L-絲氨酸酶法生產工藝放大試驗目錄概述制藥工藝路線及研究階段原材料及產品的主要技術規格生產流程簡述發酵工藝放大優化分離純化放大與優化產品的檢驗與分析主要設備的計算種子罐發酵罐離子交換罐研究內容：L-絲氨酸

概述

L-絲氨酸是一種脂肪族極性α氨基酸。L-絲氨酸是組成蛋白質的常見20種氨基酸中的一種，是哺乳動物的非必需氨基酸，也是生酮氨基酸。在自然界中也有D-絲氨酸，如絲原蛋白中。在一些抗生素中也有D-絲氨酸。符號：S。

學名：2-氨基-3羥基丙酸。英文名：L-Serine

，縮寫：L-Ser

，分子式：C3H7NO3

，結構式：CH2OHCH(NH2)COOH

，分子量：105.09

。

結構式：藥理作用：磷脂酰絲氨酸補充劑能增加大腦皮層中的神經傳遞質乙酰膽堿的產量，乙酰膽堿與思維、推理和注意力集中有關聯。磷脂酰絲氨酸也能刺激多巴胺的合成和釋放。磷脂酰絲氨酸似乎和大腦對壓力的反應有關聯。一項臨床研究發現，在針對健康人施加壓力的實驗中，服用磷脂酰絲氨酸的人群對于壓力的反應要比其他人群低。壓力反應是通過衡量血液中促腎上腺皮質激素水平得出的，促腎上腺皮質激素是由腦下垂體分泌的一種激素，它隨之促進腎上腺分泌應激激素皮質醇。磷脂酰絲氨酸主要用于治療癡呆癥（包括阿茲海默癥和非阿茲海默癥的癡呆）和正常的老年記憶損失。國內外的生產情況L-絲氨酸的主要生產方法有以下四種。蛋白質水解法：L-絲氨酸在絲膠蛋白中的含量豐富，蠶繭衣中含量為13.64%，因此，可用水解蠶繭衣制取。添加前體發酵法：L-絲氨酸在生物體內代謝運轉速度極快，直接發酵法生產困難。一般采用添加前體的發酵法。添加的前體主要有甘氨酸、甘氨酸三甲內鹽或甘油酸，其中以甘氨酸為前體的已工業化。產生菌可分為兩類：異養型和甲基營養型細菌。化學合成法：DL-絲氨酸可有以羥基乙醛為原料的合成法等，然后再拆分得L-絲氨酸。酶法：利用絲氨酸羥甲基轉移酶催化甲醛和甘氨酸（Gly）可逆的合成L-Ser，反應過程中SHMT需PLP和四氫葉酸（THFA）作為其輔因子，由于主要原料來源廣泛、價格低廉，并可合成高濃度的產物，因此該法是目前最有應用前景的L-Ser生產方法。鑒于化學合成法和酶法各自的優勢,

可將二者結合起來,

即先用化學合成法制備出DL-絲氨酸,

將其氨基乙酰化,

再用固定化酶法進行拆分。現用于氨基酸拆分的酶主要是氨基酰化酶,

通常將酶固定在DEAE-

葡聚糖凝膠A

-25、碘乙酰纖維素或聚丙烯胺凝膠上。將固定化酶均心地裝入柱內,

底物(

乙酰化氨基酸)

溶液在合適的柱溫、pH

條件下以一定的速度通過酶柱即可。過程如下：7用途與發展前景L-絲氨酸雖屬于非必需氨基酸

但具有許多重要

的生理功能和作用,因此

,在醫藥

、食品

、化妝品中均有較為廣泛的應用。絲氨酸是重要的自然保濕因子(N

MF)

