氨基酸發酵生產工藝

sheshouleon · 發表于 2009-5-7 12:26:38

1. 概述

氨基酸在藥品、食品、飼料、化工等行業中有重要應用。

氨：氨基酸的制造始于1820年，蛋白質酸水解生產氨基酸，1850年化學合成氨基酸，1956年分離到谷氨酸棒狀桿菌，日本采用微生物發酵法工業化生產谷氨酸成功，1957年生產谷氨酸鈉（味精）商業化，從此推動了氨基酸生產的大發展。目前絕大多數應用發酵法或酶法生產，極少數為天然提取或化學合成法生產。

主要菌種有谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌、乳糖發酵短桿菌、短芽孢桿菌、粘質賽式桿菌等，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行生產的。

氨基酸的世界市場中，谷氨酸鈉約占氨基酸總量的75％，其次為賴氨酸，占產量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制發酵工藝，產酸率13－15％，糖酸轉化率50－60％；國內采用淀粉水解糖或甜菜糖蜜為原料生物素亞適量發酵工藝，產酸率10％，轉化率60％。

菌種改良和新工藝開發，促進了中國氨基酸產業發展，應用于輸液的18種氨基酸原料只有絲氨酸和色氨酸不能工業化生產仍需進口外，其余16種均已投產，國產化80％以上。2002年，全國氨基酸原料產品7.4萬噸，醫藥用總產量超過4200噸。2002年氨基酸制劑近1億支（片/瓶）。氨基酸原料生產企業約20多家，制劑生產企業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。谷氨酸鈉的生產規模最大，居世界首位。

2 氨基酸生產工藝

2.1 培養基制備

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、氨水等作為無機氮源，有機氮源有玉米漿、麩皮水解液、豆餅等。有機氮源還可提供生物素等微生物生長因子的來源。碳氮比對于氨基酸發酵非常重要，調節適宜的碳氮比。無機鹽是發酵必需的，磷有很重要的影響。

2.2 主要發酵參數控制

三級發酵進行生產，主要參數控制如下。

pH：流加尿素和氨水控制，常用尿素，根據pH變化、菌體生長、殘糖等調節，少量多次。如果用氨水，采用流加連續方式調節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的溫度也不同。對于溫度敏感突變株，可采用分段調節控制策略。

溶解氧：供氧充足時，產率最高的氨基酸有谷氨酸、谷氨酰氨、脯氨酸和精氨酸等，它們對氧有高依賴性，氧分壓應該在0.01×105Pa以上，才能獲得高產。低氧分壓下，生產受阻。適當缺氧時，產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，氧分壓接近零，有利于發酵。供氧不足對生產影響不大的氨基酸發酵包括賴氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸等。

泡沫：加入天然豆油、玉米油或泡敵等進行消泡，控制泡沫的產生。

2.3 主要提煉工藝過程

過濾：用板框式壓濾機過濾發酵液。

沉淀：根據氨基酸的等電點，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、重結晶等進行精制。[/td]
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