学习手册引导文单元设计实训指导书赖氨酸提取与精制技术.docx
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学习手册引导文单元设计实训指导书赖氨酸提取与精制技术
学习手册
《子情境:
赖氨酸提取与精制技术》
引导文-单元设计-实训指导书
子情景:
引导文
赖氨酸发酵生产技术-赖氨酸提取与精制技术
阅读材料
材料一:
赖氨酸
化学结构:
赖氨酸是人体需要的一种氨基酸,一种不可缺少的营养物质。
赖氨酸广泛存在于动植物蛋白中,以干酪素中含量最高。
1889年,Drechsel得到赖氨酸和精氨酸的混合物,1891年,Fisher和Drechsel分别得到纯的赖氨酸化合物。
并并命名为赖氨酸,1902年,Fisher确定了赖氨酸的组成。
随后,赖氨酸的生产一直采用提取法,由于工艺复杂,成本较高,限制了赖氨酸的使用。
1960年,发酵法在日本诞生,使其产量大幅度上升,1977年,化学合成与酶法结合生产赖氨酸在日本诞生。
赖氨酸是仅次于谷氨酸的第二大氨基酸产品,国内需求量2010年达到10万吨。
但我国赖氨酸工业发展缓慢。
1992年年产饲料用赖氨酸4959吨,到1994年约6000吨,1997年接近2万吨,但仍远不能满足市场需求,需要大量进口。
人们知道,蛋白质是构成人体细胞的主要成份,食物中的蛋白质进入人体后经过消化先分解成氨基酸,然后人体又利用这些氨基酸再合成新的人体蛋白质,如免疫抗体、消化酶、血浆蛋白、生长激素等都是合成后的人体蛋白质。
在合成蛋白质的各种氨基酸中,L-赖氨酸是最重要的一种,少了它,其它氨基酸就受到限制或得不到利用,科学家称它为人体第一必需氨基酸。
近年来,科学家还发现,L-赖氨酸是控制人体生长的重要物质抑长素(Somatotation,ss)中最重要的也是最必需的成份,对人的中枢神经和周围神经系统都起着重要作用。
人体不能自身合成L-赖氨酸,必须从食物中吸取赖氨酸是帮助其它营养物质被人体充分吸收和利用的关键物质,人体只有补充了足够的L-赖氨酸才能提高食物蛋白质的吸收和利用,达到均衡营养,促进生长发育。
其作用有:
1.、提高智力、促进生长、增强体质。
2.、增进食欲、改善营养不良状况。
3.、改善失眠,提高记忆力。
4.、帮助产生抗体、激素和酶,提高免疫力、增加血色素。
5.、帮助钙的吸收,治疗防止骨质疏松症
6.、降低血中甘油三酯的水平,预防心脑血管疾病的产生。
赖氨酸可用作食品强化剂和饲料添加剂,黑麦、米、玉米、花生粉等所含赖氨酸为限制氨基酸,小麦、芝麻、燕麦等所含赖氨酸为第一限制氨基酸。
我国赖氨酸行业的特点是∶总生产能力小、企业规模小、生产水平低,因而发展困难
赖氨酸的生产方法:
水解法、合成法、酶法和直接发酵法
完成以下信息!
赖氨酸的作用?
材料二:
赖氨酸的生物合成及代谢调控
1.细菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制(主要是大肠杆菌和黄色短杆菌)
大肠杆菌以天门冬氨酸为前体合成苏氨酸(Thr)、异亮氨酸(Ileu)、甲硫氨酸(Met)和赖氨酸(Lys)。
代谢途径中有三种天门冬氨酸激酶的同功酶(AKI、AKII和AKIII)和两种高丝氨酸脱氢酶的同功酶(HDI和HDII)。
AKI和HDI受到苏氨酸反馈抑制、受苏氨酸、异亮氨酸阻遏,
黄色短杆菌的赖氨酸代谢调解机制
天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径
①天冬氨酸激酶(AK)
②高丝氨酸脱氢酶(HD)
③二氢吡啶-2,6-二羧酸(DDP)合成酶
④高丝氨酸激酶
⑤O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶
⑥半胱氨酸脱硫化氢酶
⑦苏氨酸脱氨酶
⑧天冬氨酸半醛脱氨酶
⑨二氢吡啶-2,6-二羧酸(DAP)还原酶
2.谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等天冬氨酸族氨基酸的代谢调节机制
在黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等微生物中,AK是单一的,并且受Lys和Thr的协同反馈抑制,反馈调节易于解除,使育种简单化,所以常常被用作氨基酸发酵育种的出发菌枝。
完成以下信息!
常见赖氨酸合成和代谢调控有那些?