之一,皮膚角質層保持水分的主要角色,

因此是很多高級化妝品中的關鍵添加劑,

只是因其價格限制了它在化妝品中的應用。L-絲氨酸廣泛用于配置第三代復方氨基酸輸液和營養增補劑，并用于合成多種絲氨基酸衍生物，如心血管

、抗癌、愛滋病新藥及基因工程用保護氨基酸等。抗衰老作用。食品：L-絲氨酸用于運動飲料

、氨基酸減肥飲料等。飼料：L-絲氨酸用于動物飼料，可促進動物生長發育；

制備工藝路線發酵過程原材料及產品的主要技術規格培養基：LB培養基

蛋白胨

10g酵母浸出液

5g氯化鈉

5g水

1L發酵流程1.將LB培養基共0.25m3放入0.3m3的種子罐配料罐中，待攪拌均勻后，用泵打入種子罐中，種子罐用138℃水蒸氣進行夾套加熱滅菌（使培養基從25℃升至121℃），再用冷卻水使之冷卻到37℃，接入菌種后培養到對數期待用。2023/2/42．在12m3的發酵罐配料罐中加入8.35m3的LB培養基，開啟攪拌待混勻后，用泵打入發酵罐中，進行滅菌，用138℃水蒸氣先進行間接加熱（使培養基從25℃升至90℃），再用蒸汽直接加熱（使培養基從90℃升至121℃），然后用冷卻水使之冷卻到37℃，待用。3.將種子罐中的料液放入發酵罐中發酵14h，再用離心機進行離心分離，收集菌體，廢液放入貯罐中。2023/2/4發酵放大主要過程示意圖2023/2/4生產原料氫氧化鈉溶液用量66040L濃度1M鹽酸用量66040LpH=2無水乙醇用量2080L去離子水用量99060L717型離子交換樹脂用量49530L產品的主要技術規格生產規模：80噸/年生產方法：717型離子交換樹脂離子交換層析后，進行濃縮，之后添加乙醇結晶，離心分離生產天數：300天生產周期：1天生產方式：間歇生產分離純化所需原材料及產品的主要技術規格生產流程簡述

:本設計采用離子交換層析對兩種氨基酸（L-絲氨酸和L-甘氨酸）進行分離。

基本流程：反應液→離子交換層析→濃縮→結晶→過濾干燥→產品

反應過程:

發酵結束后收集菌體，菌體沉淀中加入蒸餾水制成菌懸液，細胞破碎后加入5-磷酸吡哆醛（PLP，終濃度為2mmol/L），37℃溫育24h。然后加入四氫葉酸（終濃度為25mmol/L）、甘氨酸（終濃度為2mol/L）、37％的甲醛溶液（終濃度為50mmol/L）進行酶反應72h2023/2/4離子交換層析過程采用717型離子交換樹脂，將其裝入離子交換罐，保證其密實。然后用氫氧化鈉水溶液處理（溶液濃度為1M，體積為66040L）使離子交換柱呈堿性，處理完之后上樣。上樣后，L-絲氨酸和L-甘氨酸吸附在交換樹脂上，可用酸性溶液洗脫，本設計采用pH=2的Hcl溶液洗脫，用量為66040L，洗脫前需要用去離子水洗滌，最終可得氨基酸溶液為16510L，其中L-絲氨酸為6934L。結晶過程離子交換層析完畢后，對料液進行濃縮。采用蒸汽加熱，可將料液濃縮至原體積的1/10。濃縮過程：待濃縮液冷卻后，加入208L無水乙醇，使L-絲氨酸結晶，最后離心烘干可得產品267kg/天。年操作日為300天。簡述:717型離子交換樹脂→裝入離子交換罐→用氫氧化鈉溶液處理→上樣→用去離子水洗滌→用Hcl溶液洗脫→濃縮→冷卻→加入無水乙醇→結晶→離心過濾→烘干→產品2023/2/4工藝分離生產條件:已知L-絲氨酸的小試純化工藝為：717型離子交換樹脂用1M的NaOH溶液處理成OH-型，水洗至中性后裝柱（三根Φ25×500mm的柱子）。對第一根柱子上樣，上樣結束后水洗。然后連接另2根柱子，用pH=2的Hcl洗脫，分別收集只含L-絲氨酸、L-甘氨酸，以及同時含這兩種氨基酸的洗脫液。假設一個柱子的體積為V，已知NaOH溶液用量為4V，洗滌水用量為2V，洗滌液用量為4V，其中含氨基酸的洗脫液體積為1V，含L-絲氨酸的洗脫液體積為0.42V。將含L-絲氨酸的洗脫液濃縮液濃縮至原體積的1/10，加入3倍體積的無水乙醇，將晶體（濕含量15%）離心烘干，L-絲氨酸的分離得率為77%。年操作日300天，生產方式：間歇生產。水蒸氣138℃，冷卻水由27℃進，37℃出。物料衡算已知柱子Φ25×500mm，一個柱子的體積為V，已知NaOH溶液用量為4V，洗滌水用量為2V，洗滌液用量為4V，其中含氨基酸的洗脫液體積為1V，含L-絲氨酸的洗脫液體積為0.42V。將含L-絲氨酸的洗脫液濃縮液濃縮至原體積的1/10，加入3倍體積的無水乙醇，將晶體（濕含量15%）離心烘干，L-絲氨酸的分離得率為77%。年操作日300天。2023/2/4離子交換罐小試生產時：放大后：2023/2/4濃縮罐：離心機：能量衡算：

