《氨基酸概论》PPT课件.ppt

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1、氨基酸工艺学,氨基酸工艺学研究内容,氨基酸工艺学是一门新型发酵的技术科学，以探讨氨基酸发酵的生产技术为主要目的。氨基酸发酵为好气性发酵（通风发酵）。在氨基酸发酵中，要发生一系列复杂的生物化学反应，全部生产程序应符合客观规律。代谢控制理论是氨基酸发酵的理论基础。,虽然氨基酸生产以发酵为主，发酵的好坏是整个生产的关键，但后处理提纯操作和提纯设备选用是否合适，也会大大影响总的收率。所以，氨基酸工艺学研究的对象应该包括从投入原料到最终产品获得的整个过程，其中有微生物生化问题、生化工程问题，也有分析与设备问题。,参考书籍,1、氨基酸工艺学，中国轻工业出版社，20072、氨基酸生产技术及其应用，中国轻工业

2、出版社，19973、储炬，现代工业发酵调控学，化学工业出版社，2003 4、张克旭，代谢控制发酵，中国轻工业出版社，2000 5、张星元，发酵原理，科学出版社，2005,代谢控制发酵简介,氨基酸发酵为代谢控制发酵。所谓代谢控制发酵（Metabolic Control Fermentation），就是利用遗传学的方法或其它生物化学的方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，使目的产品大量生成、积累的发酵。,在正常活的微生物细胞内，每种物质的代谢由于都有其严格的调控机制，其中间产物和终产物都不会积累，若要选育某种代谢产生大量积累的菌株，必须破坏或解除原有的调控关系并建立新的调节机制，方

3、能达到目的。,所以说由发酵所生成的目的产物都是微生物中间代谢产物或终产物的积累，是对微生物正常代谢抑制的结果。换句话说，代谢控制发酵的关键取决于微生物代谢控制机制是否能够被解除，能否打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。,代谢控制发酵的出现与发展，与以下几方面的发展是密不可分的：由于生物化学的发展，确立了代谢图 随着代谢途径研究的不断深入，发现了反馈调节机制，特别是酶的变构动力学指出了多种酶活性调节的基本类型。由于微生物遗传学的发展，发现了分解代谢途径操纵子和合成代谢途径操纵子的调控机制，从而阐明了微生物代谢的调节机制。,由于分子生物学和分子遗传学的发展 可以人为地在DNA分子水平

4、上改变微生物的代谢，使微生物的菌学性质和代谢流活动按人为的目的发生变化。一般通过诱变选育各种突变株如营养缺陷型、结构类似物抗性、营养缺陷回复、渗漏和条件突变株等；通过转导、转化、杂交、原生质体融合等细胞内基因重组方法获得目的重组子；通过重组DNA技术构建基因工程菌株。,合理控制环境条件 采用过程控制方法，完善受控参数(如温度、pH、溶氧DO、CO2)等，对发酵过程进行最优化控制，并进行补料分批发酵（补加碳源葡萄糖和氮源氨气），使目的产物大量积累。,图1 利用微生物进行发酵的变革,天然发酵 天然发酵时代 微生物的发现 及分离培养 纯培养 第一个转折期 青霉素的发现 及大量供给 通风培养 第二个转

5、折期 生化、微生物 遗传学的进步 代谢控制发酵 第三个转折期石油利用菌的发现 发酵原料转变 第四个转折期分子生物学、生物工程、组织培养等的发展 现代生物技术 第五个转折期,天然发酵（酿造工业）当时人们尚不清楚微生物与发酵的关系，只是单凭经验而继承的产业，生产方式基本上是家庭作坊生产。其主要产品如中国的黄酒、白酒、酱油和腐乳等发酵生产；地中海附近的啤酒和葡萄酒等发酵生产。,纯培养（纯种发酵）随着显微镜的发明，微生物的发现以及微生物纯分离培养成功，并设计了便于灭菌的密闭式发酵罐，进入了微生物发酵的第一转折期纯培养技术阶段。纯培养主要应用在酒精发酵、乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、甘油发酵等。纯培养均为厌氧

