第三章 氨基酸药物生产工艺

1、第三章第三章 氨基酸药物生产工艺氨基酸药物生产工艺生化药物生化药物的定义、分类、特点的定义、分类、特点定义定义：具体运用生物化学研究方法，从生具体运用生物化学研究方法，从生物体中经提取、分离、纯化等手段获得的物体中经提取、分离、纯化等手段获得的天然存在的生化活性物质或将上述这些物天然存在的生化活性物质或将上述这些物质加以结构改造或人工合成创造出的自然质加以结构改造或人工合成创造出的自然界没有的新的活性物质，通称生化药物界没有的新的活性物质，通称生化药物(Biochemical medicine)。酶类药物酶类药物辅酶类药物辅酶类药物核苷酸与核酸类药物核苷酸与核酸类药物多肽类药物多肽类药物氨基酸

2、类药物氨基酸类药物蛋白质类药物蛋白质类药物多糖类药物多糖类药物脂类药物脂类药物分分 类类主要从以下脏器中制取主要从以下脏器中制取生化药物生化药物Contents氨基酸的概述氨基酸的概述1氨基酸的生产方法氨基酸的生产方法2重要氨基酸药物的生产工艺重要氨基酸药物的生产工艺3氨基酸输液氨基酸输液41蛋白质氨基酸：蛋白质氨基酸：编码氨基酸编码氨基酸非蛋白氨基酸：非蛋白氨基酸：D型氨基酸、型氨基酸、-氨基酸、氨基酸、-氨基酸等氨基酸等2衍生氨基酸：衍生氨基酸：谷氨酰胺、硫酸甘谷氨酰胺、硫酸甘氨酸、磷葡精氨酸等氨酸、磷葡精氨酸等 一、氨基酸类的分类一、氨基酸类的分类第一节第一节 概概 述述氨基酸在工业上的

3、应用氨基酸在工业上的应用其甜度为蔗糖其甜度为蔗糖200倍倍,属于低热能甜味剂属于低热能甜味剂第二节第二节 氨基酸的生产方法氨基酸的生产方法v蛋白水解法：蛋白水解法：胱氨酸、半胱氨酸胱氨酸、半胱氨酸v化学合成法：化学合成法：甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸等酸、丝氨酸等v发酵法：发酵法：苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、赖氨酸、亮组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、赖氨酸、亮氨酸等氨酸等v酶法：酶法：丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等第二节第二节 氨基酸的生产方法氨基酸的生产方法

4、一、蛋白水解法：一、蛋白水解法：1 1、酸水解：、酸水解：盐酸、硫酸，盐酸、硫酸， 110-12012-24h，缺点缺点-氨基酸结构被破坏，污染环境氨基酸结构被破坏，污染环境2 2、碱水解：、碱水解：氢氧化钠、氢氧化钡，氢氧化钠、氢氧化钡，1006h，缺点缺点-氨基酸结构被破坏，消旋作用氨基酸结构被破坏，消旋作用3 3、酶水解：、酶水解：缺点缺点-水解不彻底，可用于生产肽、水解不彻底，可用于生产肽、胨等胨等二、合成法：二、合成法：DL-DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。苯丙氨酸。三、酶法：三、酶法：利用微生物细胞或微生物产生利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造氨基

5、酸。的酶来制造氨基酸。 传统的传统的提取法、酶法和化学合成提取法、酶法和化学合成法法由于前体物的成本高由于前体物的成本高, ,工艺复杂工艺复杂, ,难以达难以达到工业化生产的目的。到工业化生产的目的。 四、发酵法四、发酵法直接发酵法：直接发酵法：野生菌株发酵野生菌株发酵 营养缺陷型突变株发酵营养缺陷型突变株发酵 氨基酸结构类似物抗性突变株发酵氨基酸结构类似物抗性突变株发酵 营养缺陷型兼抗性突变株发酵营养缺陷型兼抗性突变株发酵v氨基酸发酵的特点：氨基酸发酵的特点：代谢控制发酵（又称新型发酵）：代谢控制发酵（又称新型发酵）：氨基酸发酵是氨基酸发酵是典型的典型的代谢控制发酵代谢控制发酵，由发酵所生成

6、的产物，由发酵所生成的产物-氨氨基酸基酸,都是微生物的中间代谢产物，它的积累是都是微生物的中间代谢产物，它的积累是建立于对微生物正常代谢的抑制。在脱氧核糖核建立于对微生物正常代谢的抑制。在脱氧核糖核酸酸(DNA)的分子水平上改变、控制微生物的代谢，的分子水平上改变、控制微生物的代谢，使有用产物大量生成、积累。使有用产物大量生成、积累。氨基酸发酵为好气性发酵氨基酸发酵为好气性发酵菌种：菌种：细菌细菌几种方法的比较几种方法的比较合成法合成法发酵法发酵法酶法酶法原料原料石油石油碳源、氮源碳源、氮源底物底物产物浓度产物浓度高高低低高高产物类型产物类型DLLL副产物副产物少少多多少少第三节第三节 重要氨