查表得：濃縮罐采用間接蒸汽加熱至沸騰（加熱蒸汽為138℃）根據能量守恒定律得：其中：代入公式：求得:?=5%~10%，取10%即:水蒸氣的估計用量為7341Kg.冷卻器假定物料冷卻至37℃根據能量守恒定律得：其中?=5%~10%，取10%主要設備的計算離子交換罐的計算選擇反吸附離子交換罐已知離子交換樹脂總體積：離子交換罐高徑比（H/D）為3，即樹脂層高度占圓筒高度的50%,即圓整得濃縮罐設計進料體積

：6934T選擇搪玻璃蒸發器10m3HG5-38-79冷卻器假設冷卻時間為0.5h,即t=0.5h查表得換熱系數：K=830~1250kJ/(m2·h·℃)取K=1000kJ/(m2·h·℃)對數平均溫度

根據換熱面積選型得列管式石墨換熱器HG5-1320-80換熱面積為20.7m2有效管長為4000mm根數為61筒徑為400mm離心機已知離心機分離物料為固液混合，所以采用過濾離心機.其中

所以離心機所需容積假設離心分5次進行，則每次進料量為554.7L其中絲氨酸濃縮液每次進料138.7，乙醇進料416L。選用SS1800過濾離心機其轉速為510r/min有效容積為660L過濾面積為2.7m2外形尺寸為

儲罐：高位槽①NaOH總體積為66040L，分3個高位槽安放。選型為F25000HG/T2374-98公稱容積為25000L實際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計直徑為65/50mm②HCl總體積為66040L，分3個高位槽安放。選型為F25000HG/T2374-98公稱容積為25000L實際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計直徑為65/50mm③洗脫水體積為99060，分4個高位槽安放選型為F25000HG/T2374-98實際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計直徑為65/50mm④無水乙醇體積2080L選型為F3000HG/T2374-88公稱容積為3000L實際容積為3337L直徑D為1450mm高度H為2933mm液位計直徑為65/50mm廢液儲罐已知此液總體積為16510L選用搪玻璃臥式儲罐型號為HG/T237594公稱容積為20000L實際容積為22332L直徑D為2400mm長度L為5374mm液位計直徑為65/50mm產品的檢驗與分析檢驗原理：紙層析法是利用各物質不同的分配系數，使混合物隨流動相時而得到分離的方法。紙層析法是以濾紙作為惰性支持物的。濾紙纖維與水親和力較強，而與有機溶劑親和力弱，所以紙層析以濾紙纖維和結合水為固定相，以有機溶劑為流動相。當有機相沿濾紙流動經過樣品點時，樣品點上的溶液在水相和有機相之間進行分配，樣品移動速率與樣品的極性及水親和力有關，因此，極性氨基酸移動較慢，而非極性氨基酸移動較快。2023/2/42023/2/4在一定的條件下某種物質的Rf值是常數。Rf值的大小與物質的結構、性質、溶劑系統、層析濾紙的質量和層析溫度等因素有關。產品的檢驗與分析

