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赖氨酸发酵生产摘要:赖氨酸是人体必需的八大氨基酸之一,能促进人体发育、增强免疫功能,并有提高中枢神经组织功能的作用。赖氨酸为碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低,且在加工过程中易被破坏而缺乏,故称为第一限制性氨基酸。将赖氨酸添加到食品中能大大提高蛋白质的利用率,又是一种优良的食品强化剂。因此研究赖氨酸的生产有着很高的价值。关键词:简介:赖氨酸是一种碱性氨基酸,是仅次于谷氨酸的第二大氨基酸产品,是谷物蛋白的第一限制性氨基酸,在谷物食料中添加适量的赖氨酸,其蛋白质的生物价大大提高。赖氨酸的应用范围很广。①作为食品强化剂;②作为药物可用作肝细胞再生剂,对改善肝功能,治疗肝硬化、高氨症,增进食欲、改善营养状况有明显的疗效;③作为饲料添加剂,在畜、禽类的饲料中添加少许的赖氨酸,对家禽、家畜的日增重、料肉比、家禽的产卵量等方面效果尤为显著。1.赖氨酸发酵机制赖氨酸合成途径的调节机制(1)谷氨酸优先合成,谷氨酸合成过剩就会抑制谷氨酸脱氢酶(GD)的活性,使得生物合成的代谢流转向天门冬氨酸。天门冬氨酸的过剩也会抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性,使得天门冬氨酸不致大量积累。(2)赖氨酸的前体物质天门冬氨酸与乙酰辅酶A的生成形成平衡合成,乙酰辅酶A的增加能逆转天门冬氨酸对其自身合成的反馈抑制。(3)天门冬氨酸激酶(AK)受赖氨酸与苏氨酸的协同反馈。AK是一个变构酶,催化天门冬氨酸和ATP形成α-天门冬氨酸磷酸,有两个变构位置可以接受末端产物。AK受赖氨酸与苏氨酸的协同抑制,当只有赖氨酸或苏氨酸与变构位置结合时,酶活影响不大,当赖氨酸与苏氨酸同时结合到两个变构位置时,酶活受到强烈的抑制。此外,AK是赖氨酸合成途径中唯一的反馈调节点。(4)赖氨酸亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁,赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡啶二羧酸合成酶为亮氨酸所阻遏。(5)蛋氨酸比苏氨酸优先合成,蛋氨酸合成的过剩就会阻遏高丝氨酸-O-转乙酰酶,使得生物合成的代谢流转向苏氨酸。苏氨酸比赖氨酸优先合成,苏氨酸的过剩会反馈抑制高丝氨酸脱羧酶的活性,使得生物合成转向赖氨酸。2.赖氨酸生产菌的育种出发菌株:黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜醋酸棒杆菌育种思路;(1)优先合成的转换——渗漏缺陷型的选育;(2)切断支路代谢——营养缺陷型的选育:高丝氨酸缺陷型;(3)选育温度敏感突变株;(4)解除代谢互锁:选育亮氨酸缺陷(Leu-)突变株、选育抗亮氨酸结构类似物(AECr)突变株、选育苯醌或喹啉衍生物敏感突变株,此外还可以选择萘乙酸(NAA)缺陷突变株;(5)增加前体物的合成和阻塞副产物的生成:选育Ala-突变株、选育抗天冬氨酸结果类似物突变株、选育适宜的CO2固定酶/TCA循环酶活性比突变株;(6)改善细胞膜通透性。(7)选育脲酶(Urase)回复突变株;(8)利用基因工程技术构建赖氨酸工程菌株。3.培养基(1)碳源淀粉、麦芽糖、蔗糖和葡萄糖。赖氨酸产生菌均不能利用淀粉,只能利用葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖。(2)氮源氮源可分为无机氮源和有机氮源。赖氨酸发酵中,二者均有使用。(3)无机盐磷盐(磷酸氢二钾)、硫酸镁、钾盐(氯化钾或氢氧化钾)、钙盐(碳酸钙或氯化钙)(4)生长因子生物素含量在30μg/L以上较好、维生素B1即硫胺素盐酸盐能增加赖氨酸产量、L-苏氨酸在培养基中含量高能够产生反馈抑制,使代谢流向赖氨酸的合成。4.菌种培养⑴斜面菌种一般用肉汤培养基或蛋白胨培养基a肉汤培养基牛肉膏1%,蛋白胨1%,酵母膏0.5%,氯化钠0.5%,琼脂2%,pH7.0。b蛋白胨培养基蛋白胨1%,酵母膏1%,氯化钠0.5%,pH7.2。⑵一级种子培养基(摇瓶种子培养基)a肉汤培养基牛肉膏1%,蛋白胨1%,酵母膏0.5%,氯化钠0.5%,pH7.0。b含葡萄糖的肉汤培养基葡萄糖2%,蛋白胨1%,牛肉膏0.5%,氯化钠0.25%,pH7.0。⑶二级种子培养基、三级种子培养基以及发酵培养基糖蜜2.0%、豆粉水解液0.5%、硫酸铵0.4%、碳酸钙0.5%、磷酸氢二钾0.1%、硫酸镁0.04%、pH7.25.发酵工艺条件以及影响因素(1)温度前期32℃,后期30℃(2)ph值pH的变化对赖氨酸的发酵影响很大,当pH7.0时产酸最高,pH偏高或偏低,产酸均降低。最适ph值6.5-7.0,控制范围在ph值6.5-7.5之间(3)种龄和接种量二级2%8-12h三级10%6-8h(4)供氧过高、过低的溶氧对发酵均不利,表现为菌体浓度下降、产酸降低,发酵时间延长。供氧需充足,否则生成乳酸。(5)生物素过量可以促进赖氨酸的生成、促进天冬氨酸生成、抑制谷氨酸生成(6)硫酸铵含量大时菌体迅速生长,但赖氨酸的产量低,硫酸铵用量4.0%-4.5%(7)初糖浓度11%~15%,转化率最高6.提取工艺发酵液→调节pH,加入絮凝剂→上清液→菌体→水洗→上清液→菌体→离子交换→真空浓缩→冷却、调等电点→结晶→离心分离→粗结晶→母液→重结晶→离心分离→二次母液→结晶→干燥→成品从发酵液中提取赖氨酸通常有四种方法:①沉淀法,使赖氨酸生成难溶性盐(如苦味酸盐)而沉淀,或使赖氨酸结晶析出;②有机溶剂抽提法;③离子交换树脂吸附法;④电渗折法。
本文标题:赖氨酸发酵生产
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