7、基酸药物的生产工艺重要氨基酸药物的生产工艺v结构：结构：2，6-二氨基己酸二氨基己酸一、概述一、赖氨酸生产实例一、赖氨酸生产实例一、概述（一）概述（一）概述v存在形式：存在形式：盐酸盐盐酸盐v物理性质：物理性质：相对分子质量：相对分子质量：182.65 熔点：熔点：263 单斜晶系单斜晶系 比旋光度：比旋光度：+21 水中溶解度：水中溶解度：53.6g/ml（0）v口服半致死量（口服半致死量（LD50）：）：4.0g/kg（一）概述（一）概述vL-赖氨酸是人体必需氨基酸之一赖氨酸是人体必需氨基酸之一,是世界上是世界上仅次于味精的第仅次于味精的第2大氨基酸品种。大氨基酸品种。（二）赖氨酸发酵生产

8、（二）赖氨酸发酵生产 斜面菌种斜面菌种 种子培养种子培养 发酵发酵 上柱上柱 精制盐精制盐 重结晶重结晶洗脱洗脱浓缩浓缩粗盐粗盐1、菌种：、菌种：北京棒杆菌、钝齿棒杆菌；北京棒杆菌、钝齿棒杆菌； 生产菌选育的思路：生产菌选育的思路：切断或减弱支路代谢切断或减弱支路代谢选育营养缺陷型或渗漏菌株可达到赖氨酸积累的目的。选育营养缺陷型或渗漏菌株可达到赖氨酸积累的目的。葡萄糖丙酮酸四碳二羧酸天冬氨酸天冬氨酸半醛二氢吡啶-2，6-二羧酸赖氨酸 高丝氨酸-琥珀酰-高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸蛋氨酸切断支路切断支路强化代谢强化代谢2、种子扩大培养：、种子扩大培养： 斜面斜面 一级种子一级种子 二级种子二级种子几级

9、发酵？几级发酵？3、发酵工艺及控制要点：、发酵工艺及控制要点： 流程：流程： 压缩空气压缩空气 斜面斜面 淀粉水解糖淀粉水解糖 油水分离器油水分离器 摇瓶种子摇瓶种子 配料配料 过滤器过滤器 种子罐种子罐 灭菌灭菌 发酵罐发酵罐 提取分离提取分离 赖氨酸赖氨酸培养基：培养基： 葡萄糖葡萄糖糖蜜糖蜜玉米浆玉米浆豆饼豆饼硫酸铵硫酸铵碳酸钙碳酸钙磷酸氢二钾磷酸氢二钾硫酸镁硫酸镁味液味液生物素生物素硫胺素硫胺素铁铁锰锰pH 工艺条件：工艺条件： 温度温度 pH 种龄、接种量种龄、接种量 氧氧 生物素生物素 硫酸铵硫酸铵 其他其他（4） 赖氨酸的提取和精制赖氨酸的提取和精制v发酵液成分：发酵液成分： 1

10、、氨基酸、氨基酸 2、菌体、菌体 3、培养基、培养基 4、色素、色素v发酵液预处理：发酵液预处理：离心、沉淀离心、沉淀1.调节调节pH析晶法析晶法2.离子交换层析法法离子交换层析法法赖氨酸提取赖氨酸提取:离子交换法离子交换法1、柱子：、柱子：强酸性阳离子交换树脂，强酸性阳离子交换树脂，pH2.0 弱酸性阳离子交换树脂，弱酸性阳离子交换树脂，pH7.0-9.02、阳离子：、阳离子：H+：吸附力强：吸附力强 NH4+:选择性好，简化操作选择性好，简化操作3、上柱：、上柱：4、洗脱：、洗脱：氨水：氨水： 氨水氨水+氯化铵：氯化铵： 氢氧化钠：氢氧化钠：v主要包括：主要包括：天冬氨酸天冬氨酸赖氨酸赖氨

11、酸高丝氨酸高丝氨酸苏氨酸苏氨酸蛋氨酸蛋氨酸异亮氨酸异亮氨酸（二）（二） 天冬氨酸族氨基酸发酵天冬氨酸族氨基酸发酵聚天冬氨酸红外图 天冬氨酸族氨基酸生物合成途径天冬氨酸族氨基酸生物合成途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸四碳二羧酸四碳二羧酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛二氢吡啶二氢吡啶-2，6-二羧酸二羧酸赖氨酸赖氨酸 高丝氨酸高丝氨酸-琥珀酰琥珀酰-高丝氨酸高丝氨酸苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸1. 菌种选育策略（略）菌种选育策略（略）2. 影响天冬氨酸族氨基酸发酵因素影响天冬氨酸族氨基酸发酵因素v发酵培养基中生物素的添加发酵培养基中生物素的添加丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸天冬氨酸天冬氨酸柠檬酸酸柠檬酸酸谷氨酸谷氨酸生物素过量！生物素过量！v发酵培养基中营养缺陷型营养物的添加发酵培养基中营养缺陷型营养物的添加典型的代谢控制发酵，菌株带有多重遗传典型的代谢控制发酵，菌株带有多重遗传标记，营养缺陷型营养物添加浓度直接影标记，营养缺陷型营养物添加浓