氨基酸概論的課件資料

氨基酸概論的課件資料第1頁/共100頁

雖然氨基酸生產(chǎn)以發(fā)酵為主，發(fā)酵的好壞是整個生產(chǎn)的關(guān)鍵，但后處理提純操作和提純設(shè)備選用是否合適，也會大大影響總的收率。所以，氨基酸工藝學(xué)研究的對象應(yīng)該包括從投入原料到最終產(chǎn)品獲得的整個過程，其中有微生物生化問題、生化工程問題，也有分析與設(shè)備問題。第2頁/共100頁參考書籍1、氨基酸工藝學(xué)，中國輕工業(yè)出版社，20072、氨基酸生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用，中國輕工業(yè)出版社，19973、儲炬，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵調(diào)控學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，20034、張克旭，代謝控制發(fā)酵，中國輕工業(yè)出版社，20005、張星元，發(fā)酵原理，科學(xué)出版社，2005第3頁/共100頁代謝控制發(fā)酵簡介

氨基酸發(fā)酵為代謝控制發(fā)酵。所謂代謝控制發(fā)酵（MetabolicControlFermentation），就是利用遺傳學(xué)的方法或其它生物化學(xué)的方法，人為地在DNA分子水平上改變和控制微生物的代謝，使目的產(chǎn)品大量生成、積累的發(fā)酵。

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在正?；畹奈⑸锛毎麅?nèi)，每種物質(zhì)的代謝由于都有其嚴格的調(diào)控機制，其中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物都不會積累，若要選育某種代謝產(chǎn)生大量積累的菌株，必須破壞或解除原有的調(diào)控關(guān)系并建立新的調(diào)節(jié)機制，方能達到目的。第5頁/共100頁

所以說由發(fā)酵所生成的目的產(chǎn)物都是微生物中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物的積累，是對微生物正常代謝抑制的結(jié)果。換句話說，代謝控制發(fā)酵的關(guān)鍵取決于微生物代謝控制機制是否能夠被解除，能否打破微生物正常的代謝調(diào)節(jié)，人為地控制微生物的代謝。第6頁/共100頁

代謝控制發(fā)酵的出現(xiàn)與發(fā)展，與以下幾方面的發(fā)展是密不可分的：①由于生物化學(xué)的發(fā)展，確立了代謝圖隨著代謝途徑研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)了反饋調(diào)節(jié)機制，特別是酶的變構(gòu)動力學(xué)指出了多種酶活性調(diào)節(jié)的基本類型。由于微生物遺傳學(xué)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了分解代謝途徑操縱子和合成代謝途徑操縱子的調(diào)控機制，從而闡明了微生物代謝的調(diào)節(jié)機制。第7頁/共100頁

②由于分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展可以人為地在DNA分子水平上改變微生物的代謝，使微生物的菌學(xué)性質(zhì)和代謝流活動按人為的目的發(fā)生變化。一般通過誘變選育各種突變株如營養(yǎng)缺陷型、結(jié)構(gòu)類似物抗性、營養(yǎng)缺陷回復(fù)、滲漏和條件突變株等；通過轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化、雜交、原生質(zhì)體融合等細胞內(nèi)基因重組方法獲得目的重組子；通過重組DNA技術(shù)構(gòu)建基因工程菌株。第8頁/共100頁③合理控制環(huán)境條件采用過程控制方法，完善受控參數(shù)(如溫度、pH、溶氧DO、CO2)等，對發(fā)酵過程進行最優(yōu)化控制，并進行補料分批發(fā)酵（補加碳源葡萄糖和氮源氨氣），使目的產(chǎn)物大量積累。第9頁/共100頁圖1利用微生物進行發(fā)酵的變革

天然發(fā)酵天然發(fā)酵時代微生物的發(fā)現(xiàn)↓及分離培養(yǎng)純培養(yǎng)第一個轉(zhuǎn)折期青霉素的發(fā)現(xiàn)↓及大量供給通風(fēng)培養(yǎng)第二個轉(zhuǎn)折期生化、微生物↓遺傳學(xué)的進步代謝控制發(fā)酵第三個轉(zhuǎn)折期石油利用菌的發(fā)現(xiàn)↓

發(fā)酵原料轉(zhuǎn)變第四個轉(zhuǎn)折期分子生物學(xué)、生物工程、↓組織培養(yǎng)等的發(fā)展現(xiàn)代生物技術(shù)第五個轉(zhuǎn)折期

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天然發(fā)酵（釀造工業(yè)）當(dāng)時人們尚不清楚微生物與發(fā)酵的關(guān)系，只是單憑經(jīng)驗而繼承的產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)方式基本上是家庭作坊生產(chǎn)。其主要產(chǎn)品如中國的黃酒、白酒、醬油和腐乳等發(fā)酵生產(chǎn)；地中海附近的啤酒和葡萄酒等發(fā)酵生產(chǎn)。第11頁/共100頁