6、发酵。,通风培养（发酵）尽管早在1928年英国弗来明就发现了青霉素，但直到第二次世界大战中期(1943年)，青霉素才大量生产，其主要原因是青霉素发酵必须在通风条件下进行。通风搅拌技术的应用是微生物发酵的第二转折期。通风发酵主要应用在抗生素、维生素、有机酸和酶制剂发酵等。第二次大战中青霉素与原子弹和雷达并驾齐驱的三大发明之一。,代谢控制发酵 1956年日本木下祝郎博士分离到一株谷氨酸产生菌，并于1957年在协和发酵公司谷氨酸发酵获得成功。随后其它氨基酸和核苷酸发酵也取得成功，人们开始从DNA分子水平控制微生物代谢。因此代谢控制发酵技术被称为微生物发酵第三个转折期。代谢控制发酵主要为氨基酸发酵、核

7、酸类物质发酵等。,发酵原料的转变 即非碳水化合物（非糖类）的发酵，如以烷烃、天然气、石油、纤维素等原料进行的发酵。20世纪60年代采用烷烃、乙酸、天然气等原料进行石油发酵，后因公众对石油制品毒性的怀疑而被迫停产。发酵原料的转变为微生物发酵的第四转折期。,现代生物技术 代谢控制发酵、生化工程、分子生物学，特别是基因工程和代谢工程的研究日益成熟并应用于生产。随着现代生物技术，特别是基因工程的发展，为人类定向育种提供了新途径，创造了优秀的基因工程菌为人类服务。现代生物技术的应用被称为微生物发酵的第五转折期。,1 氨基酸概论,氨基酸是组成蛋白质的基本单位，通常由5种元素即碳、氢、氧、氮和硫组成，硫主要

8、存在蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸中。在自然界中，已发现组成各种蛋白质的氨基酸有20多种，而且这20多种氨基酸均是羧酸分子中-碳原子上一个氢被氨基取代而成的化合物，故称-氨基酸(脯氨酸和羟基脯氨酸为-亚氨基酸)。,氨基酸结构通式：R-CHNH2-COOH，R为-氨基酸的侧链。上述氨基酸结构通式具有两个特点：具有酸性的-COOH和碱性的NH2，所以氨基酸为两性电解质；,如果侧链RH，则具有不对称碳原子，所以氨基酸是光学活性物质，甘氨酸（分子式中R=H，无不对称碳原子）除外，其余-氨基酸的-碳原子均为不对称碳原子，故都有D-及L-型两种异构体。,大约20种L-氨基酸构成了数目庞大的各种肽类、蛋白质、酶及

9、生命体，其中8种氨基酸是人体所必需氨基酸，它们分别是L-赖氨酸、L-蛋氨酸、L-苏氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸、L-异亮氨酸、L-亮氨酸和L-缬氨酸；L-精氨酸和L-组氨酸为半必需氨基酸。另外，D-氨基酸也在细菌细胞壁、肽类抗生素和一些植物中被发现。,1.1 氨基酸发酵的历史与发展动向,氨基酸的制造是从1820年水解蛋白质开始的。1850年在实验室用化学法合成了氨基酸。1866年德国H.Ritthausen博士用硫酸水解小麦面筋分离到一种酸性氨基酸，根据原料来源，将此氨基酸命名为谷氨酸（麸酸，面筋由麸皮而来）。,1902年日本池田菊苗在研究海带鲜味时，提取了谷氨酸，并在1908年开始进行商品

