【正文】 率均有利； （4）在滿足L異亮氨酸質(zhì)量要求的情況下，還應(yīng)盡量降低分離純化的成本； （5）L異亮氨酸提取精制過程應(yīng)盡可能的減少環(huán)境污染，綜合利用副產(chǎn)物。如另外的氨基酸類、核苷酸類、有機(jī)酸類物質(zhì)，即使副產(chǎn)物含量極少，但是它們的結(jié)構(gòu)特性和目的產(chǎn)物極其相似，給分離提純帶來了很大的困擾。 （4）發(fā)酵液中殘留有培養(yǎng)基的各種成分，比如說無機(jī)鹽類、糖類、消泡劑、有機(jī)色素物質(zhì)等。因為菌種、原料、工藝條件等的不同，目的氨基酸在發(fā)酵液中的濃度也不同。而場地選擇是指對所建廠在某地點面積大小、場地外形及該地潛藏的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)查預(yù)測和對比分析，作為最終廠址的確定依據(jù)。三、 設(shè)計技術(shù)指標(biāo)：年產(chǎn)異亮氨酸：2000噸；異亮氨酸產(chǎn)酸率：%；糖酸轉(zhuǎn)化率：22%；裝液量/罐容：75%，；異亮氨酸總提取收率：75% （其中，微膜過濾收率98%，超濾收率98%，離子交換85%，等電結(jié)晶90%）；發(fā)酵周期：55h；通風(fēng)比：1：；染菌機(jī)率：1%；異亮氨酸純度：%。所以發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵液中除了L異亮氨酸，還有色素、無機(jī)鹽、蛋白質(zhì)、膠體物質(zhì)；由原料中還原糖、非還原糖、多糖等組成的殘?zhí)?；及雜質(zhì)氨基酸等雜質(zhì)。它是以葡萄糖為碳源和能源，再添加相應(yīng)的前體物，也就是在氨基酸生物合成途徑中形成的某些合適的中間代謝物，可以避免生物合成途徑中的反饋調(diào)節(jié)，經(jīng)過微生物作用將其轉(zhuǎn)化成L異亮氨酸。直接發(fā)酵法就是通過利用微生物具有合成自身代謝所需要的氨基酸的能力，對特定的菌株進(jìn)行相應(yīng)的處理，包括誘變處理構(gòu)建基因工程菌，從而選育出具有營養(yǎng)缺陷型或氨基酸結(jié)構(gòu)類似物這些特性的突變株，及敲除代謝途徑中某些特定基因，來解除代謝途徑中存在的反饋阻遏或反饋抑制，最終達(dá)到過量積累L異亮氨酸的目的。因此，很難制造出廉價且純度高的l異亮氨酸。（一） 提取法 提取法就是應(yīng)用離子交換技術(shù)從混合氨基酸中分離提純L異亮氨酸的這樣一種方法，此法操作簡單、分離效率高、生產(chǎn)周期短，但是成本高、下游分離處理過程中很難與L亮氨酸分離開來，不易提取，所以沒能應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。（四） 在飼料方面由于L異亮氨酸是動物生長過程中的必需氨基酸，所以對其生長發(fā)育很重要，主要是其特殊的生理功能，可以調(diào)節(jié)機(jī)體神經(jīng)功能、蛋白質(zhì)代謝，可以改善動物泌乳，可以增強機(jī)體的免疫性能。（三） 在化妝品方面 L異亮氨酸帶有兩種性質(zhì)不同的官能團(tuán)：羧基和氨基。恰巧支鏈氨基酸與芳香族氨基酸共用一個載體轉(zhuǎn)運而通過血腦屏障，兩者競相與載體結(jié)合，所以當(dāng)支鏈氨基酸濃度高時，就可以抑制芳香族氨基酸進(jìn)入血腦組織。所以，在對類似的高分解代謝的疾病給予高能量的同時注意補充支鏈氨基酸。它的作用：1） 減少負(fù)氮的平衡，節(jié)省肌肉的消耗。，可是過量食用L異亮氨酸將會與亮氨酸產(chǎn)生一定的拮抗作用，不利于發(fā)育。（一）在食品方面 L異亮氨酸是我們生命的起源物質(zhì)，在食品中，它主要起到強化食品，使各種氨基酸平衡，從而起到提高食品的營養(yǎng)價值的作用。14，5179BRN g/L (50 186。Store at RT.溶解度 176。