发酵法生产透明质酸
发酵法生产透明质酸
透明质酸(Hyaluronic acid,HA)是一种大分子的粘多糖,是一种由-D-N -乙酰氨基葡萄糖和β-D-葡萄糖醛酸为结构单元,β-1，4-糖苷键连接成的一种链状高分子粘多糖。其分子量在几十万到几百万之间，又称糖醛酸，透明质酸具有特殊的保水作用，是目前发现的自然界中保湿性最好的物质，被称为理想的天然保湿因子，为目前所公认的最佳保湿成分，在化妆品工业、医学研究、临床治疗等领域有广泛的应用。
透明质酸的提炼的方法有三种：组织提取，微生物发酵和化学合成。组织提取法和化学合成法的成本高，产量低，受原料资源限制，不能满足市场需求。而微生物发酵法生产透明质酸具有不受原料资源限制、成本低、产量高、有较高的相对分子量、分离纯化工艺简便、易于大规模生产等特点成为透明质酸生产的发展方向，因此开发先进的微生物发酵法生产HA的技术十分必要。目前HA产业前景广阔，发酵法己成为HA生产的主流工艺，而发酵法生产HA的工艺仍需进一步完善。
微生物产HA的研究可以追溯到上个世纪30年代，1937年，Kendall发现链球菌可以产生HA，后来发现主要是一些A群和C群链球菌，它们具有合成与代谢以HA为主要成分的荚膜的能力。随后很多人进行了大量的研究。研究结果证明某些种属链球菌在一定的环境条件下，能同化吸收葡萄糖或其他碳源，以代谢物形式产生HA。随后经过不断地选育菌种和优化工艺，借助现代深层发酵技术与设备，HA的微生物发酵法被建立和应用起来。目前多选用链球菌、乳酸球菌类等（因此以下均以链球菌举例说明）。日本用发酵法生产了HA制剂．并对该产品做了大量的药效、毒理、药代动力学等非临床实验和临床实验。结果表明，发酵法生产的HA无局部及全身毒副作用、安全性高、疗效确切。
发酵法生产透明质酸主要包括两部分：发酵部分和下游提取工艺部分。发酵法生产HA的质量主要取决于菌种、培养基和分离提纯工艺的选择。
一.发酵部分：
经过阅读与分析文献，我个人将发酵部分划分为以下几个模块：
1.菌种的筛选
2.菌种的诱变
3.培养基配方的优化
4.菌株的最佳培养条件
首先以链球菌制备HA的过程为例简单介绍一下发酵法生产透明质酸的基本流程：链球菌复苏培养后，用诱变剂诱变，挑出不溶血、不含HA酶的高产率菌株。进行稳定传代后增菌培养，所得的菌种即可作为生产菌株。放入发酵培养液后，在通风搅拌的情况下发酵40小时，对粘稠的发酵醪进行提纯分离等处理后得到分子量高、粘度大的HA。
下面我将针对这几个模块分别做详细的叙述与分析。
1.菌种的筛选：
优良的微生物菌种是发酵工业的基础，得到这类产物的两个成功要素在于产生菌的选择和筛选方案的确定。以目的代谢物透明质酸为目标筛选出能产生它的菌种是前提，设计出科学合理的筛选方案是事关筛选工作成败的关键。菌种初筛方法必须快捷、简便、有效，才能一次或多次从现有菌群中把多数无用的微生物淘汰掉，把少量有用的微生物筛选分离出来。经研究发现在牛鼻粘膜上分离到的HA产生菌种即乙型溶血性链球菌比较适合用来发酵。
1.1筛选步骤：
牛鼻粘膜--稀释分离涂平板--初筛菌株--复筛摇瓶发酵--发酵液离心--上清液乙醇沉淀--定性分析--获得目的菌株--斜面培养
1.2 菌种筛选操作方法：
1.2.1 初筛：
将牛鼻黏膜用0．1％蛋白胨溶液分成梯度涂于血琼脂平板，37℃，培养24h。观察各菌落在血平板上的溶血性和形态，用接种针挑起看其黏度。荚膜染色并镜检。
1.2.2 荚膜染色
抹片自然干燥，甲醇固定，以久贮的多色性美蓝液做简单染色。荚膜呈淡红色，菌体呈蓝色。菌落选择的依据：产生HA的菌落透明度很高，隆起，呈水滴状色泽近似蛋清。
1.2.3 复筛
发酵摇瓶中接人初筛疑似菌株，每株五瓶，在200 r/min、37℃下培养24h。取复筛发酵液100ml，离心4000 r/min，20min。上清液用三倍体积无水乙醇沉淀。沉淀物用红外吸收光谱作定性分析。
1.2.4 红外吸收光谱法
取HA 2mg，KBr压片，用IR一400红外分光光度计在4000—5000m-1范围内扫描。发酵液提取物的红外吸收图谱在3400 cm-1附近有强的OH伸缩振动的特征吸收，表明有多羟基结构；在2900 cm-1附近有CH2的伸缩振动，1620cm-1及1560cm-1附近有CO、CN的伸缩振动，表明存在着乙酰氨基结构；在1400cm-1和1320cm-1附近有COC 的伸缩振动和OH的弯曲振动偶合产生的两个吸收峰，表明存在着糖醛酸上解离羧基结构和多糖羟基结构。上述结果提示筛选菌株的产物呈较典型的HA红外吸收图谱。
1.2.5测定
通过测定各种物质的含量来判断筛选结果是否正确。
(1)HA中葡萄糖醛酸含量的测定。参照硫酸-咔唑法进行测定。
(2)菌体量的测定：采用紫外可见分光光度计法，将培养液稀释后，在660nm处测其OD值。
(3)HA含量测定：采用Bitter-Muir氏法。以葡萄糖醛酸标准品为对照，测得样品溶液中葡萄糖醛酸的含量。由于葡萄糖醛酸的含量占整个产量的48．38％，因此测得葡萄糖醛酸的含量除以48．38％，再乘以稀释倍数就可以得到HA 的产量。
(4)葡萄糖含量测定：采用3，5-二硝基水杨酸法。
(5)蛋白质含量：参照考马斯亮蓝法测蛋白质含量，以牛血清白蛋白(BSA)标准品做对照。
(6)相对分子质量测定：采用粘度法。使用0．5-0．6mm的乌式粘度计，参比液
为0．2mol／L氯化钠，测定温度30℃，三点外推出特性粘数[μ]，根据公式[μ]=3.6x10-4Mr的0.78次方，计算出产品的平均相对分子质量Mr。
2.菌种的诱变：
以链球菌为例，野生型的链球菌多会产生溶血素(Streptolysin)，溶血素混入成品HA，会使HA的品质降低。一般情况下不会超过2g/L，得到的HA分子量也很低,所以规模生产必须获得非溶血性的菌株。因此必须经过诱变等手段获得HA 产量高、优良性状稳定的菌株。诱变菌种的常规方法是以紫外线和γ射线为诱变剂的物理诱变方法和化学试剂如亚硝基胍、硫酸二乙酯等。但化学诱变剂污染环境、操作不安全，有待改进。诱变工作中，应该尽量利用菌落可以鉴别的特性进行初筛，把初筛选得菌株用摇瓶方法测定，可提高工作效率。
2．1 菌种诱变步骤
菌种--平面培养--同步培养--制备菌液--诱变处理--中间培养--稀释涂平板--突变株分离
--保藏及扩大试验
2．2 菌种诱变操作方法
2．2．1平面培养
将筛选的菌种挑取一环接种到平板培养基上，37℃，培养14—16h。
2．2．2同步培养
从平面培养基上菌落上挑取2-3环接种到盛有20ml培养基的250ml锥形瓶中，37℃振荡培养14—16h。
2．2．3制备菌液
将菌液进行离心3500r／min，离心10min后弃上清。供紫外线诱变处理的菌体用生理盐水洗涤2次，重新悬浮于5ml生理盐水中，摇匀后倒人盛有45mi灭菌生理盐水并带玻璃珠的100ml锥形瓶中，振荡10min，调整细胞浓度至10／ml。供NTG诱变处理的菌体用0．1mol/L，pH= 6．0磷酸盐缓冲液来代替生理盐水，其它同供紫外线诱变处理菌体的菌液制备。
2．2．4诱变处理
2.2.4.1紫外线诱变处理：
紫外线诱变的主要作用是使同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体，二聚体的出现会减弱双链间氢键的作用，并引起双链结构的扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起菌株的突变或死亡。
(l)预热紫外线：紫外灯功率15W，照射距离30 cm，照射前打开紫外灯预热20 min，使紫外线强度稳定。
(2)加菌液：两套标明1min和2min的无菌培养皿，分别加入3ml菌液和磁力搅拌棒。
(3)照射：将上述两套培养皿磁力搅拌器上，打开皿盖搅拌照射1min和2min。盖
上皿盖关闭紫外灯。
2.2.4.2NTG诱变处理：
(1)NTG溶液的制备：用分析天平称取1mg NTG于无菌离心管中，然后加入0．1 mol ／L，pH6．o磷酸缓冲液1ml，于暗处振荡溶解。
(2)诱变处理：取4ml菌液加人上述离心管中，充分摇匀，立即置于37℃水浴振荡处30min(NTG处理终浓度100；g／m1)后，离心收集菌体，将含NTG的上清液倒人浓NaOH溶液弃去，用无菌水洗涤菌体3次，以大量稀释法终止NTG的诱变作用，最后向离心管中加5ml无菌生理水。
2.2．5中间培养
中间培养对获得稳定的突变株是极其重要的，只有让诱变处理后的细胞在液体培养基中培养几小时，使细胞经过数代繁殖，隐性的变异就会显现出来，才可得到纯的变异细胞。若不经液体培养基的中间培养，直接在平皿上分离，就会出现变异和不变异的细胞同时存在于一个菌落的可能，形成混杂菌落，导致造成筛选结果的不稳定和将来菌株的退化。同时，通过中间培养还可使变异的细胞数量增多，便于检出。
将1ml诱变育种处理洗涤过的菌液，加20m1种子培养基的250ml锥形瓶中，37℃振荡培养2 h。
2．2．6稀释涂平板