純培養(yǎng)（純種發(fā)酵）隨著顯微鏡的發(fā)明，微生物的發(fā)現(xiàn)以及微生物純分離培養(yǎng)成功，并設(shè)計了便于滅菌的密閉式發(fā)酵罐，進入了微生物發(fā)酵的第一轉(zhuǎn)折期——純培養(yǎng)技術(shù)階段。純培養(yǎng)主要應(yīng)用在酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、甘油發(fā)酵等。純培養(yǎng)均為厭氧發(fā)酵。第12頁/共100頁

通風(fēng)培養(yǎng)（發(fā)酵）盡管早在1928年英國弗來明就發(fā)現(xiàn)了青霉素，但直到第二次世界大戰(zhàn)中期(1943年)，青霉素才大量生產(chǎn)，其主要原因是青霉素發(fā)酵必須在通風(fēng)條件下進行。通風(fēng)攪拌技術(shù)的應(yīng)用是微生物發(fā)酵的第二轉(zhuǎn)折期。通風(fēng)發(fā)酵主要應(yīng)用在抗生素、維生素、有機酸和酶制劑發(fā)酵等。第二次大戰(zhàn)中青霉素與原子彈和雷達并駕齊驅(qū)的三大發(fā)明之一。第13頁/共100頁

代謝控制發(fā)酵

1956年日本木下祝郎博士分離到一株谷氨酸產(chǎn)生菌，并于1957年在協(xié)和發(fā)酵公司谷氨酸發(fā)酵獲得成功。隨后其它氨基酸和核苷酸發(fā)酵也取得成功，人們開始從DNA分子水平控制微生物代謝。因此代謝控制發(fā)酵技術(shù)被稱為微生物發(fā)酵第三個轉(zhuǎn)折期。代謝控制發(fā)酵主要為氨基酸發(fā)酵、核酸類物質(zhì)發(fā)酵等。第14頁/共100頁

發(fā)酵原料的轉(zhuǎn)變即非碳水化合物（非糖類）的發(fā)酵，如以烷烴、天然氣、石油、纖維素等原料進行的發(fā)酵。20世紀60年代采用烷烴、乙酸、天然氣等原料進行石油發(fā)酵，后因公眾對石油制品毒性的懷疑而被迫停產(chǎn)。發(fā)酵原料的轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锇l(fā)酵的第四轉(zhuǎn)折期。第15頁/共100頁

現(xiàn)代生物技術(shù)代謝控制發(fā)酵、生化工程、分子生物學(xué)，特別是基因工程和代謝工程的研究日益成熟并應(yīng)用于生產(chǎn)。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)，特別是基因工程的發(fā)展，為人類定向育種提供了新途徑，創(chuàng)造了優(yōu)秀的基因工程菌為人類服務(wù)。現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用被稱為微生物發(fā)酵的第五轉(zhuǎn)折期。第16頁/共100頁1氨基酸概論

氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，通常由5種元素即碳、氫、氧、氮和硫組成，硫主要存在蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸中。在自然界中，已發(fā)現(xiàn)組成各種蛋白質(zhì)的氨基酸有20多種，而且這20多種氨基酸均是羧酸分子中α-碳原子上一個氫被氨基取代而成的化合物，故稱α-氨基酸(脯氨酸和羥基脯氨酸為α-亞氨基酸)。第17頁/共100頁

氨基酸結(jié)構(gòu)通式：R-CHNH2-COOH，R為α-氨基酸的側(cè)鏈。上述氨基酸結(jié)構(gòu)通式具有兩個特點：①具有酸性的-COOH和堿性的—NH2，所以氨基酸為兩性電解質(zhì)；

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②如果側(cè)鏈R≠H，則具有不對稱碳原子，所以氨基酸是光學(xué)活性物質(zhì)，甘氨酸（分子式中R=H，無不對稱碳原子）除外，其余α-氨基酸的α-碳原子均為不對稱碳原子，故都有D-及L-型兩種異構(gòu)體。第19頁/共100頁