相关资料
材料一:
赖氨酸的提取与精制
赖氨酸,Lysine,化学名称2,6-二氨基乙酸化学组成C6H14O2N2
(一)培养基
1、碳源:
(不能直接利用淀粉)
•葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖(来源于大米、玉米合薯类)
•糖蜜(甘蔗、甜菜)
2、氮源:
(不能直接利用蛋白质)
无机氮源:
(1)尿素
(2)液氮(3)碳酸氢铵;
有机氮源:
玉米浆、麸皮水解液、豆饼水解液和糖蜜等。
作用:
合成菌体、赖氨酸,调节pH。
目前,工业生产采用大豆饼粉。
花生饼粉和毛发的水解液为有机氮源,用量2-5%。
3、生物素:
赖氨酸菌种为生物素缺陷型和某些营养素缺陷型(高丝氨酸、甲硫氨酸、丙氨酸等)。
应严格控制用量
(二)菌种的扩大培养和种子的质量要求
1、菌种:
短棒杆菌属:
黄色短杆菌;乳糖发酵短杆菌。
棒杆菌属:
谷氨酸棒杆菌。
2、分类
营养缺陷型:
谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌选育的Hse-、Met-、Thr-。
敏感性菌株:
Met、Thr突变株。
代谢调节突变株:
谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌选育的AECr;AECr+AHVr
组合型菌株:
Hse-、Met-、Thr-组合AECr;AECr+AHVr
3、生长特点:
适用于糖质原料,需氧,以生物素为生长因子。
4、斜面种子的制备:
要求种子纯,没有杂菌和噬菌体污染。
培养基:
蛋白胨1%、牛肉膏1%、氯化钠0.5%、葡萄糖0.5%、琼脂2%。
组成pH7.0-7.2琼脂培养基。
灭菌后30℃保温24h检查无菌后放冰箱备用。
培养条件:
30-32℃培养18-24h。
5、一级种子培养:
培养基:
葡萄糖2%、玉米浆1-2%、尿素0.1%、磷酸氢二钾0.1%、硫酸镁0.04%、硫酸氨0.4%。
pH7.0-7.2。
培养条件:
30-32℃,培养15-16h。
6、二级种子培养:
用种子罐培养,用水解糖代替葡萄糖。
培养条件:
温度30-32℃;通风量1:
0.2(V/V),搅拌200r/min。
时间8-11h。
7、接种量:
二级种子,接种量2-5%,种龄12h。
三级种子,接种量稍大,约10%,种龄6-8h。
材料二:
赖氨酸精制
赖氨酸的提取精制主要方法有盐析法、有机溶剂萃取法和离子交换法。
通常情况下根据被提取物质的理化和生物学特性选择两种方法结合使用,赖氨酸采用离子交换和有机溶剂萃取的方法。
1)发酵液的处理:
菌体分离,两种方法
离心分离法:
高速离心机分离除去菌体(国外方法),用碟片式自动卸渣高速离心机,分离菌体和草酸钙等
添加絮凝剂沉淀法:
用草酸除去发酵液中的Ca2+,调节pH至2~3,加入絮凝剂(如聚丙烯酰胺),使菌体聚集而沉淀。
然后加助滤剂过滤即可除去菌体。
2)离子交换吸附及洗脱:
铵型阳离子交换树脂,洗脱剂为氨水加氯化铵;用茚三酮检查流出液,pH9.5~12,得率可达90%~95%
3)真空浓缩:
去除氨,并提高Lys含量,真空时温度65℃,浓度22~23°Bé
离子交换法提取赖氨酸:
离子交换广泛用于氨基酸、有机酸、抗生素等工业,尤其是在抗生素工业中,将发酵液中的抗生素通过离子交换的方法结合在离子交换树脂上,然后在适当的条件下洗脱下来,这样可以使目的分子从大量的溶液中浓缩到一个小的体积内,体积缩减到原液的几十分之一,同时杂质分子液大量的被除去,得到纯度较高的抗生素。
用离子交换法分离提纯各种生物活性代谢物质具有成本低,工艺操作方便,提炼效率较高,设备结构简单,以及节约大量的有机溶液等优点。
1.原材料及仪器
赖氨酸溶液,L-赖氨酸糖蜜发酵液
2.离子交换树脂柱:
离子交换柱
3.洗脱剂:
4.实验方法:
离子交换提取动态法顺流上柱
赖氨酸的洗脱动态法顺流上柱
让我们回答问题吧!
1.整个操作工程中需要注意的地方?