10、味之素的生产。第二次世界大战后不久，美国农业部研究所L.B.Lockwood发现在葡萄糖培养基中通风培养萤光杆菌能积累-酮戊二酸，并发表了用酶法或化学法将酮酸转化为L-谷氨酸的研究报告。,1954年日本多田、中山两博士报告了直接发酵谷氨酸的研究。1956年日本协和发酵公司木下祝郎分离选育到一种新的细菌谷氨酸棒杆菌，同化利用100g葡萄糖，可在发酵液中直接积累L-谷氨酸40g以上。,1957年日本协和发酵公司发酵法味精正式商品化生产。1957年后木下博士等为了改良谷氨酸棒杆菌的性能，引入遗传生化学的知识与技术，选育了许多人工诱变突变株，发现有些突变株可积累L-赖氨酸、L-鸟氨酸、L-缬氨酸等氨基

11、酸。,1958年志村、植村两博士研究苏氨酸、异亮氨酸发酵时，提出了添加前体的发酵法。1959年北原等报道了通过酶法转化由反丁烯二酸生产L-天门冬氨酸，转化率接近100%。,19601961年，协和公司先后发表L-高丝氨酸、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸发酵的研究结果。1962年后，日本进行了大量石油氨基酸发酵研究，发现了能够以石油为原料生产谷氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸等。其中谷氨酸、赖氨酸等均达到糖质原料的水平，但因安全与成本等问题而未能工业化生产。,1965年日本报道了L-瓜氨酸、L-脯氨酸发酵的研究。1966年日本采用醋酸为原料发酵生产谷氨酸。1967年日本三乐公司发表了以乙醇为原料生产L-

12、谷氨酸，发酵结果超过了葡萄糖。但由于人们对石油制品的怀疑，改用甘蔗或甜菜糖蜜为原料，通过添加青霉素或表面活性剂发酵法生产谷氨酸。,1986年前苏联亚美尼亚微生物研究所Debabov最早采用基因工程技术首次成功地构建了苏氨酸产生菌，产酸率一下子提高到8%。基因工程技术的应用开辟了氨基酸育种的新纪元，提高了氨基酸育种的效率和新菌种的产酸水平。,我国从1958年开始筛选谷氨酸产生菌，同时进行了大量谷氨酸发酵基础性研究。1964年首先在上海天橱味精厂投入工业化生产。随后，各地先后采用了发酵法生产谷氨酸。,我国自20世纪七十年代以来进行了其它氨基酸的研究，陆续发表了赖氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、天门

13、冬氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、苏氨酸、丙氨酸等发酵的研究报告。,江南大学七十年代末研究开发了赖氨酸产生菌，居当时国内先进水平。八十年代末以来又研究开发的L-苏氨酸、L-异亮氨酸、L-缬氨酸等已成功地工业化生产，填补了国内空白。目前，除组氨酸等氨基酸国内不能用大规模工业化生产外，其余氨基酸均能生产，初步建立了我国自己的氨基酸工业体系。,表1-1 氨基酸生产方法和产量,类型 I:500,000-3000,000t/a;类型 II:10,000-100,000t/a;类型 III:100-5,000t/a,目前味精主要生产国家：中国大陆、日本、中国台湾、韩国等东方国家。主要生产商如下：河北梅花、山东阜丰

14、、山东菱花、河南莲花、中国台湾味丹(东海发酵)；日本味之素等谷氨酸发酵产酸最高15-18%，糖酸转化率60-68%(温度敏感性菌工艺)。,1.2.1 世界味精工业,1.2.2 中国味精工业,2007年中国大陆商品味精的产量达191万吨。2008年184万吨，2009年接近200万吨。目前，河北梅花(40万吨，正在扩建，今年底60万吨能力)、山东阜丰(40万吨)、河南莲花和山东菱花等15万吨/年以上。国内味精最大发酵罐800M3。2008年谷氨酸发酵产酸10.2-15.2%,糖酸转化率58.4-65.7%（生物素亚适量工艺）。,表1-2 2003年-2007年中国味精产量及增长率,表1-3 20