取经中间培养的菌悬液用10倍稀释法在无菌水中稀释法在无菌生理盐水中稀释。紫外线处理的菌液取三个稀释度各0．1ml涂布于平板培养基上。NTG处理的菌液取三个稀释度各0.1ml涂布于平板培养基上。俱37℃，培养24 h。
2．2．7突变株分离
在血琼脂平板上挑取不具溶血性的或溶血性较弱的菌株进行摇瓶发酵，或再经多次诱变和发酵直至利用紫外比色选到较高产量的菌株。
2．2．8紫外吸收光谱法
将HA配成500g／ml的水溶液，用紫外分光光度计在190---300nm范围内扫描。从发酵液中提取的粗品HA的紫外光谱在196nm处有特征吸收，同sigma标样的相同。并且随着HA含量的增加吸光度值也变大。表明利用其最大波长处紫外光谱分析可以作为衡量发酵液中HA含量多少的依据。这样做节省了劳动和时间，而不必对HA进行干燥和称量。省略了中间环节，减少了误差。sigma标样在2 57nm和280nm 处紫外吸收分别为0．150和0．105；若发酵液中提取的精品HA在257nm和280nm 处紫外吸收大于这两个值，则表明发酵液中提取的精品HA较sigma标样存在核酸和蛋白质等杂质。
同时我查到资料发现北京化工大学开发了发酵法生产透明质酸的新工艺。透明质酸高产菌株的选育采用紫外线诱变、Y射线、快中子诱变技术对已有的出发菌株进行了选育，开发了用磁场辅助Y射线、快中子诱变技术，得到了透明质酸高产菌，透明质酸稳定产量4．0g／L-6．5g/L。用发酵法生产透明质酸质量稳定，而且其原料为淀粉等糖类，原料易得，大大地降低了HA的生产成本，为HA的普及推广应用奠定了基础，该成果通过了化工部组织的国家级成果鉴定，结论为技术水平达到国际先进水平，透明质酸发酵水平达4—6．5g／l，据文献查询，目前国际透明质酸发酵水平最高为6．5g／L。
3.培养基配方的优化：
首先以链球菌的营养需求为例，通常在含血清、脑心浸液等培养基上菌体才能较好地生长．但这类营养物质价格昂贵，大规模生产成本太高，所以通常以蛋白胨、酵母膏或浸小粉、牛肉浸膏等的复合氮源代替。另外，有研究表明在发酵液中添加一定量的谷氨酸和精氨酸，可以提高HA的产率。国内外文献资料大多使用葡萄糖作为碳源．也有用蔗糖、半乳糖等研究链球菌的利用情况。
可见，良好的培养基是微生物发酵的基础，培养基品质的好坏对发酵生产起着至关重要的作用，生产HA发酵的培养基一般包括碳源、氮源、无机盐、维生素和其它生长因子。生产HA的培养基中最常用碳源为葡萄糖，其次为蔗糖、麦芽糖，是因为绝大多数微生物对单糖的利用速度要比双糖和多糖快。在氮源的选择上，培养基中添加复配的氮源比单一的氮源效果更好，因为复配的氮源能提供不网的生长因子进行置补，利于细胞生长。因此，菌株不一样，其最适的培养基可能不
一样，需要根据试验鉴定，同时也结合考虑成本以及工业化等问题来选择培养基成分。
培养基中碳源，氮源（牛肉膏，酵母膏，蛋白胨），碳氮比，有机氨和无机氦的协同作用对菌种的生长起着主要作用。
碳源作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质，是培养基的主要成分之一。葡萄糖是碳源中最易利用的糖，也是加速微生物生长的一种有效的糖。结果显示，采用葡萄糖作为种子培养基的碳源，接人发酵培养基后HA产量最高。在不同的葡萄糖用量条件下发酵活力存在差别，高葡萄糖浓度并非适宜。过多的葡萄糖过分加速菌体的呼吸，以致培养基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，如乳酸、乙酸等导致PH值下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。
氮源主要用于构成菌体细胞物质和含氮代谢物。微生物能直接利用氨基酸和有机氮中各种不同结构的碳架，而无须从糖代谢的分解产物来合成各种所需的物质。采用蛋白胨和酵膏为种子培养基的氮源，接入发酵培养基后HA产量最高。这与采用混合有机氮源接入发酵培养基后，其HA产量好于单一的有机氮源的相关报
道符合。而无机氮源NAN0
3远较(NH
4
)
2
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4
。接入发酵培养基后HA产量高。这是因为
生理酸性盐作为氮源时，其被利用后，培养基的PH值上升，而发酵过程中，菌体产生一些酸性物质使PH值不断降低，会影响菌体生长，降低HA的产率。因此，NaN0
3可以抑制或减轻酸性物质对菌体的毒害，维持发酵液适当的pH值。
培养基中的碳氮比的影响极为明显。氮源过多，会使准体生长过于旺盛，不利于代谢产物的积累。氮源不足，菌体繁殖量少。随着碳氮比的增高，种子液中菌体量随之减少，当碳氮比为1：1时，菌体量也基本稳定于最大值。这与培养菌体的种子培养基中氮源含量应丰富的原则相一致。此时，HA发酵也处于最佳状态，符合HA的合成与菌体的生长相偶联的报道。为了既满足菌体快速生长的需要，又要提高HA产量，配合使用有机氮源和无机氮源，以充分发挥它们作为迟效性氮源和速效性氮源的各自优势是很有必要的。在以为蛋白胨和酵母膏为主的条件下，少量添加NaNO3有助于菌体生长和HA的形成。
Ogrodowski等发现添加溶菌酶能够提高透明质酸的产量．这是因为菌种需分泌大量的透明质酸以保护其细胞壁免遭破坏；同时，溶菌酶能诱导透明质酸合成酶的活性。在发酵过程中添加含有羟基的酚类化合物如苯酚、丹宁等能大幅提高透明质酸的产量；此外葡糖胺、丙酮酸、尿嘧啶等因为是HA合成的前体物质．通过添加也可获得高分子量的HA。
4.菌株的最佳培养条件：
发酵过程中的条件控制非常重要，对HA的产量影响很大。先以链球菌为例简单介绍：链球菌是一种乳酸菌，产生乳酸、乙酸等小分子有机酸．发酵过程中需要用碱液进行中和．以维持适当的pH值。在HA的发酵过程中，pH值一般控制在7．0左右．低于5．5或高于8．5菌体都不再生长。M．R．Johns等发现以Streptococcus zooepi demicus生产HA在不通气的情况下,6.7±0.2为其较适pH值。
我总结了几项影响较为显著的。温度，pH值，搅拌转速，发酵时间，接种龄，溶解氧和培养方式。综合文献，可以发现酸度通常控制在6．5-7．5，但对于最佳的数值，还有争议，这可能是实验用的菌株和发酵液的成分不同所致。搅拌速率常控制在100—800转／分之间。发酵温度一般控制在37度。培养条件是影响HA的产量和分子质量的关键因素。适宜的发酵条件不仅有利于菌体的生长，而且使菌体向有益于产物合成的方向进行。
4．1 温度对HA产量和分子质量的影响
温度能影响微生物机体内酶的活性、细胞质膜的流动以及物质的溶解度。Armstrong等发现，温度高于或低于37℃，HA的产量和分子质量都会下降。还有研究者解释此现象，认为之前用于生产HA静链球菌大多数是来自哺乳动物体内的细菌，因此，要在体外培养生产更多的HA，需要提供类似体内生长的人工培养环境，其生长适宜温度与宿主体温37℃相近。
4．2 pH值对HA产量和分子质量的影响
根据Michael等人的研究，pH为6．7±0。2时，HA产量最离。Armstrong等人也认为pH对HA的产率和产量影响较大，并且认为pH为6．7最有利于兽疫链球菌生产HA。球菌生产HA，是典型的乳酸型发酵，发酵过程中大量产酸，使发酵液pH 值降低，因此，pH值应偏碱性。罗瑞明也认为PH值对菌体合成HA和乳酸有不同的影响，pH为7．5时最适于细胞生长，也最适于HA的合成，葡萄糖消耗也最彻底，而pH值高于8时对乳酸合成有利。Armstrong等认为pH对HA的分子质量基本没有影响。
4.3 接种龄和溶解氧对HA产量和分子质量的影响
4．3．1种龄的确定
种子质量的好坏不仅取决于培养基组成，还与种子的生理性有关。在摇瓶发酵中，过于年轻的种子，会由于菌体量不足，使发酵前期生长缓慢，整个发酵周期延长，产物开始形成的时间推迟；过老的种子会引起生产能力下降，菌体过早自溶。所以说，合适的种龄对于得到较好的发酵结果非常重要。一般隋况下，种龄选取在对数生长中后期，培养液中菌体量尚未达到最高时较宜。此时，种子即可保持旺盛的细胞活力，又可获得尽可能多的细胞量。从图l中可以看出，菌种接人种子培养基0—4h为生长延滞期，4-20h为对数生长期。20h后入静止期。因此，本试验接种种龄为选择14-16h。用红外分光光度计进行光电比浊法测定不同培养时间细菌悬浮液的OD值。以时问作为横坐标，OD值为纵坐标，用未接种的培养基作空白对照，绘制诱变处理后的菌株在种子培养基的生长过程曲线。进行光电比浊测定的波长选用
660mm。每隔2h取样测定OD值。
4．3．2 溶解氧对HA产量和分子质量的影响
对多数微生物发酵来说适当的溶解氧有利于其代谢产物的合成，氧的不足会造成代谢异常，产量降低。链球菌属于兼性厌氧菌，有氧和无氧条件下，都可以生长，发酵时通气并不明显影响细菌的生长，但能提高HA的产量并非供氧愈充分产物形成愈好，相反会造成产量下降。这可能是由于在摇瓶条件下当氧含量较高时，产生的大量乙酸所造成的PH值下降进而抑制了菌体的代谢，远大于在葡萄糖代谢中产生更多ATP对UTP的有益影响。
二.下游提取工艺部分：
