生物制药工艺学 氨基酸类药物-氨基酸的生产方法 讲义
氨基酸类药物及其制备工艺讲解讲义 PPT
氨基酸得理化性质
构成蛋白质得20种氨基酸在可见光区都没有 光吸收,但在远紫外区(<220nm)均有光吸收 。
在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙 氨酸与色氨酸光吸收。
苯丙氨酸得max＝257nm 酪氨酸得max＝275nm 色氨酸得max＝280nm
氨基酸得理化性质
由于氨基酸就是两性电解质,能与酸与碱形成盐,且多易溶于水。与重金属 也可形成盐,但水溶性差。
根据氨基酸形成不同盐得水溶性区别巨大,可作为分离不同氨基酸得方法。
精氨酸
苯甲醛
HCl
苯甲亚基精氨酸
精氨酸
苯甲醛
氨基酸得分类
按其亲水性、疏水性分类:
类别 亲水性氨 基酸
疏水性氨 基酸
未定类
氨基酸 D, E, H, K, Q, R, S, T, 羟脯氨酸, 焦谷氨酸
A, F, I, L, M, P, V, W, Y, α-氨基丁酸, β-氨基丙 氨酸, 正亮氨酸
临床应用
保护作用
1、 谷胱甘肽得巯基抑制外界刺激造成得分子损伤。 2、 甲硫酸铵作为甲基供体促进了脂肪酸氧化,能量及脂类代谢,保护肝脏。
离子转运载体
天冬氨酸:镁钾进入心肌细胞,促进收缩,降低耗氧量 甘氨酸:转运铁离子,增加细胞膜通透性,促进铁吸收
临床应用
转变成重要得生物活性物质
1. 谷氨酸 ￫ γ-氨基丁酸:抑制性神经递质。 2. 谷氨酸与维生素B6协同辅助治疗孕妇呕吐。 3. 酪氨酸 ￫ 多巴及儿茶酚胺:改善肌肉强直。 4. 色氨酸 ￫ 5-羟色胺:神经递质。强效血管收缩剂。 5. 半胱氨酸 ￫ 牛磺酸:神经递质,参与学习与记忆过程 6. 组氨酸 ￫ 组胺:强力血管舒张剂。
氨基酸得理化性质
氨基酸类药物的生产方法
2、 目前构成天然蛋白质的20种氨基酸的生产方法 有天然蛋白质水解法、发酵法、酶转化法及化学合成 法等四种。
3、 氨基酸及其衍生物类药物已有百种之多，但主 要是以20种氨基酸为原料经酯化、酰化、取代及成盐 等化学方法或酶转化法生产。
（2）碱水解法 蛋白质原料经6mol／L氢氧化钠或 4mol／L氢氧化钡于100℃水解6h即得多种氨基酸混 合物。该法水解迅速而彻底，且色氨酸不被破坏，但 含羟基或巯基的氨基酸全部被破坏，且产生消旋作用。 工业上多不采用。
（3）酶水解法 蛋白质原料在一定pH和温度条件下经 蛋白水解酶作用分解成氨基酸和小肽的过程称为酶水 解法。
L-Leu自水及乙醇中得白色片状结晶，pI为5.98， 熔点为293℃，在25℃水中溶解度为2.19，乙醇中为 0.017;在75℃水中为3.82，在醋酸中为10.9，不溶于乙 醚。
（2）工艺路线：
（3）工艺过程：
①水解、赶酸 取6mol／L HC1 500L于1吨水解罐中， 投入100kg动物血粉，110～120℃回流水解24h后，于 70～80℃减压浓缩至糊状。加50L水稀释后，再浓缩 至糊状，如此赶酸三次，冷却至室温滤除残渣。
组氨酸可与HgC12形成不溶性汞盐沉淀，后者经 处理后又可获得游离组氨酸；
精氨酸可与苯甲醛生成水不溶性苯亚甲基精氨酸 沉淀，后者用盐酸除去苯甲醛即可得精氨酸。
（3）吸附法 是利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差 异进行分离的方法。如颗粒活性炭对苯丙氨酸、酪氨 酸及色氨酸的吸附力大于对其它非芳香族氨基酸的吸 附力，故可从氨基酸混合液中将上述氨基酸分离出来。
氨基酸生产工艺 ppt课件
甘氨酸：可用于清凉饮料
赖氨酸：加强食品、饲料
天冬甜肽（Aspartom）： L-Asp和L-phe合成
美国Searle公司30年前低热量营养性甜味剂
口感近似蔗糖，甜度为蔗糖的25~30倍，热量仅为 蔗糖的1/160，全球总销量已1.5万吨 阿丽泰(Alitame)：由天冬氨酸与丙氨酸合成 甜味更纯正，耐热性更好，最适用于面包、饼干、 蛋糕等焙烤食品
• 调节机制
• 生物素
葡萄糖 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 乙酰-CoA 天冬氨酸 增强反馈抑制 反馈抑制 α-酮戊二酸 谷氨酸