15、03年-2007年中国万吨规模以上企业的味精产量,2001年-2007年七省市味精产量分布占全国总产量比例,表1-4 2001年-2007年七省市味精产量分布占全国总产量比例,表1-5 1999年、2003年-2007年中国味精行业主要技术经济指标情况比较,表1-6 1999年、2003年-2007年中国味精进出口情况,表1-7 2007年中国味精生产主要技术经济指标情况,1.2.3 中国味精(谷氨酸)工业概况,1.产量提高快 我国味精产量提高很快，1980年只有3.07万吨，1985年6.15万吨，1990年22.3万吨，1995年52.4万吨，2000年84.5万吨，2005年136万吨，

16、2007年 191.3万吨，是1980年3.07万吨的62.3倍，占全世界产量的2/3多。,2.技术水平提高快 我国谷氨酸发酵产酸水平曾长期徘徊在6%左右，近几年来提高很快，2007年行业平均产酸已达到11.75%，最高产酸15.33%；糖酸转化率平均61.1%，最高66%；采用等电-离交工艺，提取收率达95.5%，最高99.9%。,精制收率行业平均96.46%，最高98.7%；100%淀粉单耗(t/t)行业平均1.277；耗电行业平均876.8(kwh/t)；耗标煤(t/t)行业平均0.806；谷氨酸成本(元/t)行业平均6327；100%味精(元/t)行业平均6227。,技术进步的主要原因

17、：采用优良菌种 更新了原料，采用液氨代替尿素 发酵过程pH控制稳定，有利于提高产酸率和转化率。发酵液中含氨量较低，有利于提取。提高发酵液装量，提高单罐产量。节约氨源成本。,改进工艺 采用双酶法代替酸法水解糖，提高了糖液质量、糖浓和收得率。采用微机 在最优条件控制发酵和提取工艺。强化企业管理 提高技术管理和组织管理水平，减少噬菌体污染和稳定发酵水平。,尽管近年来国内味精生产技术进展较快，但与世界水平相比存在一定差距：规模较小 我国除少数几家年产量达10-20万吨以上外，多数厂家年产量10万吨以下。国外如日本味之素、韩国希杰为跨国企业，年产量均20万吨以上。技术水平低 与世界先进水平相比还有一定差

18、距。,生产过程自动程度和劳动生产率低；国外已基本实现生产过程自动化，生产人员少，劳动生产率高。国内多数厂家生产品种单一；国外厂家除味精外已达几十种甚至上百种，因此抗风险能力强。味精生产废水和废气还没有完全达到排放标准。除个别厂家外多数厂家废水没有真正达到废水排放标准。国外因采用浓缩等电点提取工艺，完全达到环保要求。,目前，世界上生产赖氨酸的企业主要有中国吉林大成（40万吨产能）、日本味之素（30万吨）、美国ADM（18万吨)、韩国希杰(20万吨)、德国德固萨(10万吨)等。2006年全世界赖氨酸产量100万吨，2009年约110-120万吨。产酸水平：采用常规菌种130-150g/L，发酵时间

19、60h；基因工程菌150-180g/L，发酵时间40h。,1.2.4 世界赖氨酸产量、产能,1.2.5 中国赖氨酸工业,中国的赖氨酸发展很快，2002年产能还不到7.5万吨，2003年末就达到18万吨，2004年末为46万吨，2007年产能达到75万吨，5年时间产能就增加了8倍。2009年实际年产量达到60万吨(已将65%折合成98.5%)，年生产能力超过80万吨。,中国L-赖氨酸主要生产企业：吉林大成、山东希杰、山东金玉米、安徽丰原生化、山东正大菱花、宁夏伊品、东方希望集团、四川川化味之素等公司。饲料级赖氨酸除了生产含量98.5%的结晶赖氨酸盐酸盐外，也生产含量65%的赖氨酸硫酸盐(直接浓缩