下游提取工艺部分包括HA的分离和提纯工艺。通过考察菌种的生长曲线和不同工艺对HA的影响来初步确定工艺，使该菌种HA产量有一定程度的提高。首先以分离纯化链球菌HA为例见到介绍：通过加杀菌剂或75—80度加热来杀灭发酵液中的菌体。HA含量较高时，发酵液的粘度很高，直接过滤或离心除菌体非常困难，需要先进行稀释。然后乙醇沉淀、氯仿处理、离子交换、超滤等方法进行分离纯化，最后用有机溶剂沉淀、真空干燥或冷冻干燥制得HA精品。
对发酵法生产HA进行分析可以知道：从发酵液中提取HA的过程中存在许多困难。例如要解决发酵液中有大量菌体的问题，因为这些菌体可以分泌一种可
解离HA的透明质酸酶，使HA分子量降低，从而影响到HA产品的质量；发酵液中的HA含量高、分子量大，所以发酵液的粘度很高，使分离的过程非常不便；因HA易因酸、碱或加热处理而分解，又易在铁、铜等金属离子和抗坏血酸或半胱氨酸等还原剂共存下，经氧自由基、x射线、Y射线、紫外线和超声波作用而降解；它还可被透明质酸酶和硫酸软骨素酶分解等。这就决定了从发酵液中分离HA的处理量和复杂程度要比组织提取法大的多，完全照搬组织提取的方法是不可行的，必须从发酵法自身特点出发，寻求适宜的提取方法，设计出一条新的工艺路线。
1.HA的分离提纯方法
1．1 HA的分离提纯步骤
发酵液预处理--发酵液离心--上清液醇沉--沉淀盐溶--溶液CPC络合--HA-CPC 沉淀解离--乙醇沉淀--真空干燥--HA精品
1．2 HA的分离提纯操作方法
1.2.1 发酵液的预处理
HA发酵液粘稠，不易将HA与菌体快速有效地分离，而菌体本身产生的透明质酸酶，会使HA降解，从而降低HA的分子量。因此在从发酵液中提取HA之前，需要对发酵液进行预处理，使其中的透明质酸酶失活，防止HA分子量损失。
1．2．2 HA粗提
新鲜发酵液离心4000rpm，20min，取上清液加3倍体积无水乙醇沉淀出HA粗品。1．2．3 CPC络合
沉淀用0．1mol／L的NaCl溶液溶解，加入过量的1% CPC水溶液，形成HA—CPC络合沉淀，离心4000rpm，20min，得到络合沉淀。
1．2．4 HA精提
将络合沉淀置于0．4mol／L NaCl液中搅拌解离至沉淀溶解。然后加三倍体无水乙醇沉淀，沉淀用丙酮脱水后真空干燥得HA精品。
分离纯化发酵液中的HA有多种报道，如有机溶剂沉淀法、离子交换法等。沉淀HA的有机溶剂有乙醇、丙酮、乙酸等。乙醇沉淀法是制备粘多糖中最常见的一种。链球菌HA的分离目前也多采用此法。为了使HA完全沉淀溶液中应有足够的离子强度。乙醇所沉淀的HA浓度约在l％～2％之间．乙醇分级分离的缺点在于其分辨率低．即一组很相似的多种成分以及它们个体的不均一性如分子量、硫酸化程度、糖醛酸含量的差别不能达到完全分离。1973年keSheng-an提出一套改进的工艺，即用季铵盐分离HA和其它粘多糖。此外。纯化HA还有许多方法：用丙酮浓缩、冰醋酸和乙醇析出法；活性炭和纤维素粉末混合制成吸附柱，让经乙醇析出的HA粗品反复通过吸附以除蛋白杂质。
发酵法生产透明乳酸仍存在一些局限，其中对发酵液中HA产物的提取工艺不成熟是一个重要方面，具体表现在缺少一条被广泛认可和接受的可用于工业生产的下游分离工艺。
三．展望：
国外自20世纪70年代开始研究利用发酵法生产HA,本资生堂在20世纪80年代后期实现了发酵法生产HA的工业化。HA成功应用于其生产的各种化妆品中至今国际上发酵水平已达到6～7 g/l。我国的HA年产量在2t左右，山东福瑞达等几家已经开始通过发酵法生产HA，但总体规模较小，还远远不能满足市场的需求。因此我们必须从各个方面改进发酵法生产HA，使之在中国达到广泛化、工业化。
要加快发酵法生产HA的研究开发，我个人认为应主要从以下几个方面着手：(1)从菌种入手，筛选诱变性能优良的菌株，或通过基因工程手段构建新的工程菌，为工业化生产透明质酸提供优良菌株。(2)从发酵工艺着手，优化工艺条件，同时开发与高黏度发酵液匹配的生物反应器，建立完善的在线监测、将IT技术引入发酵工艺的控制过程中。(3)加强对提取工艺的进一步开发，得到一条低成本、低污染、易于工业化的下游提取工艺。(4)开发快速、简便的分析技术。
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32.高海军.陈坚.章燕芳营养条件对兽疫链球菌发酵生产透明质酸的影响[期刊论
文]-生物工程学报2000(03)
33.罗瑞明.郭美锦.储炬高产、大分子透明质酸突变菌株NUF-036的选育[期刊论
文]-无锡轻工大学学报2003(02)
34.张淑荣.许伟坚.张鹏发酵法生产透明质酸菌种的选育[期刊论文]-北京化工
大学学报1999(01)
35.罗瑞明发酵法生产透明质酸的工艺研究2002
微生物发酵法生产透明质酸
微生物发酵法生产透明质酸 郭学平透明质酸（hyaluronic acid, HA）,又名玻璃酸，是一种酸性黏多糖，广泛存在于脊椎动物的各种组织细胞间质中，如皮肤、脐带、关节滑液、软骨、眼玻璃体、鸡冠、鸡胚、卵细胞、血管壁等，其中以人脐带、公鸡冠、关节滑液和眼玻璃体含量较高。透明质酸价格昂贵，在日本有“白金”之称，目前的生产方法有发酵法和提取法两种。 1 透明质酸的发展 1934年美国Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出该物质。20世纪70年代，Balazs等从鸡冠和人脐带提取HA，并配制成眼科手术用黏弹性辅助剂—NIF-HA,开创了HA医学应用的先河。 由于HA优良的保湿和润滑性能，20世纪80年代初开始用于高档护肤化妆品，其需求量大幅度增加。受原料限制，从人脐带和鸡冠提取的HA产量低、成本高，不能满足市场需求。为了寻找HA的新来源，降低生产成本，研究了发酵法生产HA。 工业化发酵生产HA是日本资生堂最早开始研究的，他们借鉴前人对某些链球菌产生HA这一重要发现，利用现代发酵技术和设备，以提高HA产率为目的，对发酵生产HA进行了较全面地研究。80年代中期，日本已有发酵生产的HA上市，价格大大低于从动物原料提取的产品。提取法和发酵法生产HA的比较见表1。 表1 提取法和发酵法生产HA的比较
项目提取法发酵法 存在状态在原料中与蛋白质和其它多糖 形成复合体，分离精制复杂在发酵液中游离存在，分离精制容易 分子量与保湿性小于1.0×106,保湿性差大于1.5×106，保湿性强品质与产量取决于动物原料的品质与数量品质稳定，产量大 价格（化妆品用） 2.2万元/kg 1.6万元/kg 应用价格昂贵，化妆品中的添加量 受到制约 能增加化妆品中的添加量 发酵法生产HA方面的研究主要集中在日本、英国和美国也有少量报道。国内从1980年开始研究从鸡冠和人脐带提取纯化HA，在1990年前后 化妆品用HA和医药用HA先后研制成功并生产。山东省生物药物研究院（原 山东省商业科技研究所）是国内最早从事HA研究开发的单位之一，1990 年该院郭学平等在国内首先开始HA的发酵生产研究，先后完成了小试和中 试实验。发酵法生产HA的研究成功改变了我国HA生产技术的落后局面， 使我国HA的生产进入了新的发展时期。 2 化学结构及理化性质 HA是由（1→3）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖-(1→4)-O-β-D-葡糖醛 酸双糖重复单位所组成的直链多聚糖，见图1。
氨基酸发酵工艺学要点
氨基酸发酵工艺学要点 1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 2淀粉生产的流程 原料→清理→浸泡→粗碎→胚的分离→磨碎→分离纤维→分离蛋白质→清洗→离心分离→干燥→淀粉3淀粉的液化及糖化定义。 在工业生产上，将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的“糖化”所制的的糖液称为淀粉水解糖 液化是利用液化酶使淀粉糊化，黏度降低，并水解到糊精和低聚糖的程度 4淀粉液化过程使用淀粉酶，水解位置1，4糖苷键，糖化过程使用糖化酶，水解位置1，4糖苷键和1，6糖苷键。 5液化结束后，为何要进行灭酶处理，如何操作？ 液化结束后反应快速升温灭酶，高温处理时，通过喷射器快速升温至120~145°，快速升温比逐步升温产生的“不溶性淀粉颗粒”少，所得的液化液既透明又易过滤。淀粉出糖率高，同时由于采取快速升温法，缩短了生产周期 6葡萄糖的复合反应。 7淀粉的糊化、老化定义及影响老化的因素。 （1）糊化 若将淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始膨胀，偏光十字消失。温度继续上升，淀粉颗粒继续膨胀，可达原体积几倍到几十倍。由于颗粒的膨胀，晶体结构消失，体积膨胀大，互相接触，变成糊状液体，虽然停止搅拌淀粉也不会再沉淀，这种现象称为糊化。 （2）老化 分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列成为新氢键的过程。 （3）影响老化的因素①淀粉的成分（直链易老化，支链淀粉难老化）②液化程度③酸碱度④温度⑤淀粉糊浓度 8 DE值与DX值的概念. DE值表示淀粉水解程度或糖化程度。也称葡萄糖值 DE=还原糖浓度/（干物质浓度*糖液相对密度）*100％ DX值指糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。 DX=葡萄糖浓度/（干物质浓度*糖液相对密度）*100％ 9淀粉水解糖的质量要求有哪些？ 1糖液透光率＞90%（420nm）。2不含糊精、蛋白质（起泡物质）。3转化率＞90%。DE值（Dextrose equivalent，葡萄糖当量值）4还原糖浓度：18%左右。5糖液不能变质。6pH4.6-4.8 10 说说酸水解法、酸酶法和酶水解法三种不同水解工艺的优劣？ 酸水解法是利用无机酸为催化剂，在高温高压下，将淀粉转化为葡萄糖的方法。该法具有工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周转快的优点。该水解法要求耐腐蚀，耐高温，耐压的设备。 酸酶法是先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡糖糖的工艺。采用酸酶法水解淀粉制糖，酸用量少，产品颜色浅，糖液质量高 酶水解法主要是将淀粉乳先用α-淀粉酶液化，过滤除去杂质后，然后用酸水解成葡萄糖的工艺。该工艺适用于大米或粗淀粉原料 11 固定化酶的定义及制备方法有哪几种？ 固定化酶（immobilized enzyme）：由于水溶性酶的缺点,所以将它与固相载体相连,由固相状态催化反应,称酶的固定化. ①吸附法②偶联法③交联法④包埋法 12生物素对谷氨酸生物合成途径影响。 1.生物素对糖代谢的速率的影响（主要影响糖降解速率）
各种氨基酸的生产工艺
各种氨基酸的生产工艺 1、谷氨酸 (1)等电离交工艺方法——从发酵液中提取谷氨酸，即将谷氨酸发酵液降温并用硫酸调PH值至谷氨酸等电点(pH3.0- 3.2)，温度降到10 以下沉淀，离心分离谷氨酸，再将上清液用硫酸调pH至1.5上732强酸性阳离子交换树脂，用氨水调上清液pH10进行洗脱，洗脱下来的高流分再用硫酸调pH1.0返回等电车间加入发酵液进行等电提取，离交车间的上柱后的上清液及洗柱水送去环保车间进行废水处理。 该工艺方法的缺点是：废水量大，治理成本高，酸碱用量大。 (2)连续等电工艺——将谷氨酸发酵液适当浓缩后控制40℃左右，连续加入有晶种的等电罐中，同时加入硫酸，控制等电罐中PH值维持在3.2左右，温度40℃进行结晶。 该工艺方法废的优点是：水量相对较少；缺点是：氨酸提取率及产品质量较差。 (3)发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺——谷氨酸发酵液经灭菌后进入超滤膜进行超滤，澄清的谷氨酸发酵液在第一调酸罐中被调整pH值为3.20～3.25，然后进入常温的等电点连续蒸发降温结晶装置进行结晶，分离、洗涤，得到谷氨酸晶体和母液，将一部分母液进入脱盐装置，脱盐后的谷氨酸母液一部分与超滤后澄清的谷氨酸发酵液合并；另一部分在第二调酸罐中被调整pH值至4.5～7，蒸发、浓缩、再在第三调酸罐中调pH值至3.20～3.25后，进入低温的等电点连续蒸发降温结晶装置，使母液中的谷氨酸充分结晶出来，低温的等电点连续蒸发降温结晶装置排出的晶浆被分离、洗涤，得到谷氨酸晶体和二次母液。(4)水解等电点法 发酵液-----浓缩（78.9kPa，0.15MPa蒸汽）----盐酸水解（130 ℃，4h ）----过滤-----滤液脱色-----浓缩-----中和，调pH至3.0-3.2（NaOH或发酵液） -----低温放置，析晶-------谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省 (5)低温等电点法 发酵液-----边冷却边加硫酸调节pH4.0-4.5-----加晶种，育晶2h-----边冷却边加硫酸调至pH3.0-3.2------冷却降温------搅拌16h------4 ℃静置4h------离心分离 --------谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省 (6)直接常温等电点法 发酵液-----加硫酸调节pH4.0-4.5-----育晶2-4h-----加硫酸调至pH3.5-3.8------育晶2h------加硫酸调至pH3.0-3.2------育晶2h------冷却降温------搅拌16-20h------沉淀2-4h-------谷氨酸晶体 此工艺的优点：设备简单、操作容易、生产周期短、酸碱用量省。 2、L-亮氨酸 （1）浓缩段 原料：蒸汽 将一次母液通入浓缩罐内，通入蒸汽，温度120度，气压-0.09Mpa，浓缩时间6h，结晶。终点产物：结晶液（去一次中和段） （2）一次中和段 辅料：硫酸，纯水 结晶液进入一次中和罐，通入硫酸，纯水，温度80，中和时间4h，过滤 终点产物：1，滤液（回收利用）2，滤渣（去氨解段）
提高D-酪氨酸生产效率的方法与相关技术
图片简介: 本技术介绍了一种提高D酪氨酸生产效率的方法，属于生物工程技术领域。本技术通过分子生物学手段构建了一株双质粒共表达的重组菌，同时实现三种酶的高效表达，将L酪氨酸转化为D酪氨酸，并通过偶联辅酶再生系统，将NADP+转化为NADPH，使得NADPH循环再生，转化能够高效进行。并通过优化全细胞转化条件，实现了D酪氨酸的高效生产。通过本技术生产的D酪氨酸产量可达8.4g/L，转化率达93％。 技术要求 1.一种生产D-酪氨酸的重组菌，其特征在于，所述重组菌是以大肠杆菌为宿主，双质粒表达系统表达L-氨基酸脱氨酶、D-氨基酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶，所述双质粒包括pRSFDuet-1质粒和pACYCDuet-1质粒。 2.根据权利要求1所述的重组菌，其特征在于，所述pRSFDuet-1质粒用于表达L-氨基酸脱 氨酶，所述pACYCDuet-1质粒用于表达D-氨基酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶。 3.根据权利要求1所述的重组菌，其特征在于，所述L-氨基酸脱氨酶选自奇异变形杆菌， 所述D-氨基酸脱氢酶选自谷氨酸棒状杆菌，所述葡萄糖脱氢酶选自巨大芽孢杆菌。 4.根据权利要求1-3任一所述的重组菌，其特征在于，所述宿主为E.coli BL21(DE3)。 5.一种转化L-酪氨酸生产D-酪氨酸的方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1-4任一 所述的重组菌将L-酪氨酸转化为D-酪氨酸，并偶联辅酶再生系统。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述辅酶再生系统以D-葡萄糖为底物，通过
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转化条件是：pH 7～9，转化温度为15～37℃，转化时间20～24h。 8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用权利要求1-4任一所述的重组菌的湿细胞进行转化。 9.根据权利要求5-8任一所述的方法，其特征在于，所述转化的体系中，L-酪氨酸浓度为50～150mmol/L，D-葡萄糖浓度为300～900mmol/L，氯化铵浓度为500～ 1500mmol/L，NADP+浓度为0.4～0.6mmol/L。 10.权利要求1-4任一所述的重组菌在食品、制药或化工领域的应用。 技术说明书 一种提高D-酪氨酸生产效率的方法 技术领域 本技术涉及一种提高D-酪氨酸生产效率的方法，属于生物工程技术领域。 背景技术 D-酪氨酸是一种非天然手性氨基酸，是多肽药物和抗肿瘤手性药物的重要中间体。以D-酪氨酸为手性前体可合成阿托西班、多肽、茴香霉素等物质，其中，阿托西班是一种保胎药；多肽在恶性肿瘤的治疗中具有特殊疗效；茴香霉素能够抗原虫、抗真菌、抗变形虫和抗肿瘤。
发酵法生产透明质酸
