L_苏氨酸的生产工艺

图1L-苏氨酸结构式
苏氨酸（Threonine ）是由W.C.Rose 1935年从纤维蛋白水解产物中分离和鉴定出来的一种氨基酸，因其结构类似苏糖，故将其命名为苏氨酸，现已证
明它是最后被发现的必需氨基酸。

在动物体所需的8种必需氨基酸中,苏氨酸是仅次于蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸的第4种氨基酸。

现已被广泛应用于食品工业、饲料工业及医疗等方面。

苏氨酸是主要的限制性氨基酸,缺乏苏氨酸会抑制免疫球蛋白及T 、B 淋巴细胞的产生，从而影响免疫功能，另外，动物还可表现出对肿瘤和疟原虫敏感。

近几年,全球苏氨酸市场以每年20%多的增长率高速增长，而未来苏氨酸的市场仍将增加。

因此对苏氨酸生产工艺的研究开发，有利于促进苏氨酸的产量的增长，从而促进其他相关产品的生产开发。

1苏氨酸的结构及理化性质1.1苏氨酸的化学结构
苏氨酸的分子式为C 4H 9NO 3，结构式为CH 3-CH （OH ）-CH （NH 2）-COOH ，相对分子质量为119.18。

由结构式可见,苏氨酸分子中具有2个不对称碳原子,有4种异构体，但只有L-苏氨酸是天然存在并对机体有生理作用的一种氨基酸。

其化学结构式如图1所示：
1.2苏氨酸的理化性质
天然存在的L-苏氨酸为无色或微黄色晶体，
无臭、微甜,可溶于水,20℃时溶解度为9g/100mL ，难溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，熔点为253～257℃；D-苏氨酸为斜方晶体，是无色或白色结晶粉末，溶于水，不溶于有机溶剂，易被碱破坏，熔点229～230℃。

L-苏氨酸的解离常数为pKCOOH=
2.15，pKNH 2=9.12，
等电点pI （25℃）=5.64。

2苏氨酸生产工艺类型及特点目前，L-苏氨酸的制备方法主要有生物合成法、化学合成法和蛋白质水解法三种。

然而，在工业化生产中，化学合成法和蛋白质水解法由于存在一些缺陷已经基本不被使用。

生物合成法则因生产成本低、资源节约、环境污染小等优点逐渐成为工业化生产L-苏氨酸的主要方式。

2.1生物合成法
生物合成法包括直接发酵法和酶转化法两种。

酶转化法的优点是专一性高、产品单一、易于精制，近年来很受重视。

但关于酶法生产L-苏氨酸的报道还不多。

直接发酵法生产L-苏氨酸，通常采用短杆菌属细菌的α-氨基-β-羟基戊酸（AHV ）和S-（2-氨基乙基）-L-半胱氨酸（AEC ）双重抗性变异株。

檀耀辉和张柄荣发现采用乳糖发酵短杆菌的AHV ，AEC 双重抗性，再通过以琥珀酸为唯一碳源的培养基（简称琥珀酸培养基）选择得到的变异株作为L-苏氨酸生产菌。

直接发酵法，对菌种的生产能力和发酵设备及发酵条件要求都较高，因而生产往往受到限制。

2.2化学合成法
苏氨酸的化学合成路线，根据原料的不同可分为巴豆酸法、乙酰乙酸乙酯法、不对称环氧化法及甘氨酸铜法等。

按所用介质的不同又可分为水相反应和非水相反应法。

其中甘氨酸铜法的路线短、收率高并具有较高工业价值，是目前工业化生产苏氨
L -苏氨酸的生产工艺
冯烁
（南京农业大学动物医学院，江苏南京210095）
[中图分类号]TQ922.9
[文献标识码]C
[文章编号]1005-8613（2010）05-0029-03
[收稿日期]2010-04-18
酸的主要方法。

2.2.1巴豆酸合成法。

将巴豆酸在乙醇中进行汞化反应，再经溴化、脱汞、氨化得DL-苏氨酸，优点是反应条件缓和、产率不低，缺点是步骤较繁、溶剂成本高,并产生含汞废液，污染环境。

2.2.2乙酰乙酸乙酯合成法。

将乙酰乙酸乙酯氨化、还原得DL-苏氨酸，其反应条件要求高，且产率低。

2.2.3不对称环氧化法。

以CH2CHCH（OH）CH3为原料，双键经环氧化后，与phCONCO反应，生成五元杂环化合物，再酸化开环，生成DL-苏氨酸；优点是选择性高，缺点为反应过程复杂，原料成本高，难以实现工业化生产。

