1氨基酸概论.ppt

* 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）和酶法生产（如天冬氨酸和丙氨酸）。 * 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）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。 目前，应用直接发酵法生产氨基酸产量最大的是谷氨酸，其次是赖氨酸，用发酵法生产的氨基酸还有苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸、组氨酸等。 * 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。 * 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，经门冬氨酸酶（大肠杆菌）催化生产L-门冬氨酸；以门冬氨酸为原料，在门冬氨酸-β-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；以甘氨酸和乙醛为原料，在苏氨酸醛缩酶（土壤假丝酵母）催化合成L-苏氨酸。 * 化学合成法是利用有机合成和化学工程相结合的技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。前者产物皆为DL-氨基酸混合物，后者产物为L-氨基酸。一般合成法包括卤代酸水解法、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蛋氨酸。不对称合成法包括直接合成、α-酮酸反应和不对称催化加氢等方法。 * 酸水解法 蛋白质原料用6~10M盐酸或8M硫酸于110~120℃水解12~24h，除酸后即得多种氨基酸混合液，经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6种氨基酸尚需用水解提取法生产，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4~6M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。 在食品工业上应用：饮料、糖果、果冻、果酱、罐头食品和水果加工等方面 在药物、美容、化妆品上应用：药物中添加，使止疼药、止泻药有增溶作用；在酸性染发液和电烫发中和液中也都含有 在工业上应用：金属净化、去垢剂、无土栽培农艺、矿物和颜料方面等等。 表1-4 酶法生产氨基酸举例 原料 酶 菌种 产物 反丁烯二酸 天门冬氨酸酶 大肠杆菌 L-天门冬氨酸 天门冬氨酸 天门冬氨酸-β-脱羧酶 德阿昆哈假单胞菌 L-丙氨酸 吲哚和L-丝氨酸 色氨酸合成酶 大肠杆菌 L-色氨酸 L-精氨酸 精氨酸脱亚胺酶 恶臭假单胞菌 L-瓜氨酸 甘氨酸和乙醛 苏氨酸醛缩酶 土壤假丝酵母 L-苏氨酸 4.5.4 化学合成