发酵法生产透明质酸 透明质酸(Hyaluronic acid,HA)是一种大分子的粘多糖,是一种由-D-N -乙酰氨基葡萄糖和β-D-葡萄糖醛酸为结构单元,β-1，4-糖苷键连接成的一种链状高分子粘多糖。其分子量在几十万到几百万之间，又称糖醛酸，透明质酸具有特殊的保水作用，是目前发现的自然界中保湿性最好的物质，被称为理想的天然保湿因子，为目前所公认的最佳保湿成分，在化妆品工业、医学研究、临床治疗等领域有广泛的应用。 透明质酸的提炼的方法有三种：组织提取，微生物发酵和化学合成。组织提取法和化学合成法的成本高，产量低，受原料资源限制，不能满足市场需求。而微生物发酵法生产透明质酸具有不受原料资源限制、成本低、产量高、有较高的相对分子量、分离纯化工艺简便、易于大规模生产等特点成为透明质酸生产的发展方向，因此开发先进的微生物发酵法生产HA的技术十分必要。目前HA产业前景广阔，发酵法己成为HA生产的主流工艺，而发酵法生产HA的工艺仍需进一步完善。 微生物产HA的研究可以追溯到上个世纪30年代，1937年，Kendall发现链球菌可以产生HA，后来发现主要是一些A群和C群链球菌，它们具有合成与代谢以HA为主要成分的荚膜的能力。随后很多人进行了大量的研究。研究结果证明某些种属链球菌在一定的环境条件下，能同化吸收葡萄糖或其他碳源，以代谢物形式产生HA。随后经过不断地选育菌种和优化工艺，借助现代深层发酵技术与设备，HA的微生物发酵法被建立和应用起来。目前多选用链球菌、乳酸球菌类等（因此以下均以链球菌举例说明）。日本用发酵法生产了HA制剂．并对该产品做了大量的药效、毒理、药代动力学等非临床实验和临床实验。结果表明，发酵法生产的HA无局部及全身毒副作用、安全性高、疗效确切。 发酵法生产透明质酸主要包括两部分：发酵部分和下游提取工艺部分。发酵法生产HA的质量主要取决于菌种、培养基和分离提纯工艺的选择。 一.发酵部分： 经过阅读与分析文献，我个人将发酵部分划分为以下几个模块： 1.菌种的筛选 2.菌种的诱变 3.培养基配方的优化 4.菌株的最佳培养条件 首先以链球菌制备HA的过程为例简单介绍一下发酵法生产透明质酸的基本流程：链球菌复苏培养后，用诱变剂诱变，挑出不溶血、不含HA酶的高产率菌株。进行稳定传代后增菌培养，所得的菌种即可作为生产菌株。放入发酵培养液后，在通风搅拌的情况下发酵40小时，对粘稠的发酵醪进行提纯分离等处理后得到分子量高、粘度大的HA。
生物制药工艺学 氨基酸类药物-氨基酸的生产方法 讲义
第二章氨基酸类药物 第二节氨基酸的生产方法 掌握直接发酵生产氨基酸的操作要点；通过赖氨酸发酵生产的工艺过程，熟悉赖氨酸的发酵生产和产品的分离纯化工艺过程 教学基本内容： 2.2 直接发酵法 2.2.1 直接发酵法的原理 工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。 初生氨基酸：微生物通过固氮作用、硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。 次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸。 大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。 有些氨基酸可以以有机化合物和氨盐为前体，在相应酶作用下而产生。 发酵法中氨基酸的碳链主要来自糖代谢中间产物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸、赤藓糖-4-磷酸、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸、3-磷酸甘油酸及分枝酸等。 2.2.2 直接发酵法分类 按照生产菌株的特性，直接发酵法可分为5类： 1. 使用野生型菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸的发酵生产； 2. 使用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如赖氨酸（高
丝氨酸缺陷）、亮氨酸（苯丙氨酸缺陷）等； 3. 由氨基酸结构类似物抗性突变株生产氨基酸，如赖氨酸（S-（2-氨基乙酸）-L-半胱氨酸（AEC）等； 4. 使用营养缺陷型兼抗性突变株生产氨基酸，如高丝氨酸（蛋氨酸、赖氨酸缺陷，α-氨基-β-羟基戊酸AHV抗性）等； 5. 以氨基酸的中间产物为原料，用微生物将其转化为相应的氨基酸，这一方法主要用于很难避开其反馈调节机制，而难以用直接发酵法生产的氨基酸。如现已成功地用邻氨基苯甲酸作为前体物生产L-色氨酸，用甘氨酸作为前体工业化生产L-丝氨酸。 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、灭菌及接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。 (二）发酵法生产的氨基酸品种及工艺 构成动物、植物及微生物体所有蛋白质的氨基酸种类与构型均无任何差异，但植物体内所有氨基酸皆由CO2、氨和水合成，动物体除8种必需氨基酸需从外界摄取外，其余非必需氨基酸均可通过体内氨基酸之间的转化或碳水化合物中间代谢物而合成，而微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸。 目前绝大部分氨基酸皆可通过发酵法生产，其缺点是产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，成本高。本文仅以L-异亮氨酸及L-赖氨酸直接发酵法为例，说明发酵法的基本过程。 1、L-异亮氨酸（L-Isoleucine，L-Ile）的制备 （1）L-异亮氨酸的结构与性质：L-Ile存在子所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之一，分子式为C6H13NO2，分子量为131.17，结构式为：
透明质酸的制备
透明质酸的生产工艺 透明质酸（HA ）的生产工艺主要分为二大类,以动物组织为原料的提取法和细菌发酵法。透明质酸在动物组织中的分布较为广泛，几乎所有 的动物组织中均含有透明质酸，只是含量 不同。已从下列组织中分离出了透明质酸：结缔组织、脐带、皮肤、人血清、鸡冠、关节滑液、脑、软骨、眼玻璃体、人尿、鸡胚、兔卵细胞、动脉和静脉等，但考虑到原料透明质酸含量的高低、数量的多少和易于取得的程度等成本因素，能够用于生产的原料主要为鸡冠、人脐带和动物眼球。细菌发酵法是利用某些种属的链球菌，在生长繁殖过程中，向胞外分泌以透明质酸为主要成分的荚膜。细菌发酵法与动物组织提法相比，具有生产规模不受动物原料限制，发酵液中透明质酸以游离状态存在,易于分离纯化，成本低，易于形成规模化工业生产，无动物来源的致病病毒污染的危险等优点。透明质酸无种属差异，不同动物组织提取的及不同菌种发酵生产的透明质酸，在化学本质和分子结构上是一致的，只是相对分子质量（Ｍr ）有差别。 一、以雄鸡冠（roostercomb）为原料的生产工艺 （一）、工艺路线： （二）、工艺流程 1．提取冻鸡冠解冻后，用绞肉机绞碎，加适量水用胶体磨磨成糊状，按每1kg 鸡冠加水8L ，加氯化钠80g，搅拌加热至90℃，保温 10min ，冷却至50℃，用1mol/L 氢氧化钠液调pH8.5~9.0, 加入适量胰酶,45~50 ℃保温酶解5~7h ，酶解过程中维持 pH8.5~9.0 。 2．过滤将酶解提取液用滤布加硅藻土加压过滤，得澄清滤液3.乙醇沉淀和粗品干燥取滤液,调pH6.0~6.5, 将滤液加到3 倍体积的95%乙醇中,反复倾倒3 次,待纤维状沉淀充分上浮后,取出沉淀,用适量乙醇脱水3~5 次,放入有五氧化二磷的真空干燥器内干燥,得透明质酸中间品。 4．氯仿处理将透明质酸中间品溶于0.1mol/L 氯化钠溶液中,溶解浓度为0.3%, 溶解过程中加少量氯仿防腐。溶解后，调pH4.5~5.0,加入等体积的氯仿搅拌处理2 次,静置分出水相。5．酶解将水相用稀氢氧化钠溶液调 pH7.5, 加入适量链霉蛋白 酶,37℃酶解24h。 6．络合沉淀酶解结束后，向酶解液中加入同体积的1%氯化十 六烷基吡啶（CPC）溶液，静置，收集HA-CPC 络合沉淀。7．解离将
典型生产案例酒精等发酵产品
典型发酵产品介绍传统发酵产品现代发酵产品本章要求熟悉传统及现代发酵产品四微生物酶制剂生产工艺举例 a －淀粉酶生产工艺微酸性固体曲法霉菌中性至微碱性液体深层发酵细菌微生物培养条件微生物培养法菌种一般在酶活达到最高峰时结束发酵离心以硅藻土作为助滤剂去除菌体及不溶物在钙离子存在下低温真空浓缩后加入防腐剂稳定剂以及缓冲剂后就成为成品为制造高活性的淀粉酶并便于贮运可把发酵液用硫酸铵或有机沉淀剂沉淀制 成粉状酶制剂最好贮藏在25C以下较干燥避光的地方利用蛋白酶 比淀粉酶的耐热性差的特点将 a -淀粉酶的发酵液加热处理可以使淀粉酶的储藏稳定性大为提高在培养基中添加柠檬酸盐可抑制某些菌株产生的蛋白酶用底物淀粉进行吸附也可将淀粉酶和蛋白酶进行分离一米曲霉固态法a-淀粉酶生产工艺1生产工艺流程试管斜面培养基J三角瓶种子J种曲培养J厚层通风培养J烘干 J粗酶制剂J酿造等用粉碎J抽提J过滤J沉淀J压滤J烘干J成品J供助消化药酿造等用J调配2发酵将试 管斜面于32?34C培养70?72h接种到500mL三角瓶每瓶一菌耳种菌摇匀于32?34C下培养3d每24h扣瓶一次以防结块待菌体大量生长孢子转出黄绿色时即可作为种子用于制备种曲种曲房要保持清洁并定期用硫磺和甲醛熏蒸灭菌种曲培养一般采用木制或铝制曲盒培 养基经高温灭菌后放入种曲箱房打碎团块冷却到30C左右接入05?1％的三角瓶种子拌匀后放入曲盒料层厚度1cm 左右为宜盒上盖一层 布后放入专用的木架上曲房内保持30 C左右进行培养盖布应每隔