氨基酸发酵生产技术—赖氨酸提取与精制技术
学习情境设计方案
学习领域课程名称
氨基酸发酵生产技术
总学时
72
学习情境名称
赖氨酸发酵生产技术-赖氨酸提取与精制技术
使用学时
4
学习目标︰
1.知识目标
●掌握赖氨酸的化学结构
●掌握赖氨酸的作用
●掌握提取赖氨酸的常用方法
2.能力目标
①专业能力
●能够熟练操作所用设备
●能够熟练移取一定容量的溶液
●能够熟练使用离心机以及离子交换机
②方法能力
●阅读操作标准的能力
●动手实施能力
●创新能力
●自主学习新技术、新知识的能力
●分析问题、解决问题的能力
③社会能力
●团队工作能力。
●与人沟通能力。
●工作安全和保护能力
3.素质目标
●培养规范意识
●树立严谨、科学的态度
●加强安全意识
教学内容及组织过程
教学方法
●1.离心机的使用和维护
●2.容量瓶、移液管的正确使用
●3.离子交换机的正确使用和维护
●4.离子交换法提取赖氨酸的方法
宏观教学法:
引导文教学法
任务组织
(20分钟)
分配任务(发放生产指令),发放引导文;
组织几个学习小组;每组各选出一名组长
讲述法、头脑风暴,参观法、引导问题法、文字处理标识、事故案例法
任务策划
(20分钟)
根据各自学习,通过讨论等方式,确定提取赖氨酸的方案。
讨论法、可视化报告法、互动交流教学法
产品试测
(120分钟)
根据方案,教师参与实施测定过程;
在控制方案中要注重与实际生产相结合,整个过程要模拟实际工作过程。
这个过程中师生共同分析、解决生产中发酵染菌的问题。
角色扮演法、小组合作、取长补短法、仿真训练法
任务评审
20分钟)
各组成员对不同情况不同阶段对应的处理措施进行评价;
各班组成员对任务的组织、策划、产物的观测等过程进行自评和互评;
教师就各组成员在不同阶段的个方面的表现情况进行评价;
教师根据产品质量及生产过程中情况提出问题,学生通过讨论方式尝试给出解释方法,教师总结归纳解决方法。
交互评价法、旋转交换讨论法、教师归纳法
教学环境与资源:
1.分析实训室
2.模仿仿真生物实训室
3.校级精品课网站资源
教师知识与能力要求:
●掌握提取赖氨酸的常用方法,并能分析不同方法之间的区别和优劣,并对其中的问题可以提出解决方案。
●掌握使用离子交换法提取赖氨酸的方法,并能对其中常见的问题可以提出解决方案。
●正确熟练使用离心机、离子交换机等。
●具备阅读操作标准的能力。
●具有观察力及课堂的把控能力
●具有与学生合作,沟通的能力。
学生知识与能力准备:
●具备查阅资料等基本技能
●阅读生产工艺能力
●一定的动手能力
●一定自学能力和分析问题能力
成果形式:
赖氨酸的提取报告。
考核评价:
评价方式:
过程性评价
作业考核
评价内容:
过程评价指标
基础知识问题
备注:
由于在进行此教学情境之前,学生已经具备一定的分析能力,教师不用讲解电子天平的使用和移液管、容量的使用方法。
学生基本技能也较提高,教师应参与到测定过程的控制中,适当的引导就可以,一定要注重提示学生查询资料,动脑筋创新的能力。
一定要注意学生习惯的养成。
另外,教师应加强安全教育,由于设备的保护和维护要对学生说明。
天津现代职业技术学院
实训计划
课程名称
氨基酸发酵生产技术
实训学时
4
子情境
赖氨酸发酵生产技术-赖氨酸提取与精制技术
实训地点
工业发酵实训室
实训目的
1.通过本情境的学习训练,使学生掌握离子交换法提取赖氨酸的方法。
2.掌握配制准确浓度溶液的方法。
3.掌握离子交换法的使用和维护能力
4.培养学生的动手能力、分析问题和解决问题能力和团队合作精神。
实训内容
子情境
赖氨酸提取与精制技术
✧离子交换法过程中常见的一些问题分析。
✧灭菌过程中注意事项分析
✧结晶提取过程中注意事项分析
✧准确浓度溶液的配制
实训组织
任务组织
✧分配任务,发放引导文;组织几个生产小组,每组各选出一名生产组长
任务策划
✧通过教师示范和分组讨论,制定离子交换法的方案,在方案中要标明各项操作时步骤以及操作过程的注意事项。
任务实施
✧每个学习小组样品溶液的配制
✧每个学习小组依次完成赖氨酸的提取
✧每个学习小组分别完成生产记录的填写和设备仪器的清洗
任务评审
✧各小组组长对检测结果进行评价,各组成员对任务的组织、策划、实施过程进行自评与互评,教师就各组在不同操作过程中的表现情况进行评价,教师根据调节和检测的结果提出问题,学生通过讨论方式尝试给出解决方法,教师总结归纳解决方法。
实训要求
子情境
赖氨酸提取与精制技术
✧能够分析离子交换法过程中常见的一些问题
✧掌握提取赖氨酸的方法
✧能够熟练正确地使用灭菌操作
✧熟练地配制准确浓度的溶液
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- 关 键 词:
- 学习 手册 引导 单元 设计 指导书 赖氨酸 提取 精制 技术