细胞膜通透性
生物素亚适量使得最后一代细菌 细胞变形、拉长，改变了细胞膜的 通透性，引起代谢失调，使谷氨酸 得以积累
草酰乙酸 柠檬酸
•调节机制
• 谷氨酸发酵中，糖代谢除受到生物素控制 外，也受到NH4+的影响。 • 使用生物素缺乏菌，在NH4+存在时，葡萄 糖以很快的消耗速度和高的收率生成谷氨 酸。 • 当NH4+不存在时，糖的消耗速度很慢，生 成物是α-酮戊二酸、丙酮酸、醋酸和琥珀 酸。
（二）、谷氨酸生产的工艺流程
微生物生长动力学模型的建立
培养基的配制与灭菌 菌种的扩大培养 菌体浓度 发酵过程中主要参数的检测 限制性基质浓度
发酵动力学实验
建立微生物生长动力学模型 亚硫酸钠氧化法 生化反应器重要参数KLa的检测 动态法(溶氧电极法)
谷氨酸生产工艺流程
培养基的配制 32 ℃,pH7.0, OD=1.0 32 ℃,pH7.0, 18~24h
?调节机制型钢截面只需少量加工即可用作构件省工省时成本低但型钢截面受型钢种类及型钢号限制难于完全与受力所需的面积相对应用料较多生物素细胞膜通透性葡萄糖磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰coa草酰乙酸柠檬酸谷氨酸天冬氨酸增强反馈抑制反馈抑制生物素亚适量使得最后一代细菌细胞变形拉长改变了细胞膜的通透性引起代谢失调使谷氨酸得以积累型钢截面只需少量加工即可用作构件省工省时成本低但型钢截面受型钢种类及型钢号限制难于完全与受力所需的面积相对应用料较多?调节机制谷氨酸发酵中糖代谢除受到生物素控制外也受到nh存在时葡萄糖以很快的消耗速度和高的收率生成谷氨不存在时糖的消耗速度很慢生成物是酮戊二酸丙酮酸醋酸和琥珀型钢截面只需少量加工即可用作构件省工省时成本低但型钢截面受型钢种类及型钢号限制难于完全与受力所需的面积相对应用料较多二谷氨酸生产的工艺流程型钢截面只需少量加工即可用作构件省工省时成本低但型钢截面受型钢种类及型钢号限制难于完全与受力所需的面积相对应用料较多微生物生长动力学模型的建立培养基的配制与灭菌菌种的扩大培养菌体浓度限制性基质浓度建立微生物生长动力学模型发酵过程中主要参数的检测生化反应器重要参数kla的检测亚硫酸钠氧化法动态法溶氧电极法发酵动力学实验型钢截面只需少量加工即可用作构件省工省时成本低但型钢截面受型钢种类及型钢号限制难于完全与受力所需的面积相对应用料较多培养基的配制三角瓶培养冷却接种固体斜面培养发酵过程参数的控制od值ph温度搅拌速度do值发酵过程参数测定还原糖的测定谷氨酸的测定菌体形态观察菌体浓度测定谷氨酸生产工艺流程ph70流加尿素调节0406测定菌体密度od值不再上升时菌体分裂完成约12h前期012h3335
生物制药工艺学 氨基酸类药物-氨基酸的生产方法 讲义
第二章氨基酸类药物第二节氨基酸的生产方法掌握直接发酵生产氨基酸的操作要点；通过赖氨酸发酵生产的工艺过程，熟悉赖氨酸的发酵生产和产品的分离纯化工艺过程教学基本内容：2.2 直接发酵法2.2.1 直接发酵法的原理工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。
初生氨基酸：微生物通过固氮作用、硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。
次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸。
大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。
有些氨基酸可以以有机化合物和氨盐为前体，在相应酶作用下而产生。
发酵法中氨基酸的碳链主要来自糖代谢中间产物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸、赤藓糖-4-磷酸、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸、3-磷酸甘油酸及分枝酸等。