8?12h 用水浸湿以保持一定湿度每24h 扣盘一次经3d 后种曲成熟麦 麸上布满黄绿色孢子 厚层通风固体发酵蒸煮 1h 后培养基冷却到 30C 接入05%的种曲拌匀后入池发酵前期品温控制在 30C 左右每隔 2h 通风20min 当池内品温上升至36C 以上时则需要连续通风使温度 控制在34?36C 当池内温度开始下降后 2?3h 则通冷风使品温下降 到20C 左右出池整个发酵过程约需要 28h 2提取 直接把麸曲在低温 下烘干作为酿造工业上使用的粗酶制剂特点是得率高制造工艺简单 但酶活性单位低含杂质较多 把麸曲用水或稀释盐水浸出酶后经过 滤和离心除去不溶物后用酒精沉淀或硫酸铵盐析酶泥滤出烘干粉碎 后加乳糖作为填充剂最后制成供作助消化药酿造等用的酶制剂特点 是酶活性单位高含杂质较少但得率低成本高 二枯草杆菌 BF-7658 深 层液体发酵a -淀粉酶生产工艺枯草杆菌BF-7658淀粉酶是我国产 量最大用途最广的一种液化型 a -淀粉酶其最适温度 65C 左右最适 pH65左右pH 低于6或高于10时酶活显著下降其在淀粉浆中的最适 温度为80?85 C 90 C 保温10min 酶活保留87% 1生产工艺 无菌空 干燥J 粉碎J 混粉J 成品J 硫酸铵补料 72 h 使菌体全部形成孢子即为成熟 种子培养维持 罐温37C 罐压05?08 atm10h 后加大通风当菌体处于对数生长期后 期立刻接种至大罐种子培养一般14h 左右 发酵控制温度37C 罐压05 atm 通气量0?12 h 控制05?06 VVM12 h 后控制在08?10 VVM 发酵 后期控制在 09 VVM 发酵培养一般采用补料工艺一方面可解除分解代 谢阻遏效应另一方面也有利于 pH 的调节最终达到提高产量的作用补 料体积和基础培养基体积一般为 13左右从 10 h 左右开始补加一般前 期后期少中期大根据菌体的生长情况来调整 当pH 低于65细胞生长 粗 气 BF-7658 菌种 J 孢子斜面J 种子罐J 发酵罐f 热处理J 罐7硫酸铵废液 J 填充料2发酵孢子培养一般采用马铃薯培养 基于37 C 下培养
微生物发酵法生产透明质酸的研究
燕山大学 课程设计说明书微生物发酵法生产透明质酸的研究 学院（系）：环境与化学工程学院 年级专业：10生物化工 学号：100110050050 学生姓名：王伟伟 指导教师：张晓宇 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：环境与化学工学院基层教学单位：生物工程系
燕山大学课程设计成绩评定表
2013 秋季学期 生物工程专业课程设计 结题论文 微生物发酵法生产透明质酸的研究 学院（系）：环境与化学工程 年级专业：10 生物化工 学号：100110050050 学生姓名：王伟伟 指导教师：张晓宇 教师职称：副教授
为提高微生物发酵生产透明质酸的质量，本设计选用经过突变后的高产兽疫链球菌株做为发酵用的菌种，并且在发酵前经过了严格的灭菌操作。设计内容主要分为三部分：摇瓶培养基组成对透明质酸发酵的影响；培养条件对发酵结果的影响；通过发酵过程中各种参数的变化优化发酵条件。第一部分设计拟采用正交设计法确定最合适的种子培养基；第二部分设计拟单因素分析法确定外界最适发酵条件；第三部分通过测定发酵过程的各种参数绘制参数变化曲线，为发酵条件的优化提供科学依据。通过本次设计，制定出兽疫链球菌生产透明质酸的合适工艺流程。 关键词：透明质酸；兽疫链球菌；正交设计；单因素分析
第一部分文献综述 1 透明质酸 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 结构 (1) 1.3 HA理化性质 (2) 1.4 HA的合成和代谢 (3) 1.4.1 HA的合成 (3) 1.4.2 HA的代谢 (4) 1.5 HA的生理功能 (5) 1.5.1 构成多种基质 (5) 1.5.2 保水、润滑、渗透压调节及分子排阻效应 (6) 1.5.3 对细胞的作用 (6) 1.5.4 与蛋白质的结合及其作用 (6) 1.6 HA的应用 (7) 1.6.1 HA在化妆品领域的应用 (7) 1.6.2 HA在医学领域的应用 (8) 1.6.3 HA在食品领域的应用 (8) 2 HA的制备 (9) 2.1 从动物组织中提取 (9) 2.2 微生物发酵法 (10) 3 国内外发展概况及其市场发展前景 (11) 第二部分课程设计 1.材料 (14) 1.1 试验用的仪器 (14) 1.2 试验药品 (14) 2. 方法 (15) 2.1 细菌发酵法生产透明质酸的工艺路线 (15) 2.2 兽疫链球菌发酵生产透明质酸的工艺流程 (15) 2.2.1 摇瓶种子液的培养 (15) 2.2.2 种子罐种子液的培养 (16) 2.2.3 发酵 (16) 2.2.4 下游分离纯化 (16) 2.3 检测方法 (16) 2.3.1 HA 含量的检测方法（Bitter-Muir 咔唑法） (16) 2.3.2 还原糖的测定方法—DNS法 (17)
氨基酸发酵工艺学要点
氨基酸发酵工艺学要点 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 淀粉生产的流程。 淀粉的液化及糖化定义。 淀粉液化过程使用淀粉酶，水解位置1，4糖苷键，糖化过程使用糖化酶，水解位置1，4糖苷键和1，6糖苷键。 液化结束后，为何要进行灭酶处理，如何操作？ 葡萄糖的复合反应。 淀粉的糊化、老化定义及影响老化的因素。 DE值与DX值的概念 淀粉水解糖的质量要求有哪些？ 说说酸水解法、酸酶法和酶水解法三种不同水解工艺的优劣？ 固定化酶的定义及制备方法有哪几种？ 生物素对谷氨酸生物合成途径影响。 在谷氨酸发酵中如何控制细胞膜渗透性。 诱变育种概念。 谷氨酸生产菌的育种思路 现有谷氨酸生产菌主要有哪四个菌属。 谷氨酸发酵生产菌的主要生化特点。 日常菌种工作。 菌种扩大培养的概念和任务 谷氨酸发酵一级种子和二级种子的质量要求 影响种子质量的主要因素 氨基酸生产菌菌种的来源有哪些。 工业微生物菌种保藏技术是哪几种？ 冷冻保藏的分类 菌种衰退和复壮的概念 代谢控制发酵的定义 谷氨酸发酵培养基包括哪些主要营养成分。 生长因子的概念 影响发酵产率的因素有哪些。 谷氨酸发酵过程调节pH值的方法 谷氨酸发酵不同阶段对PH的要求：前期pH7.3、中期pH7.2 、后期pH7.0 放罐pH6.8 谷氨酸发酵时,出现泡沫过多,一般是什么原因,该怎样处理? 谷氨酸发酵过程，菌体生长缓慢或不长的原因及解决方法？ 谷氨酸发酵过程，耗糖快,pH偏低, 产酸低原因及解决方法 谷氨酸生产菌最适生长温度为？，发酵谷氨酸最适发酵温度？，最适合生长pH为？。 发酵过程中CO 2迅速下降，说明污染噬菌体， CO 2 连续上升，说明污染杂菌 消泡方法有哪几种？一次高糖发酵工艺 噬菌体侵染的异常现象染菌的分析
发酵法生产维生素E
发酵法生产维生素E 一．部门人员分配：市场部邢卫强万军训 技术部周焱罗刚 品控部曹卫东 总经理汤隽语二．市场部：①维生素E的结构 维生素E结构式 维生素E定义： 一组脂溶性维生素，包括生育酚类、三烯生育酚类。都有抗氧化功能，为动物正常生长和生育所必需。 中文名称：维生素 英文名称：vitamin E 外观：透明粘稠液体 颜色：微黄绿色 分子式：C29H50O2
分子量：430 维生素E的功能与用途：维生素E （Vitamin E）是一种脂溶性维生素，又称生育酚，是最主要的抗氧化剂之一。溶于脂肪和乙醇等有机溶剂中，不溶于水，对热、酸稳定，对碱不稳定，对氧敏感，对热不敏感，但油炸时维生素E活性明显降低。生育酚能促进性激素分泌，提高生育能力，预防流产，还可用于防治男性不育症、烧伤、冻伤、毛细血管出血、更年期综合症、美容等方面。近来还发现维生素E可抑制眼睛晶状体内的过氧化脂反应，使末稍血管扩张，改善血液循环，预防近视发生和发展 维生素E（Vitamin E）是一种脂溶性维生素，又称生育酚，是最主要的抗氧化剂之一。溶于脂肪和乙醇等有机溶剂中，不溶于水，对热、酸稳定，对碱不稳定，对氧敏感，对热不敏感，但油炸时维生素E活性明显降低。生育酚能促进性激素分泌，提高生育能力，预防流产，还可用于防治男性不育症、
烧伤、冻伤、毛细血管出血、更年期综合症、 美容等方面。近来还发现维生素E可抑制眼 睛晶状体内的过氧化脂反应，使末稍血管扩 张，改善血液循环，预防近视发生和发展 三确定维生素E的生产菌种，工艺流程。 生产菌种：外硫代红叶植菌 工艺流程： 外硫代 发酵原料 红叶植菌 活化预处理 扩大培养发酵培养基的配 进一步扩大培灭菌 代谢产物和细胞的分离 大型发酵 细胞的加代谢产物的分离副产品和废物处理 代谢产物的纯化或加工
发酵法生产色氨酸