大約20種L-氨基酸構(gòu)成了數(shù)目龐大的各種肽類、蛋白質(zhì)、酶及生命體，其中8種氨基酸是人體所必需氨基酸，它們分別是L-賴氨酸、L-蛋氨酸、L-蘇氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸、L-異亮氨酸、L-亮氨酸和L-纈氨酸；L-精氨酸和L-組氨酸為半必需氨基酸。另外，D-氨基酸也在細菌細胞壁、肽類抗生素和一些植物中被發(fā)現(xiàn)。第20頁/共100頁1.1氨基酸發(fā)酵的歷史與發(fā)展動向氨基酸的制造是從1820年水解蛋白質(zhì)開始的。1850年在實驗室用化學(xué)法合成了氨基酸。1866年德國H.Ritthausen博士用硫酸水解小麥面筋分離到一種酸性氨基酸，根據(jù)原料來源，將此氨基酸命名為谷氨酸（麩酸，面筋由麩皮而來）。第21頁/共100頁1902年日本池田菊苗在研究海帶鮮味時，提取了谷氨酸，并在1908年開始進行商品味之素的生產(chǎn)。第二次世界大戰(zhàn)后不久，美國農(nóng)業(yè)部研究所L.B.Lockwood發(fā)現(xiàn)在葡萄糖培養(yǎng)基中通風(fēng)培養(yǎng)螢光桿菌能積累α-酮戊二酸，并發(fā)表了用酶法或化學(xué)法將酮酸轉(zhuǎn)化為L-谷氨酸的研究報告。第22頁/共100頁1954年日本多田、中山兩博士報告了直接發(fā)酵谷氨酸的研究。1956年日本協(xié)和發(fā)酵公司木下祝郎分離選育到一種新的細菌——谷氨酸棒桿菌，同化利用100g葡萄糖，可在發(fā)酵液中直接積累L-谷氨酸40g以上。第23頁/共100頁1957年日本協(xié)和發(fā)酵公司發(fā)酵法味精正式商品化生產(chǎn)。1957年后木下博士等為了改良谷氨酸棒桿菌的性能，引入遺傳生化學(xué)的知識與技術(shù)，選育了許多人工誘變突變株，發(fā)現(xiàn)有些突變株可積累L-賴氨酸、L-鳥氨酸、L-纈氨酸等氨基酸。第24頁/共100頁1958年志村、植村兩博士研究蘇氨酸、異亮氨酸發(fā)酵時，提出了添加前體的發(fā)酵法。1959年北原等報道了通過酶法轉(zhuǎn)化由反丁烯二酸生產(chǎn)L-天門冬氨酸，轉(zhuǎn)化率接近100%。第25頁/共100頁1960~1961年，協(xié)和公司先后發(fā)表L-高絲氨酸、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸發(fā)酵的研究結(jié)果。1962年后，日本進行了大量石油氨基酸發(fā)酵研究，發(fā)現(xiàn)了能夠以石油為原料生產(chǎn)谷氨酸、纈氨酸、賴氨酸、異亮氨酸等。其中谷氨酸、賴氨酸等均達到糖質(zhì)原料的水平，但因安全與成本等問題而未能工業(yè)化生產(chǎn)。第26頁/共100頁1965年日本報道了L-瓜氨酸、L-脯氨酸發(fā)酵的研究。1966年日本采用醋酸為原料發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸。1967年日本三樂公司發(fā)表了以乙醇為原料生產(chǎn)L-谷氨酸，發(fā)酵結(jié)果超過了葡萄糖。但由于人們對石油制品的懷疑，改用甘蔗或甜菜糖蜜為原料，通過添加青霉素或表面活性劑發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸。第27頁/共100頁1986年前蘇聯(lián)亞美尼亞微生物研究所Debabov最早采用基因工程技術(shù)首次成功地構(gòu)建了蘇氨酸產(chǎn)生菌，產(chǎn)酸率一下子提高到8%。基因工程技術(shù)的應(yīng)用開辟了氨基酸育種的新紀元，提高了氨基酸育種的效率和新菌種的產(chǎn)酸水平。第28頁/共100頁我國從1958年開始篩選谷氨酸產(chǎn)生菌，同時進行了大量谷氨酸發(fā)酵基礎(chǔ)性研究。1964年首先在上海天櫥味精廠投入工業(yè)化生產(chǎn)。隨后，各地先后采用了發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸。第29頁/共100頁我國自20世紀七十年代以來進行了其它氨基酸的研究，陸續(xù)發(fā)表了賴氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、天門冬氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、蘇氨酸、丙氨酸等發(fā)酵的研究報告。第30頁/共100頁江南大學(xué)七十年代末研究開發(fā)了賴氨酸產(chǎn)生菌，居當(dāng)時國內(nèi)先進水平。八十年代末以來又研究開發(fā)的L-蘇氨酸、L-異亮氨酸、L-纈氨酸等已成功地工業(yè)化生產(chǎn)，填補了國內(nèi)空白。目前，除組氨酸等氨基酸國內(nèi)不能用大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)外，其余氨基酸均能生產(chǎn)，初步建立了我國自己的氨基酸工業(yè)體系。第31頁/共100頁表1-1氨基酸生產(chǎn)方法和產(chǎn)量氨基酸方法類型氨基酸方法類型L-MSG發(fā)酵IL-Trp發(fā)酵IIIL-Lys發(fā)酵IL-Asn提取IIID,L-Met化學(xué)合成IL-Gln發(fā)酵IIIL-Thr發(fā)酵IIL-His發(fā)酵,提取IIIL-Phe發(fā)酵IIL-Ile發(fā)酵IIIL-Asp酶法IIL-Leu發(fā)酵,提取IIIGly化學(xué)合成IIL-Pro發(fā)酵IIIL-Ala酶法IIL-Ser發(fā)酵,提取IIIL-Arg發(fā)酵,提取IIIL-Tyr發(fā)酵,提取IIIL-Cys胱氨酸還原（提取)IIIL-Val發(fā)酵III類型I:500,000-3000,000t/a;類型II:10,000-100,000t/a;類型III:100-5,000t/a第32頁/共100頁目前味精主要生產(chǎn)國家：中國大陸、日本、中國臺灣、韓國等東方國家。主要生產(chǎn)商如下：河北梅花、山東阜豐、山東菱花、河南蓮花、中國臺灣味丹(東海發(fā)酵)；日本味之素等谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸最高15-18%，糖酸轉(zhuǎn)化率60-68%(溫度敏感性菌工藝)。1.2.1世界味精工業(yè)第33頁/共100頁1.2.2中國味精工業(yè)2007年中國大陸商品味精的產(chǎn)量達191萬噸。2008年184萬噸，2009年接近200萬噸。目前，河北梅花(40萬噸，正在擴建，今年底60萬噸能力)、山東阜豐(40萬噸)、河南蓮花和山東菱花等15萬噸/年以上。國內(nèi)味精最大發(fā)酵罐800M3。2008年谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸10.2-15.2%,糖酸轉(zhuǎn)化率58.4-65.7%（生物素亞適量工藝）。第34頁/共100頁表1-22003年-2007年中國味精產(chǎn)量及增長率年份20032004200520062007產(chǎn)量(萬噸)119114.9136170.6191.3增長率(%)－3.418.2625.4412.07第35頁/共100頁表1-32003年-2007年中國萬噸規(guī)模以上企業(yè)的味精產(chǎn)量年份項目內(nèi)容20032004200520062007商品產(chǎn)量(萬噸)83.991112.6156200.23萬噸產(chǎn)量企業(yè)數(shù)(個)1917141617其中：2-5萬噸企業(yè)數(shù)(個)764245-10萬噸企業(yè)數(shù)(個)3422510-15萬噸企業(yè)數(shù)(個)2137215-20萬噸企業(yè)數(shù)(個)121120-30萬噸企業(yè)數(shù)(個)1230萬噸以上企業(yè)數(shù)(個)22萬噸以上企業(yè)味精產(chǎn)量合計(萬噸)71.4980.74104.6148.95199.862萬噸以上企業(yè)味精產(chǎn)量占全行業(yè)產(chǎn)量比例(%)8588.792.8895.599.8當(dāng)年行業(yè)統(tǒng)計企業(yè)數(shù)(個)2624222118第36頁/共100頁2001年-2007年七省市味精產(chǎn)量分布占全國總產(chǎn)量比例省份年份全國產(chǎn)量江蘇浙江福建廣東山東河南河北2001產(chǎn)量(萬噸)91.2814.2l11.67.8911.2415.515.60占比例(%)15.5612.78.6412-3117.0217.0402002產(chǎn)量(萬噸)110.2821.312.78.9711.4719.7515.362.79占比例(%)19-3211.568.1310.417.913.932.532003產(chǎn)量(萬噸)118.9725.0613.111.3811.1020.314.32.83占比例(%)21.0611.0l9.569-3317.0712.042.42004產(chǎn)量(萬噸)114.8914.0910-48.9610.2627.3816.167.59占比例(%)12.269.057.88.9223.8314.066.62005產(chǎn)量(萬噸)13615.4610.137.1410.6232.822.110.88占比例(%)11.377.45.257.824.1616.278.02006產(chǎn)量(萬噸)170.617.0l11.47.7210.9746.4529.3015.06占比例(%)9.976,714.536.4327.2317.208.832007產(chǎn)量(萬噸)191.314.412.46.2910.847.2547.4516.7占比例(%)7.546.53.245.6624.724.808.73表1-42001年-2007年七省市味精產(chǎn)量分布占全國總產(chǎn)量比例第37頁/共100頁年份指標(biāo)199920032004200520062007增長率(%)2007年比1999年比2003年產(chǎn)酸率(%)8.9210.5110.4310.5611.2511.7531.711.8糖化收率(%)97.698.1398.0298.4698.6699.241.681.14轉(zhuǎn)化率(%)55.358.0458.6558.9459.8561.110.55.27提取收率(%)92.595.0195.394.6295.5695.53.24052精制收率(%)94.295.995.996.0696.4098.34.352.5純淀粉單耗(噸/噸)1.481.371.391.38l.321.28下降13.5下降6.6成本(元,噸)58206116586758106227下降7.0發(fā)酵罐容積(M3)660790增容130M3表1-51999年、2003年-2007年中國味精行業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)情況比較

