一种氨基酸的生产方法及生产装置与流程

本发明涉及氨基酸生产，尤其涉及一种氨基酸的生产方法及生产装置。

背景技术：

1、支链氨基酸(branch chain amino acid，bcaa)包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。其中，l-缬氨酸(l-valine)，化学名称为l-α-氨基异戊酸，分子式为c5h11no2，相对分子质量为117.15。l-缬氨酸呈白色结晶或结晶性粉末，无臭，味苦，在水中25℃的溶解度为88.5g/l，50℃的溶解度为96.2g/l，不溶于冷乙醇、乙醚、丙酮，等电点为5.96，熔点为315℃。

2、l-缬氨酸是人体八种必需氨基酸之一，因其特殊的结构和功能，在人类生命代谢中具有特别重要的地位。l-缬氨酸可以广泛应用于医药工业、食品工业和饲料工业等。其中，在医药工业中，l-缬氨酸可作为氨基酸输液、综合氨基酸制剂的主要成分，可治疗肝功能衰竭、中枢神经系统功能紊乱。在食品工业中，l-缬氨酸可用作食品添加剂、营养增补液及风味剂等。l-缬氨酸也可用作氨基酸功能饮料与运动员饮料，具有形成肌肉、强化肝功能、减轻肌肉疲劳等作用。在饲料工业中，l-缬氨酸对动物的乳腺组织分泌乳汁具有重要的促进作用。

3、目前，l-缬氨酸的生产方法主要包括三种：提取法、化学合成法、微生物发酵法。提取法和化学合成法由于原料来源受到限制、生产成本高、污染环境等问题，难以实现工业化生产。微生物发酵法生产l-缬氨酸具有原料成本低、反应条件温和、容易实现大规模生产等优点，是目前生产l-缬氨酸最主要的方法。但目前l-缬氨酸菌种的发酵性能仍较差，且副产物亮氨酸的含量较高，导致转化率仍较低，较难满足大规模工业化生产的需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种缬氨酸的生产方法及生产装置，用以解决现有技术中缬氨酸厌氧发酵，产量较低的缺陷，实现了在工厂大型发酵罐中提高缬氨酸产量的目的。

2、工厂化厌氧发酵大量生产缬氨酸的工艺，与小试或中试厌氧发酵生产缬氨酸的工艺存在较大区别，较为显著的区别在于，(1)小试或中试(50-100l)时采用氨水调节发酵体系的ph，工厂化大量生产(1000l以上)时，采用液氨调节发酵体系ph。

3、(2)小规模以氨水调节ph时，不用采用特殊装置，仅以常规装置，手动加入氨水即可实现发酵体系ph的调节。

4、并且，在小试或中试(50-100l)时，发酵方法及装置对发酵效果的负面影响较少，通常认为小规模生产中，任何生产装置，均能够体现出良好的生产性能。现有技术中也有一些研究发现，在工厂化大规模生产时，采用与小试或中试完全一样的发酵方法，不能取得良好的发酵效果。

5、本发明在现有的有氧发酵方法的基础上，开发了大规模厌氧发酵生产缬氨酸的方法。进一步的，本发明在通过大量试验探索发现，生产装置不同对大规模生产缬氨酸有较大影响，厌氧结合生产装置能显著提高缬氨酸的产量，从而完成本发明。

6、本发明的技术方案如下：第一方面，本发明提供一种氨基酸生产装置，使用微生物进行厌氧发酵生产氨基酸；液氨管道从生产装置中部进入后液氨出口位于搅拌桨叶的水平下方；液氨管道进入发酵液的长度为发酵罐半径的1-10％。

7、本发明对生产装置优化改造是指，对种子罐、发酵罐的进风管道和阀门位置，及进液氨管道和阀门位置进行优化改造。

8、本发明中将液氨管道从生产装置中部进入后，再分成多个液氨管道出口，并且，本发明将液氨管道出口放置于搅拌桨叶的水平下方，可以借助搅拌桨叶发挥ph调节作用。

9、本发明发现，若液氨管道在发酵液中的长度过长，不能很好的发挥ph调节，液氨管道进入发酵液的最佳长度为发酵罐半径的1-10％。

10、在本发明提供的氨基酸生产装置中，所述生产装置中进风管道和液氨管道不接通，且进风管道和液氨管道的阀门位置距离生产装置罐侧壁0-50cm。

11、本发明中，利用进风管道在发酵开始前及发酵结束后，通入无菌风，用于维持氨基酸生产装置的气压稳定。本发明提供的氨基酸生产装置，无菌风从发酵罐上部液面以上进入。

12、本发明所提供的氨基酸生产装置，液氨管道的阀门位置距离生产装置罐侧壁0-50cm可以准确调节液氨的加入量，避免液氨加入过量对氨基酸生产的不利影响。

13、具体地，在本发明提供的氨基酸生产装置中，液氨管道进入生产装置后的出口数量与发酵液体积的比例为(1个-3个)：10000l；优选地，液氨管道进入生产装置后的出口数量与生产装置桨叶的数量相同。

