Luận văn: Công nghệ tổng hợp Lysine

Chia sẻ: Bui Trung Tin | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

Thêm vào BST

Báo xấu

360
lượt xem 116
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lysine chứa hai nhóm (-NH2) và một nhóm (-COOH). Trong cấu tạo phân tử lysine có một carbon bất đối xứng nên chúng có hai dạng đồng phân quang học: D-lysine và L-lysine. Hai đồng phân quang học này có tính chất hóa lý giống nhau, chỉ khác nhau khả năng làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, một sang phải và một sang trái làm tính chất sinh học của chúng hoàn toàn khác và cơ thể sinh vật sống chỉ hấp thu được lysine dạng L....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Công nghệ tổng hợp Lysine

Luận văn Công nghệ tổng hợp Lysine
Mục lục Danh mụ c hình ........................................................................................................... iv Danh mụ c b ảng ........................................................................................................... vi Danh mụ c đồ thị ................................................................ .......................................viii CHƯƠNG I : TỔNG QUAN ................................ ................................ ....................... 1 1. 1.Giới thiệu về lysine ............................................................................................ 1 1 .1.1. Khái niệm ................................................................ ................................ .... 1 1 .1.2. Cấu tạo ........................................................................................................ 1 1 .1.3. Vai trò và ứng dụng ..................................................................................... 2 1 .1.4. Các d ạng tồn tại của lysine ................................ .......................................... 4 1.2. Các phương pháp thu nhận lysine ...................................................................... 8 1 .2.1. Phương pháp thủ y phân ............................................................................... 8 1 .2.2. Phương pháp tổng h ợp hóa học................................ ................................ .... 9 1 .2.3. Phương pháp lên men .................................................................................. 9 1 .2.4. Phương pháp kết h ợp ................................................................................... 9 1.3. Cơ ch ế sản xuất L-lysine từ tế b ào vi sinh vật .................................................. 11 1 .3.1. Sơ đồ chuyển hóa ...................................................................................... 11 1 .3.2. Thuyết minh các giai đoạn chuyển hóa ...................................................... 13 1.5. Tổng hợp lysine từ Corynebacterium glutamicum............................................ 19 1 .5.1 . Đặc điểm hình thái của Corynebacterium glutamicum ............................... 19 1 .5.2. Bộ gen của Corynebacterium glutamicum ................................................. 20 1 .5.3. Lịch sử sử dụng Corynebacteria glutamicum............................................. 24 1 .5.4. Sản xuất lysine theo quy mô công nghiệp .................................................. 24 1.6. Cải tạo giống Corynebacterium glutamicum .................................................... 25 1 .6.1. Khái niệm ................................................................ ................................ .. 25 1 .6.2. Mộ t số phương pháp dùng để cải tạo giống Corynebacterium glutamicum 26 1 .6.3 Các plasmid nội sinh của Corynebacteria glutamicum sử dụng trong việc thiết kế vector: .................................................................................................... 28 1 .6.4. Việc biểu hiện gen ở Corynebacterium glutamicum................................ ... 