第38頁/共100頁產(chǎn)品味精谷氨酸鈉味精+谷氨酸鈉進出口量(萬噸)年份進口出口進口出口進口出口19990.1031.340.980.00291.081.3420030.0450.6570.01874.320.0644.9820040.0420.9090.0493.370.0924.2820050.1051.860.0627.270.1679.1320060.07135.150.006216.670.07721.8220070.0240.740.01419.530.03820.272003年比1999年增減(%)-9427l2006年比1999年增減(%)-9315282007年比2003年增減(%)-403072007年比2006年增減(%)-50-7表1-61999年、2003年-2007年中國味精進出口情況第39頁/共100頁水平指標(biāo)高平均低統(tǒng)計企業(yè)數(shù)(個)高低差距(%)產(chǎn)酸率(%)15.3311.759.61237糖化收率(%)99.9999.2497.58122.4轉(zhuǎn)化率(%)66.061.157.31213.2提取收率(%)99.995.583.251216.6精制收率(%)98.796.4694.1154.7100%淀粉單耗(t/t)1.481.2771.181025耗電(kwh/t)1566876.81261311倍耗標(biāo)煤(t/t)1.120.8060.3682倍谷氨酸成本(元/t)72396327.45213839100%味精成本(元/t)6914.86226.949211340表1-72007年中國味精生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)情況第40頁/共100頁1.2.3中國味精(谷氨酸)工業(yè)概況