2.2.4甘氨酸铜法。

即甘氨酸→甘氨酸铜→苏氨酸铜→DL-苏氨酸。

然后用消旋酶或优先结晶法把DL-苏氨酸转为L-苏氨酸。

深圳东深科技发展有限公司的廖晓垣发明一种以水代替甲醇作为溶剂，以甘氨酸和乙醛为原料，铜为络合剂，在15~35℃的室温条件下反应，经脱铜、浓缩结晶等工序生产苏氨酸的方法。

该方法以廉价水代替甲醇，并且直接重复利用铜络合剂，因而大大降低了原材料成本并成倍地提高产率，且污染对环境。

2.3蛋白质水解法
以血粉、角蹄、玉米麸质粉、棉籽饼、丝胶等天然蛋白质做原料，首先进行水洗并搅碎、干燥后，再通过酸、碱或酶水解这些天然蛋白质，其水解液再浓缩成浓缩液后，有两种方法可以分离到苏氨酸：一种方法是在丁烯酸中与溴的甲醇液作用，再用氨进行氨基化，经离子交换树脂分离精制而得；另一种方法用活性炭脱色、上柱，接收液作纸层析，收集苏氨酸部分。

这是一种传统的氨基酸生产方法，但因为苏氨酸在这些蛋白质中含量较低，同时在提取苏氨酸时其他的氨基酸被作为肥料处理掉，此外制备方法操作过程复杂，还需处理大量的洗脱液，浪费了资源，故目前应用的较少。

3直接发酵法的工艺流程
3.1淀粉水解糖的制备
工业上生产苏氨酸的原料是通过将淀粉水解而制得的葡萄糖，这种糖液又称为淀粉水解糖。

其中除了主要产物葡萄糖外，还有少量麦芽糖级低聚糖等复合糖。

而葡萄糖含量的高低直接关系着水解糖液的质量，因此制备的水解糖液必须具备以下条件：严格控制淀粉质量；根据发酵初期糖浓度的要求，正确控制淀粉乳浓度的高低；糖液要清，色泽要浅，保持一定得折光率；糖液要新鲜等。

淀粉水解的方法有酸解法，酸酶法，酶酸法，双酶法四种。

从水解液的质量及降低粮耗、提高原料利用率方面考虑，以双酶法最好，其次是酸酶法（酶酸法），酸解法最差。

3.1.1酸解法。

利用无机酸为催化剂，在高温高压下，将淀粉水解转化为葡萄糖。

优点是工艺简单、水解时间短、生产效率高、设备周转快；但其对设备的耐酸、耐高温、耐压的要求高，同时副产物较多，影响了糖液的纯度，降低了淀粉的转化效率。

3.1.2酸酶法。

先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后用糖化酶将其水解为葡萄糖。

该法用酸量少，产品颜色浅，糖液质量高。

3.1.3酶酸法。

将淀粉乳用α-淀粉酶液化，过滤除去杂质后，用酸水解成葡萄糖。

3.1.4双酶法。

是用专一性很强的淀粉酶和糖化酶为催化剂，将淀粉水解成为葡萄糖的工艺。

优点有：水解糖液的纯度高、颜色浅、无苦味、质量高，酶解反应条件温和，使用于粗淀粉原料减少了粮食的消耗。

3.2菌种扩大培养
应用于生产苏氨酸的发酵菌种是经过定向诱变选育的菌种，通常需置于冰箱低温保存。

因而在进行发酵接种前需进行菌种的扩大培养，以使其恢复活力并达到良好的生理状态。

通常菌种的扩大培养依次分为斜面培养、种子培养及最后的发酵三大步骤。

3.2.1斜面培养。

培养基的主要成分及其含量的百分比（%）分别为葡萄搪0.5，牛肉膏1.0，蛋白胨1.0，NaCl0.5，琼脂2.0，调节pH值在7.0~7.2之间。

在32℃培养18～24h经质量检查合格后，即可放冰箱保存备用。

3.2.2种子培养。

培养基中主要成分及其含量的百分比（%）分别为葡萄糖3.5，玉米浆1.5，（NH
4
）
2
SO4 0.5，M gSO40.05，KH2PO40.1，CaCO31。