30 1 .6.5. Phương pháp cải tạo giống Corynebacterium glutamicum để thu dư lysine từ aspertate ................................ ................................ .............................................. 30 1.7. Cố định tế bào vi sinh vật ................................................................................ 37 1 .7.1. Định nghĩa cố định tế b ào .......................................................................... 37 1 .7.2. Phương pháp cố định tế b ào ....................................................................... 38 1 .7.3. Chất mang cố đ ịnh tế bào vi sinh vật:......................................................... 38 ii
1 .7.4 . Chỉ tiêu đ ánh giá hiệu quả cố định tế bào .................................................. 39 1.8. Công nghệ lên men L-Lysine ............................................................................ 39 1 .8.1. Các vi khuẩn lên men L-lysine ................................ ................................ .. 39 1 .8.2. Môi trường lên men ................................................................................... 40 1 .8.3. Các phương pháp lên men ................................................................ ......... 44 1 .8.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men ............................................. 46 1 .8.5. Qui trình lên men....................................................................................... 48 1 .8.6. Thu nhận và tinh sạch sản phẩm ................................................................ 55 1 .8.7. Phân tích chất lượng và số lượng L-lysine ................................................ 57 CHƯƠNG 2: CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ................................ 58 2.1. Nghiên cứu về các đối tượng sản xuất lysine ................................................... 58 2 .1.1 Sử dụng d ịch cỏ như một gradient trong sản xu ất lysine ............................. 58 2 .1.2 Đặc điểm con đường tổng h ợp sinh học lysine trong Obligate Methylotroph Methylophilus methylotrophus............................................................................. 58 2 .1.3. Các nghiên cứu về đ ối tượng sản xuất lysine là Corynebacterium g lutamicum ................................................................................................ ......... 59 2.2. Công ngh ệ lên men L-lysin e ............................................................................ 78 2 .2.1. Nghiên cứu công nghệ sản xuất acid amin L-lysine ................................ .. 78 2 .2.2. Kh ảo sát quá trình lên men bởi Corynebacterium glutamicum tự do và chế phẩm cố đ ịnh để ứ ng dụng thu nh ận L-lysine....................................................... 85 2 .2.3. Nghiên cứu quá trình lên men thu nhận L-lysine ở các ch ế độ lên men khác nhau ................................ ................................ .................................................... 88 2 .2.4. Nghiên cứu qu á trình lên men liên tục L-lysine ................................ ......... 90 2 .2.5. Nghiên cứu tổng hợp lysine bằng tế bào cố đ ịnh ........................................ 96 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN ....................................................................................... 100 Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 101 iii
Danh mục hình Hình 1. 1 Hai d ạng đồng phân quang họ c của lysine .................................................... 2 Hình 1. 2 Cấu trúc không gian của L-lysine. ................................................................ 2 Hình 1. 3 Nhu cầu củ a lysine, threonine và methionine trong thức ăn heo con và thành phần củ a những amino acid này ch ứa sẵn trong thưc vật . ............................................ 3 Hình 1. 4 Sản xu ất lysine lên men (tấn/năm) trong suốt 3 th ập kỉ qua . ........................ 4 Hình 1. 5 L-lysine sulphate . ........................................................................................ 