1.產(chǎn)量提高快我國味精產(chǎn)量提高很快，1980年只有3.07萬噸，1985年6.15萬噸，1990年22.3萬噸，1995年52.4萬噸，2000年84.5萬噸，2005年136萬噸，2007年191.3萬噸，是1980年3.07萬噸的62.3倍，占全世界產(chǎn)量的2/3多。第41頁/共100頁

2.技術(shù)水平提高快我國谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸水平曾長期徘徊在6%左右，近幾年來提高很快，2007年行業(yè)平均產(chǎn)酸已達到11.75%，最高產(chǎn)酸15.33%；糖酸轉(zhuǎn)化率平均61.1%，最高66%；采用等電-離交工藝，提取收率達95.5%，最高99.9%。第42頁/共100頁

精制收率行業(yè)平均96.46%，最高98.7%；100%淀粉單耗(t/t)行業(yè)平均1.277；耗電行業(yè)平均876.8(kwh/t)；耗標(biāo)煤(t/t)行業(yè)平均0.806；谷氨酸成本(元/t)行業(yè)平均6327；100%味精(元/t)行業(yè)平均6227。第43頁/共100頁技術(shù)進步的主要原因：⑴采用優(yōu)良菌種⑵更新了原料，采用液氨代替尿素①發(fā)酵過程pH控制穩(wěn)定，有利于提高產(chǎn)酸率和轉(zhuǎn)化率。②發(fā)酵液中含氨量較低，有利于提取。③提高發(fā)酵液裝量，提高單罐產(chǎn)量。④節(jié)約氨源成本。第44頁/共100頁

⑶改進工藝采用雙酶法代替酸法水解糖，提高了糖液質(zhì)量、糖濃和收得率。⑷采用微機在最優(yōu)條件控制發(fā)酵和提取工藝。⑸強化企業(yè)管理提高技術(shù)管理和組織管理水平，減少噬菌體污染和穩(wěn)定發(fā)酵水平。第45頁/共100頁

盡管近年來國內(nèi)味精生產(chǎn)技術(shù)進展較快，但與世界水平相比存在一定差距：⑴規(guī)模較小我國除少數(shù)幾家年產(chǎn)量達10-20萬噸以上外，多數(shù)廠家年產(chǎn)量10萬噸以下。國外如日本味之素、韓國希杰為跨國企業(yè)，年產(chǎn)量均20萬噸以上。⑵技術(shù)水平低與世界先進水平相比還有一定差距。第46頁/共100頁⑶生產(chǎn)過程自動程度和勞動生產(chǎn)率低；國外已基本實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，生產(chǎn)人員少，勞動生產(chǎn)率高。⑷國內(nèi)多數(shù)廠家生產(chǎn)品種單一；國外廠家除味精外已達幾十種甚至上百種，因此抗風(fēng)險能力強。⑸味精生產(chǎn)廢水和廢氣還沒有完全達到排放標(biāo)準。除個別廠家外多數(shù)廠家廢水沒有真正達到廢水排放標(biāo)準。國外因采用濃縮等電點提取工藝，完全達到環(huán)保要求。第47頁/共100頁目前，世界上生產(chǎn)賴氨酸的企業(yè)主要有中國吉林大成（40萬噸產(chǎn)能）、日本味之素（30萬噸）、美國ADM（18萬噸)、韓國希杰(20萬噸)、德國德固薩(10萬噸)等。2006年全世界賴氨酸產(chǎn)量100萬噸，2009年約110-120萬噸。產(chǎn)酸水平：采用常規(guī)菌種130-150g/L，發(fā)酵時間60h；基因工程菌150-180g/L，發(fā)酵時間40h。1.2.4世界賴氨酸產(chǎn)量、產(chǎn)能第48頁/共100頁1.2.5中國賴氨酸工業(yè)中國的賴氨酸發(fā)展很快，2002年產(chǎn)能還不到7.5萬噸，2003年末就達到18萬噸，2004年末為46萬噸，2007年產(chǎn)能達到75萬噸，5年時間產(chǎn)能就增加了8倍。2009年實際年產(chǎn)量達到60萬噸(已將65%折合成98.5%)，年生產(chǎn)能力超過80萬噸。第49頁/共100頁