2.2.2 直接发酵法分类按照生产菌株的特性，直接发酵法可分为5类：1. 使用野生型菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸的发酵生产；2. 使用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如赖氨酸（高丝氨酸缺陷）、亮氨酸（苯丙氨酸缺陷）等；3. 由氨基酸结构类似物抗性突变株生产氨基酸，如赖氨酸（S-（2-氨基乙酸）-L-半胱氨酸（AEC）等；4. 使用营养缺陷型兼抗性突变株生产氨基酸，如高丝氨酸（蛋氨酸、赖氨酸缺陷，α-氨基-β-羟基戊酸AHV抗性）等；5. 以氨基酸的中间产物为原料，用微生物将其转化为相应的氨基酸，这一方法主要用于很难避开其反馈调节机制，而难以用直接发酵法生产的氨基酸。
如现已成功地用邻氨基苯甲酸作为前体物生产L-色氨酸，用甘氨酸作为前体工业化生产L-丝氨酸。
发酵法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制与灭菌处理，菌种诱变与选育，菌种培养、灭菌及接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。
氨基酸生产工艺简述
氨基酸生产工艺简述
不同的生产方法对氨基酸的效果也有很大影响，氨基酸的生产方法包括化学合成法、酶转化法、微生物发酵法、水解法，目前农业上主要采用的是水解法和微生物发酵法。
经酸水解得到的复合氨基酸，主要是纯植物蛋白。
此类氨基酸有很好的营养效果，但是生物活性较差;而采用生物发酵生产的氨基酸，主要是酵解和生物降解蛋白质，经发酵产生一些新的活性物质，如类似核苷酸、吲哚乙酸、赤霉酸、黄腐酸等，有较强的生物活性，可刺激作物生长发育、提高酶活力、增强抗病抗逆作用，对生根促长、保花保果都有一定的作用。
由于经济和环境的优势以及基因工程技术的发展，发酵成为工业化生产氨基酸最常用的技术。
优化发酵工艺对于提高效率、减少成本至关重要，创新的分离技术，如纳滤膜，可以整合到发酵罐中，将生产和净化相结合。
此外，能够模仿大规模反应器的技术，如流程建模或缩小设备，可以减少反应器工业放大引起的诸多问题。
因此，将流程建模、过程模拟和代谢工程工具结合起来，可以在过程设计早期开发阶段得到最佳工艺参数，从而最大限度地减少工艺过程中存在的不确定性。
选择最优的氨基酸生产方法，需要参考众多标准，如可用技术和资本投资产品市场规模和收入、原材料和运营成本以及每个特定过程的环境影响等，再进行综合分析。
在当下氨基酸生产环境中，由于发酵法的经济优势和环保优势，现己成为工业化规模生产氨基酸最常用的方法。
未来，随着农业对氨基酸需求及品质的进一步增加，酶解氨基酸在农业上的应用或将获得更长远的发展。
参考文献
【1】农资头条.氨基酸生产工艺[J].特肥观察.2019,冬季.。
氨基酸生产工艺流程
氨基酸生产工艺流程
氨基酸是一类具有广泛应用价值的生物活性物质，广泛应用于医药、农业和食品工业等领域。
现在我们来介绍一下氨基酸生产的一般工艺流程。
首先，氨基酸的生产通常使用微生物发酵的方法。
首先选择一种合适的微生物菌株，常用的有酵母菌、大肠杆菌等。
然后将菌株培养在合适的培养基中，培养基的选择对于微生物的生长和氨基酸的产量非常重要。
当微生物培养到一定程度后，可以开始进行发酵。
发酵过程中需要控制好温度、pH值、氧气供应等参数，以保证微生物能够正常生长和产生氨基酸。
在发酵完成后，接下来就是分离和纯化氨基酸。
首先通过离心或过滤等方式将微生物分离出来，获得发酵液。
然后根据氨基酸的性质，选择合适的分离和纯化方法，如离子交换层析、凝胶过滤、逆流色谱等，将氨基酸从发酵液中提取出来。
提取出的氨基酸通常含有其他杂质，需要进行进一步的纯化。
常用的纯化方法包括溶剂析、结晶、蒸馏等。
这些方法可以去除残余的杂质，使氨基酸的纯度达到要求。
最后，对纯化后的氨基酸进行干燥和粉碎处理，得到最终的氨基酸产品。
通常氨基酸的颗粒大小和形状对于不同的应用有不同的要求，可以根据需要进行调整。
总的来说，氨基酸生产的工艺流程包括微生物发酵、发酵液分离和纯化、氨基酸提取和纯化、干燥和粉碎等步骤。
每个步骤都需要仔细控制条件，并且根据氨基酸的特性选择合适的分离和纯化方法，以保证产品的质量和纯度。
同时，随着科学技术的进步，氨基酸的生产工艺也在不断创新和改进，以提高产量和降低成本，满足市场的需求。
氨基酸生产工艺