4 Hình 1. 6 L-lysine HCl ................................................................................................ 5 Hình 1. 7 Sản ph ẩm thương mại L-lysine với B6 ........................................................ 6 Hình 1. 8 Sản ph ẩm thương ......................................................................................... 6 Hình 1. 9 Sản ph ẩm thương ......................................................................................... 7 Hình 1. 10 Sản phẩm thương m ại ................................................................ ................. 7 Hình 1. 11 Sản phẩm thương m ại Lysine-1000 90ct..................................................... 8 Hình 1. 12 Sản phẩm thương m ại Lysine Powder ................................. ....................... 8 Hình 1. 13 Sơ đồ tổng quát chuyển hóa tứ glucose ra l ysine và các amino acid khác Hình 1. 14 Con đường tổng h ợp lysine từ glucose ..................................................... 13 Hình 1. 15 Sự chuyển hóa tạo thành Oxaloacetate và Malate . ................................ ... 14 Hình 1. 16 Con đường tổng h ợp lysine ...................................................................... 16 Hình 1. 17 Sơ đồ diều hòa dị lập thể ................................................................ ......... 18 Hình 1. 18 Corynebacterium glutamicum .................................................................. 20 Hình 1. 19 Hệ gen của Corynebacterium glutamicum. ................................ ............... 23 Hình 1. 20 Bản đồ cắt giới h ạn của các plasmid pHM1519 và pBL1 của Corynebacterium glutamicum ................................................................................... 29 Hình 1. 21 Con đường tổng h ợp phân nhán h của L-lysine trong giống Corynebacteria glutamicum hoang dại. . ............................................................................................. 32 Hình 1. 22 Cấu trúc của Aspartate kinase . ................................................................. 33 Hình 1. 23 Trình tự DNA củ a vùng promoter dapA . ................................................. 36 Hình 1. 24 Sơ đồ các phương pháp cố định tế bào ..................................................... 38 Hình 1. 25 Mô hình sản xuất các amino acid . ................................ ............................ 50 iv
Hình 1. 26 Mô hình lên men thu L-lysine .................................................................. 51 Hình 2. 1 Cô lập gen ddh của C. glutamicum và cấu trúc của một plasmid tổ hợp C. glutamicum - E.coli ................................................................. ................................ .. 68 Hình 2. 2 Nhuộm họat tính DDH sau polyacr ylamide gel Electrophoresis . ............... 69 Hình 2. 3 Sơ đồ vật lý, phân tích và đánh dấu trình tự củ a DNA ................................ 70 v
Danh mục bảng Bảng 1. 1 So sánh các phương pháp thu nhận lysine . .................................................. 9 Bảng 1. 2 Đặc điểm hình thái củ a C. glutamicum ....................................................... 19 Bảng 1. 3 Thống kê lượng amino acid được sản xuất hiện nay. ................................ .. 24 Bảng 1. 4 Các plasmid nội sinh củ a Corynebacterium được sử dụng trong việc thiết kế vector ........................................................................................................................ 28 Bảng 1. 5 Ảnh hưởng củ a số lượng bản sao dapA khác nhau trên tốc độ tăng trưởng, sự bài tiết L-lysine . ................................................................................................ ... 35 Bảng 2. 1 Các chủng vi khuẩn sản xu ất acid L-glutamic hoang dại theo báo cáo như là chủng bố mẹ đ ể sản xuất các amino acid và như là gen chủ cho nhân dòng ............... 60 Bảng 2. 2 Kết qu ả thu được từ sáu chủng đột biến ở điều kiện lên men thu ................ 