20、喷雾造粒)。,2009年世界蛋氨酸年产量估计超过100万吨。主要生产国家：德国、法国、美国、日本。主要生产企业：德国迪高沙公司、美国诺伟斯公司、法国安迪苏公司、日本住友和日本曹达。,1.2.6 蛋氨酸(D,L-Met),2006年1月中国蓝星(集团)完成对法国安迪苏集团的并购，填补了我国蛋氨酸产业和技术空白。安迪苏集团拥有最先进的蛋氨酸技术和生产装置，是世界上惟一同时生产液体和固体蛋氨酸的公司，其蛋氨酸产品市场份额居世界第二位。,为满足蛋氨酸市场需求的不断增长，中国蓝星集团与其控股子公司法国安迪苏公司于2009年8月19日签订合约，在南京浦口合作建设一套全新的蛋氨酸装置。新厂预计于2012年下

21、半年投产运营，最初年生产能力 7万吨，设计总生产能力将达14万吨，以适应市场扩大的需要。,1.2.7 L-苏氨酸(L-Thr),目前世界苏氨酸生产厂家主要集中日本、美国、德国和中国等。世界苏氨酸总产量约为20-25万吨，主要由日本味之素公司、德国迪高沙公司、美国ADM公司、日本协和公司和韩国西杰公司。采用基因工程菌生产，产酸率10-12%。国内由通辽梅花、吉林大成、广东星湖等生产，年产量分别约为2.5万吨、1万吨、0.8万吨。通辽梅花明年就可达到年产苏氨酸5-6万吨。,1.2.8 L-色氨酸(L-Trp),日本1989年用重组菌株生产L-色氨酸。目前产酸4-5%，转化率15-20%，提取率70

22、%，发酵周期50h。世界色氨酸总产量约5000吨，主要由日本味之素公司、协和公司和德国Degussa生产。色氨酸为芳香族必需氨基酸，目前最为紧缺的饲料氨基酸。中国还没有大规模生产L-色氨酸，实验室产酸约3.5%。,1.2.9 L-脯氨酸(L-Pro),国外主要生产厂家有日本味之素、日本协和发酵公司等。中国采用发酵法生产L-脯氨酸的主要厂家有通辽梅花、广东星湖科技股份有限公司；年产量分别为600-700t和300-400t，产酸约6%。,1.2.10 L-苯丙氨酸(L-Phe),发酵法生产，国外产酸5-6%；中国目前产酸4-5%，产量约2000-3000吨。全世界年产量2万吨以上，主要用于生产阿

23、斯巴甜二肽甜味剂。,1.2.12 L-异亮氨酸(L-Ile),采用发酵法生产，国外产酸3.0%，主要生产企业：日本味之素、协和发酵公司等；中国L-异亮氨酸产酸约2.5%，主要生产企业：江苏无锡晶海、湖北宜昌三峡、通辽梅花、山东阜丰等。年产量约1200吨必需氨基酸之一，也是三支链氨基酸之一，主要用于配制氨基酸输液,1.2.13 L-缬氨酸(L-Val),采用发酵法生产，国外产酸4.5-5.0%，主要生产企业：日本味之素、日本协和发酵公司；中国产酸4.0-4.5%，主要生产企业：江苏无锡晶海、湖北宜昌三峡、通辽梅花、山东阜丰等。世界年产量约3500-5000吨。必需氨基酸之一，也是三支链氨基酸之一

24、，主要用于配制氨基酸输液。生产治疗高血压的新型药物缬沙坦的原料。,1.2.14 L-精氨酸(L-Arg),国外主要采用发酵法生产，中国国内有毛发水解提取。国外发酵产酸7-8%，中国国内发酵试产约4.5-5%。精氨酸是机体内运输和贮存氮的重要载体。半必需氨基酸。,1.2.15 L-组氨酸(L-His),国外主要采用发酵法生产，中国国内有少量毛发水解提取的产品。国外发酵产酸3-4%。组氨酸是其生物合成途径通过HMP途径来合成的，与核苷酸代谢有着非常紧密的联系，常规育种很难得到高产菌种。组氨酸是一种重要的碱性氨基酸，属于半必需氨基酸。,1.3 氨基酸的应用与市场,氨基酸的应用是基于它们的营养价值、风

