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氨基酸工艺学曾小英课程内容绪论谷氨酸发酵其他氨基酸发酵教材及参考书氨基酸工艺学陈宁中国轻工业出版社氨基酸发酵工艺学张克旭中国轻工业出版社味精工业手册（第二版）于信令中国轻工业出版社学习目的以探讨氨基酸发酵工厂的生产技术为主要目的。氨基酸发酵生产以发酵为主,发酵的好坏是整个生产的关键,但后处理提纯操作和提纯设备选用当否,也会大大影响总的得率。氨基酸发酵工艺学研究的对象应该包括从投入原料到最终产品获得的整个过程,其中有微生物生化问题、生化工程问题,也有分析与设备问题。绪论第一节概述第二节氨基酸发展的历史和发展动向第三节我国氨基酸行业存在的问题和解决措施绪论第一节概述氨基酸的种类氨基酸的性质氨基酸的生产方法氨基酸的种类：–⑴蛋白质氨基酸：蛋白质组成成分，只有20种。–⑵非蛋白质氨基酸：不参与蛋白质构成的氨基酸，种类繁多，机构不一。–工业生产的主要为蛋白质氨基酸。蛋白质氨基酸的种类：根据营养学–必须氨基酸：赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸8种氨基酸，人体不能自己制造，需要由食物提供。–半必须氨基酸：精氨酸、组氨酸，人体合成的力不足于满足自身的需要，需要从食物中摄取一部分。–其余的十种氨基酸人体能够自己制造，我们称之为非必须氨基酸。根据化学结构1、脂肪族氨基酸：丙、缬、亮、异亮、蛋、天冬、谷、赖、精、甘、丝、苏、半胱、天冬酰胺、谷氨酰胺2、芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸3、杂环族氨基酸：组氨酸、色氨酸4、杂环亚氨基酸：脯氨酸根据侧链基团的极性：1、非极性氨基酸（疏水氨基酸）8种丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸2、极性氨基酸（亲水氨基酸）：1）极性不带电荷：7种甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺2）极性带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸）3种赖氨酸、精氨酸、组氨酸3）极性带负电荷的氨基酸（酸性氨基酸）2种天冬氨酸、谷氨酸氨基酸的性质：–1.物理性质–溶解度：无色晶体，熔点极高，一般在200℃以上。不同的氨基酸其味不同，有的无味，有的味甜，有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。–溶解度：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。–旋光性：除了甘氨酸外，所有天然氨基酸都具有旋光性，在酸中可以保持，用测定比旋光度的方法可以测定氨基酸的纯度。2.化学性质–氨基酸的化学性质与其分子的特殊功能基团有关。–氨基酸的羧基具有羧酸羧基的性质；–氨基酸的氨基具有氨基的一切性质；–侧链R基团参加的反应。氨基酸的生产方法1.水解法（1820年水解蛋白开始）2.合成法（1850年化学法合成氨基酸）3.酶转化法4.微生物发酵法（1957年日本发酵法生产谷氨酸成功开始）绝大多数氨基酸是以发酵法或酶法生产的氨基酸的生产方法氨基酸发酵的特点氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵,由发酵所生成的产物——氨基酸,都是微生物的中间代谢产物,它的积累是建立于对微生物正常代谢的抑制。在脱氧核糖核酸(DNA)的分子水平上改变、控制微生物的代谢,使有用产物大量生成、积累。代谢控制发酵（又称新型发酵）氨基酸发酵为好气性发酵菌种：细菌绪论第二节氨基酸发酵的历史与发展动向氨基酸发酵的历史1820年有人在实验室水解蛋白制取氨基酸。1866年里豪森利用H2SO4从小麦面筋制取Glu。1908年从海带中提取了Glu，并制取了味之素。1910年日本人开始利用小麦面筋工业化制取味精。1923年吴蕴初先生创办了上海天厨味精厂。