氨基酸發酵法的基本過程及操作步驟-氨基酸的粗制

發酵法生產氨基酸的基本過程包括培養基配制與滅菌處理、菌種誘變與選育、菌種培養、發酵培養、產品提取及精制純化等步驟。

1.氨基酸產生菌的選育

氨基酸產生菌初是從自然環境中篩選得到的。但是，氨基酸作為微生物細胞中的基本組分，其生物合成受到嚴格的代謝調節控制，般不能滿足工業上大量生產氨基酸的需要。為了大量生產氨基酸，必須采取種種措施，以打破微生物對氨基酸生物合成的代謝調節控制。在氨基酸產生菌的菌種選育工作中常采用營養缺陷型突變和氨基酸結構類似物抗性突變來消除或減弱氨基酸終產物的反饋調節，使產生菌的代謝朝著有利于大量合成某種人們所需要的氨基酸的方向發展。

2.氯麩酸的發酵生產

自1956年開始用發酵法生產以來，隨著對氨基酸生物合成代謝及其調節機制的深入研究，人們進而采用人工誘變缺陷型和代謝調節突變株，使氨基酸發酵生產的品種不斷增多，產量迅速增加，從而推動了氨基酸工業的發展。

1）培養基

工業微生物絕大部分都是異養型微生物，即在其生長和緊殖過程中需要諸如碳水化合物、蛋白質等系列外源有機物質提供能量和構成特定產物需要的成分，在氨基酸發酵培養基中，選擇何種營養物質，采用何種濃度，取決于菌種性質、所產生的氨基酸種類和采用的發酵的操作方法。而在發酵培養基的各種成分與成分之間的配比是決定氨基酸產生菌代謝的主要因素，與氨基酸的產率、轉化率及收率關系很密切，

（1）碳源

碳源是組成培養基的主要成分中的員，其主要功能：是為微生物菌種的生長繁殖提供能源和合成藍體所必需的碳；二是為菌體合成目的產物提供所需的碳。

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

（2）源

氮源主要用于構成菌體細胞物質（氨基酸、蛋白質、核酸等）和含氮的目的產物，還用來調節pH。常用的氮源可分為有機氮源和無機氮源兩大類。

①有機氮源。

在氨基酸發酵中，常用的有機氮源有玉米漿、豆餅水解液、尿素等。

②無機氮源。

在氨基酸發酵中，常用的無機氮源有銨鹽、氨水等。

在氨基酸發酵中，不僅菌體生長需要氮，氨基酸合成也需要氮，因此氮源的需求量要比般的發辭多。

（3）無機鹽及微量元素

微生物在生長繁殖和合成目的產物的過程中，需要某些無機鹽和微量元素作為其生理活性物質的組成或生理活性物質合成時的調節物。

這些物質般在低濃度時對微生物生長和目的產物的合成有促進作用，在高濃度時常表現出明顯的抑制作用。而各種不同的微生物及同微生物在不同的生長階段對這些物質的適需求濃度也不相同。

在氨基酸發酵中，常用磷、鎂、鉀、硫、鈣和氯等元素的鹽形式加到培養基中。而些微量元素如鉆、鐵、銅、錳、鋅、鋁等，除氨基酸發酵持殊需要外，在般復合培養基中無須另行加入。

①磷，菌中含磷較多，磷酸化作用是糖代謝中的主要步驟中的員。磷酸鹽在培養基中具有緩沖作用。②鎂，鎂能刺激菌體生長，也稱呼吸作用的接觸劑，是很多酶促反應中的無機激活劑。

③硫。

硫是構成菌體細胞蛋白質的組成部分，也是參與合成含硫氨基酸的元素。

（4）水

水是所有培養基的主要成分，也是微牛物機體的重要組成成分。水除了直接參與些代謝反應外，又是進行代謝反應的內部介質，還能調節細胞溫度。

水的質量還將直接影響氨基酸發酵的質量。因為在不同的水源中存在的各種物質，對微生物發酵代謝會產生很大的影響，特別是水中的各種礦物質。

（5）生長因子

微生物維持正常生活所而需求量又不大的些特殊營養物，稱之為生長因子。微生物的生長因子主要是些維生素、氨基酸和原呤、嘧啶。

在氨基酸發酵中，需要作為其生長因子，如在發酵過程中，微生物菌休內含量由“豐富向貧乏”過渡，而達到“亞適量”才能保證的積累。許多氨基酸生產茵的藍種都是從以糖為原料的產生菌誘變得來的。這些菌的性質和它們的親株樣需要以作為生長因子，因此的供應對氨基酸發酵培養基來說是很重要的。

的作用主要是影響細胞膜透性和代謝途徑。

2）pH氨基酸發酵所用菌種主要為細菌，其次為酵母，細菌生長的適宜pH般在6.0～7.5之間，酵母的適宜pH般在4.0~6.0的酸性范圍內。

般來說，處于菌體生長期的發酵液pH變化較大，因為菌體在利用營養物質時會釋放些酸性物質使pH下降；或釋放些堿性物質使pH上升。而處于產物合成期的發酵液pH相對穩定些。

在氨基酸生產上，控制pH的方法般有兩種：是流加尿素；二是流加氨水。流加的數量和時間則主要根據pH變化、菌體生長、糖耗情況和發酵階段等因素來決定。

3）溫度

微生物生長、維持及產物的生物合成都是在系列酶催化下進行的，溫度是保證醇活性的重要條件。不同的敬生物菌種的適生長溫度和產物形成的適溫度都是不同的，控制發酵過程中的溫度變化是保證得到佳目的產物的必要條件。

選擇某微生物菌種發酵過程的適溫度，還要考慮其他發酵條件，靈活掌握。如當通氣條件較差時，適發醉溫度可能比在正常良好通氣條件下低些。

氨基酸發酵所用的微生物菌種般為中溫菌，生長適溫度為20~40℃，過高或過低都會影響其生長。

由于氨基酸發酵是在菌體生長達到定程度后再開始產生氨基酸，因此菌體生長適溫度和氨基酸合成的適溫度是不同的。

4）氧氣

氨基酸發酵所用的菌種大都是好氧性菌種。好氧性微生物發酵時，主要是利用溶解在水中的氧，只有當氧到達細胞的呼吸部位時才能發生作用。所以增加培養基中的溶解氧，才能使更多的氧進人細胞，以滿足代謝的需要。

微生物對氧的需求是不同的。在氨基酸發酵中，根據發酵時需氧程度的不同可分為3類。

（1）要求供氧充足

在、、和等氨基酸發醉時，在氧充足時產酸率高，

（2）宜在缺氧條件下

在、苯和嫌氨酸等氨基酸發酵時，當菌體呼吸有定程度受阻時，產酸率高。

（3）對供氧要求不高

在賴氨酸、異、等氨基酸發酵時，對氧的要求介于前兩者之間。即在氛充分的情況下，產酸率高；在供氧不足的條件下，產酸率有所下降，但下降不如種顯著。

由上述可知，在進行氨基酸發酵時，必須根據氨基酸對氧的需求來控制發牌液中的溶解氧。

5）氨基酸發酵的代謝控制

微生物在進行物質的吸收和排出、分解和合成以及放能與吸能等系列復雜的新陳代謝過程中，會引起微生物機體內外物質的變化，而這種物質的變化過程就稱為物質代謝。微生物通過氧化有機物質如葡萄糖和其他碳水化合物，獲得能量的反應屬于分解代謝。獲得能量后合成自身新物質的反應屬于合成代謝。

不同種類的微生物因環境不同所引起的物質代謝過程以及代謝的產物也有差別。