氨基酸发酵法的基本过程及操作步骤-氨基酸的粗制

发酵法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制与灭菌处理、菌种诱变与选育、菌种培养、发酵培养、产品提取及精制纯化等步骤。

1.氨基酸产生菌的选育

氨基酸产生菌初是从自然环境中筛选得到的。但是，氨基酸作为微生物细胞中的基本组分，其生物合成受到严格的代谢调节控制，般不能满足工业上大量生产氨基酸的需要。为了大量生产氨基酸，必须采取种种措施，以打破微生物对氨基酸生物合成的代谢调节控制。在氨基酸产生菌的菌种选育工作中常采用营养缺陷型突变和氨基酸结构类似物抗性突变来消除或减弱氨基酸终产物的反馈调节，使产生菌的代谢朝着有利于大量合成某种人们所需要的氨基酸的方向发展。

2.氯麸酸的发酵生产

自1956年开始用发酵法生产以来，随着对氨基酸生物合成代谢及其调节机制的深入研究，人们进而采用人工诱变缺陷型和代谢调节突变株，使氨基酸发酵生产的品种不断增多，产量迅速增加，从而推动了氨基酸工业的发展。

1）培养基

工业微生物绝大部分都是异养型微生物，即在其生长和紧殖过程中需要诸如碳水化合物、蛋白质等系列外源有机物质提供能量和构成特定产物需要的成分，在氨基酸发酵培养基中，选择何种营养物质，采用何种浓度，取决于菌种性质、所产生的氨基酸种类和采用的发酵的操作方法。而在发酵培养基的各种成分与成分之间的配比是决定氨基酸产生菌代谢的主要因素，与氨基酸的产率、转化率及收率关系很密切，

（1）碳源

碳源是组成培养基的主要成分中的员，其主要功能：是为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成蓝体所必需的碳；二是为菌体合成目的产物提供所需的碳。

在氨基酸发酵中，常用的碳源有淀粉水解糖、糖蜜、甘薯粉、醋酸、乙醇、烷烃、石油醚等。

（2）源

氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、核酸等）和含氮的目的产物，还用来调节pH。常用的氮源可分为有机氮源和无机氮源两大类。

①有机氮源。

在氨基酸发酵中，常用的有机氮源有玉米浆、豆饼水解液、尿素等。

②无机氮源。

在氨基酸发酵中，常用的无机氮源有铵盐、氨水等。

在氨基酸发酵中，不仅菌体生长需要氮，氨基酸合成也需要氮，因此氮源的需求量要比般的发辞多。

（3）无机盐及微量元素

微生物在生长繁殖和合成目的产物的过程中，需要某些无机盐和微量元素作为其生理活性物质的组成或生理活性物质合成时的调节物。

这些物质般在低浓度时对微生物生长和目的产物的合成有促进作用，在高浓度时常表现出明显的抑制作用。而各种不同的微生物及同微生物在不同的生长阶段对这些物质的适需求浓度也不相同。

在氨基酸发酵中，常用磷、镁、钾、硫、钙和氯等元素的盐形式加到培养基中。而些微量元素如钻、铁、铜、锰、锌、铝等，除氨基酸发酵持殊需要外，在般复合培养基中无须另行加入。

①磷，菌中含磷较多，磷酸化作用是糖代谢中的主要步骤中的员。磷酸盐在培养基中具有缓冲作用。②镁，镁能刺激菌体生长，也称呼吸作用的接触剂，是很多酶促反应中的无机激活剂。

③硫。

硫是构成菌体细胞蛋白质的组成部分，也是参与合成含硫氨基酸的元素。

（4）水

水是所有培养基的主要成分，也是微牛物机体的重要组成成分。水除了直接参与些代谢反应外，又是进行代谢反应的内部介质，还能调节细胞温度。

水的质量还将直接影响氨基酸发酵的质量。因为在不同的水源中存在的各种物质，对微生物发酵代谢会产生很大的影响，特别是水中的各种矿物质。

（5）生长因子

微生物维持正常生活所而需求量又不大的些特殊营养物，称之为生长因子。微生物的生长因子主要是些维生素、氨基酸和原呤、嘧啶。

在氨基酸发酵中，需要作为其生长因子，如在发酵过程中，微生物菌休内含量由“丰富向贫乏”过渡，而达到“亚适量”才能保证的积累。许多氨基酸生产茵的蓝种都是从以糖为原料的产生菌诱变得来的。这些菌的性质和它们的亲株样需要以作为生长因子，因此的供应对氨基酸发酵培养基来说是很重要的。

的作用主要是影响细胞膜透性和代谢途径。

2）pH氨基酸发酵所用菌种主要为细菌，其次为酵母，细菌生长的适宜pH般在6.0～7.5之间，酵母的适宜pH般在4.0~6.0的酸性范围内。

般来说，处于菌体生长期的发酵液pH变化较大，因为菌体在利用营养物质时会释放些酸性物质使pH下降；或释放些碱性物质使pH上升。而处于产物合成期的发酵液pH相对稳定些。

在氨基酸生产上，控制pH的方法般有两种：是流加尿素；二是流加氨水。流加的数量和时间则主要根据pH变化、菌体生长、糖耗情况和发酵阶段等因素来决定。

3）温度

微生物生长、维持及产物的生物合成都是在系列酶催化下进行的，温度是保证醇活性的重要条件。不同的敬生物菌种的适生长温度和产物形成的适温度都是不同的，控制发酵过程中的温度变化是保证得到佳目的产物的必要条件。

选择某微生物菌种发酵过程的适温度，还要考虑其他发酵条件，灵活掌握。如当通气条件较差时，适发醉温度可能比在正常良好通气条件下低些。

氨基酸发酵所用的微生物菌种般为中温菌，生长适温度为20~40℃，过高或过低都会影响其生长。

由于氨基酸发酵是在菌体生长达到定程度后再开始产生氨基酸，因此菌体生长适温度和氨基酸合成的适温度是不同的。

4）氧气

氨基酸发酵所用的菌种大都是好氧性菌种。好氧性微生物发酵时，主要是利用溶解在水中的氧，只有当氧到达细胞的呼吸部位时才能发生作用。所以增加培养基中的溶解氧，才能使更多的氧进人细胞，以满足代谢的需要。

微生物对氧的需求是不同的。在氨基酸发酵中，根据发酵时需氧程度的不同可分为3类。

（1）要求供氧充足

在、、和等氨基酸发醉时，在氧充足时产酸率高，

（2）宜在缺氧条件下

在、苯和嫌氨酸等氨基酸发酵时，当菌体呼吸有定程度受阻时，产酸率高。

（3）对供氧要求不高

在赖氨酸、异、等氨基酸发酵时，对氧的要求介于前两者之间。即在氛充分的情况下，产酸率高；在供氧不足的条件下，产酸率有所下降，但下降不如种显著。

由上述可知，在进行氨基酸发酵时，必须根据氨基酸对氧的需求来控制发牌液中的溶解氧。

5）氨基酸发酵的代谢控制

微生物在进行物质的吸收和排出、分解和合成以及放能与吸能等系列复杂的新陈代谢过程中，会引起微生物机体内外物质的变化，而这种物质的变化过程就称为物质代谢。微生物通过氧化有机物质如葡萄糖和其他碳水化合物，获得能量的反应属于分解代谢。获得能量后合成自身新物质的反应属于合成代谢。

不同种类的微生物因环境不同所引起的物质代谢过程以及代谢的产物也有差别。