1936年美国人开始从甜菜废液制取味精。1957年日本发酵法生产味精。绪论氨基酸发酵的现状1.谷氨酸1964年发酵法生产味精才获得成功并在上海工业化生产。2006年我国味精总产量130多万吨，居世界首位。绪论绪论绪论绪论2006年我国味精行业经济技术指标1）味精精制成本：山东齐鲁味精集团公司5223.00元/t2）糖化收率：山东齐鲁味精集团公司99.99%3）平均产酸：河南莲花味精集团15.10%4）发酵转化率：山东齐鲁味精集团公司65.70%5）提取收率：江苏菊花味精集团公司99.90%6）精制收率：山东铃兰味精工业公司99.10%绪论其他氨基酸绪论2.赖氨酸L-赖氨酸是人体必需氨基酸之一,是世界上仅次于味精的第2大氨基酸品种。绪论绪论3.苏氨酸截至2006年,全球饲料中苏氨酸的需求量每年约为11万t,中国的需求量约为2万t。目前,在苏氨酸领域研究开发处于世界领先水平的是日本味之素公司,它是全球最大的苏氨酸生产公司,总产能每年达到6.6万t,大约占全球市场份额60%。我国最大生产企业吉林大成集团，年产近万吨。绪论4.蛋氨酸到2010年,全世界蛋氨酸需求将达到90万t,中国的需求量也将超过10万t。近年中国对蛋氨酸的需求量还将持续增长,但一定时期内依靠大量进口来满足。中国是世界第2大饲料生产国,市场需求的年增长率7%~8%,蛋氨酸基本依靠进口。绪论5.色氨酸色氨酸是重要的氨基酸之一,L-色氨酸为蛋氨酸、赖氨酸之后的第3饲用氨基酸,目前世界色氨酸年产约3000多t。我国尚不能大规模生产。绪论氨基酸发酵的发展动向–新技术和工艺的开发应用：•现代生物技术和生物化工技术–新产品的开发、新应用领域的拓展：•医药中间体、肽类、多聚氨基酸、氨基酸系表面活性剂。采用诱变、细胞工程、基因工程的手段选育出从遗传角度解除了反馈调节和遗传性稳定的更理想菌种,提高产酸;采用过程控制,进行最优化控制,连续化、自动化,稳产、高产;探求新工艺、新设备,以提高产率和收得率;研究发酵机制等问题,以便能更好地控制氨基酸这样微生物中间代谢产物的发酵。医药①Glu治疗肝昏迷。②氨基酸大输液。食品①调味品味精，稀释3000倍，鲜味，阈值0.03%。Gly：蔗糖的0.8倍。Asp-phe甲酯（阿斯巴甜），蔗糖的200倍。②提高食品营养价值，强化食品评价蛋白质营养价值的指标，看食物中蛋白质的量（含量）和质（氨基酸之间的构成比例）。农业饲料用Lys，添加0.2%，鸡每年生蛋250个，猪120天长只至180斤，鸡56天长3.5斤。工业聚Glu，可降解塑料，环境友好材料。什么是味精？L-谷氨酸一钠一水化合物HOOC—CH2—CH2—CH—COONa·H2O|NH2性状：无色柱状结晶或粉末。纯度：99%或80%味精的安全性1987年联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂标准委员会就作出“食用安全，无须限量的规定”的科学论断。中国发酵工业协会曾于1993年组织“味精营养与安全研讨会”，多位专家在研讨会作了精彩的发言，肯定了味精的安全性。味精厂的主要生产车间糖化车间发酵车间提取车间精制车间第三节我国氨基酸行业存在的问题和解决措施–我国氨基酸行业存在的问题•⑴技术创新是氨基酸行业今后发展的主旋律；•⑵企业生产工艺水平低，资源损耗大；•⑶环境污染是行业治理的重中之重；•⑷我国氨基酸生产企业众多，但工艺相对落后，企业竞争力低。我国氨基酸行业应采取的措施–大力发展新技术和新工艺，重视原始创新和自主创新；–运用现代化生产技术手段大力开发相关技术类的新产品；–提高资源利用率，走循环经济发展的模式；–杜绝盲目投资和重复的低水平扩张建设。小结第一节概述•氨基酸的种类•氨基酸的性质•氨基酸的生产方法第二节氨基酸发展的历史和发展动向•氨基酸发酵的历史•氨基酸发酵的现状•氨基酸发酵的发展动向第三节我国氨基酸行业存在的问题和解决措施•我国氨基酸行业存在的问题•我国氨基酸行业应采取的措施第一章淀粉水解糖的制备第一节淀粉的组成及其特性一、淀粉的性状及组成性状白色无定形结晶粉末。形状为：圆形、椭圆形、多角形。