氨基酸生产工艺氨基酸是生命体内必不可少的基本组成元素之一，广泛应用于农业、医药、化工等领域。
氨基酸的生产工艺通常包括发酵、提纯和干燥三个主要步骤。
下面将为大家介绍一下氨基酸的生产工艺。
首先是发酵过程。
氨基酸的发酵主要是通过微生物对含有氮源和碳源的培养基进行发酵，产生氨基酸。
常用的微生物有大肠杆菌、窄叶蓝枯草菌等。
培养基中的碳源主要有葡萄糖、甘油等，而氮源则有酵母粉、角蛋白等。
发酵过程中，微生物在一定的温度、pH值和氧气条件下生长和繁殖，生成氨基酸。
发酵结束后，需要对发酵液进行提纯。
提纯过程中，一般通过离子交换、凝胶过滤和超滤等方法，将杂质和有机物去除，得到纯净的氨基酸产物。
其中，离子交换属于最常用的提纯方法之一，主要是通过树脂的吸附作用，将杂质和有机物与目标物质分离。
最后是干燥过程。
氨基酸经过提纯后，仍然是液体状态，需要经过干燥来得到固体产品。
干燥的方法有很多种，常用的有喷雾干燥和真空干燥。
其中，喷雾干燥是将液态的氨基酸通过喷雾器喷入高温的空气中，迅速使其蒸发和冷凝成粉末状。
而真空干燥则是通过减压操作，将氨基酸的水分蒸发出来，得到干燥的氨基酸。
整个氨基酸生产工艺需要控制各个环节的条件，以确保产品质量。
发酵过程中，需要控制好温度、pH值和氧气供应，以促进微生物的生长和产酸。
在提纯过程中，要选择适合的方法和条件，以达到高纯度的氨基酸产物。
干燥过程中，需要控制干燥温度和时间，以避免产物的降解和热敏性。
氨基酸生产工艺的优化是提高产量和降低成本的关键之一。
通过优化培养基的配方、改进发酵条件和提高纯化技术，可以提高氨基酸的产量和纯度，并减少废物的产生和处理成本。
总之，氨基酸的生产工艺是一个较为复杂的过程，需要依靠微生物的发酵和多种分离纯化技术的协同作用。
随着科学技术的进步，氨基酸的生产工艺将进一步优化，为人们提供更多高质量的氨基酸产品，促进农业和医疗卫生事业的发展。
生化药物制造工艺氨基酸类药物ppt课件
（5）作用与用途
L一胱氨酸具有增强造血功能、升高白细胞、促进 皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上用于治疗辐射 损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣及病后或产后 继发性脱发。
（二）发酵法
现在 20 多种氨基酸绝大多数都可以用发酵法生产 或试生产。
氨基酸发酵法有广义与狭义之分。狭义者系指通过 特定微生物在以糖为碳源、以氨或尿素为氮源以及其 他成分的培养基中生长，直接产生氨基酸的方法。
1、氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系
氨基酸为构成天然蛋白质的基本单位，故蛋白质 营养价值实际是氨基酸作用的反映。健康人靠膳食中 的蛋白质获取各种氨基酸满足机体需求。 临床上常通过直接输入氨基酸制剂改善患者营养状 况，增加治疗机会，促进康复。 2、治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物 3、治疗肝病的氨基酸及其衍生物
至今已发现有 450 种以上非蛋白氨基酸。其中存在 于植物中的约有 240 种，存在于动物中的有 50 种，其 他多存在于微生物中，还不断有新发现的这类氨基酸 问世。
3、衍生氨基酸
经酶催化修饰或化学修饰，在氨基酸的活性基团 上进行甲基化、乙基化、乙酰化、酰胺化、磷酸化等 （由此形成氨基酸衍生物）。 4、必需氨基酸和非必需氨基酸 依据人体能否合成划分，氨基酸可分为必需氨基 酸和非必需氨基酸。不同的生物，要求的必需氨基酸 也不同。人类必需氨基酸有亮氨酸、异亮氨酸、赖氨 酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸 8种。 精氨酸、组氨酸在人体内合成速度很低，要给予 补充，故又称半必需氨基酸。
L-Lys自乙醇水溶液中得针状结晶，其盐酸盐为 单斜晶系白色粉末，无臭、味苦，熔点263～264℃， 易溶于水，几乎不溶于乙醇和乙醚。PI为10.56。
含量测定：采用电位滴定法。
第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物
