氨基酸的生產(chǎn)

氨基酸的生產(chǎn),主講人：夏克鑫成 員：劉自強(qiáng)（PPT制作） 韓佳潤(rùn)（PPT修改） 崔偉斌（文獻(xiàn)查閱）,主要內(nèi)容,2,2017/11/3,背 景 介 紹,1,研究背景,1,生產(chǎn)方法,2,參 考 文 獻(xiàn),4,應(yīng) 用 實(shí) 例,3,3,2017/11/3,背景介紹,氨基酸，作為生命體蛋白質(zhì)的基本組成單位，在人和動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)健康方面發(fā)揮著重要的作用。氨基酸分子結(jié)構(gòu)中含有氨基（-NH2）和羧基（-COOH），并且氨基和羧基都是直接連接在一個(gè) -CH- 結(jié)構(gòu)上的有機(jī)化合物,通式是H2NCHRCOOH。蛋白質(zhì)經(jīng)水解后，即生成20多種氨基酸，根據(jù)其結(jié)合基團(tuán)不同，可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、雜環(huán)氨基酸、含硫氨基酸等。根據(jù)對(duì)人體需要程度，可分為必需氨基酸和非必需氨基酸。目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、保健、飼料、化妝品、農(nóng)藥、肥料、制革、科學(xué)研究等領(lǐng)域。,4,2017/11/3,背景介紹,氨基酸的生產(chǎn)歷史以谷氨酸鈉 (MSG )為代表, 首次大量工業(yè)化生產(chǎn)是1909年，那時(shí)將小麥面筋用鹽酸水解，谷氨酸以鹽酸鹽的形式被分離出來。從蛋白質(zhì)水解物中分離谷氨酸的生產(chǎn)持續(xù)了近50年，在1955年, L一谷氨酸由簡(jiǎn)單的物質(zhì)如葡萄糖和氨的衍生物生產(chǎn)在日本得到發(fā)展，從那時(shí)起，這種微生物發(fā)酵法被用來生產(chǎn)各種氨基駿。在此期間，合成和光學(xué)拆分方法也在進(jìn)行研究，并于1960年用合成法正式生產(chǎn)谷氨酸。其它諸如DL一蛋氨酸、甘氨酸和L一色氨酸也用合成法制造。,5,2017/11/3,目前國(guó)內(nèi)谷氨酸生產(chǎn)的菌種已趨向多樣化，產(chǎn)酸率在10%-16%之間，轉(zhuǎn)化率為60%左右，提取率在85%以上，該技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。且經(jīng)過30多年的迅速發(fā)展，我國(guó)在谷氨酸及其鹽生產(chǎn)方面取得了巨大的突破。2011年我國(guó)谷氨酸及其鹽產(chǎn)量達(dá)220萬噸 左右，2012年我國(guó)谷氨酸及其鹽產(chǎn)量約240萬噸，2013年我國(guó)谷氨酸及其鹽產(chǎn)量約260萬噸左右。全球味精總需求量約為300萬噸。,背景介紹,氨基酸的生產(chǎn)方法,6,2017/11/3,1、蛋白質(zhì)水解法：氨基酸最早是用天然蛋自質(zhì)如酪蛋白、家畜血纖維蛋白、毛發(fā)、大豆蛋白、谷蛋白等經(jīng)酸或酶水解、分離、精制而得。 例如，由面粉蛋白 ( 面筋 ) 提取谷氨酸、由毛發(fā)生產(chǎn)胱氨酸、精氨酸；由酪蛋白生產(chǎn)賴氨酸，由血粉生產(chǎn)組氨酸等。工藝流程：先用酸將毛發(fā)水解為氨基酸，再通過三次中和精制得到胱氨酸，工藝流程如下:,7,2017/11/3,氨基酸的生產(chǎn)方法,2、化學(xué)合成法：各種氨基酸都可用合成法制取，工業(yè)上大量合成 的品種已有甘氨酸、蛋氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、絲氨酸及谷氨酸等。隨著廉價(jià)化工原料的大量供應(yīng)及有機(jī)合成技術(shù)的不斷革新，合成法生產(chǎn)氨基酸已占有極其重要的地位。 但是，除甘氨酸外，其他氨基酸分子中均含有一個(gè)( 少數(shù)含兩個(gè))不對(duì)稱碳原子，故由合成法制得的產(chǎn)品都是消旋體（DL型）, 還要用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行拆分,以獲得L一氨基酸。,氨基酸的生產(chǎn)方法,8,2017/11/3,3、微生物發(fā)酵法 *：隨著發(fā)酵工業(yè)的不斷發(fā)展，用發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸已取得很大成就。1957年日本兩個(gè)研究所首先從糖質(zhì)直接發(fā)酵生產(chǎn)L一谷氨酸成功以后，帶動(dòng)了其它氨基酸發(fā)酵法的研究。目前大多數(shù)氨基酸均可用發(fā)酵法生產(chǎn)。 發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)是所產(chǎn)生的氨基酸都是L型的，這不但簡(jiǎn)化了水解法中多種氨基酸的繁瑣的分離操作，且省掉了合成法中消旋體的拆分工藝。,9,2017/11/3,應(yīng) 用,醫(yī)藥上的應(yīng)用：大致可分四個(gè)方面( 1 )以八種必需氨基酸為主的復(fù)方氨基酸制劑的研究與應(yīng)用。 ( 2 )多種單一氨基酸的生理活性的研究和應(yīng)用，如用治肝昏迷 的谷氨酸鈉注射液、鹽酸精氨酸注射液。( 3 )具有生理活性的氨基酸衍生物的研究和應(yīng)用，如由酪氨酸合成的左旋多巴(L一Dopa)用于治療震顫麻痹。( 4 )由氨基酸生產(chǎn)多瞇藥物的研究和應(yīng)用，如合成催產(chǎn)素、胰島素或其他類似化合物。,10,2017/11/3,應(yīng) 用,飼料行業(yè) 氨基酸飼料主要是能夠提高動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育、增強(qiáng)肉質(zhì)品質(zhì)等。當(dāng)然不同的氨基酸具有不同的功能，如精氨酸的主要功效是促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育、提高幼仔的存活率、改善肉質(zhì)、提高畜禽生產(chǎn)能力、增加產(chǎn)量、增加產(chǎn)雌率、提高飼料利用率、節(jié)省蛋白質(zhì)飼料等，賴氨酸具有增強(qiáng)畜禽食欲、提高抗病能力、促進(jìn)外傷治愈的作用。,11,2017/11/3,應(yīng) 用,化妝品行業(yè) 氨基酸產(chǎn)品易被皮膚吸收，可使老化和干燥的表皮細(xì)胞重新恢復(fù)彈性，從而延緩表皮細(xì)胞的衰老。另外，用氨基酸制成的保濕劑，具有良好的持續(xù)保濕能力、較低的黏感和良好的清爽感，可降低或減緩由皮膚干燥引起的炎癥。因此，氨基酸在化妝品行業(yè)被廣泛應(yīng)用，用作護(hù)膚品等。,氨基酸產(chǎn)品還有良好的抗菌活性和低刺激性，可用作表面活性劑、染發(fā)劑和護(hù)發(fā)劑等，成為時(shí)尚商品的一部分。,12,2017/11/3,應(yīng) 用,食品行業(yè) 谷氨酸是人類應(yīng)用的第一種氨基酸，也是世界上應(yīng)用范圍最廣、產(chǎn)銷量最大的一種氨基酸，谷氨酸鈉作為食品調(diào)味劑廣泛使用。中國(guó)是世界上最大的谷氨酸鈉生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。此外，氨基酸本身具有一定呈味作用，有些氨基酸如甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、天冬氨酸也可用作食品調(diào)味劑。 氨基酸可制作阿斯巴甜， 它是由天冬氨酸和苯丙氨酸共同合成的一種甜味肽。阿斯巴甜具有甜味純正， 熱值低，分解的代謝產(chǎn)物易被人體吸收利用等優(yōu)點(diǎn)， 在汽水、咖啡和乳制品的生產(chǎn)上被廣泛使用。,13,2017/11/3,其他行業(yè),氨基酸除了用于以上行業(yè)外，還可用于紡織工業(yè)，如精氨酸可作為服裝的整理劑，用作服裝的涂層，既能增加服裝的舒適感又能提高皮膚活力起到保健作用。一些聚合氨基酸如聚谷氨酸、聚丙氨酸可用于人造皮革和高級(jí)人造纖維的生產(chǎn)，增加其原有的保溫性和透氣性。除此之外，氨基酸在采礦業(yè)、電鍍業(yè)等方 面也有一些應(yīng)用，如谷氨酸用于電鍍的電解液，半胱氨酸用于銅礦的探測(cè)等。,14,2017/11/3,目前國(guó)內(nèi)氨基酸的生產(chǎn)層次不齊，谷氨酸、賴氨酸生產(chǎn)已占據(jù)很大的市場(chǎng)份額，完全實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化、規(guī)?；?jīng)營(yíng)。但還有一些氨基酸無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大化生產(chǎn)，尤其是小品種氨基酸如精氨酸、組氨酸、絲氨酸等，至今仍為國(guó)外大型企業(yè)所壟斷。因此亟需打破國(guó)外技術(shù)和市場(chǎng)的壟斷，大力發(fā)展各品種氨基酸的國(guó)內(nèi) 市場(chǎng)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。,展 望,15,2017/11/3,參考文獻(xiàn),1 舒國(guó)偉， 陳合，張璐等. 氨基酸及其衍生物生產(chǎn)現(xiàn)狀J. 中國(guó)調(diào)味品，2009， 1(34)： 39-412 王宏齡，富春江. 近年來國(guó)內(nèi)外主要發(fā)酵類氨基酸產(chǎn)品發(fā)展?fàn)顩rJ. 發(fā)酵科技通訊，2008，37(3)：23-26.3 蔡詩貴，熊家林. 我國(guó)氨基酸生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展建議 J. 湖北化工，2000(6)： 1-24Kawashima，S，H Ogata， and M. Kanehisa， AAindex: Amino Acid Index Database.NucleicAcidsRes，1999.27(1)：p.368-9.5Kawashima， S. et al. AAindex： amino acid index database， progress report2008.NucleicAcidsRes，2008.36(Databaseissue)：p.D202-5.6Word,J.M.,etal.,Asp