溶解后以NaOH调至pH7.0。

首先吸取适量无菌生理盐水于1支活化斜面中,将所有菌悬液全部接入5L种子罐中,搅拌转速300～700r/min，通过自动添加氨水控制pH在7.0。

一般摇瓶培养18~20h（培养温度为32℃，振幅8cm，频率80次/min），取菌种，分析其
图3L-苏氛酸提取精制流程
pH 、残糖、菌体密度及镜检正常后可供发酵罐接种用。

3.3发酵培养
培养基中主要成分及其含量的百分比（%）分别为葡萄糖12~14，玉米浆3.0，（NH 4）2SO 43.5，KH 2PO 40.1，M gSO 40.1，CaCO 32，以NaOH 调pH 至7.0。

接种时以1.2%的接种量接种于500L 标准发酵罐中，其装液量为300L 。

罐内培养条件为：温度32℃，气压l00KPa ，通风比前期1∶0.2，中后期1∶0.3，搅拌300r/min ，加150mL 菜籽油作消泡剂。

发酵过程中每间隔4小时采样分析罐内发酵情况。

L-苏氨酸发酵工艺流程简图见图2：
3.4分离纯化
苏氨酸是发酵的目的物，它溶解在发酵液中，而在发酵液中还存在菌体、残糖、色素、胶体物质以及其他发酵副产物。

工业生产中常用离子交换法，其基本原理是利用离子交换树脂对发酵液中苏氨
酸于其他同性离子吸附能力的差别，将这些离子选择性地吸附到树脂上，然后用洗脱剂先后洗脱，从而得到苏氨酸。

其基本方法是先将发酵液稀释至一定得浓度，然后用盐酸将发酵液调至一定得pH ，采用离子交换树脂吸附苏氨酸，最后用洗脱剂将苏氨酸从树脂上洗脱下来，达到浓缩和提纯的目的。

经过分离的苏氨酸还需经过结晶、溶解脱色、重结晶并干燥后才可得到产品。

苏氨酸的提取精制流程简图见图3：
4生产工艺中的影响因素4.1发酵菌种目前工业上常用的发酵菌种有L-苏氨酸生产菌TRFC ，以乳糖发酵短杆菌（ctofermentum ）L-
苏氨酸产生菌ZT-1菌株等。

4.2培养基成分
4.1.1碳源。

主要以淀粉水解糖作为碳源，生产过程中应注意控制其浓度，当碳源浓度过高时，对菌体生长不利，氨基酸的转化率降低。

4.1.2氮源。

包括铵盐、尿素、氨水等，同时有调节pH 值的作用。

对于营养缺陷型菌株应以添加有
机氮源水解液为主。

需生物素和氨基酸时，应以玉米浆作氮源。

尿素灭菌时形成磷酸铵镁盐，须单独灭菌。

可分批流加。

氨水用pH 自动控制连续流加。

此外，还应注意合适的C/N 比。

4.1.3磷酸盐。

对发酵有显著影响，不足时糖代谢受抑制，要根据菌种不同的培养及生产阶段及时的调整用量。

4.1.4镁。

镁是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活力。

可通过添加M gSO 4防止发酵过程中的缺乏。

4.1.5钾。

钾可以促进糖的代谢，钾的量较多时利于产酸，钾的量较少时利于菌体生长。

可以根据不同的目的和需要调整钾的用量。

4.1.6其他微量元素。

钠可调节细胞内外的渗透压，一般在调节pH 值时加入。

锰是许多酶的激活剂。

而铜离子则对氨基酸发酵有明显毒害作用。

4.3培养条件
培养条件的控制需要根据菌种群体不同的生长时期而定。

4.3.1pH 值。

苏氨酸生产菌生长的最适pH 为7.0，菌体呼吸作用最为旺盛，调整pH 略偏离最适值，放慢菌体的生长速率及对氧的需求量，在发酵的高峰期可获得较好的溶氧效果。

4.3.2温度。

菌体生长达一定程度后再开始产生氨基酸，因此菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度是不同的。

