苷生產(chǎn)菌短小芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、產(chǎn)氨短桿菌等的腺嘌呤缺陷型突變株。2、肌苷發(fā)酵3、肌苷提取離子交換樹脂法活性碳吸附法（三）發(fā)酵法生產(chǎn)肌苷第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月例：枯草桿菌NO.102經(jīng)紫外光誘變和DNA轉(zhuǎn)化法，得到的腺嘌呤、黃嘌呤雙缺陷型并對8氮雜鳥嘌呤有抗性的變異株，可發(fā)酵糖質(zhì)原料生成肌苷22.3克/升，如向培養(yǎng)基添加黃嘌呤，肌苷產(chǎn)率可達33.1克/升。一株產(chǎn)肌苷能力最強的菌株是由產(chǎn)氨短桿菌經(jīng)亞硝基胍誘變得到的抗6-巰基鳥嘌呤的變異株，蓄積肌苷的能力高達52.4克/升。第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）肌苷酸發(fā)酵1、肌苷酸生產(chǎn)方法（1）1961年發(fā)現(xiàn)枯草桿菌可以在培養(yǎng)液中蓄積少量肌苷酸。在生產(chǎn)中應用的菌種都是產(chǎn)氨短桿菌的變異株。由產(chǎn)氨短桿菌ATCC6872紫外光照射得到的KY1302菌株，可生成肌苷酸11.2～12.8克/升。（2）可以由酵母或細菌提取RNA，然后依靠橘青霉或金色鏈霉菌的5′-磷酸二脂酶和脫氨酶的作用制成肌苷酸；（3）也可以用微生物發(fā)酵糖質(zhì)原料制成肌苷，再以化學方法或微生物的核苷酸磷酸化酶催化肌苷和無機磷酸進行反應，生成肌苷酸。第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2、肌苷酸生產(chǎn)菌的選育（1）改善細胞膜對肌苷酸透過性障礙。（2）經(jīng)過誘變篩選腺嘌呤或黃嘌呤缺陷型變異株。（3）對Mn2+不敏感。第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3、直接發(fā)酵法生產(chǎn)肌苷酸（1）培養(yǎng)基的選擇適量腺嘌呤、1％左右的磷鹽和鎂鹽、His、Lys、Hser、Gly、Ala的混合物、生物素亞適量。（2）發(fā)酵條件①接種量②溫度控制③

pH控制④通氣量控制（3）肌苷酸的提?、匐x子交換樹脂法②活性炭吸附法第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）鳥苷酸發(fā)酵發(fā)酵生成鳥苷酸的微生物有谷氨酸棒桿菌、產(chǎn)氨短桿菌的多種變異株。因直接發(fā)酵糖質(zhì)原料生產(chǎn)GMP的產(chǎn)量只有2克/升左右，還不能用于工業(yè)生產(chǎn)。產(chǎn)氨短桿菌ATCC6872雖然在前體鳥嘌呤添加時，可生成15.3克/升GMP，也因前體物昂貴尚無法投產(chǎn)。第28頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月生產(chǎn)GMP的方法1、GMP工業(yè)生產(chǎn)多用發(fā)酵法先制成鳥苷，然后通過微生物或化學磷酸化作用轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP。生產(chǎn)鳥苷采用的菌種有枯草桿菌、短小芽孢桿菌、產(chǎn)氨短桿菌的多種變異株，它們的特點是生成必需嘌呤堿基并對嘌呤結構類似物具有抗性，各菌株的鳥苷生成量達10克/升左右。第29頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月2.生產(chǎn)GMP的另一種方法，是首先發(fā)酵糖質(zhì)原料生成黃苷酸，然后再用另一種菌將黃苷酸轉(zhuǎn)化為GMP，也可將兩種菌混合培養(yǎng)制成GMP。谷氨酸小球菌和產(chǎn)氨短桿菌的變異株都可積累黃苷酸。把黃苷酸轉(zhuǎn)化為GMP的菌株多采用產(chǎn)氨短桿菌的變異株。如果將黃苷酸