實驗器材與試劑

（1）實驗器材：硅膠板，層析缸，毛細管，鉛筆，展開劑，顯色劑

（2）實驗試劑

展開劑:

正丁醇：丙酮：氨水：水（10：10：2：1）

100ml

指示劑:

茚三酮—丙酮（1→50）

20ml

（3）待測溶液：L-絲氨酸反應液

實訓步驟：

1.試劑準備:展開劑以及茚三酮顯色劑配制。

2.劃線:用鉛筆在硅膠板上距末端一厘米出輕輕畫一橫線。2023/2/43.點樣

用毛細管分別吸取待測樣品溶液，在橫線上輕輕點樣，分別點三次。

注：點完一次之后等到殘余溶劑滲入之后再點樣，點樣不宜太多，否則會降低Rf值，斑點直徑控制在2毫米，不宜超過5毫米。同時點樣點之間距離在一厘米左右，防止邊緣效應。硅膠板在空氣中放置時間要盡量短，否則會因吸潮而降低活性。

4.展層

將點了樣的硅膠板放在盛有展開劑（約0·5cm）的展開槽中。距離硅膠板上端二厘米處取出硅膠板。

注：展開劑不能超過一厘米出畫的線。由于毛細管作用，展開劑在硅膠板上緩慢前進，樣品由于與展開劑的親和力不同而分離。

5.顯色

展開好后，取出，晾干，用裝有茚三酮的噴霧器進行噴霧顯色，多數在日光下可找到色點。

用鉛筆將各斑點框出，并找出斑點中心，用小尺量出各斑點到原點的距離和溶劑前沿到起始線的距離，然后計算出樣品的比移值2023/2/4“三廢”治理及綜合利用廢水處理各類廢水將經廠區污水站預處理達標后，可納入污水管網，進污水處理廠集中處理，達標排放。廠區生產廢水預處理工藝圖：2023/2/4噪聲、固廢污染防治（1）噪聲對高噪聲設備如風機、水泵等進行消聲、隔聲處理，污水提升泵站在泵房內隔音。（2）固廢應按照固體廢物的性質進行分類收集和暫存。本項目所有廢物都必須儲存于加蓋密閉容器中。各種腳料及母液用鋼質容器儲存，脫水渣也采用聚氯乙烯容器儲存。發酵液板框壓濾廢渣干燥后可做生物復合肥原料綜合利用；粗品溶解濾渣主要成分為硅藻土，干燥后也可做生物復合肥原料綜合利用。2023/2/4對蒸餾殘液以及廢活性炭等危險固廢，對其進行焚燒處理。煙氣高空排放。項目燃煤鍋爐煤渣可外賣綜合利用，由磚瓦廠制磚或用于鋪路等。廠區職工產生的生活垃圾，可由環衛部門外運填埋處理。具有刺激性、惡臭物料的包裝材料儲存于容器中并加蓋密閉。廢包裝箱、捆綁材料等則應及時收集，室內分類存放，可回收綜合利用的盡量回用，少量不能回用的，應進行去毒或無害處理后一并由環衛部門外運填埋處理。2023/2/4主要設備：種子罐不銹鋼種子罐廣泛用于微生物生長的一種反應設備。在種子罐（發酵罐）中各種微生物在適當的環境中生長,新陳代謝和形成發酵產物。

種子罐廣義的理解為存儲或產生種子的容器，發酵設備目前已廣泛地用于制藥、味精、酶制劑、食品等行業。適用于酸奶及乳酸菌飲料母液發酵、釀造、佐料、制藥、化工及真菌培植，其作用可加熱、保溫及冷卻，為全封閉衛生型發酵專用設備。2023/2/42023/2/4主要設備：發酵罐發酵罐，指工業上用來進行微生物發酵的裝置。其主體一般為用不銹鋼板制成的主式圓筒，其容積在1m3至數百m3。在設計和加工中應注意結構嚴密，合理。能耐受蒸汽滅菌、有一定操作