2022年韩宁wwwwwwww .pdf
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1、毕业设计开题报告课题名称: 500 吨/年丝氨酸发酵车间的设计班级:生工 1002 学号: 1032050224 姓名:韩宁指导教师:王菲年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 13 页1 / 13 一、文献综述1 丝氨酸的简况1.1丝氨酸的基本性质L-丝氨酸 (L-serine;简写L-ser,分子式为C3H7NO3,化学结构为HO-CH2CH(NH3-COOH,分子量 105.10,化学名为 -氨基- -羟基丙酸。 L-丝氨酸是一种含羟基的中性氨基酸,为白色六角棱柱状晶体或结晶性粉末,比热容为1.209 J/g,摩尔热
2、容为135.65 J/mol,熔点为 223228,易溶于水和甲酸,不溶于乙醇和乙醚,呈甜味。比旋光度 = +14.4+15.5 。不同基团在25时的解离常数pK1(COOH = 2.21,pK2(NH4 = 9.15,等电点为pI= 5.681。1.2丝氨酸的作用L-丝氨酸虽属于非必需氨基酸但具有许多重要的生理功能和作用, 因此, 在医药、食品、化妆品中均有较为广泛的应用。之一 , 皮肤角质层保持水分的主要角色, 因此是很多高级化妆品中的关键添加剂, 只是因其价格限制了它在化妆品中的应用。2)抗衰老作用磷脂酰丝氨酸补充剂能增加大脑皮层中的神经传递质乙酰胆碱的产量,乙酰胆碱与思维、推理和注意力
3、集中有关联。磷脂酰丝氨酸也能刺激多巴胺的合成和释放。磷脂酰丝氨酸似乎和大脑对压力的反应有关联。一项临床研究发现,在针对健康人施加压力的实验中,服用磷脂酰丝氨酸的人群对于压力的反应要比其他人群低。压力反应是通过衡量血液中促肾上腺皮质激素水平得出的,促肾上腺皮质激素是由脑下垂体分泌的一种激素,它随之促进肾上腺分泌应激激素皮质醇。磷脂酰丝氨酸主要用于治精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页2 / 13 疗痴呆症 包括阿兹海默症和非阿兹海默症的痴呆)和正常的老年记忆损失。3)医药原料L- 丝氨酸广泛用于配置第三代复方氨基酸输液
4、和营养增补剂,并用于合成多种丝氨基酸衍生物,如心血管、抗癌、爱滋病新药及基因工程用保护氨基酸等 反应和斯特勒克( Strecker降解反应。将一份丝氨酸和一份葡萄糖所组成的混合物在 10 下加热 , 通过斯特勒克降解反应生成2- 轻基乙醛 , 使混合物具有枫糖浆的香味特征2,3。1.3丝氨酸的检测1958 年Spackman 等首次报道了氨基酸自动分析方法。经过40多年的发展 , 氨基酸分析方法得到不断的改进和完善, 由最初的阳离子交换色谱分离柱后茚三酮衍生化方法发展为多种分析方法并存, 互相取长补短。这些方法可以归纳为两类: 一、衍生化间接分析法 , 包括衍生化离子交换色谱法、衍生化高效液相
5、色谱法、衍生化气相色谱法和衍生化毛细管电泳法。二、无需衍生化的直接分析法, 主要指高效阴离子交换色谱积分脉冲安培法 (HPAEC-I-PAD。1.3.1衍生化间接分析法4衍生化间接法是将氨基酸衍生为有利于测定或分离的化合物。大多数氨基酸不含有芳香环等生色团 , 无法直接用紫外法检测 , 需要先将氨基酸衍生为具有较强紫外或荧光吸收的衍生物。在气相色谱法中, 由于氨基酸含有羟基、羧基和氨基等极性基团, 不易挥发, 因此需要将其衍生为易挥发的非极性化合物以便于分离。主要有衍生化离子交换色谱法、衍生化高效液相色谱法5、衍生化毛细管电泳法、柱前衍生化气相色谱法1.3.2 氨基酸直接分析法阴离子交换色谱积
6、分脉冲安培法。氨基酸直接分析法无需对氨基酸进行衍生化, 可直接对氨基酸进行分离测定。1999年Clarke等采用阴离子交换色谱积分脉冲安培法直接对蛋白水解液中的氨基酸进行分析,成功地测定了 22种基本氨基酸 , 检出限达到 pmol水平, 分析结果与茚三酮法一致。该法的基本原理是利用氨基酸在碱性流动液中的羧基阴离子在阴离子交换树脂上的保留进行分离。在 pH12 的溶液中 , 伯胺和仲胺化合物能够在金电极上被氧化, 采用积分脉冲安培精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页3 / 13 法检测。 Cheng 等使用一次性金电
7、极分析氨基酸, 克服了金电极容易污染的缺点6,7。1.4丝氨酸的生产工艺由于 L-丝氨酸处于代谢途径的中间位置,代谢速度快,生产困难,不易进行大规模生产。目前, L-丝氨酸的生产方法主要有蛋白质水解法、化学合成法、发酵法和酶法。蛋白质水解法生产L-丝氨酸存在很多问题,具体表现在:第一,水解过程中存在消旋作用,步骤繁琐, L-丝氨酸的损失率高;第二,所得的氨基酸常为混合氨基酸,还需进一步分离、精制,污染较大;第三,水解设备腐蚀严重;第四,需大量的洗脱液,污染严重。化学法可采用不同的化学原料,不同的工艺路线,生产规模大,产品易分离提纯。但化学合成法只能获得DL-丝氨酸,要得到 L- 丝氨酸还要进行