三、 L異亮氨酸的理化性質(zhì) 別名L異白氨酸，L異閃白氨基酸化學(xué)名稱L2氨基3甲基戊酸或Lα氨基β甲基戊酸分子式C6H13NO2相對分子質(zhì)量密度沸點 760 mmHg呈味性苦味含氮量%熔點根據(jù)相關(guān)計算和文獻(xiàn)，我們了解到了兩種比較穩(wěn)定的構(gòu)型，其幾何構(gòu)型如下[4]： 從L異亮氨酸的立體結(jié)構(gòu)上看，L異亮氨酸分子含有五個CC單鍵，一個CO單鍵，一個CN單鍵，還有一個C=O雙鍵。 化學(xué)上把L異亮氨酸稱為α氨基β甲基戊酸，由于它的α位和β位上均為不對稱的碳原子，因而有四種旋光異構(gòu)體分別為D、L、D別、L別，自然界中主要以L旋光異構(gòu)的異亮氨酸的形式存在，且只有L型的異亮氨酸具有生理功能，而D、D別、L別這三種構(gòu)型均無營養(yǎng)價值。 Membrane separation。這里以口服葡萄糖為原料，以黃色短桿菌YILW為生產(chǎn)菌株，主要通過膜分離、離子交換法和減壓等電結(jié)晶法等分離提取發(fā)酵液中的L異亮氨酸。這里主要是闡述并驗證這幾個操作單元的合理性，及相應(yīng)單元操作的設(shè)備選型和設(shè)備尺寸、數(shù)量的選擇。 Ion exchange。二、L異亮氨酸的結(jié)構(gòu)[3] 結(jié)構(gòu)式： 立體結(jié)構(gòu)： L異亮氨酸有兩個能量比較低的構(gòu)型，并且它們都存在分子內(nèi)氫鍵，因氫鍵的存在，使得分子的穩(wěn)定性提高了。根據(jù)分子反應(yīng)動力學(xué)可知，C=O雙鍵很難斷開，CC單鍵和CO單鍵的斷裂相對容易很多。285~286176。 (C=4， 6mol/L HCl)閃點1 M HCl: 50C)升華點1721792CAS 數(shù)據(jù)庫73325(CAS DataBase Reference)NIST化學(xué)物質(zhì)信息Isoleucine(73325)EPA化學(xué)物質(zhì)信息LIsoleucine(73325)結(jié)晶形狀從乙醇中結(jié)晶，白色菱形葉片或片狀晶溶解性溶于水，難溶于乙醇、乙醚，幾乎不溶于其它有機(jī)溶劑在水中溶解度隨著溫度升高而增大。(如麥谷蛋白、小麥粉、馬鈴薯、花生粉等所含異亮氨酸均為限制氨基酸，適宜進(jìn)行強化) 我們本身并不能合成人體所必需的氨基酸，可是L異亮氨酸卻是必需氨基酸，而每天成年人最好能從外界攝取20mg/kg的L異亮氨酸。（二）在醫(yī)藥方面 L異亮氨酸主要用于配置那些治療型的特種氨基酸，如腎安、肝安等氨基酸輸液，特別是用于高支鏈氨基酸輸液、要素膳，對維持成人、兒童、嬰兒的生長發(fā)育非常重要，在治療腎臟病、肝昏迷、肌肉萎縮等癥方面有顯著療效，可取代糖代謝而提供相應(yīng)能量。這是因為它們主要是在骨骸中進(jìn)行代謝分解，且它們約占骨骼蛋白質(zhì)中必需氨基酸的35%左右。2）對肝性腦病的治療很重要。所以，臨床上用支鏈氨基酸來治療肝昏迷。一旦把親油性基團(tuán)導(dǎo)入氨基上，就能獲得擁有陰離子表面活性作用的物質(zhì)；若把親油性基團(tuán)導(dǎo)入羧基上，就能獲得擁有陽離子表面活性作用的物質(zhì)。相關(guān)資料表明，用氨基酸作飼料添加劑，可促進(jìn)動物的生長和發(fā)育，也可改善肉質(zhì)，還可提高產(chǎn)奶、產(chǎn)蛋，這就有利于飼料得到充分的利用、降低成本、節(jié)省飼料的用量。（二） 合成法合成法主要有兩種：化學(xué)合成、化學(xué)合成與酶法相結(jié)合。（三） 生物發(fā)酵法發(fā)酵法就是利用微生物的自身代謝去合成且大量積累L異亮氨酸的方法?，F(xiàn)在，國內(nèi)外大多數(shù)廠家均采用此法，使用的菌株多是谷氨酸產(chǎn)生菌，如谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌等，他們都是經(jīng)過誘變選育得到的。L異亮氨酸生產(chǎn)中應(yīng)用到的前體物有：α氨基丁酸、α酮基丁酸、α羧基丁酸、D蘇氨酸等，但這些前體物比較稀少、且價格昂貴，所以很少采用添加前體物發(fā)酵法生產(chǎn)l異亮氨酸。 