丙氨酸的发酵生产课程设计.pdf
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1、湖湖 北北 大大 学学发发 酵酵 工工 程程 与与 设设 备备 课课 程程 设设 计计题 目 丙氨酸的发酵生产 专业年级 09 级生物工程 学生姓名 学 号 指导老师 2012 年 6 月 20 日2目目录录1 前言31.1 丙氨酸简介3 1.2 丙氨酸的国内外研究现状32 发酵机制42.1 菌种的筛选4 2.2 菌种保藏53 发酵工艺及特点6 3.1 丙氨酸发酵机制6 3.2 丙氨酸发酵的工艺控制6 3.3 丙氨酸提取工艺6 3.4 相关设备74 菌种的制备及种子的扩大培养8 4.1 菌种的制备8 4.2 种子的扩大培养835 培养基的组成及制备8 5.1 培养基的组成8 5.2 培养基的灭
2、菌96 无菌空气制备系统107 工艺计算118 三废处理11 8.1 活性污泥法11 8.2 生物滤池法11 8.3 发酵后的滤渣12 参考文献1241 1 前前言言1 1.1 1 丙丙氨氨酸酸简简介介 DL-丙氨酸化学名为 DL-丙氨酸(简称丙氨酸),分子式为 CH3CH(NH2)COOH,分子量 89.09,无色至白色无臭针状结晶或结晶性粉末,有甜味,易溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚和丙酮,无旋光性【1】。丙氨酸是构成蛋白质的基本单位,是组成人体蛋白质的21种氨基酸之一。组成蛋白质分子的氨基酸都是 L-氨基酸。结结构构 用用途途 DL-丙氨酸主要用做食品添加剂,同时也是重要的医药中间体。在
3、国外已广泛应用于食品工业,年需求量很大,且增长迅速,其主要生产国为日本,主要生产企业有武藏野化学株式会社和味之素。1 1.2 2 丙丙氨氨酸酸的的国国内内外外研研究究现现状状DL-丙氨酸不仅仅是有特殊香味的氨基酸,而且也被用来与其他呈香味的物质混合食指显出更高级的香味。另外,DL-丙氨酸是甜味很强的氨基酸,比蔗糖甜,为甘氨酸的 1.6 倍,是最甜的一种氨基酸。DL-氨基酸还有缓冲作用、螯合作用和防止其他氨基酸褐变的作用【2】。DL-丙氨酸作为营养强化剂和调味品,在国外已被普遍使用。按美国联邦法规可安全用于食品,其主要用途为【3-5】:(1)增强化学调味料的调味效果;5(2)改善人工甜味剂的味感
4、,添加 110的本品可使甜味柔和,改善后味;(3)合成清酒的调味料,用量 0.010.03;(4)改善有机酸的酸味,15添加量就可使酸味接近天然的味道;(5)提高腌制效果,按 NaCl 量的 510添加,可缩短腌制时间;(6)提高含醇饮料的质量,按 0.11.5添加可使酒味醇和,并可防止发泡酒老化,减少酵母气味;(7)防止油类和油类食品氧化,添加量为0.011.0;(8)改善浸渍品的风味,添加量为 0.20.3;(9)食用香料,食品中添加量小于 1;(10)食用防腐保鲜剂的复配组分。DL-丙氨酸用于食品添加剂时,可单独使用,也可与谷氨酸钠等制成符合调味剂或复合甜味剂。DL-丙氨酸在医药工业上主