8、化学拆分,增加了成本及其生产复杂性。由于发酵法和酶法克服了上述两种方法的缺点,成为现在L-丝氨酸生产和研究的主要方向。1.4.1发酵法发酵法合成L- 丝氨酸是在培养液中直接添加底物利用菌体生长代谢生成L-丝氨酸。发酵法生产L-丝氨酸有两种途径:一种是微生物在生长过程中直接利用碳源积累L- 丝氨酸,称之为直接发酵法;另一种是在微生物生长到一段时间后,向培养基中添加特异的前体物质,以避免氨基酸生物合成途径中的反馈调节作用,经微生物作用把前体物质转化为 L-丝氨酸,称之为前体发酵法。(1直接发酵法由于 L-丝氨酸处于氨基酸代谢的中间位置,参与许多生物物质如甘氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸等氨基酸,嘌呤、胸腺
9、嘧啶等核酸碱基,磷脂腺丝氨酸等磷脂的合成,代谢运转速度极快。因此,与其它氨基酸相比,L-丝氨酸的直接发酵法生产十分困难。国内外报道利用直接发酵法生产L-丝氨酸菌株产酸率都不太高,此法在生产中很少采用。(2前体发酵法据报道,在 L-丝氨酸生产中作为前体物添加的甘氨酸被认为是最有前景的前体物。以甘氨酸为原料生产L-丝氨酸的菌株大致分为两类:一类是以葡萄糖等糖类物质为碳源生长的异养型菌株;另一类是以甲醇为碳源的甲基营养型菌株。利用异养型菌株由甘氨酸生产L-丝氨酸采用异养型菌株由甘氨酸生产L-丝氨酸,所需的C1 供体几乎都是来自甘氨酸的裂解反应,甘氨酸不仅作为合成 L- 丝氨酸的前体物质,还要作为C1
10、 供体,降精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页4 / 13 低了甘氨酸的转化率。理论上2 mol 甘氨酸只能生成1 molL-丝氨酸。高产L-丝氨酸就要在发酵培养基中加入大量的甘氨酸。Kubota 等人较早发现,向发酵培养基中添加甘氨酸会促进 L-丝氨酸的产生,但同时也会抑制菌体的生长。因此,筛选出耐高浓度的甘氨酸菌株是得到高产L-丝氨酸菌株的关键。产 L-丝氨酸异养型菌株主要有嗜甘氨酸棒杆菌、丁烷诺卡氏菌和白色八叠球菌三种。Kubota 等人从香蕉中分离到嗜甘氨酸棒杆菌,把甘氨酸转化积累为9.4 g/L 的 L-丝
11、氨酸, L-丝氨酸对甘氨酸的摩尔转化率为17 %。小谷等人采用甘氨酸的培养基分离到丁烷诺卡氏菌。在含有0.5 %甘氨酸、 2 %葡萄糖培养基中产生 L- 丝氨酸1.76 g/L。Tanaka 从丁烷诺卡氏菌诱变筛选L-丝氨酸分解缺陷突变株,进而选育甘氨酸氧肟酸、乙硫氨酸、蛋氨酸砜、氨基喋吟、二甲氧苄二胺吡啶和6-巯基嘌呤等多重抗性株,获得了 L-丝氨酸高产菌。 Ema 等选育获得具有高活性SHMase 的白色八叠球菌。在含有甘氨酸 0.3 %、葡萄糖 1 %、(NH42SO40.3 %、酵母膏 1 %的培养基中, 30 培养 24 h 时添加甘氨酸,最适条件 (pH 7.0发酵 6 d,由 2
12、0 %甘氨酸可生成 22 g/L L-丝氨酸。利用甲基营养型菌株由甘氨酸生产 L-丝氨酸能够以还原态C1 化合物作为唯一碳源和能源生长的微生物叫甲基营养型微生物。甲基营养型微生物同化还原态C1 化合物有三条途径:磷酸己酮糖途径、丝氨酸途径和Calvin 循环途径。属于甲基营养型具有丝氨酸途径的微生物,可在丝氨酸羟甲基转移酶( Serinehydroxymethyltransferase,SHMT,E.C.2.1.2.1 的 作 用 下 , 将 由 甲 醛 和 四 氢 叶 酸( Tetrahydrofolicacid,THFA反应生成的亚甲基四氢叶酸(methylenetetrahydrofol
13、ate,M-THFA与甘氨酸结合生成L-丝氨酸这种微生物具有高活性的SHMT 。利用含有丝氨酸途径的甲基营养型菌株生产L-丝氨酸有如下优点:第一,菌体生长利用的碳源是价格低廉的甲醇,有利于降低葡萄糖等碳源的成本消耗;第二,甘氨酸生产L-丝氨酸所需的C1 供体来自甲醛同THFA 反应,大大提高了甘氨酸的转化率,理论上,2 mol 的甘氨酸转化为 2 mol 的 L-丝氨酸。1.4.2生物酶法所谓酶法即利用酶催化的立体专一性反应,由化学合成的底物生产光学活性氨基酸。反应多在溶液中于温和的条件下进行,可高选择性、高收率地获得所需要的光学活性氨基酸。酶法与发酵法紧密相连,是发酵工业发展的产物,但又与发
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