六、 L異亮氨酸的檢測方法現(xiàn)在L異亮氨酸的檢測主要有紙層析法、薄層層析法、高效液相色譜法、生物測定法、化學(xué)比色法、氨基酸分析儀測定法、交流示波極譜滴定法等。 第二節(jié) 廠址選擇 正確的選擇廠址，關(guān)系到建廠過程中能否以最省的方式進(jìn)行投資，關(guān)系到最后能否按質(zhì)按量按期的完成工廠設(shè)計中提出的各項指標(biāo)，還關(guān)系到投產(chǎn)后的長期生產(chǎn)、技術(shù)管理及企業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)景，還與國家地區(qū)的工業(yè)布局、城市規(guī)劃有密切的關(guān)系。參照《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論》一書和課堂上老師的講解，我們了解到廠址選擇有這樣一些原則：位置符合城市規(guī)劃；工廠符合對環(huán)境的特殊要求；接近原料、燃料基地、銷售市場；接近電源、水源；交通運輸方便；場地的有效利用系數(shù)比較高；有一定的基礎(chǔ)設(shè)施條件；有利于與其他企業(yè)合作；有利于三廢的處理。 （3）發(fā)酵液中懸浮的固體物主要為菌體和蛋白質(zhì)膠體物。這些物質(zhì)含量與培養(yǎng)基的成分、工藝條件都有關(guān)，且很難確定其確切組成。 （6）發(fā)酵液容易被污染，應(yīng)該及時提取。根據(jù)《生物工業(yè)下游技術(shù)》和《氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)》我們可以把L異亮氨酸的提取與精制可以概括為一下幾步： 發(fā)酵液 ↓ 預(yù)處理（調(diào)節(jié)溫度、調(diào)節(jié)PH、除菌體等雜質(zhì)） ↓ 提取（從發(fā)酵液中分離L異亮氨酸） ↓ 精制（提取物中更進(jìn)一步純化L異亮氨酸） 參照目前工廠中L異亮氨酸提取與精制可以得到如下這樣一個大概的工藝流程： 第1節(jié) 各分離精制技術(shù)概要 一、 微濾和超濾 在氨基酸生產(chǎn)中，菌體分離技術(shù)常用于發(fā)酵液的預(yù)處理或母液的提取處理過程。另外細(xì)菌菌體細(xì)胞小，很難沉降，而離心法速度慢、操作繁雜、投資大、能耗大，綜合各因素適合選擇膜過濾的方法來去除菌體。此操作具有操作方便、設(shè)備簡單、提取效率較高、提取成本低等特點。若想將固體內(nèi)部的分子拉到界面上來就必須對其做功，所做的功以自由能的形式存在小微粒表面。滲透是指用半透膜（只能透過水而不能透過溶質(zhì)）將不同濃度的兩種水溶液隔開，很自然的水會從濃度低的水溶液透過半透膜而移向濃度高的水溶液一側(cè)。（二）減壓濃縮將發(fā)酵液加熱至沸騰，溶劑汽化被除去，進(jìn)而提高了溶液中L異亮氨酸的濃度的過程就是蒸發(fā)濃縮。氨基酸的蒸發(fā)濃縮，應(yīng)可能的設(shè)法降低溶液在其中的沸點，縮短氨基酸在其中的滯留時間，所以這里采用薄膜式真空蒸發(fā)器，即減壓濃縮。六、 重結(jié)晶利用在不同溶劑、不同溫度下雜質(zhì)與L異亮氨酸的溶解度的不同，將L異亮氨酸的晶體用合適的溶劑再一次進(jìn)行結(jié)晶，來得到更高純度的L異亮氨酸晶體的操作即為重結(jié)晶。干燥通常是產(chǎn)品分離操作的最后一步，其目的是去除產(chǎn)品中所含的水分，使產(chǎn)品便于包裝、運輸、貯存、使用。膜是由均一的一相或兩相以上的凝聚物構(gòu)成的復(fù)合體。 參照《生物工業(yè)下游技術(shù)》《氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)》《生物分離原理與技術(shù)》這三本書，可以了解到有關(guān)膜的種類、膜作用及其起分離過程的一些特點，這些知識有助于后序的設(shè)備選型，下面列出一些相關(guān)知識以供參考：（一）膜的分類 （1）按孔徑大小分為：微濾膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜 （2）按膜結(jié)構(gòu)分為：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜 （3）按材料分為：天然高分子材料膜、合成高分子材料膜、無機(jī)材料膜（二）膜的功能 （1）對物質(zhì)的識別與透過：這是使混合物中各組分實現(xiàn)分離的內(nèi)在因素。