25、味、生理学活性和化学特性。主要使用领域是食品(人类营养)、饲料(动物营养)、化妆品、医药和化学工业的中间体等。据估计，全世界氨基酸市场为150-180亿美元，其中大约35%用于食品、50%用于饲料和15%用于医药和化妆品。,1.3.1 在食品方面的应用,氨基酸大多无味，但它们对食品的风味作出了贡献。它们增强了食品的风味，是自然芳香的前体。因此，L-氨基酸和蛋白质水解物在食品工业上作为有效风味的添加剂。,谷氨酸单钠盐(MSG，味精)具有肉的鲜味，广泛应用于食品的调味。2007年，全世界味精年产量接近300万吨(其中中国大陆为约191.3万吨)，是氨基酸中最大生产品种。,二肽和低聚肽大多具有苦味，

26、但二肽L-天门冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯(Aspartame，阿斯巴甜)是个例外，它比蔗糖甜150200倍，现在已广泛作为人造甜味剂，应用于低卡路里的饮料。目前，阿斯巴甜的全世界年产量已超过3万吨。,阿力甜(Alitame)的化学名称为L-天冬氨酰-N-(2,2,4,4-四甲基-3-硫化三亚甲基)-D-丙氨酰胺，又称天胺甜精。1979年由美国辉瑞公司研制成功，甜度为蔗糖的2000倍。口感与蔗糖接近，甜味迅速、持久、安全，可广泛用于食品工业。我国于1994年批准使用，常用于饮料、果冻、冷饮、餐桌甜味剂等。,1.3.2 在饲料工业中的应用,氨基酸作为单胃动物的营养极大地扩大了氨基酸市场。组成蛋白质的

27、氨基酸几乎一半对于动物（如生猪和家禽）来说是必需的。象大豆、小麦和玉米蛋白等大多数天然饲料都缺乏蛋氨酸、赖氨酸和苏氨酸，而家畜对这些限制性氨基酸需求是相当大的。,2007年，L-赖氨酸(盐酸盐或硫酸盐)和D,L-蛋氨酸全世界的产量分别为90-100万吨和100万吨。近年来，由于提高L-苏氨酸的发酵水平，L-苏氨酸已成功地进入饲料市场，据估计全世界生产量已达20-25万吨。L-色氨酸也是一种限制性氨基酸，尤其在以玉米为基础的饲料中。然而，由于生产成本较高，目前还不能广泛作为饲料添加剂使用。,1.3.3 在医药方面的应用,L-氨基酸输液是众所周知的手术前和手术后营养治疗剂。标准氨基酸输液含有八种必

28、需氨基酸，两种半必需氨基酸（L-精氨酸和L-组氨酸），以及几种非必需氨基酸，通常由甘氨酸、L-丙氨酸、L-脯氨酸、L-丝氨酸和L-谷氨酸等组成。,氨基酸输液的原料要求具有非常高的质量(无热原)，目前全世界在氨基酸输液年消耗量为900010000吨。三种支链氨基酸(Ile、Leu和Val)组成的输液是治疗肝昏迷、脑昏迷的有效治疗剂，并可取代糖代谢而提供能量；L-精氨酸和L-天门冬氨酸或L-谷氨酸盐是高氨和肝紊乱的有效治疗剂。L-天门冬氨酸钾镁常用于消除疲劳和治疗心力衰竭和肝脏疾病。,1.3.4 在工业上的应用,谷氨酸制成的聚谷氨酸树脂具有天然皮革性能，因此可用以制造耐季节气候变化的人造皮革和涂料