发酵法生产色氨酸的研究 刘辉 047111230 摘要：色氨酸是人和动物生命活动中8种必需氨基酸之一，对人和动物的生长发育、新陈代谢起着非常重要的作用。随着市场需求的不断增加，提高色氨酸生产能力成为全球热点。本文综述了色氨酸应用及生产技术包括发酵生产色氨酸的菌种选育、发酵培养基原料和发酵工艺等方面的研究进展。 关键词：发酵法色氨酸 1、发酵法生产色氨酸过程中的菌种选育 生产菌种选育是发酵工业中最为关键的工作,受到普遍的重视。过去发酵法生产色氨酸采用的是在培养基中添加吲哚或邻氨基苯甲酸的方法,此法因必须采用高价的吲哚或邻氨基苯甲酸做前体物质,使色氨酸的生产存在着成本高的缺点。而且由于这些前体物质对微生物的生长有毒害作用,故不能大量使用[1]。目前,利用糖质原料直接发酵生产色氨酸的国内外报道不多[2-3],主要是因为色氨酸在微生物体内代途径较长且存在着多种严格的调节机制,致-色氨酸的生产菌种产酸较低,达不到工业化生产的要求。色氨酸的生产菌种有谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutanicum)、黄色短杆菌(Bre-vibacteriumflavum)、枯草芽孢杆菌(Bacillus sub-tilis)、大肠杆菌(Escherichia coli)、产朊假丝酵母(Candida utilis)等,其中绝大多数为细菌[1]。 2、发酵法生产色氨酸过程中的发酵条件的选择 色氨酸发酵过程中菌种的质粒稳定性对发酵水平高低有严重影响，维持发酵高产酸就要保证发酵过程菌种质粒稳定。在培养过程可以通过调节适当罐压、培养温度、溶氧控制水平、底料中酵母抽提物添加量等方面进行控制，保证发酵过程中不发生质粒丢失现象。 色氨酸发酵液中乙酸浓度高时对色氨酸生产菌的生长和产酸均有抑制作用，发酵过程中可以通过调节溶氧控制水平、初始葡萄糖浓度、发酵葡萄糖浓度及控制菌体比生长速率等方面进行控制，减少发酵液中乙酸的生成。 色氨酸发酵过程中产大量的热，为了维持发酵温度的稳定，必须采取适当的降温措施，在发酵罐外部加上冷却盘管，采用冰水降温,控制发酵温度33℃左右。 色氨酸发酵过程中由于无机盐的消耗及产酸引起PH 变化，所以发酵过程中适当流加氨水或液氨调节PH，控制最佳PH 值在 6.9 左右。 色氨酸发酵为耗氧发酵，并且产酸过程中用氧量比较大，溶氧的多少直接影响着代谢的方向，进而影响产酸和转化率，溶氧低于20%容易发生菌体自溶、乙酸产量增加，所以在主发酵过程中必须控制溶氧大于20%，这要求我们采用先进的通风搅拌装置，设计合理的发酵罐径高比，增加通气量提高溶解氧。 色氨酸发酵过程中，采用高糖流加技术，使发酵糖浓度始终处于低浓度，从而有效减少残糖对发酵产生的抑制作用，避免发酵后期产生乙酸上升的现象，保证高产酸及转化率。此外，色氨酸发酵生产可采用先进的培养基连消技术，高精度空气膜滤技术，使发酵污染程度控制最低水平，确保发酵产酸水平；对发酵车间的环境定期进行消毒，提高环境清洁度，对排污要控制，对排污口要用漂白粉处理，对空气过滤系统要定期清理，减少染菌机率。［4］3、发酵法生产色氨酸过程代谢控制 芳香族氨基酸的生物合成存在着特定的代谢调节机制,因此不可能从自然界中找到大量积累色氨酸的菌株，但是可以黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等为出发菌株,设法得到从遗传角度解除了芳香族氨基酸生物合成正常代谢调节机制的突变菌株,用微生物直接发酵法生产色氨酸"这些方法包括:解除菌体自身反馈调节、切断支路代谢、增加前体物的合成等。[5] 4、发酵法生产色氨酸产物提取工艺
氨基酸生产工艺
氨基酸生产工艺 主讲人：韩北忠 刘萍 氨基酸是构成蛋白成分 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20多种。 氨基酸 α 碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基和氨基及侧链。侧链不同，氨基酸的性质不同。 氨基酸的用途 1. 食品工业： 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦中) 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽甜味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产品1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万吨。 2. 饲料工业： 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 3. 医药工业： 多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调 苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治疗有效,且副作用低。 4. 化学工业：谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙氨酸纤维。 氨基酸的生产方法 发酵法： 直接发酵法：野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵、抗氨基酸结构类似物突变株发酵、抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型回复突变株发酵。 添加前体法 酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造氨基酸。 提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸 合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。 传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的成本高,工艺复杂,难以达到工业化生产的目的。 生产氨基酸的大国为日本和德国。 日本的味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸,可直接用于输液制剂的生产。 日本在美国、法国等建立了合资的氨基酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍生物。 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司,湖北八峰氨基酸公司,但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗衡。 在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和发酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术和仿造产品, 1991年销售量为二千万瓶,1996年达六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞,北京费森尤斯,昆明康普莱特,但生产原
氨基酸工艺学
1、味精是L-谷氨酸单钠的商品名称，含有一分子的结晶水，其分子式为NaC5H8O4N·H2O 2、国内味精厂所使用的谷氨酸生产菌株主要有北京棒杆菌AS1.299、钝齿杆菌AS1.542 和天津短杆菌T 6-13三类。 3、谷氨酸发酵中，谷氨酸产生菌只有一条生物合成途径中，生成谷氨酸的前体物为α-酮戊二酸。而在赖氨酸发酵中，存在两条不同的生物合成途径，即二氨基庚二酸途径和α-氨基己二酸途径 4、谷氨酸制味精过程中，中和操作时一般应先加谷氨酸后加碱，否则会发生消旋化，生成DL- 谷氨酸钠。 5、在谷氨酸发酵中，溶解氧的大小对发酵过程有明显的影响。若通气不足，会生成乳酸或琥珀 酸，若通气过量，会生成ɑ－酮戊二酸 6、从发酵液中提取赖氨酸，目前一般采用离子交换方法。影响提取得率最大的是菌体和钙离子 7、谷氨酸的晶型分为α-型结晶和β-型结晶两种，等电点提取谷氨酸时，首先必须形成一定数量 的晶核，然后才能进行育晶。谷氨酸起晶有自然起晶和加晶种起晶两种方法。 8在谷氨酸发酵中，生成谷氨酸的主要酶有谷氨酸脱氢酶（GHD）、转氨酶（AT）和谷氨酸合成酶（GS）三种。 9、L–谷氨酸在水溶液中的等电点是3.22，L–赖氨酸的等电点是6.96 10、在谷氨酸发酵过程中，对生物素的要求是亚适量，而在赖氨酸发酵生产中要求生物素过量。 11、游离的赖氨酸具有很强的呈盐性，因此，一般工业制造产品是以赖氨酸盐酸盐形式存在，其化学性质相当稳定。 二、单项选择题（共10小题，每小题2分，共20分） 得分评卷人 1、下列菌株中，_C_属于赖氨酸产生菌。 A．Hu7251 B．FM84-415 C．AS1.563 D．WTH-1 2、下列哪种氨基酸发酵是在供氧不足的条件下产酸最高？（D ） A．精氨酸B．赖氨酸C．苏氨酸D．亮氨酸 3、谷氨酸发酵产酸期的最适温度一般为（C ）。 A．30℃~32℃B．32℃~34℃C．34℃~37℃D．38℃~40℃ 4、在谷氨酸（AS1.299菌）发酵中后期，为有利于促进谷氨酸合成，pH值维持在___C__范围为好。A．pH6.2~6.4 B．pH6.8~7.0 C．pH7.0~7.2 D．pH7.3~7.6