61 Bảng 2. 3 Hiệu quả củ a gen ddh trong C. glutamicum ................................ ............... 70 Bảng 2. 4 Cách sử dụng codon của gen ddh . ............................................................. 71 Bảng 2. 5 Giống C. glutamicum dùng trong bài nghiên cứu này . ............................... 73 Bảng 2. 6 Vị trí chuỗi primer đ ặc biệt được sử dụng phổ biến để thay thế trong G. glutamicum bằng phương pháp PCR và chuỗi DNA tiếp theo sau . ............................ 73 Bảng 2. 7 Sản lượng và những đ ặc trưng của sự sản xu ất lysine củ a .......................... 75 Bảng 2. 8 Sinh khối và các chất chuyển hóa của C. glutamicum ATCC 13032 lysCfbr ................................................................................................ ................................ .. 77 Bảng 2. 9 Nhu cầu đồng hóa củ a C. glutamicum ATCC 13032 lysCfbr PEFTUfbp.... 78 Bảng 2. 10 Kh ả năng lên men của chủng CM24 trên 4 loại môi trường...................... 79 Bảng 2. 11 Ảnh hưởng của pH lên sản lượng L-lysine qui mô 50 lít. ......................... 80 Bảng 2. 12 Ảnh hưởng của oxy hòa tan lên sản lượng L-l ysine ở qui mô 50 lít. ......... 81 Bảng 2. 13 Ảnh hưởng của oxy hòa tan lên sản lượng L-lysine ở qui mô 150 lít. ....... 82 Bảng 2. 14 Ảnh hưởng của oxy hòa tan lên sản lượng L-lysine ở qui mô 1500 lít. ..... 83 Bảng 2. 15 Hiệu su ất thu hồi L-lysine. ....................................................................... 83 Bảng 2. 16 Tỷ lệ rửa trôi tế bào sau tái sử dụng lên men chế phẩm tế b ào cố định (%). ................................................................................................ ................................ .. 87 vi
Bảng 2. 17 Sản lượng L-lysine thu đư ợc bằng các phương pháp lên men khác nhau. . 89 Bảng 2. 18 Ảnh hưởng của hàm lượng đường giới hạn lên năng suất và sản lượng L- lysine. ........................................................................................................................ 89 Bảng 2. 19 Năng su ất và sản lượng L-Lysine trong lên men repeat fed batch và liên tục.............................................................................................................................. 89 Bảng 2. 20 Ảnh hưởng của nồng độ CaCl2 lên sinh khối và nồng độ L-Lysine........... 97 Bảng 2. 21 Ảnh hư ởng củ a lượng tế bào ban đầu và thời gian lên men lên sự tổng h ợp ................................................................................................ ................................ .. 97 vii
Danh mục đồ thị Đồ thị 2. 1 So sánh sản lư ợng L-lysine tạo bởi C. glutamicum từ sáu chủng đột biến trong môi trường lên men theo phương pháp Fed-batch . ........................................... 62 Đồ th ị 2. 2 Ho ạt động invivo củ a fructose 1,6-biphosphatase trong các chủ ng C. glutamicum khác nhau ................................................................ ................................ .. 75 Đồ thị 2 . 3 Ảnh hưởng của thời gian lên men lên sinh khố i và sản lượ ng L-lysine ở qui mô 50 lít ................................................................ ................................ ..................... 79 Đồ thị 2. 4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sản lượng L-lysine ở qui mô 5 0 lít. ............... 80 Đồ thị 2. 5 Ảnh hưởng của thời gian lên men lên sinh khối và sản lượng L-lysine ở qui mô 150 lít. ................................................................................................................. 81 Đồ thị 2. 6 Ảnh hưởng của thời gian lên men lên sinh khố i và sản lượng ................... 82 Đồ thị 2. 7 Sản lư ợng L-lysine của các lần tái sử dụng lên men bằng các chế ph ẩm ... 87 Đồ thị 2. 8 Thời gian nuôi cấy liên tục ....................................................................... 91 Đồ thị 2. 9 Ảnh hưởng của tỉ lệ pha loãng lên các thông số trạng thái ổn định ........... 92 Đồ thị 2. 10 Ảnh hưởng củ a tỉ lệ đường bổ sung lên năng su ất................................ ... 93 Đồ thị 2. 11 Ảnh hưởng củ a khu ấy đảo lên các thông số trạng thái ổn đ ịnh................ 94 Đồ thị 2. 12 Ảnh hưởng củ a khí giàu oxy lên các thông số trạng thái ổn đ ịnh. ........... 95 Đồ thị 2. 13 Ảnh hưởng củ a lượng tế bào ban đ ầu lên sự tổng hợp L-lysine bằng các tế bào C.g lutamicum cố đ ịnh ......................................................................................... 98 viii
