赖氨酸

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4.4 发酵法
发酵法是工业生产赖氨酸最重要的方法。其原理是利用
微生物的某些营养缺陷型菌株,通过代谢控制发酵,人为
地改变和控制微生物的代谢途径来实现L-赖氨酸的生产。生
物合成赖氨酸的途径有两种:一种是通过2-氨基己二酸途径
(酵母、链孢霉合成赖氨酸)。另一种是通过2,6二氨基庚二
酸途径(细菌、蓝藻、高等植物)。 具体流程如下所示
目前,国际上赖氨酸产生菌种的生产一般用采用糖蜜发酵和淀 粉水解糖(或纯糖)发酵
三、菌种选育
3.1 赖氨酸在微生物体内的代谢路径
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3.2 菌种选育
(1)降低支路代谢流 切断或减弱支路代谢,降低支路代谢相关酶的表达量或活性或
敲除支路代谢相关基因构建营养缺陷性同样会增加赖氨酸的表达量 。 降低由天冬氨酸半醛生成高丝氯酸的量,继而蛋氨酸、苏氨酸的合 成量也会降低,生成的Thr的量不足以与Lys共同对天冬氨酸激酶(AK) 起协同反馈抑制作用 ,在分支代谢途径中,几种末端产物同时都过 量,才对途径中的天冬氨酸激酶(AK)具有抑制作用,若某一末端产 物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用。L一赖氨酸和L一苏 氨酸对天冬氨酸激酶有协同反馈抑制作用。
葡萄糖
AK
天冬氨酸
AK- 天冬氨酸激酶
发展前景
5.1 赖氨酸生产状况及消费情况
赖氨酸是世界上仅次于味精的第二大氨基酸,目前全球赖氨酸 的生产能力近6O万t。下列各表分别列举了近几年国内外赖氨 酸的生产及消费情况
5.2 赖氨酸生产状况
目前,世界上赖氨酸的总生产能力约6O万t/年美国ADM公司是目前 世界上最大的赖氨酸生产企业,现有生产能力l5.89万t/年,占世界市场的 4O%以上我国赖氨酸工业起步较晚,8O年代初国内有十几家生产厂,但产能 均很小,大的也不超过数百t/年。经过2O多年的发展,通过与国外公司的合 作及技术、装备的引进,某些企业的生产也初具规模。目前,我国较大的赖氨 酸生产企业有5家以上,能力已达6.5万t/年。但受国外赖氨酸进u的 冲击,产量不足4万t/年。随着国内畜牧养殖业和饲料工业的蓬勃发 展,国内赖氨酸市场需求量快速增长,进口数量逐如下表
4.2 水解法
将含蛋白质较多的物质加热水解,蛋白质分解成各种氨基 酸,再提取其中的赖氨酸。一般以动物血粉作原料。此法特点 是工艺简单,但原料来源有限,只适用于小规模生产。
4.3 酶 法
酶法是以生产己内酰胺时产生的大量副产物环己烯为原料,先制 得D L-氨基己内酰胺,再用水解酶把L-氨基己内酰胺水解成L-赖氨酸, 用消旋酶对D-氨基己内酰胺进行消旋,最后转化为L-赖氨酸,转化率 接近100%,L-赖氨酸的积累浓度可达40%以上。该法产品活性高, 分离、精制容易。
(3)改善细胞膜的通透性 改善细胞膜的透过机能,如在细胞内过量表达lysE基
因《赖氨酸输送蛋白基因)有助于微生物胞内合成的赖氨 酸向胞外运输,降低胞内赖氨酸含量 ,进一步减弱L一赖 氨酸和L一苏氨酸对赖氨酸合成的协同反馈抑制作用,增 加赖氨酸的产量,同时有利于产品的后续加工。
(4)、菌种改造