发酵法生产γ-亚麻酸技术
发酵法生产γ-亚麻酸技术 一、简介 γ-亚麻酸Gamma linolenic Acid；通用名异亚麻酸。（十八碳三烯酸，维生素F，Octadecatrienoic Acid，GLA），分子式：C18H30O2。 目前国内外生产的γ-亚麻酸主要来源于月见草。此植物原产于北美，我国东北地区也有野生，近年来国内已进行大面积的人工栽培，仅吉林延边地区1988年的种植面积即达2O00公顷。 本品是组成人体各组织生物膜的结构材料，也是合成前列腺素的前体。作为人体内必需的不饱和脂肪酸，成年人每日需要量约为36mg／kg。如摄入量不足，可导致体内机能的紊乱，引起某些疾病，如糖尿病、高血脂等。 二、γ-亚麻酸的营养保健作用 1、抗心血管疾病作用 血栓素A2(TXA2)是内源性最强烈的血小板聚集剂和血管收缩剂，而前列腺环素(PGI2)为最强烈血管扩张剂。正常机体两者保持平衡，以维持血小板生理作用。一旦TXA2合成增多，PGI2生成减少，则增加血小板聚集作用，引起血栓。γ-亚麻酸抗血栓心血管机理：(1)GLA作为PGE1前体抑制血小板聚集；(2)GLA转化成DHA，γ-亚麻酸抑制血小板TXA2合成酶活性。因此对血栓症方面，γ-亚麻酸具有减轻的效果，可降低引
起血栓性心脑血管疾病的危险外，它也能抑制动脉粥样状硬化症的形成，保护缺血性心肌，减少坏死区，维持血小板的正常功能。 2、降血脂作用 γ-亚麻酸作为PGE1的前体可降低总胆固醇，γ-亚麻酸能增大胆固醇的 极性和水溶性，使之易被酶解，还可从血液中清除甘油三脂，减少内源性胆固醇的合成，从而减少β－脂蛋白的生成。因此，γ-亚麻酸能降低 血液中总胆固醇含量，起到降血脂的作用。γ-亚麻酸是目前报道的治疗高血脂症疗效较佳、安全性最高的药物。 3、降血糖作用 由γ-亚麻酸组成的磷脂可以增强细胞膜上磷脂的流动性，增强细胞膜受体对激素(包括胰岛素)的敏感。由γ-亚麻酸而来的前列腺素等活性物质，可以提高胰岛β-细胞分泌胰岛素的功能。而γ-亚麻酸作为多不饱和脂肪酸还可以帮助恢复糖尿病人细胞的脂肪酸去饱和酶的活性。 4、抗癌作用 γ-亚麻酸可作为潜在的抗癌药物。对γ-亚麻酸的研究表明，它具有明显的抗脂质氧化作用，因γ-亚麻酸在体内首先被氧化，从而减轻了细胞脂质过氧化损害。研究表明,γ-亚麻酸可抑制人肝癌细胞生长。抑制人结肠癌、胃癌和胰癌细胞DNA的合成,γ-亚麻酸加Fe(II)对治疗乳腺癌效果 显著。
色氨酸发酵工艺原理及工业生产
湖北大学 发酵工程与设备课程设计 题目色氨酸发酵工艺 专业年级 08生物工程 学生姓名赵雄峰 学号 2008221107100168 指导老师李亚东 2011 年 6 月 4 日
目录 1前言------------------------------------------------3 2发酵机制--------------------------------------------6 3发酵工艺及特点--------------------------------------7 4菌种的制备及种子的扩大培养--------------------------9 5培养基的组成及制备----------------------------------12 6无菌空气制备系统-----------------------------------13 7部分工艺计算----------------------------------------15 8三废处理--------------------------------------------17 9参考文献---------------------------------------------18
一. 前言 L-色氨酸是种重要的氨基酸,广泛应用于医药、食品和饲料等行业。近年来,各行业对L-色氨酸的需求量日益增加,而现有产量远不能满足国内外市场的需求。因此,开发微生物酶法生产L-色氨酸的工艺路线具有广阔的应用前景。 目前我国市场上销售的[色氨酸主要依靠进口，我国国务院已于2004、 2007年将I 色氨酸生产列入"鼓励外商投资产业目录"之中。直接发酵法生产[色氨酸的研究，对发展我国氨基酸发酵工业具有重大的意义。本文对发酵液中色氨酸的快速测定、出发菌株的生理特征和产酸特性、I 色氨酸高产菌株的选育及发酵条件的优化进行了重点研究。 1.1色氨酸的理化性质 色氨酸属于中性芳香族氨基酸，结构中含有吲哚基，在生物体中，色氨酸以结 合态或游离态存在。其结构式如图1-1所示：色氨酸是手性化合物，有[型和0型两种镜像结构。[色氨酸是人体必须氨基酸，它参与人体与动物的蛋白质合成和代谢网络调节，并广泛的存在于自然界中； 0-色氨酸不能合成蛋白质，在人体内几乎不发生代谢作用。 L-色氨酸化学名为L-2-氨基-3-吲哚基丙酸，别名为L-氨基吲哚丙酸、胰化蛋白氨基酸。其分子式为C 11H 12O 2N 2，相对分子量为204.21，熔点为289℃，等电点PI 为5.89， pKa （25℃）为2.38及9.39， 微苦、呈绢丝光泽六角片状白色结晶，在水中溶解度1.147％ （25℃）2.80％（75℃）, 微溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿，在碱液中稳定，在强酸中易分解。 1.2 L-色氨酸的用途 L-色氨酸在生物体内不能自然合成，需要从食物中摄取，是动物和一些真菌生命活动中的必须氨基酸。L-色氨酸在蛋白质中含量很低，平均含量约1％或更少。L-色氨酸能调节蛋白质的合成、调节免疫及消化功能，增加 5-羟色胺代谢作用以图1-1色氨酸的结构式
透明质酸的微生物发酵法生产与应用概况
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/288585726.html, 透明质酸的微生物发酵法生产与应用概况 作者：李萌季永甜等 来源：《湖北农业科学》2013年第13期 摘要：透明质酸是由葡萄糖醛酸和N-乙酰葡萄糖胺的二糖组成的高分子黏多糖，广泛地存在于动物组织中，具有独特的生理特性，在许多领域得到广泛的应用。目前，透明质酸的生产方法主要有提取法、微生物发酵法和人工合成法。对微生物发酵法进行了概述，对透明质酸在化妆品、保健品和医学医疗领域的应用进行了简要介绍，并对透明质酸的生产和应用前景进行了展望。 关键词：透明质酸；微生物发酵法；育种 中图分类号：Q538；TQ920 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）13-2980-04 透明质酸（Hyaluronic acid，HA）是1934年Meyer等从牛眼玻璃体中提取分离得到的一种大分子多糖，故又名玻璃酸[1]。透明质酸是由2 000～25 000个通过β-1，3糖苷键和β-1，4糖苷键交替地结合在一起的葡萄糖醛酸和N-乙酰葡萄糖胺的二糖组成的均匀重复的线性葡糖胺聚糖[2]。 透明质酸是胞外基质（Extracellular matrix， ECM）的重要组成部分[1]。近来的研究表明，透明质酸不仅广泛存在于细胞间的胞外基质中，还存在于细胞内，主要集中分布在新生细胞的胞浆和细胞核中[2]。除了在玻璃体中外，透明质酸在关节滑液和表皮细胞间隙中的含量 也十分丰富，从数量上看，50%以上的透明质酸存在于皮肤的真皮和表皮中，约35%存在于肌肉和骨骼中。目前认为透明质酸主要是存在于软结缔组织中的惰性空间填料中，在组建蛋白多糖复合物的过程中起着重要的作用[2]。 1 透明质酸的性质 在电子显微镜下，观察到透明质酸分子呈线性单链结构，并在水溶液中扩展成随机的线圈状结构，线圈的直径约为500 nm。透明质酸分子中每一双糖单位均含有一个羧基，在生理条 件下均可解离，形成阴离子，等空间距离阴离子之间的相互排斥使其分子在水溶液中处于松散的扩展状态，占据了大量空间，故可结合多于本身1 000倍的水[3]。 根据透明质酸的来源和提取方法的不同，其相对分子质量（Mr）为8×105～5×106[4]。透明质酸的结构及生物活性具有相对分子质量依赖性，其中低相对分子质量透明质酸在低浓度时仅生成碎片状网状结构，而高相对分子质量透明质酸却能生成整体的网状结构[3]。 由于分子内存在氢键，透明质酸分子在水溶液中呈现单螺旋结构[5]。当透明质酸在溶液 中达到一定的浓度时，透明质酸分子间便会产生相互作用，从而形成双螺旋结构，浓度更高时则会形成网状结构[3]。目前公认的透明质酸结构理论是三级结构理论，即透明质酸分子中每