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1. 1.Giới thiệu về lysine: 1 .1.1. Khái niệm: Lysine là một α-amino acid thiết yếu con người không thể tổng h ợp được. Lysine chứa hai nhóm (-NH2) và một nhóm (-COOH). Trong cấu tạo phân tử lysine có một carbon b ất đối xứng nên chúng có hai dạng đồng phân quang họ c: D-lysine và L-l ysine. Hai đồng phân quang học này có tính chất hóa lý giống nhau, chỉ khác nhau kh ả n ăng làm quay mặt ph ẳng phân cự c ánh sáng, mộ t sang ph ải và một san g trái làm tính ch ất sinh học của chúng hoàn toàn khác và cơ thể sinh vật sống chỉ hấp thu đư ợc lysine dạng L. Lysine tồn tại d ạng rắn và tinh th ể trong điều kiện bình thư ờng, bị phân hủ y ở nhiệt độ 200-300°C, có màu tím xanh khi tương tác với ninhydrin [38]. Lysine là một trong 9 amino acid không thay thế trong tổng số 20 amino acid, tìm th ấy trong cấu trúc của nh ững phân tử protein tự nhiên của tất cả sinh vật sống và được tổng hợp từ vi sinh vật. Lysine thuộc họ aspartate, được tổng hợp qua con đường phân nhánh. Lysine là acid amin rất cần thiết cho hoạt độ ng sống của người và động vật. Nhu cầu lysine trên th ế giới năm 2006 là 950,000-1000,000 tấn. 1 .1.2 . Cấu tạo : Công thứ c phân tử : C6H14N2O2, khối lượng phân tử 146,188 g/mol, điểm đ ẳng điện pH = 9.59, Codon của lysine là AAA và AAG. [38 ] Công thức cấu tạo: NH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH 1
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu L-Llysine D-lysine Hình 1. 1 Hai d ạng đồng phân quang học của lysine [38]. Hình 1. 2 Cấu trúc không gian củ a L-lysine [38]. Tên gọi: Lysine còn có tên gọi khác là axit α-e-diaminocaproic và 2,6 - diaminohexanoic acid. 1 .1.3 . Vai trò và ứng dụng: Lysine giữ vai trò sống còn trong tổng h ợp protein, là chìa khóa trong sản xuất enzyme, hoocmon và các kháng thể giúp cơ thể tăng cường sức đề kháng, chống b ệnh tật đặc biệt ngăn cản sự phát triển của vi khu ẩn gây bệnh mụn gộp môi h ay mụn gộp sinh dục. Cơ thể n gười và động vật thiếu lysine cơ thể sẽ không hoạt động bình thường, đặc biệt ở động vật còn non và trẻ em sẽ xảy ra hiện tư ợng chậm lớn, trí tu ệ p hát triển kém. Chính vì thế lysine thường được đưa vào phần ăn của trẻ và của gia súc. L-lysine là một amino acid cần thiết và đòi hỏ i ph ải luôn có sẵn trong thức ăn để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của động vật, đặc biệt đối với thứ c ăn từ n gũ cốc, lúa mì ho ặc lúa m ạch thì nghèo lysine. Do đó bổ sung nguồn giàu lysine vào là 2
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu cần thiết để tăng hiệu quả thức ăn. Ta có thể bổ sung bộ t đậu nành (chứa nhiều lysine) hoặc thêm trực tiếp lysine vào thức ăn. Ưu điểm của việc bổ sung trự c tiếp lysine là các amino acid không thay thế khác không được thêm vào nên thành phần của chúng trong cơ thể không bị thay đổ i. Ví dụ thêm 0.5% lysine tăng chất lượng đ ạm của thứ c ăn hiệu qu ả như là bổ sung 20% đậu nành. Từ đó, nitơ của amino acid không giới hạn thêm vào thừa của chế độ ăn có hàm lượng đ ạm cao thì sẽ bị chuyển hóa thành amoni và được động vật bài tiết ra ngoài, với việc bổ sung lysine làm giảm lư ợng đạm bổ sung từ đó làm giảm ô nhiễm môi trường từ phân. Hình 1. 3 Nhu cầu của lysine, threonine và methionine trong thức ăn heo con và thành phần củ a những amino acid này chứa sẵn trong thưc vật [34]. Trong năm 2000, việc sản xuất L-lysine khắp nơi trên thế giới được sử dụng như là một nguồn chất bổ sung vào thức ăn đạt sấp xỉ 550.000 tấn và trên thị trư ờng vẫn cho th ấy mộ t sự tăng trưởng tiềm năng từ 7-10% mỗi năm [34]. Vì chỉ có L-lysine là có hiệu qu ả như là một nguồn chất bổ sung và tất cả các quy trình sản xuất hiện nay sử dụng phương pháp lên men quen thuộ c. 3