由于细胞内的代谢不是一个孤立的过程,而是一个相互联系的网络,网络 之间会相互制约,利用基因工程在对菌株进行基因改造时,往往不是仅仅 对某个基因进行单独的改造,而是对目的产物形成过程中一系列相关基因 进行改造。如赖氨酸合成相关基因的过量表达、提高表达产物的活性、降 低支路代谢基因拷贝数、降低基因表达产物的活性等等措施。增加细胞膜 的通透性、增强目的产物向胞外的运输、降低支路代谢的代谢流、弱化关 键酶对终产物反馈抑制的敏感度等都有助于目的产物的积累,这些都为了 提高赖氨酸产量,增加工程程菌菌株的稳定性
5..4 我国赖氨酸生产存在的问题及对策
我国赖氨酸生产与国外的差距表现在以下几个方面:(1)自动化程 度不高。目前我国赖氨酸生产中,大部分操作是人工完成的,因此不 能对一些控制因素(如糖耗、pH、温度)作出迅速反应;另外,一些关 键的仪表(in耐高温的pH计、溶氧仪)、阀门等检测仪器水平和设备水 平也有待提高。赖氨酸生产是一项生物工程的高新技术,应加强对赖 氨酸发酵机理的理论研究,找出发酵中各影响因素关联式,以便于用 计算机控制生产,提高生产过程自动化程度。(2)能耗问题。国外生产 it赖氨酸需要标准煤8t,而我国需要l5-20t,因此开发低能耗的浓缩 装置十分必要。(3)培育高产新品种、加强赖氨酸结晶最佳条件的研究 也是当前生产中亟需解决的问题;另外,合成法和酶法都较为经济, 又便于大规模生产,应加大研究力度。
利用这一特性可以选择营养缺陷性或渗漏缺陷型
(2)解除抑制作用
解除赖氨酸与苏氨酸之间的协同反馈抑制作用。选育 高丝氨酸脱氢酶缺陷型,此突变株高丝氨酸脱氢酶仅为 野生型的1/30,于 是苏氨酸合成减少,不足与赖氨酸 共同对天冬氨酸激酶活性产生协同反馈抑制作用,就可 以过量积累赖氨酸。或者选育结构类似物抗性突变株。
食品除臭剂:食品加工贮藏过程中产生的异臭大多是d 羟基化合物引起 的。赖氨酸的£一氨基能与羰基化合物的羰基反应,可以消除异臭并 能改善食品的
5.3.3 赖氨酸在饲料上的应用
畜牧业使用赖氨酸已获得显著效果。畜禽小动物对赖氨酸需 求量较高。在其饲料中添加赖氨酸,能增进食欲,促进生长。 畜禽饲料中未被赖氨酸含量比较低的饲料源。添加赖氨酸后 可有效利用。在动物的成长阶段添加赖氨酸,可以降低原料 成本。赖氨酸还是一种环保物质。它的使用可以减少畜禽饲 料的总用量,以减少畜禽粪便
(5)、防止高产菌株的回复突变
防止菌种回复突变至关重要。其方法除了纯化、检查遗传标记、减少 传代次数、不用发酵液作为种子外,还可以采用以下方法:a.选育遗 传稳定的菌株。b.定向附加生产菌多个遗传标记。选育多重抗性菌株, 增强菌株的抗回复突变的能力。C.菌种保藏时培养基要丰富,保证菌 株的营养要求。d.在培养突变株时添加抗生素,抑制回复突变株生长。
一. 赖氨酸概述
赖氨酸为碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低,且在加 工过程中易被破坏而缺乏,故称为第一限制性氨基酸。
赖氨酸是人体需要的一种氨基酸,一种不可缺少的营养物质。蛋白质是构 成人体细胞的主要成份,食物中的蛋白质进入人体后经过消化先分解成氨基 酸,然后人体又利用这些氨基酸再合成新的人体蛋白质,如免疫抗体、消化 酶、血浆蛋白、生长激素等都是合成后的人体蛋白质。在合成蛋白质的各种 氨基酸中,L-赖氨酸是最重要的一种,少了它,其它氨基酸就受到限制或得 不到利用,科学家称它为人体第一必需氨基酸。赖氨酸的作用.mp4
二、作用
.赖氨酸是帮助其它营养物质被人体充分吸收和利用的关键物质,人
体只有补充了足够的L-赖氨酸才能提高食物蛋白质的吸收和利用,达 到均衡营养,促进生长发育。其作用有:
1 、提高智力、促进生长、增强体质。 2 、增进食欲、改善营养不良状况。 3 、改善失眠,提高记忆力。 4 、帮助产生抗体、激素和酶,提高免疫力、增加血色素。 5 、帮助钙的吸收,治疗防止骨质疏松症 6 、降低血中甘油三酯的水平,预防心脑血管疾病的产生。 等等等
小组成员:大308
.赖氨酸广泛存在于动物蛋白质中,赖氨酸的生产最早是用酸水
解酪素,经分离谷氨酸后制得,其后又从血粉中提取(猪血粉中 赖氨酸含量约9%~10%),但这种方法,工艺比较复杂,产量受 到限制。
1960年以来,日本用营养缺陷型的谷氨酸菌株直接发酵生产赖 氨酸,其产量不断扩大。 1977年,日本东丽公司以合成的己内酰胺为原料,用酶法生产L赖氨酸。
5.3.2 赖氨酸在食品上的应用
食品营养强化剂:赖氨酸是人体第一限制性氨基酸,即人类食品中最 为缺乏的一种氨基酸,它是合成大脑神经再生性细胞和其它核蛋白以 及血红蛋白等重要蛋白质所需的氨基酸。儿童食用添加了赖氨酸的食 物,其智力发育、体格发育、血浆蛋白的含量以及对疾病的免疫力等 均比较高。年老体弱者的食物中添加少量赖氨酸,可明显增加胃蛋白 酶的分泌,使食欲增。
5.3赖氨酸的应用
5.3.1赖氨酸在医药上的应用
赖氨酸是构成蛋白质的基本单位,是合成人体激素、酶及抗体的原 料,参与人体新陈代谢和各种生理活动,赖氨酸是人体必需氨基酸, 在各种氨基酸输液配方中基本上都有。赖氨酸还可作为利尿药的辅 助治疗剂,治疗因血中氯化物减少所致的铝中毒:可与酸(如水扬酸) 作用生成盐,以减轻不良反应;与蛋氨酸合用能抑制重高血压病; 同时赖氨酸也是优良的血栓预防剂。近年来研究发现,赖氨酸对营 养不良、乙型肝炎、支气管炎病有一定疗效;赖氨酸与亚铁化合物 一起治疗贫血,效果显著。据国外报道:将赖氨酸加入四环素中。 可以消除四环素在治疗中的副作
5..4 对我国赖氨酸生产的意见
针对目前国内赖氨酸市场不景气,赖氨酸工厂都纷纷停产的状况,提以 下几点意见:(1)我国是赖氨酸消费增长最快的国家,已经成为世界上赖 氨酸第二大消费国,有巨大的市场容量和良好的市场前景。但由于我国 的赖氨酸市场价格受到国外产品的影响很大,因此,现有赖氨酸生产企 业,通过技术创新、优化生产工艺,消除装置的瓶颈,确保满负荷稳定 生产,从而降低生产成本,提高产品质量和级别,减少能耗,提高利润, 开发相关产业(in:聚赖氨酸),努力做到人无我有、人有我优;提高企 业的竞争力和市场占有率。(2)Ⅱ:在进行扩产改造的企业,应对生产赖 氨酸的菌种、工艺水平、原料和能源价格等方面客观地进行分析比较 。 确定其竞争优势和抗风险能力,避免盲目投资。(3)对于一些有实力的工 厂应该坚持一段时间,熬过这段低谷期,或许“山穷水复疑无路,柳暗 花明又一村”。即使有些库存产品,市场状况好转、价格回升后很快就 能变现;(4)资金解决问题;可多渠道筹集,一些企业可以跨行业引进 资金,把其他行业富余资金引进为我所用;也可从本厂职工或社会闲散 资金中集资,利润共享;或客户的预付资金,支付客户利息等。这样可 以避免因停产、重新启动生产以及设备维护等带来的损失 。
四、 赖氨酸工业生产方法概述
4.1 合成法
用化学合成法制取赖氨酸,工艺较多,所用原料不尽相同。工业上 采用的主要为荷兰的D MS法及日本的东丽法,两法的主要区别在于 所用的原料不同,DMS法用己内酰胺,东丽法用环己烷。但两法先氨酸,然后用酶法进行分割, 得到L-赖氨酸。合成法生产赖氨酸最大缺点是使用剧毒原料光气,且 可能残留催化剂,产品安全性差,环保问题严重。
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