中國L-賴氨酸主要生產(chǎn)企業(yè)：吉林大成、山東希杰、山東金玉米、安徽豐原生化、山東正大菱花、寧夏伊品、東方希望集團、四川川化味之素等公司。飼料級賴氨酸除了生產(chǎn)含量98.5%的結(jié)晶賴氨酸鹽酸鹽外，也生產(chǎn)含量65%的賴氨酸硫酸鹽(直接濃縮噴霧造粒)。第50頁/共100頁第51頁/共100頁2009年世界蛋氨酸年產(chǎn)量估計超過100萬噸。主要生產(chǎn)國家：德國、法國、美國、日本。主要生產(chǎn)企業(yè)：德國迪高沙公司、美國諾偉斯公司、法國安迪蘇公司、日本住友和日本曹達。1.2.6蛋氨酸(D,L-Met)第52頁/共100頁2006年1月中國藍星(集團)完成對法國安迪蘇集團的并購，填補了我國蛋氨酸產(chǎn)業(yè)和技術(shù)空白。安迪蘇集團擁有最先進的蛋氨酸技術(shù)和生產(chǎn)裝置，是世界上惟一同時生產(chǎn)液體和固體蛋氨酸的公司，其蛋氨酸產(chǎn)品市場份額居世界第二位。第53頁/共100頁

為滿足蛋氨酸市場需求的不斷增長，中國藍星集團與其控股子公司法國安迪蘇公司于2009年8月19日簽訂合約，在南京浦口合作建設(shè)一套全新的蛋氨酸裝置。新廠預(yù)計于2012年下半年投產(chǎn)運營，最初年生產(chǎn)能力7萬噸，設(shè)計總生產(chǎn)能力將達14萬噸，以適應(yīng)市場擴大的需要。第54頁/共100頁

第55頁/共100頁1.2.7L-蘇氨酸(L-Thr)

目前世界蘇氨酸生產(chǎn)廠家主要集中日本、美國、德國和中國等。世界蘇氨酸總產(chǎn)量約為20-25萬噸，主要由日本味之素公司、德國迪高沙公司、美國ADM公司、日本協(xié)和公司和韓國西杰公司。采用基因工程菌生產(chǎn)，產(chǎn)酸率10-12%。國內(nèi)由通遼梅花、吉林大成、廣東星湖等生產(chǎn)，年產(chǎn)量分別約為2.5萬噸、1萬噸、0.8萬噸。通遼梅花明年就可達到年產(chǎn)蘇氨酸5-6萬噸。第56頁/共100頁1.2.8L-色氨酸(L-Trp)日本1989年用重組菌株生產(chǎn)L-色氨酸。目前產(chǎn)酸4-5%，轉(zhuǎn)化率15-20%，提取率70%，發(fā)酵周期50h。世界色氨酸總產(chǎn)量約5000噸，主要由日本味之素公司、協(xié)和公司和德國Degussa生產(chǎn)。色氨酸為芳香族必需氨基酸，目前最為緊缺的飼料氨基酸。中國還沒有大規(guī)模生產(chǎn)L-色氨酸，實驗室產(chǎn)酸約3.5%。第57頁/共100頁1.2.9L-脯氨酸(L-Pro)國外主要生產(chǎn)廠家有日本味之素、日本協(xié)和發(fā)酵公司等。中國采用發(fā)酵法生產(chǎn)L-脯氨酸的主要廠家有通遼梅花、廣東星湖科技股份有限公司；年產(chǎn)量分別為600-700t和300-400t，產(chǎn)酸約6%。第58頁/共100頁1.2.10L-苯丙氨酸(L-Phe)發(fā)酵法生產(chǎn)，國外產(chǎn)酸5-6%；中國目前產(chǎn)酸4-5%，產(chǎn)量約2000-3000噸。全世界年產(chǎn)量2萬噸以上，主要用于生產(chǎn)阿斯巴甜二肽甜味劑。第59頁/共100頁1.2.12L-異亮氨酸(L-Ile)采用發(fā)酵法生產(chǎn)，國外產(chǎn)酸3.0%，主要生產(chǎn)企業(yè)：日本味之素、協(xié)和發(fā)酵公司等；中國L-異亮氨酸產(chǎn)酸約2.5%，主要生產(chǎn)企業(yè)：江蘇無錫晶海、湖北宜昌三峽、通遼梅花、山東阜豐等。年產(chǎn)量約1200噸必需氨基酸之一，也是三支鏈氨基酸之一，主要用于配制氨基酸輸液第60頁/共100頁1.2.13L-纈氨酸(L-Val)采用發(fā)酵法生產(chǎn)，國外產(chǎn)酸4.5-5.0%，主要生產(chǎn)企業(yè)：日本味之素、日本協(xié)和發(fā)酵公司；中國產(chǎn)酸4.0-4.5%，主要生產(chǎn)企業(yè)：江蘇無錫晶海、湖北宜昌三峽、通遼梅花、山東阜豐等。世界年產(chǎn)量約3500-5000噸。必需氨基酸之一，也是三支鏈氨基酸之一，主要用于配制氨基酸輸液。生產(chǎn)治療高血壓的新型藥物纈沙坦的原料。第61頁/共100頁1.2.14L-精氨酸(L-Arg)國外主要采用發(fā)酵法生產(chǎn)，中國國內(nèi)有毛發(fā)水解提取。國外發(fā)酵產(chǎn)酸7-8%，中國國內(nèi)發(fā)酵試產(chǎn)約4.5-5%。精氨酸是機體內(nèi)運輸和貯存氮的重要載體。半必需氨基酸。第62頁/共100頁1.2.15L-組氨酸(L-His)國外主要采用發(fā)酵法生產(chǎn)，中國國內(nèi)有少量毛發(fā)水解提取的產(chǎn)品。國外發(fā)酵產(chǎn)酸3-4%。組氨酸是其生物合成途徑通過HMP途徑來合成的，與核苷酸代謝有著非常緊密的聯(lián)系，常規(guī)育種很難得到高產(chǎn)菌種。組氨酸是一種重要的堿性氨基酸，屬于半必需氨基酸。第63頁/共100頁1.3氨基酸的應(yīng)用與市場