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu Hình 1. 4 Sản xuất lysine lên men (tấn/năm) trong suốt 3 thập kỉ qua [34]. Lysine có nhiều trong trứng, thịt, cá, đậu nành…nhưng d ễ b ị phá hủ y trong quá trình chế b iến và n ấu nướn g thức ăn. Người ta bổ sung lysine cho động vật dưới d ạng th ức ăn như cho lysine vào sữ a. Ở người lysine được bổ sung vào thuố c d ạng viên và thu ốc uống. 1 .1.4 . Các dạng tồn tại của lysine:  L-lysine Sulphate Hình 1. 5 L-lysine sulphate [18]. Thành phần: Lysine Sulphate là muối sulphate với lysine L-lysine : 51% min, trung bình là 65%.. Sulphate : 15% max 4
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu Các acid amin : 10% min. Độ ẩm : 3% max Muối amoni (như NH4) : 1% ma Kim loại nặng : 0,003% max Arsen : 0,0002% max. Lysine Sulphate có thể được bổ sung vào L-lysine HCl làm th ức ăn cho vật nuôi, chúng có hiệu quả như L-lysine HCl.  L-lysine HCl (L-Lysine monohydrochoride) [18]. Xuất xứ : Trung Quố c Hình thứ c : Màu nâu sáng. Hình 1. 6 L-lysine HCl [18]. Thành phần : ≥ 98.5% Ẩm : £1% Amonium (NH4) : 0.04% Kim loại nặng : £ 0.003% p H (1 :10 nước) : 5 - 6.09 Hình 2.5: L-lysine HCl L-lysine HCL 98.5% (Feed Grade) là mộ t trong những amino acid đư ợc sử dụng rộng rãi nhất. Đây là amino acid cần thiết yêu cầu có trong chế độ ăn của lợn, gà vịt gia cầm. 5
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu 1 .1.5. Các sản phẩm lysine thương mạ i:  L-lysine với B6 [37]. Hình 1. 7 Sản phẩm thương mại L-lysine với B6 [37] Thành phần: L-lysine, vitamin B6 (Pyridoxine hydrochloride), Mg, Si, men, gluten, muối, đường và các sản phẩm sữ a. Mỗ i Capsule sẽ cung cấp: L-lysine 500mg, Vitamin B6 6mg Giá thành: 380000 VND.  Lysine power [40 ]. Thành phần của sản pham này là L-lysine HCl. Hình 1. 8 Sản phẩm thương mại Lisine Power [40]. 6
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu  Lysine capsures [40]. Hình 1. 9 Sản phẩm thương mại Lysine Capsures. Thành phần của sản phẩm này là L-lysine HCl [40].  Lysine Vit- B12 Granules [40]. Hình 1. 10 Sản phẩm thương mại Lysine Vit – B12 Granules [40]. Thành phần: 300mg lysine, 15mg vitamin B12 Granule có hương vị ngọ t.  Lysine-1000 90ct [40] Lysine đóng vai trò quan trọng cho sự phát triển đúng đắn và đóng vai trò thiết yếu trong sản xuất carnitine. Nó chịu trách nhiệm chuyển đổ i các acid béo thành năng lượng và giúp giảm cholesterol. Lysine xuất hiện để giúp cơ th ể h ấp thụ và chuyển hóa canxi, nó đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành collagen, mộ t ch ất quan trọng cho xương và mô liên kết bao gồm da, gân và sụn. 7
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu Hình 1. 11 Sản phẩm thương mại Lysine-1000 90ct [40].  Lysine Powder [40] Hình 1. 12 Sản phẩm thương mại Lysine Powder [40]. Thành phần L-Lysine. 1.2. Các phương pháp thu nhận lysine:[2] 1 .2.1 . Phương pháp thủy phân: Ngư ời ta dùng acid hoặc kiềm để thủ y phân các nguyên liệu chứa nhiều p rotein. Các phương pháp này hiện nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi.Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là: Thiết bị phải ch ịu được acid hay kiềm. Trường hợp sử dụng kiềm đ ể thủ y phân sẽ tạo ra nhiều acid amin dạng D. Trường h ợp sử dụng acid để thủ y phân sẽ ô nhiễm môi trường không khí do lượng acid dư bay hơi trong quá trình thủ y phân. 8