29、。谷氨酸还可以制造人造纤维。酰基-L-谷氨酸钠可以制造肥皂。甘氨酸、半胱氨酸、丙氨酸等又可用以制造表面活性剂、缓冲剂和抗氧化剂。,1.3.5 在农业上的应用,氨基酸农药易被微生物所分解，并不残留于食物上，所以成为无公害农药。杀虫剂 利用单一氨基酸及其金属盐类或聚合物、衍生物作为杀虫剂。杀菌剂 如N-月酰缬氨酸可作为治稻瘟病药剂。,除草剂 如硫代氨基酸酯是一种广谱除草剂。植物生长促进剂 氨基酸类化合物对植物生长有一定促进作用。如蛋氨酸钙盐是黄瓜、蕃茄、苹果等的生长促进剂。脱叶剂 如L-赖氨酸本身有加速树叶脱落的作用，而且其前体（吡啶2.6-二羧酸）也是有效的脱叶剂。,1.3.6 在化妆品中的应用

30、,氨基酸和美容之间的关系非常密切。氨基酸能调节皮肤pH的变动，具有针对细菌的保护作用。将其用于发膏、发油或头发营养剂时，可作为毛发的营养成分，增加头发的光泽，并使头发具有柔软性。,氨基酸与化妆品间的关系，最引人注目的是自然保湿因子（NMF）。NMF主要成分是甘氨酸、羟基丁酸、丙氨酸、天门冬氨酸和丝氨酸等游离氨基酸。,1.4 氨基酸的生产方法,氨基酸的生产方法有直接发酵法、前体添加发酵法、酶法、提取法和化学合成法，尤以直接发酵法最为重要。通常将直接发酵法和添加前体发酵法统称为发酵法；将发酵法和酶法统称为微生物法。,现在，除少数几种氨基酸，如酪氨酸、半胱氨酸、胱氨酸等用蛋白质水解提取法生产外，多数

31、氨基酸都采用发酵法生产，但也有几种氨基酸采用化学合成法(如蛋氨酸和甘氨酸)和酶法生产(如天门冬氨酸和丙氨酸)。,1.4.1 直接发酵法,氨基酸的生产主要是通过发酵法来进行的，高产菌种的选育是氨基酸发酵生产的前提。最初，人们将野生型菌株直接用于氨基酸发酵，但除个别氨基酸如谷氨酸外，由于活细胞内反馈调节对氨基酸生物合成的严格控制，不可能积累过量氨基酸。,为了避免这种不利的反馈调节，就必须选育获得解除反馈调节，能高产氨基酸的各种突变株。这主要通过定向透变筛选各种营养缺陷型突变株和改变遗传性状的氨基酸结构类似物抗性突变株来进行的。,近年来，氨基酸产生菌的育种工作开始运用细胞内基因重组技术（即细胞工程）

32、和DNA重组技术（即基因工程），从而提高了氨基酸育种的效率和新菌种的产酸水平。,直接发酵法是借助于微生物具有合成自身所需氨基酸的能力，通过对微生物的诱变等处理，选育出各种营养缺陷型及氨基酸结构类似物抗性突变株，以解除代谢调节中的反馈抑制与阻遏，达到过量合成某种氨基酸的目的。,目前，应用直接发酵法生产氨基酸产量最大的是谷氨酸（味精），其次是赖氨酸，用发酵法生产的氨基酸还有苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸和组氨酸等。,1.4.2 添加前体发酵法,添加前体发酵法，又称微生物转化法。这种方法使用葡萄糖作为发酵碳源和能源，再添加特异的前体物质（即在氨基酸生物合