所以在生物產(chǎn)品的處理過程中占有非常重要地位。常見的微孔膜，其孔密度為107孔/cm2，而微孔體積約占膜的總體積的70％～80％左右。 一般情況下，升溫使得分子擴(kuò)散系數(shù)變大，從而使得膜通量提高。（五）有機(jī)超濾膜這里有機(jī)超濾膜可以除去色素和濃漿蛋白?？紤]到超濾系統(tǒng)的使用壽命和耐壓力(≤)。根據(jù)氨基酸工藝學(xué)課堂上老師的講解我們可以得到氨基酸在酸性及堿性溶液中的變化，可概括為下式所示情況： 離交法提取L異亮氨酸，主要利用陽離子交換樹脂可以選擇性吸附L異亮氨酸陽離子，一方面妨礙L異亮氨酸結(jié)晶的蛋白質(zhì)、殘?zhí)?、色素、糖的聚合物等非離子性的雜質(zhì)得以分離；另一方面母液中有多種雜酸，其中主要是丙氨酸。 離子交換過程的機(jī)理 這里選用WA2陽離子交換樹脂進(jìn)行L異亮氨酸分離。在上柱液不超量的下，金屬離子和銨離子在離交柱上的密度自上而下的減少。COOH → H+ + RSO3NH3CHR39。通常，首先根據(jù)樹脂對目的產(chǎn)物的吸附規(guī)律，讓目的產(chǎn)物與雜質(zhì)在所選擇的樹脂上的吸附力有足夠大的差異，使它們得到分離；然后要考慮樹脂的來源、性能、成本等問題。上述這些雜質(zhì)均會影響到交換效果和產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴(yán)重的還會使樹脂失效，因此，新樹脂最好先進(jìn)行預(yù)處理再使用。這步需提前做好，處理過的樹脂裝好柱后，即可直接進(jìn)行離交。 A、上柱液pH值的控制 ：pH值對離交效果的影響主要體現(xiàn)為兩方面：一是對WA2樹脂的交換基團(tuán)離解的影響。它是離交效果的綜合性指標(biāo)，反映了樹脂的交換能力的大小。理論交換量就是樹脂具有的可完全被交換的離子（也稱為樹脂的全交換量）。C、上柱流速的控制： 這要根據(jù)上柱方式及交換柱的大小等定。反沖的作用有兩個：一是使樹脂被預(yù)熱，預(yù)防樹脂因溫度的升降驟冷驟熱而受到破壞；二是溫柱，以防L異亮氨酸在柱中析出。二是負(fù)吸附，與正吸附相反，此法可除去大多數(shù)的雜質(zhì)，適宜處理目的產(chǎn)物濃度高的液體，但最終產(chǎn)物純度不高。用氨水洗脫的優(yōu)點是洗脫液經(jīng)濃縮趕氨之后，含有比較少的雜質(zhì)，這有利于后序操作的進(jìn)行。太高濃度的洗脫劑達(dá)不到純化目的；太低濃度的洗脫劑，收集不集中、洗脫時間長且L異亮氨酸濃度低。而再生劑的選擇應(yīng)根據(jù)樹脂的離子類型來進(jìn)行。且要注意各步的操作不應(yīng)出現(xiàn)“干柱”現(xiàn)象，不然柱內(nèi)就會進(jìn)入大量的空氣，從而出現(xiàn)短路現(xiàn)象，進(jìn)而形成死角，使得再生不完全，最終影響交換量、造成洗脫時嚴(yán)重脫峰現(xiàn)象，影響收率。 三、活性炭脫色 活性炭的優(yōu)點是分離效果好、吸附力強、價格便宜、來源容易等?；钚蕴课綍r同時存在物理和化學(xué)吸附這兩種作用。整個吸附過程能量的變動很小，所以很容易解吸。但是因其顆粒太細(xì)，使得過濾分離時流速太慢，這就需要減壓或加壓進(jìn)行操作。 活性炭脫色法是一個使用廣泛而經(jīng)典的脫色方法。一旦吸附飽和了，就需要對顆粒炭進(jìn)行再生，可以先用堿液作為洗脫劑進(jìn)行洗脫，解吸吸附的色素，然后再用食鹽溶液作為再生劑。反滲透的基本性能通常包括：透鹽率、透水率、抗壓密性等，他們都可以用來衡量反滲透膜特性。 （2）部分發(fā)酵飲料的脫鹽。不管是微孔過濾、反滲透、超濾都是以壓力差為推動力，使得溶劑通過膜而達(dá)到分離過程，上面三者形成了分離溶液中固體微粒、離子、分子的三級膜分離