第十三章生化药物制造工艺氨基酸类 药物
• ① 溶解度法。是依据不同氨基酸在水中或其他溶 剂中的溶解度差异而进行分离的方法。
• 如胱氨酸和酪氨酸均难溶于水，但在热水中酪氨 酸溶解度较大，而胱氨酸溶解度变化不大。
• ② 特殊试剂沉淀法。系采用某些有机或无机试剂 与相应氨基酸形成不溶性衍生物的分离方法。
• 所谓酸性氨基酸、碱性氨基酸都是相对其分子中 性而言，由于羧基的游离度大于氨基，在pH7的纯水 中，多数略小于7而呈酸性。
•2、非蛋白氨基酸
• 自然界中，还存在一些特殊的氨基酸，不是蛋白 质的组成成分，多以游离形式存在。
• 至今已发现有450种以上非蛋白氨基酸。其中存在 于植物中的约有240种，存在于动物中的有50种，其 他多存在于微生酸制剂改善患者营养 状况，增加治疗机会，促进康复。
•2、治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物
•3、治疗肝病的氨基酸及其衍生物
•4、治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物
•5、用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物
•6、其他氨基酸类药物的临床应用
第十三章生化药物制造工艺氨基酸类
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• 酶转化法制备L－天冬氨酸和L－丙氨酸
•1、L-天冬氨酸及L-丙氨酸的制备
• （1）L-天冬氨酸及L-丙氨酸的结构与性质
• ①L－天冬氨酸（L-Aspartic acid，Asp）的结构与 性质 L-Asp存在于所有蛋白质分子中，含两个羧基和 一个氨基，为酸性氨基酸，分子式为C4H7NO4，分子 量为133.10，结构式为：
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第十三章生化药物制造工艺氨基酸类 药物
•（1）蛋白质水解 目前蛋白质水解分为酸水解法、 碱水解法及酶水解法三种。
第二章氨基酸生产工艺2讲课文档
第26页，共77页。
（2）种子培养工艺条件
A、试 管斜面阶段
菌种接种于试培养基斜面上，
培养温度30-33度，时间18-24小
时，连续2-3代。
B、摇床培养阶段
培养温度31-33度，时间10-12小
时
C、种子罐培养阶段
接种量为0.2-0.5%
异亮氨酸：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢
脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；
第7页，共77页。
亮氨酸：作用平衡异亮氨酸；
缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。
精氨酸：精氨酸与脱氧胆酸制成的复合制剂
（明诺芬）是主治梅毒、病毒性黄疸等病的有
效药物。
2.2 食品
①调味品
味精，稀释3000倍，鲜味，阈值0.03%。
严格控制菌体生长的环境，否则
就几乎得不到谷氨酸 。
第37页，共77页。
要想实现谷氨酸发酵，必须让生产谷氨
酸的菌能够正常的生长﹑繁殖﹑代谢，才
能保持谷氨酸有就较高的积累量 。那么，
在谷氨酸发酵过程中，控制发酵条件是关
键。那么，怎样控制呢？
一﹑通风量。只有在供氧适当的条件下，才能
在谷氨酸脱氢酶的催化下还原氨基化形成谷氨
（Leu）异亮氨酸（Ile）脯氨酸（Pro）苯
丙氨酸（Phe）
色氨酸（Trp）蛋氨酸（Met）
2、极性氨基酸（亲水氨基酸）：
1）极性不带电荷：7种
甘氨酸（Gly）丝氨酸（Ser）苏氨酸
（Thr）半胱氨酸（Cys）
酪氨酸（Tyr）天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺
第六章 氨基酸类药物的制备原理
第六章氨基酸类药物的制备原理第一节概述羧酸分子中一个或一个以上氢原子被氨基取代后生成的化合物称为氨基酸，其取代的位置有α、β、γ、ω之分，且与其它取代基一样，有脂肪族、芳香族及杂环氨基酸之分。