菌体生长温度过高，则菌体易衰老。

天津科技大学生物工程学院的黄金等人的研
图2L-苏氨酸发酵工艺流程
究结果表明：在发酵中后期（12h后），温度转换至39℃对L-苏氨酸发酵有促进作用。

在发酵后期以连续流加质量浓度为2.0g/L酵母抽提物配以变温控制可有效地降低副产氨基酸的生成，提高L-苏氨酸发酵产酸水平。

在5L自控发酵罐上进行补料分批发酵，最高产酸质量浓度达105.8g/L，糖酸转化率达到47.5%。

4.3.3溶氧。

当溶氧的不足时，造成微生物代谢异常，苏氨酸的产量降低。

天津科技大学天津市工业微生物重点实验室的徐庆阳，冯志彬等通过实验得出：L-苏氨酸发酵过程的溶氧控制为:在延滞期，维持20%溶氧，在对数期后维持50%溶氧，进入稳定期，提供20%溶氧即可，在该种溶氧控制方式下，通过10L罐补料分批发酵36h，产酸可达118.9g/L，糖酸转化率为47.6%。

5目前存在的问题
苏氨酸作为一种饲料添加剂，现已得到了广泛的使用，其生产也实现了工业化和规模化。

但目前尚存在两方面的问题，有待进一步探讨：第一，苏氨酸与其他必需、非必需氨基酸的互作及最佳平衡，不同生长阶段的畜禽对苏氨酸的确切需要量及苏氨酸的有效利用尚需进一步的研究；第二，苏氨酸的生产工艺虽有多种，但都存在一定得缺陷，对此的解决方法的研究以及苏氨酸生产新工艺的开发和应用也是急需解决的一个问题。

6展望
随着苏氨酸在医药、食品、饲料业中的应用不断扩展，国内苏氨酸市场也将孕育着新的潜力，其发展前景十分乐观。

未来的苏氨酸市场仍有多个增长点,发展空间广阔。

如苏氨酸在饲料添加剂方面的用量将持续大量增加，多种氨基酸饮料、保健产品开始流行，苏氨酸是其主要成分之一。

然而，目前国内市场长期为国外大公司所占领，我国苏氨酸产量极少，主要供药厂和试制厂生产生化试剂和医药用产品。

饲料中很少添加苏氨酸。

为满足我国医药工业、食品工业，特别是饲料工业发展的需要，有条件的企业应抓住机遇，通过引进新技术新设备，并结合自主研发与创新，大力发展苏氨酸生产。

环模是颗粒机的关键零件，是颗粒机的最主要易损件，根据统计，环模损耗费占整个生产车间维修费的25%以上，同时对挤压出来的颗粒饲料质量有着直接的影响。

因此，对环模合理的使用以及有效的保养与维护，对于饲料生产者来说至关重要。

下面对环模的使用和保养作些浅析，以供大家参考。

1环模的正确安装
1.1环模位置安装要求
环模位置安装误差会造成不均匀的过度磨损和不均匀的制粒，甚至环模窜动，降低颗粒产量及质量。

在安装环模时，一定要装正，不能倾斜。

若环模安装倾斜时，将影响颗粒机运转的平稳性，导致部分零部件受力不平衡，易损坏，如：主轴轴承等，同时，也会造成环模和压辊的磨损不均匀。

装配环模时应控制环模端面的跳动量，应控制在0.2mm 以内。

这个可以通过百分表来控制，有经验的操作工可以用细铁丝放在环模端面然后盘动环模目测来控制。

还有连接螺栓也要对称使用，让环模趋于平衡。

在有些厂家操作工为了省事，只安装了3颗螺栓，这是不对的，应当上下左右四颗螺栓一起安装，安装时要使用扭矩扳手，扭矩大小应一致且要严格按照环模生产厂家的要求来设定。

环模的正确使用与保养维护
王超
[中图分类号]TG76[文献标识码]C[文章编号]1005-8613（2010）05-0032-02
（江苏牧羊集团有限公司，江苏扬州225127）
[收稿日期]2010-04-24。