14、本发明提供的氨基酸生产装置，所述生产装置为种子罐或发酵罐；所述生产装置的容量为1000l-20000l。

15、在本发明提供的氨基酸生产装置中，液氨管道出口位于搅拌桨叶的水平下方10-20cm，离罐侧壁5-15cm。

16、更具体，作为本发明的一个具体实施方式，本发明中液氨管道由生产装置中部进入后，在距离罐侧壁5-15cm处，形成3个液氨管道出口。如果需要增加液氨管道出口，可以适当缩短每个液氨出口的管道长度，维持液氨管道进入发酵液的长度为发酵罐半径的1-10％。

17、第二方面，本发明提供一种缬氨酸生产方法，使用液氨调节发酵体系中的ph，采用上述的氨基酸生产装置进行厌氧发酵，生产缬氨酸。

18、在本发明提供的缬氨酸生产方法中，从种子培养开始到发酵生产结束，整个微生物的生长和产酸过程发酵液中不再通入任何气体。

19、在本发明提供的缬氨酸生产方法中，所用生产菌种为肠杆菌科细菌；优选地，所述生产菌种为埃希氏菌属大肠杆菌(escherichia coli)，更优选地，所述生产菌种为大肠杆菌atcc8739、大肠杆菌atcc25922、大肠杆菌atcc35150或tys8789。

20、其中，生产菌种tys8789为本实验室自行构建，并已在保藏中心保藏，其构建方法见中国专利申请号或专利号：202210248471.9，公开号：cn114958888a，该菌保藏于中国典型培养物保藏中心(cctcc)，保藏日期是2022年02月18日，保藏地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内的武汉大学保藏中心，保藏编号为cctcc no:m 2022134。根据本领域技术人员的理解，本发明还提供上述的氨基酸生产装置或上述缬氨酸发酵方法在提高工业化缬氨酸产量、缬氨酸转化率中的应用。

21、本发明的有益效果在于：

22、本发明提供的肠杆菌科细菌在不通气条件下结合生产装置优化改造生产缬氨酸的方法，具有优势；目的产物缬氨酸产酸、转化率均有提升。本发明可以为发酵法生产其他氨基酸产品、核苷类产品提供借鉴。且本发明方法容易理解和实现，特别适合工业化生产。

技术特征：

1.一种氨基酸生产装置，其特征在于，使用微生物进行厌氧发酵生产氨基酸；液氨管道从所述生产装置中部进入后，液氨出口位于搅拌桨叶的水平下方；液氨管道进入发酵液的长度为发酵罐半径的1-10％。

2.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，所述生产装置中进风管道和液氨管道不接通，且液氨管道的阀门位置距离生产装置罐侧壁0-50cm。

3.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，液氨管道进入生产装置后的出口数量与发酵液体积的比例为(1个-3个)：10000l；优选地，液氨管道进入生产装置后的出口数量与生产装置桨叶的数量相同。

4.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，所述生产装置为种子罐或发酵罐；所述生产装置的容量为1000l-20000l。

5.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，液氨管道出口位于搅拌桨叶的水平下方0-50cm，离罐侧壁0-30cm；

6.根据权利要求2所述的生产装置，其特征在于，进风管道的无菌风从发酵罐上部液面以上进入。

7.一种缬氨酸生产方法，其特征在于，使用液氨调节发酵体系中的ph，采用权利要求1-5任一项所述的生产装置进行厌氧发酵，生产缬氨酸。

8.根据权利要求7所述的缬氨酸生产方法，其特征在于，从种子培养开始到发酵生产结束，整个微生物的生长和产酸过程发酵液中都不再通入任何气体。

9.根据权利要求7所述的缬氨酸生产方法，其特征在于，所用生产菌种为肠杆菌科细菌；优选地，所述生产菌种为埃希氏菌属大肠杆菌(escherichia coli)，更优选地，所述生产菌种为大肠杆菌atcc8739、大肠杆菌atcc25922、大肠杆菌atcc35150或tys8789。

10.权利要求1-6任一项所述的生产装置或权利要求7-9任一项所述缬氨酸发酵方法在提高工业化缬氨酸产量、缬氨酸转化率中的应用。

技术总结本发明涉及氨基酸生产技术领域，具体提供一种氨基酸的生产方法及生产装置。本发明所提供的氨基酸生产装置使用微生物进行厌氧发酵，生产氨基酸；所述氨基酸生产装置中进风管道的入口位于发酵罐上部，无菌风从发酵罐上部液面以上进入；液氨管道从生产装置中部进入，液氨出口位于搅拌桨叶的水平下方，液氨管道进入发酵液的长度为发酵罐半径的1‑10％。本发明在现有的有氧发酵方法的基础上，开发了大规模厌氧发酵生产缬氨酸的方法，采用厌氧结合生产装置显著提高缬氨酸的产量。技术研发人员：吴涛,陈钊,褚凡,高鹏,李岩,赵津津受保护的技术使用者：廊坊梅花生物技术开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18