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu Giá thành thường cao. 1 .2.2 . Phương pháp tổng hợp hóa học: Ưu điểm của phương pháp là sản xuất ổn định, có thể tiêu chuẩn hóa điều kiện sản xu ất, đảm b ảo hiệu suất nhưng nhược điểm là thu đư ợc các acid amin d ạng Racemic( L và D- acid amin) mà cơ thể không sử dụng dạng D nên công đọan tách ra rất phức tạp. 1 .2.3 . Phương pháp lên men: Ở đây ta tiến hành nuôi cấy vi sinh vật đ ể thu nh ận các acid amin. Ưu điểm của phương pháp là:Phương pháp này cho phép ta thu nh ận acid amin dạng L. Nguyên liệu đ ể sản xu ất rẻ, dễ kiếm. Tốc độ trao đổi chất, tốc độ sinh sản và phát triển m ạnh củ a vi sinh vật cho phép ta được năng suất cao. Giá thành sản phẩm th ấp hơn giá thành sản phẩm từ các phương pháp khác. 1 .2.4 . Phương pháp kết hợp: Ngư ời ta kết hợp phương pháp hóa học và sinh học. Bằng con đường hóa học, thu nh ận hợp chất dạng L-Keto và các tiền chất của acid amin. Sau đó sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa những chất này thành acid amin. Nhìn chung, phương pháp dùng vi sinh vật để chuyển các chất tiền thân của acid amin thành acid amin tương ứng là mộ t phương pháp có nhiều triển vọng và thường được sử dụng trong sản xuất lysine. Cơ sở khoa học củ a phương pháp là: trong quá trình trao đổi chất, vi sinh vật có khả năng tích lũy acid amin trong môi trư ờng. Ở đ iều kiện sống bình thư ờng, lượng acid amin mà chúng tổng hợp đư ợc thường đủ đ áp ứng nhu cầu b ản thân, nh ưng trong điều kiện nào đó, lượng acid amin này có thể vượt xa nhu cầu bản thân và tích lũy lại trong tế bào hay thoát ra môi trư ờng. Hiện tượng này được gọi là siêu tổng hợp acid amin của vi sinhvật. Trong khoảng 10 năm gần đây, trên thị trư ờng có một bước tiến mạnh m ẽ trong công ngh ệ sản xuất Lysine bằng con đường lên men. Bảng 1. 1 So sánh các phương pháp thu nhận lysine [2]. Phương Khái niệm Ưu điểm Nhược điểm 9
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu pháp Phương Dùng acid ho ặc kiềm - Sử dụng rộng rãi do - Cần thiết bị ch ịu pháp thủ y đ ể thủ y phân tinh bột phản ứng nhanh và triệt acid h ay kiềm. chứa protein. đ ể. -Tạo ra nhiều lysine phân - Dễ điều khiển và kiểm dạng D khi thủ y phân b ằng kiềm. soát. - Sản phẩm ít tạp chất. - Dùng acid gây ô nhiễm môi trường. - Giá thành cao. Phương Dùng hóa ch ất đ ể - Phản ứng nhanh. - Cho ra raxemic tổng hợp nên lysine. - Dễ thự c hiện. (hỗn hợpL-lysine pháp hóa học - Sản phẩm ít tạp chất. và D-lysine)_tốn kém khi tách. - Giá thành cao. Phương Nhờ khả n ăng tổng - Thu lysine dạng L - Thời gian lên men h ợp thừa củ a một số - Nguyên liệu sản xuất pháp dài. vi sinh vật, nuôi cấy rẻ tiền, dễ kiếm. - Điều khiển phản lên men thu nhận lysine. - Năng su ất cao do phản ứng khó, và phức ứng đặc hiệu. tạp do điều khiển tế - Không gây ô nhiễm bào sống. môi trường, có th ể sử - Đòi hỏ i ph ải có dụng nguyên liệu ph ế kiến thức vi sinh. thải từ nhà máy. - Sản ph ẩm có thể - Giá thành thấp. bị lẫn tạp ch ất do tế bào tiết ra. - Sản ph ẩm ức ch ế ngược lại tế b ào làm giảm hiệu suất phản ứng. Phương - Kết hợp giữ a con - Rút ngắn được thời - Con đường hóa đường hóa học và học có th ể gây ô pháp gian lên men. 10
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu kết hợp hóa sinh họ c. - Tạo ra các hợp chất nhiễm môi trường. học và sinh - Con đường hóa học trung gian kích thích sự - Tốn nhiều kinh học thu nhận được hợp sinh amino acid của tế phí. chất dạng L-keto và b ào nhiều. - Giá thành sản các tiền chất của -Năng su ất cao. phẩm cao. lysine, sau đó sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa những ch ất này thành lysine. 1.3. Cơ chế sả n xuất L-lysine từ tế bào vi sinh vật: 1 .3.1 . Sơ đồ chuyển hóa: Điểm quan trọng trong cơ chế tổng hợp lysine của vi khuẩn là lysine đư ợc tổng hợp cùng với methionine, threonine và đều xu ất phát từ một chất chung đó là Aspactat - β - semialdehyde. Quá trình tổng hợp xảy ra theo sơ đồ tổng quát sau: 11
Chương 1: Tổng h ợp quan tài liệu Hình 1. 13 Sơ đồ tổng quát chuyển hóa tứ glucose ra lysine và các amino acid khác [2] Dựa vào sơ đồ trên, nh ận xét tổng quát đ ầu tiên là muốn vi khuẩn tạo ra nhiều lysine thì làm sao để sự chuyển hóa phải theo nhánh [3]. 12