第一章淀粉水解糖的制备组成直链淀粉第一章淀粉水解糖的制备支链淀粉第一章淀粉水解糖的制备淀粉与碘的颜色反应淀粉→蓝糊精→红糊精→无色糊精→葡萄糖蓝色→紫色→红色→无色→酒精反应第一章淀粉水解糖的制备淀粉的糊化1.定义淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成带有粘性的淀粉糊。第一章淀粉水解糖的制备2.过程第一阶段:淀粉缓慢地可逆地吸收水分,淀粉颗粒已有些微膨胀。第二阶段:当温度升到大约65℃时,淀粉颗粒经过不可逆地突然很快地吸收大量水分后,膨胀粘度增加很大。第三阶段:当温度继续升高,淀粉颗粒变成无形空囊,可溶性淀粉浸出,成为半透明的均质胶体。第一章淀粉水解糖的制备不同原料淀粉糊化温度名称开始糊化温度（℃）完全糊化温度（℃）糯米5961粳米5863玉米6472大麦5863小麦6568马铃薯5967甘薯7076荞麦6971第一章淀粉水解糖的制备三、淀粉的生产原理不溶于冷水，相对密度大于1。工艺（玉米淀粉）1.清理（除杂）目的：清除杂质第一章淀粉水解糖的制备2.浸泡目的：（1）软化（2）溶解（3）除杂工艺条件温度：50-55℃时间：48h二氧化硫0.15-0.2%第一章淀粉水解糖的制备3.粗碎目的：粉碎成10块以上的小块4.胚芽分离目的：分离胚芽第一章淀粉水解糖的制备5.磨碎目的：破坏细胞组织，释放淀粉。6.纤维分离采用筛选法分离。7.蛋白质分离原理：利用相对密度不同。8.清洗目的：去除可溶性杂质。第一章淀粉水解糖的制备9.脱水采用离心机。10.干燥带式干燥机11.成品整理粉碎和筛分。第一章淀粉水解糖的制备第二节淀粉水解糖的制备方法一、意义和要求糖化：工业上将淀粉水解为葡萄糖的过程成为糖化。第一章淀粉水解糖的制备第一章淀粉水解糖的制备第一章淀粉水解糖的制备谷氨酸发酵水解糖的要求1.严格控制原料质量2.正确控制淀粉乳的浓度3.水解完全4.糖液清、色泽浅5.糖液新鲜6.降低糖液蛋白质的含量第一章淀粉水解糖的制备7.质量标准（1）色泽：浅黄、杏黄通明液体；（2）糊精反应：无；（3）还原糖含量：18%左右（4）DE值：90%以上；（5）透光率：60%以上（6）pH：4.6-4.8第一章淀粉水解糖的制备二、淀粉水解的方法与比较淀粉水解的方法酸解法酶酸法酸酶法双酶法第一章淀粉水解糖的制备1.酸解法（1）工艺流程：淀粉、水、盐酸→调浆→进料→水解→冷却、中和→脱色→过滤→糖化液（2.）工艺特点高温、高压糖化时间短副产物多、糖化收率低第一章淀粉水解糖的制备（3）水解工艺条件：a.淀粉乳的浓度控制在18-22%。b.盐酸的用量为干淀粉的0.6-0.7%，通常控制淀粉乳的pH值为1.5左右。c.进料压力0.02-0.03MPa。d.水解压力0.28-0.3MPa。e.水解终点检查采用无水乙醇检查无白色反应为止。第一章淀粉水解糖的制备（4）中和、脱色的工艺条件淀粉水解后，在水解液中尚含有少量蛋白质等胶体物质，除去这些物质的方法：以Na2CO3调整水解液的pH值到这些杂质的等电点，约为4.8-5.0，这个过程称为中和。中和的温度控制在70-80℃。第一章淀粉水解糖的制备糖液的脱色一般采用粉末活性炭脱色，具体工艺条件如下：用量：为糖液的0.1-0.2%温度：65-80℃时间：30minpH：4.8-5.0第一章淀粉水解糖的制备（5）过滤第一章淀粉水解糖的制备过滤设备通常采用板框式过滤机。它的规格型号的表示方法如下：FBM(A)Y(S)××/×××--××其中：F表示防腐型B表示板框压滤机M(A)表示明流（暗流）Y(S)表示液压压紧（手动螺旋压紧）××表示过滤面积×××表示型号××表示框厚第一章淀粉水解糖的制备第一章淀粉水解糖的制备第一章淀粉水解糖的制备2.酶酸法原料→粉碎→调浆→液化→灭酶→过滤→调酸→糖化→中和→脱色→过滤→糖化液α-淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉。3.双酶法原料→粉碎→调浆→液化→灭酶→调整pH→糖化→灭酶→中和→过滤→糖化液α-淀粉酶的用量：10-12u/干淀粉。糖化酶的用量：100-120u/干淀粉。第一章淀粉水解糖的制备α-淀粉酶（1）生产菌枯草芽孢杆菌、地衣芽孢