氨基酸是构成机体蛋白质的基本单位，且构成生物体蛋白质的氨基酸都有一个α-氨基和α-羧基，故组成天然蛋白质的氨基酸统称为α-氨基酸，其分子中除共同结构(-CH-C00H)外，其余不同烃基用R表示，故所有α-氨基酸的表达通式为：NH2通式表明α-氨基酸有其共同结构部分，亦有不同的R基团，故不同氨基酸既有共性，又有个性。
构成天然蛋白质的20种氨基酸除甘氨酸外，α-碳原子均为不对称碳原子，具有立体异构现象，但构成天然蛋白质的氨基酸均为L型，称为L型氨基酸。
根据氨基酸在PH5.5溶液中带电状况分为酸性、中性及碱性氨基酸三类。
酸性：L-门冬氨酸及其酰胺、L-谷氨酸及其酰胺。
中性者有L-甘氨酸、L-丙氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-丝氨酸、L-苏氨酸、L-半胱氨酸、L-胱氨酸、L-酪氨酸、L-苯丙氨酸、L-色氨酸、L-脯氨酸及L-羟脯氨酸。
碱性者有L-组氨酸、L-精氨酸、L-赖氨酸及L-羟赖氨酸等。
依R基团差异亦分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及杂环氨基酸三类其中L组氨酸、L-色氨酸、L-脯氨酸及L-羟脯氨酸为杂环氨基酸，L-酪氨酸及L-苯丙氨酸为芳香族氨基酸，其余均为脂肪族氨基酸。
也有将上述两种分类法结合起来对氨基酸进行分类者。
此外，L-鸟氨酸及L-瓜氨酸虽不存在于天然蛋白质中，但与蛋白质代谢有密切关系。
天然氨基酸有共同的结构部分，亦有不同之处，故其理化性质亦有异同。
物理通性天然氨基酸纯品均为白色结晶粉末，熔点及分解点均在200℃以上。
在水中溶解度各不相同，在有机溶剂中溶解度一般较小。
均为两性电解质，各有一定等电点。
除甘氨酸外都有旋光性。
化学通性α-氨基酸共同的化学反应有两性解离及林海定反应、酰化、烷基化、酯化、酰氯化、酰胺化、叠氮化、脱羧及脱氨反应、肽键结合反应及与甲醛和亚硝酸的反应等。
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第二章氨基酸类药物第二节氨基酸的生产方法掌握直接发酵生产氨基酸的操作要点；通过赖氨酸发酵生产的工艺过程，熟悉赖氨酸的发酵生产和产品的分离纯化工艺过程教学基本内容：2.2 直接发酵法2.2.1 直接发酵法的原理工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。
初生氨基酸：微生物通过固氮作用、硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。
次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸。
大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。
有些氨基酸可以以有机化合物和氨盐为前体，在相应酶作用下而产生。
发酵法中氨基酸的碳链主要来自糖代谢中间产物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸、赤藓糖-4-磷酸、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸、3-磷酸甘油酸及分枝酸等。
2.2.2 直接发酵法分类按照生产菌株的特性，直接发酵法可分为5类：1. 使用野生型菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸的发酵生产；2. 使用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如赖氨酸（高丝氨酸缺陷）、亮氨酸（苯丙氨酸缺陷）等；3. 由氨基酸结构类似物抗性突变株生产氨基酸，如赖氨酸（S-（2-氨基乙酸）-L-半胱氨酸（AEC）等；4. 使用营养缺陷型兼抗性突变株生产氨基酸，如高丝氨酸（蛋氨酸、赖氨酸缺陷，α-氨基-β-羟基戊酸AHV抗性）等；5. 以氨基酸的中间产物为原料，用微生物将其转化为相应的氨基酸，这一方法主要用于很难避开其反馈调节机制，而难以用直接发酵法生产的氨基酸。
如现已成功地用邻氨基苯甲酸作为前体物生产L-色氨酸，用甘氨酸作为前体工业化生产L-丝氨酸。