氨基酸的應(yīng)用是基于它們的營養(yǎng)價值、風(fēng)味、生理學(xué)活性和化學(xué)特性。主要使用領(lǐng)域是食品(人類營養(yǎng))、飼料(動物營養(yǎng))、化妝品、醫(yī)藥和化學(xué)工業(yè)的中間體等。據(jù)估計，全世界氨基酸市場為150-180億美元，其中大約35%用于食品、50%用于飼料和15%用于醫(yī)藥和化妝品。第64頁/共100頁1.3.1在食品方面的應(yīng)用

氨基酸大多無味，但它們對食品的風(fēng)味作出了貢獻。它們增強了食品的風(fēng)味，是自然芳香的前體。因此，L-氨基酸和蛋白質(zhì)水解物在食品工業(yè)上作為有效風(fēng)味的添加劑。第65頁/共100頁

谷氨酸單鈉鹽(MSG，味精)具有肉的鮮味，廣泛應(yīng)用于食品的調(diào)味。2007年，全世界味精年產(chǎn)量接近300萬噸(其中中國大陸為約191.3萬噸)，是氨基酸中最大生產(chǎn)品種。第66頁/共100頁

二肽和低聚肽大多具有苦味，但二肽L-天門冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯(Aspartame，阿斯巴甜)是個例外，它比蔗糖甜150~200倍，現(xiàn)在已廣泛作為人造甜味劑，應(yīng)用于低卡路里的飲料。目前，阿斯巴甜的全世界年產(chǎn)量已超過3萬噸。第67頁/共100頁

阿力甜(Alitame)的化學(xué)名稱為L-α-天冬氨酰-N-(2,2,4,4-四甲基-3-硫化三亞甲基)-D-丙氨酰胺，又稱天胺甜精。1979年由美國輝瑞公司研制成功，甜度為蔗糖的2000倍。口感與蔗糖接近，甜味迅速、持久、安全，可廣泛用于食品工業(yè)。我國于1994年批準使用，常用于飲料、果凍、冷飲、餐桌甜味劑等。第68頁/共100頁1.3.2在飼料工業(yè)中的應(yīng)用

氨基酸作為單胃動物的營養(yǎng)極大地擴大了氨基酸市場。組成蛋白質(zhì)的氨基酸幾乎一半對于動物（如生豬和家禽）來說是必需的。象大豆、小麥和玉米蛋白等大多數(shù)天然飼料都缺乏蛋氨酸、賴氨酸和蘇氨酸，而家畜對這些限制性氨基酸需求是相當(dāng)大的。第69頁/共100頁2007年，L-賴氨酸(鹽酸鹽或硫酸鹽)和D,L-蛋氨酸全世界的產(chǎn)量分別為90-100萬噸和100萬噸。近年來，由于提高L-蘇氨酸的發(fā)酵水平，L-蘇氨酸已成功地進入飼料市場，據(jù)估計全世界生產(chǎn)量已達20-25萬噸。L-色氨酸也是一種限制性氨基酸，尤其在以玉米為基礎(chǔ)的飼料中。然而，由于生產(chǎn)成本較高，目前還不能廣泛作為飼料添加劑使用。第70頁/共100頁1.3.3在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

L-氨基酸輸液是眾所周知的手術(shù)前和手術(shù)后營養(yǎng)治療劑。標(biāo)準氨基酸輸液含有八種必需氨基酸，兩種半必需氨基酸（L-精氨酸和L-組氨酸），以及幾種非必需氨基酸，通常由甘氨酸、L-丙氨酸、L-脯氨酸、L-絲氨酸和L-谷氨酸等組成。

第71頁/共100頁

氨基酸輸液的原料要求具有非常高的質(zhì)量(無熱原)，目前全世界在氨基酸輸液年消耗量為9000~10000噸。三種支鏈氨基酸(Ile、Leu和Val)組成的輸液是治療肝昏迷、腦昏迷的有效治療劑，并可取代糖代謝而提供能量；L-精氨酸和L-天門冬氨酸或L-谷氨酸鹽是高氨和肝紊亂的有效治療劑。L-天門冬氨酸鉀鎂常用于消除疲勞和治療心力衰竭和肝臟疾病。第72頁/共100頁1.3.4在工業(yè)上的應(yīng)用

谷氨酸制成的聚谷氨酸樹脂具有天然皮革性能，因此可用以制造耐季節(jié)氣候變化的人造皮革和涂料。谷氨酸還可以制造人造纖維。酰基-L-谷氨酸鈉可以制造肥皂。甘氨酸、半胱氨酸、丙氨酸等又可用以制造表面活性劑、緩沖劑和抗氧化劑。

