氨基酸的生产

氨基酸的生产,主讲人：夏克鑫成 员：刘自强（PPT制作） 韩佳润（PPT修改） 崔伟斌（文献查阅）,主要内容,2,2017/11/3,背 景 介 绍,1,研究背景,1,生产方法,2,参 考 文 献,4,应 用 实 例,3,3,2017/11/3,背景介绍,氨基酸，作为生命体蛋白质的基本组成单位，在人和动物的营养健康方面发挥着重要的作用。氨基酸分子结构中含有氨基（-NH2）和羧基（-COOH），并且氨基和羧基都是直接连接在一个 -CH- 结构上的有机化合物,通式是H2NCHRCOOH。蛋白质经水解后，即生成20多种氨基酸，根据其结合基团不同，可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸、含硫氨基酸等。根据对人体需要程度，可分为必需氨基酸和非必需氨基酸。目前已广泛应用于医药、食品、保健、饲料、化妆品、农药、肥料、制革、科学研究等领域。,4,2017/11/3,背景介绍,氨基酸的生产历史以谷氨酸钠 (MSG )为代表, 首次大量工业化生产是1909年，那时将小麦面筋用盐酸水解，谷氨酸以盐酸盐的形式被分离出来。从蛋白质水解物中分离谷氨酸的生产持续了近50年，在1955年, L一谷氨酸由简单的物质如葡萄糖和氨的衍生物生产在日本得到发展，从那时起，这种微生物发酵法被用来生产各种氨基骏。在此期间，合成和光学拆分方法也在进行研究，并于1960年用合成法正式生产谷氨酸。其它诸如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,目前国内谷氨酸生产的菌种已趋向多样化，产酸率在10%-16%之间，转化率为60%左右，提取率在85%以上，该技术已达到国际领先水平。且经过30多年的迅速发展，我国在谷氨酸及其盐生产方面取得了巨大的突破。2011年我国谷氨酸及其盐产量达220万吨 左右，2012年我国谷氨酸及其盐产量约240万吨，2013年我国谷氨酸及其盐产量约260万吨左右。全球味精总需求量约为300万吨。,背景介绍,氨基酸的生产方法,6,2017/11/3,1、蛋白质水解法：氨基酸最早是用天然蛋自质如酪蛋白、家畜血纤维蛋白、毛发、大豆蛋白、谷蛋白等经酸或酶水解、分离、精制而得。 例如，由面粉蛋白 ( 面筋 ) 提取谷氨酸、由毛发生产胱氨酸、精氨酸；由酪蛋白生产赖氨酸，由血粉生产组氨酸等。工艺流程：先用酸将毛发水解为氨基酸，再通过三次中和精制得到胱氨酸，工艺流程如下:,7,2017/11/3,氨基酸的生产方法,2、化学合成法：各种氨基酸都可用合成法制取，工业上大量合成 的品种已有甘氨酸、蛋氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、丝氨酸及谷氨酸等。随着廉价化工原料的大量供应及有机合成技术的不断革新，合成法生产氨基酸已占有极其重要的地位。 但是，除甘氨酸外，其他氨基酸分子中均含有一个( 少数含两个)不对称碳原子，故由合成法制得的产品都是消旋体（DL型）, 还要用适当的方法进行拆分,以获得L一氨基酸。,氨基酸的生产方法,8,2017/11/3,3、微生物发酵法 *：随着发酵工业的不断发展，用发酵法生产氨基酸已取得很大成就。1957年日本两个研究所首先从糖质直接发酵生产L一谷氨酸成功以后，带动了其它氨基酸发酵法的研究。目前大多数氨基酸均可用发酵法生产。 发酵的优点是所产生的氨基酸都是L型的，这不但简化了水解法中多种氨基酸的繁琐的分离操作，且省掉了合成法中消旋体的拆分工艺。,9,2017/11/3,应 用,医药上的应用：大致可分四个方面( 1 )以八种必需氨基酸为主的复方氨基酸制剂的研究与应用。 ( 2 )多种单一氨基酸的生理活性的研究和应用，如用治肝昏迷 的谷氨酸钠注射液、盐酸精氨酸注射液。( 3 )具有生理活性的氨基酸衍生物的研究和应用，如由酪氨酸合成的左旋多巴(L一Dopa)用于治疗震颤麻痹。( 4 )由氨基酸生产多眯药物的研究和应用，如合成催产素、胰岛素或其他类似化合物。,10,2017/11/3,应 用,饲料行业 氨基酸饲料主要是能够提高动物生长发育、增强肉质品质等。当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进动物生长发育、提高幼仔的存活率、改善肉质、提高畜禽生产能力、增加产量、增加产雌率、提高饲料利用率、节省蛋白质饲料等，赖氨酸具有增强畜禽食欲、提高抗病能力、促进外伤治愈的作用。,11,2017/11/3,应 用,化妆品行业 氨基酸产品易被皮肤吸收，可使老化和干燥的表皮细胞重新恢复弹性，从而延缓表皮细胞的衰老。另外，用氨基酸制成的保湿剂，具有良好的持续保湿能力、较低的黏感和良好的清爽感，可降低或减缓由皮肤干燥引起的炎症。因此，氨基酸在化妆品行业被广泛应用，用作护肤品等。,氨基酸产品还有良好的抗菌活性和低刺激性，可用作表面活性剂、染发剂和护发剂等，成为时尚商品的一部分。,12,2017/11/3,应 用,食品行业 谷氨酸是人类应用的第一种氨基酸，也是世界上应用范围最广、产销量最大的一种氨基酸，谷氨酸钠作为食品调味剂广泛使用。中国是世界上最大的谷氨酸钠生产国和消费国。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调味剂。 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种甜味肽。阿斯巴甜具有甜味纯正， 热值低，分解的代谢产物易被人体吸收利用等优点， 在汽水、咖啡和乳制品的生产上被广泛使用。,13,2017/11/3,其他行业,氨基酸除了用于以上行业外，还可用于纺织工业，如精氨酸可作为服装的整理剂，用作服装的涂层，既能增加服装的舒适感又能提高皮肤活力起到保健作用。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级人造纤维的生产，增加其原有的保温性和透气性。除此之外，氨基酸在采矿业、电镀业等方 面也有一些应用，如谷氨酸用于电镀的电解液，半胱氨酸用于铜矿的探测等。,14,2017/11/3,目前国内氨基酸的生产层次不齐，谷氨酸、赖氨酸生产已占据很大的市场份额，完全实现了国产化、规模化经营。但还有一些氨基酸无法实现工业化大化生产，尤其是小品种氨基酸如精氨酸、组氨酸、丝氨酸等，至今仍为国外大型企业所垄断。因此亟需打破国外技术和市场的垄断，大力发展各品种氨基酸的国内 市场，提高市场竞争力。,展 望,15,2017/11/3,参考文献,1 舒国伟， 陈合，张璐等. 氨基酸及其衍生物生产现状J. 中国调味品，2009， 1(34)： 39-412 王宏龄，富春江. 近年来国内外主要发酵类氨基酸产品发展状况J. 发酵科技通讯，2008，37(3)：23-26.3 蔡诗贵，熊家林. 我国氨基酸生产现状和发展建议 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