33、成途径中的一些合适的中间代谢产物），以避免氨基酸合成的反馈调节作用，经微生物作用将其有效地转变为目的氨基酸。,对添加前体发酵法的研究比直接发酵法早得多。目前，这一方法主要用于一些很难避开其反馈调节，而难以用直接发酵法生产的氨基酸。现已成功地用邻氨基苯甲酸作为前体物质，工业化生产L-色氨酸；用甘氨酸作前体生产L-丝氨酸。,1.4.3 酶法,酶法是利用微生物中特定的酶作为催化剂，使底物经过酶催化生成所需的产品。因底物选择的多样性，故不限于制备天然产品。借助于酶的生物催化，可使许多本来难以用发酵法或合成法制备的光学活性氨基酸生产成为可能。,虽然酶法生产氨基酸具有工艺简单、周期短、耗能少、专一性强和收

34、率高等优点，但要将它们应用于工业化生产，必须找到廉价的底物和高效的酶源。,近年来，随着基因重组技术的进步，有关酶的酶活显著提高，加之生物反应器研究成果的配合，使酶法生产氨基酸技术更具有光明的前景。,目前，采用酶法生产的氨基酸已有十多种，如用反丁烯二酸为原料经天门冬氨酸酶(大肠杆菌)催化生产L-天门冬氨酸；以天门冬氨酸为原料在天门冬氨酸-脱羧酶(德阿昆哈假单胞菌)作用下生产L-丙氨酸；以吲哚和L-丝氨酸为原料，在色氨酸合成酶(大肠杆菌)催化下合成L-色氨酸；在精氨酸脱亚胺酶(恶臭假单胞菌)催化下，将L-精氨酸转变为L-瓜氨酸。,1.4.4 化学合成法,化学合成法是利用有机合成和化学工程相结合的技

35、术生产或制备氨基酸的方法。它的最大优点是在氨基酸品种上不受限制，除生产天然氨基酸外，还可用于生产各种特殊结构的非天然氨基酸，但这并不意味着全部具有工业生产价值。,由于合成得到的氨基酸一般是DL型外消旋体，必须经过拆分才能得到人体能够利用的L-氨基酸。故用化学合成法生产氨基酸时，除需考虑合成工艺条件外，还要考虑异构体的拆分与D-异构体的消旋利用，三者缺一势必影响其应用。,化学合成法可归纳为一般合成法和不对称合成法两大类。一般合成法的产物皆为DL-氨基酸混合物。包括卤代酸水解法、氰胺水解法、乙酰氨基丙二酸二乙酯法、异氰酸酯合成法和醛缩合法等。目前生产的最大品种为DL-蛋氨酸（刚巧饲料D型也能利用）

36、，其次是甘氨酸（没有DL型之分）。,不对称合成法的产物为L-氨基酸，包括直接合成、-酮酸反应和不对称催化加氢等方法。尽管得到的是L-氨基酸，但一般生产成本较高，不适合大规模工业生产。,1.5.5 蛋白质水解提取法,以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过酸、碱或酶水解成多种氨基酸混合物，再经分离纯化获得各种氨基酸的方法称为蛋白质水解提取法。,酸水解法 蛋白质原料用610M盐酸或8M硫酸于110120水解1224h，经除酸分离可得几种氨基酸。此法优点是水解迅速而彻底，产物全部为L-氨基酸，无消旋作用，缺点是色氨酸全部被破坏。目前我国有几种氨基酸采用水解提取法生产，它们分别是亮氨酸、胱氨酸、组氨酸、精氨酸、丝氨酸和酪氨酸。,碱水解法 蛋白质原料经46M氢氧化钠于100水解6h，即得多种氨基酸混合液。该法水解迅速而彻底，且色氨酸不被破坏，但含羟基或巯基的氨基酸全部被破坏，且发生消旋作用，故工业很少采用。,酶水解法 蛋白质原料在一定pH和温度下经蛋白水解酶分解成氨基酸和小肽的过程称为酶水解法。此法优点为反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸不破坏，无消旋作用。缺点是水解不彻底，产物中除氨基酸外，尚有较多肽类。,江南大学校园鸟瞰图,