第73頁/共100頁1.3.5在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

氨基酸農(nóng)藥易被微生物所分解，并不殘留于食物上，所以成為無公害農(nóng)藥。殺蟲劑利用單一氨基酸及其金屬鹽類或聚合物、衍生物作為殺蟲劑。殺菌劑如N-月酰纈氨酸可作為治稻瘟病藥劑。第74頁/共100頁除草劑如硫代氨基酸酯是一種廣譜除草劑。植物生長促進劑氨基酸類化合物對植物生長有一定促進作用。如蛋氨酸鈣鹽是黃瓜、蕃茄、蘋果等的生長促進劑。脫葉劑如L-賴氨酸本身有加速樹葉脫落的作用，而且其前體（吡啶2.6-二羧酸）也是有效的脫葉劑。第75頁/共100頁1.3.6在化妝品中的應(yīng)用

氨基酸和美容之間的關(guān)系非常密切。氨基酸能調(diào)節(jié)皮膚pH的變動，具有針對細菌的保護作用。將其用于發(fā)膏、發(fā)油或頭發(fā)營養(yǎng)劑時，可作為毛發(fā)的營養(yǎng)成分，增加頭發(fā)的光澤，并使頭發(fā)具有柔軟性。

第76頁/共100頁

氨基酸與化妝品間的關(guān)系，最引人注目的是自然保濕因子（NMF）。NMF主要成分是甘氨酸、羥基丁酸、丙氨酸、天門冬氨酸和絲氨酸等游離氨基酸。第77頁/共100頁1.4氨基酸的生產(chǎn)方法

氨基酸的生產(chǎn)方法有直接發(fā)酵法、前體添加發(fā)酵法、酶法、提取法和化學(xué)合成法，尤以直接發(fā)酵法最為重要。通常將直接發(fā)酵法和添加前體發(fā)酵法統(tǒng)稱為發(fā)酵法；將發(fā)酵法和酶法統(tǒng)稱為微生物法。第78頁/共100頁

現(xiàn)在，除少數(shù)幾種氨基酸，如酪氨酸、半胱氨酸、胱氨酸等用蛋白質(zhì)水解提取法生產(chǎn)外，多數(shù)氨基酸都采用發(fā)酵法生產(chǎn)，但也有幾種氨基酸采用化學(xué)合成法(如蛋氨酸和甘氨酸)和酶法生產(chǎn)(如天門冬氨酸和丙氨酸)。第79頁/共100頁1.4.1直接發(fā)酵法

氨基酸的生產(chǎn)主要是通過發(fā)酵法來進行的，高產(chǎn)菌種的選育是氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)的前提。最初，人們將野生型菌株直接用于氨基酸發(fā)酵，但除個別氨基酸如谷氨酸外，由于活細胞內(nèi)反饋調(diào)節(jié)對氨基酸生物合成的嚴格控制，不可能積累過量氨基酸。第80頁/共100頁

為了避免這種不利的反饋調(diào)節(jié)，就必須選育獲得解除反饋調(diào)節(jié)，能高產(chǎn)氨基酸的各種突變株。這主要通過定向透變篩選各種營養(yǎng)缺陷型突變株和改變遺傳性狀的氨基酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株來進行的。第81頁/共100頁

近年來，氨基酸產(chǎn)生菌的育種工作開始運用細胞內(nèi)基因重組技術(shù)（即細胞工程）和DNA重組技術(shù)（即基因工程），從而提高了氨基酸育種的效率和新菌種的產(chǎn)酸水平。第82頁/共100頁

直接發(fā)酵法是借助于微生物具有合成自身所需氨基酸的能力，通過對微生物的誘變等處理，選育出各種營養(yǎng)缺陷型及氨基酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株，以解除代謝調(diào)節(jié)中的反饋抑制與阻遏，達到過量合成某種氨基酸的目的。第83頁/共100頁

目前，應(yīng)用直接發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸產(chǎn)量最大的是谷氨酸（味精），其次是賴氨酸，用發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸還有蘇氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、亮氨酸和組氨酸等。第84頁/共100頁1.4.2添加前體發(fā)酵法

添加前體發(fā)酵法，又稱微生物轉(zhuǎn)化法。這種方法使用葡萄糖作為發(fā)酵碳源和能源，再添加特異的前體物質(zhì)（即在氨基酸生物合成途徑中的一些合適的中間代謝產(chǎn)物），以避免氨基酸合成的反饋調(diào)節(jié)作用，經(jīng)微生物作用將其有效地轉(zhuǎn)變?yōu)槟康陌被帷?/p>

第85頁/共100頁

對添加前體發(fā)酵法的研究比直接發(fā)酵法早得多。目前，這一方法主要用于一些很難避開其反饋調(diào)節(jié)，而難以用直接發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸。現(xiàn)已成功地用鄰氨基苯甲酸作為前體物質(zhì)，工業(yè)化生產(chǎn)L-色氨酸；用甘氨酸作前體生產(chǎn)L-絲氨酸。第86頁/共1