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第一节氨基酸工业现状及发展方向
近40多年来,国内外在研究、开发和应用氨基酸方面均取得重大进展,新发现的氨基酸种类和数量已由20世纪60年代50种左右,发展到20世纪80年代的400种,目前已达1000多种。其中用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物的品种达100多种。
氨基酸分为两大类,即蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸。
氨基酸中有8种氨基酸人体本身不能合成,只能从食物的蛋白质中摄取,称为必需氨基酸,它们是L-赖氨酸、L-色氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋氨酸。
还有两种半必需氨基酸,即精氨酸和酪氨酸。
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氨基酸的生产方法
抽提法(水解蛋白质)
化学合成法
生物法(包括直接发酵法和酶转化)
目前绝大多数氨基酸是以发酵法或酶法生产的
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谷氨酸发酵的历史
1866年德国化学家里豪森利用硫酸水解小麦面筋,分离到一种酸性氨基酸,依据原料的取材,将此氨基酸命名为谷氨酸
1872年赫拉西维茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸
1890年沃尔夫利用α-***戊酸经溴化后合成DL-谷氨酸。日本池田菊苗教授在探讨海带汁的鲜味时,提取了谷氨酸,并在1908年开始制造商品味之素
1910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。1936年美国从甜菜废液(司蒂芬废液)中提取谷氨酸。
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氨基酸发酵的现状
自从发酵法生产谷氨酸成功以后,世界各国纷纷开展氨基酸发酵的研究与生产,产量增长很快。2000年氨基酸产量达237万吨,销售额接近45亿美元,占生物技术产品销售额的7%。
目前氨基酸产业发展较快的国家是美国、日本和中国。
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我国氨基酸发酵的发展
我国氨基酸生产最早在1922年用酸法水解面筋生产谷氨酸钠即味精,在上海开办了天厨味精厂,该味精的制造方法曾向美、英、法申请专利,并取得了专利权。并先后建立了沈阳味精厂、青岛味精厂和天津味精厂,规模均很小,1949年全国味精总产量不到500吨。
1965年发酵法生产味精取得成功,带动了其他氨基酸的研究开发。
1965年以后,我国味精生产全部采用以淀粉质或糖蜜为原料的微生物发酵工艺,大大的促进了生产的发展,到1985年全国味精生产企业达到140家。随着酶制剂的应用和生产工艺及装备的改进,技术水平不断提高,进一步推动了味精生产的快速发展。
发酵法L-赖氨酸生产起步于20世纪70年代,当时仅有上海天厨味精厂少量生产,以实用为主,1981年在广西建成年产100吨食品级L-赖氨酸试验工厂,于1987年投产。
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氨基酸发酵的发展动向
新技术和工艺的开发应用
新产品的开发、新应用领域的拓展
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第二节微生物代谢控制发酵
微生物代谢调节
1、时序调节(temporalregulation)
微生物对生长、发育、分化不同生理时期的代谢调节
2、适应调节
微生物对细胞内外环境的变化作出应答性调节
微生物的经济化学与合目的性
EconomicBiochemistry(经济化学):微生物利于生存发生的所有生化反应皆有精确计算,有很高经济效益
Telenomic(合目的性):微生物按需要有目的进行物质合成的能力
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一、代谢控制发酵的定义
代谢控制发酵:微生物正常代谢调节,不过量积累初级代谢产物;人为解除正常代谢调节,而大量积累初级代谢产物的发酵方式。
代谢控制发酵方法:
1、发酵条件控制
2、菌种遗传改造
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1、分解代谢降解物阻遏
分解代谢降解物阻遏:几种底物同时存在时,易利用对难利用或利用快对利用慢底物分解的抑制作用。
2、解除分解代谢降解物阻遏的技术与方法
发酵条件控制
加入安慰诱导物:如Lac结构类似物IPTG
抗降解物阻遏突变株的选育
加入高浓度底物筛选仍产生大量目的产物的突变株
二、分解代谢降解物阻遏
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