5、要用于合成氧氟沙星的原料氨基丙醇和维生素B6的主要原料【6】。DL-丙氨酸作为饲料添加剂,也收到了良好的效果【7】。用 DL-丙氨酸合成的氨基酸农药(如 DL-丙氨酸-月桂酯盐酸盐、N-硬脂酰-DL-丙氨酸等)已投入使用,具有对人畜安全、污染小的特点【8】。2 2 发发酵酵机机制制2 2.1 1 菌菌种种的的筛筛选选 采用以葡萄糖、氯化 铵为主要成分的培养基,研究了20个属、334 株好气性细菌的氨基酸生产能力。结果表明,几乎在每个属细菌的培养液中都能检出丙氨酸。在土壤中分离出来的 棒杆菌【9】属细菌,具有产生丙氨酸的能力。棒杆菌属细菌是放线菌目中一属革兰染色阳性、不运动、非抗酸性、无芽孢的杆
6、菌。菌体直形、弯形或多形,常呈棒状。一般不运动。好氧或兼性厌氧,化能有机营养型。进行氧化性或发酵性代谢。从自然界中分离菌种的一般过程:采样 预处理 培养 菌落的选择 菌种的鉴定 采样对象:以采集土壤为主。采土方法:选择适当地点、铲除表土、取土样数十克,盛入事先准备的无菌防水纸袋中,其上记录采土时间、地点、植被情况等。6 菌落的选择方法见下图:a.稀释倒平板法 b.涂布平板法菌种鉴定经典分类鉴定方法:形态特征、生理生化特征、血清学试验等。现代分类鉴定方法:遗传特性、细胞化学组分、计算机数值分析。2 2.2 2 菌菌种种保保藏藏 菌种保藏主要是根据菌种的生理生化特点人工创造条件使孢子或菌体的生长代
7、谢活动尽量降低,以减少其变异。一般可通过保持培养基营养成分在最低水平缺氧状态,干燥和低温,使菌种处于“体眠”状态,抑制其繁殖能力。斜面冰箱保藏法 斜面保藏是一种短期、过渡的保藏方法,用新鲜斜面接种后,置最适条7件下培养到菌体或孢子生长丰满后,放在4冰箱保存。一般保存期为三个月到六个月。3 3 发发酵酵工工艺艺及及特特点点3 3.1 1 丙丙氨氨酸酸发发酵酵机机制制 葡萄糖经过糖酵解途径生成的丙酮酸,通过转氨反应和还原氨基化反应生成L-丙氨酸。发酵周期60小时。(1)转氨反应丙酮酸+L-氨基酸L-丙氨酸+-酮酸(2)还原氨基化反应丙酮酸+NH4+NADHL-丙氨酸+NAD+H20由于菌体具有消旋
8、酶活性,结果发生消旋化,生成了DL-丙氨酸【10】.3 3.2 2丙丙氨氨酸酸发发酵酵的的工工艺艺控控制制3.2.1 pH 丙氨酸生产菌的最适 pH一般是中型或微碱性,pH7.67.8条件下积累丙氨酸。3.2.2 温度 丙氨酸发酵前期应采取菌体生长最适温度为 3032。对数生长期维持温度30-32。谷氨酸合成的最适温度为 303.2.3 通风量 由于发酵过程中有谷丙转氨酶作用,而有氧才能产生谷氨酸,所以丙氨酸发酵也是有氧发酵。应在长菌期间低风量,产酸期间高风量,发酵成熟期低风量。3.2.4 泡沫 丙氨酸发酵时好气性发酵,因通风和搅拌和菌体代谢产生的CO2,使培养液产生泡沫是正常的,但泡沫过多不
9、仅使氧在发酵液中的扩散受阻,影响菌体的呼吸代谢,也会影响正常代谢以及染菌。因此,要控制好泡沫是关键。消泡方法有机械消泡(靶式、离心式、刮板式、蝶式消泡器)和化学消泡(天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等化学消泡剂)两种方法【11】。3 3.3 3丙丙氨氨酸酸提提取取工工艺艺丙氨酸提取【12】的基本方法有:等电点结晶法、特殊沉淀法、离子交换法、溶剂萃取法、液膜萃取法。83 3.4 4相相关关设设备备丙氨酸发酵罐见下图。94 4 菌菌种种的的制制备备及及种种子子的的扩扩大大培培养养4 4.1 1 菌菌种种的的制制备备种子培养过程:斜面菌种 一级种子培养 二级种子培养 发酵罐斜面菌种制备培养基:蛋白胨 1
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