发酵法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制与灭菌处理，菌种诱变与选育，菌种培养、灭菌及接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。
(二）发酵法生产的氨基酸品种及工艺构成动物、植物及微生物体所有蛋白质的氨基酸种类与构型均无任何差异，但植物体内所有氨基酸皆由CO2、氨和水合成，动物体除8种必需氨基酸需从外界摄取外，其余非必需氨基酸均可通过体内氨基酸之间的转化或碳水化合物中间代谢物而合成，而微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸。
目前绝大部分氨基酸皆可通过发酵法生产，其缺点是产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，成本高。
本文仅以L-异亮氨酸及L-赖氨酸直接发酵法为例，说明发酵法的基本过程。
1、L-异亮氨酸（L-Isoleucine，L-Ile）的制备（1）L-异亮氨酸的结构与性质：L-Ile存在子所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之一，分子式为C6H13NO2，分子量为131.17，结构式为：（3）工艺过程①菌种培养种子培养基组成（%）为：葡萄糖 2 尿素0.3 玉米浆 2.5豆饼水解液0.1（以干豆饼计）pH6.5。
二级种子培养基另加菜籽油0.4，其余同一级种子培养基。
一级种子培养：1000ml三解瓶中培养基装量为200ml，接种一环牛肉膏斜面AS1.998菌种，摇床30℃培养（冲程7cm，频率105次／min）16h。
二级种子培养：接种量3.5％，培养8h，如此逐级放大培养得足够量菌种。
②灭菌、发酵发酵培养液组成（%）为:硫酸铵 4.5 豆饼水解液0.4，玉米浆 2.0碳酸钙 4.5 pH7.2，淀粉水解还原糖初糖浓度11.5。
在5m3发酵罐中添加3吨发酵培养液，加热至118～120℃，维持在1.1×105Pa压力，灭菌30min，立即通冰盐水冷却至25℃。
接入1％菌种（v／v），维持180转／min的搅拌速度，升温至30～31℃，以0.2L／（min•L）通气量发酵60h，在24～50h之间不断补加尿素至0.6，氨水至0.27。
③除菌体、酸化发酵结束后，发酵液加热至100℃并维持10min，冷却过滤，滤液加工业硫酸和草酸至pH3.5，过滤除沉淀。
④离子交换、吸附分离上述滤液每分钟以树脂量1.5％的流速进H十-型732离子交换柱（Φ40×100cm），以100L去离子水洗柱，再以60℃、0.5mol／L氨水按3L/min的流速进行洗脱，分部收集洗脱液。
⑤浓缩赶氨合并pH3～12的洗脱液，70～80℃减压蒸馏、浓缩至粘稠状，加去离子水至原体积的1／4，再浓缩至粘稠状。
如此重复三次。
⑥脱色、浓缩、中和上述浓缩物加去离子水至原体积的1／4，搅拌均匀，加2mol／L盐酸调pH3.5，加上1％（w／v）活性炭，70℃搅拌脱色1h。
滤除活性炭，滤液减压浓缩至适当体积，用2mol／L氨水调pH6.0，5℃沉淀过夜,过滤抽千，105℃烘干得：L-异亮氨酸半成品。
⑦精制、烘干每10kg L-异亮氨酸半成品加8L浓盐酸和20L去离子水，加热至80℃，搅拌溶解，加10kg氯化钠至饱和，加工业液碱调pH10.5，过滤，滤液用碱调pH 1.5，5℃放置过夜。
滤取沉淀，用80L，去离子水加热至80℃搅拌溶解，加适量氯化钠和1%（w／v）活性炭，70℃搅拌脱色lh过滤，滤液减压浓缩至适当浓度，用氨水调pH6.0，5℃放置结晶过夜。
次日过滤收集结晶，抽干，于105℃烘房中烘干得L-异亮氨酸成品。
（4）检验应为菱形叶片状或片状晶体，含量应为98.5％～101.5％，干燥失重不超过0.3％，炽灼残渣不大于含量测定与L-亮氨酸的规定相同。
0.3%，氯化物不超过0.05％，硫酸盐不超过0.03％，铁盐不超过0.003％,重金属不超过0.0015％，砷盐不超过1.5ppm。
（5）作用与用途L-Ile为必需氨基酸，是复方氨基酸输液的重要成份之一。
2、L-赖氨酸（L-Lysine，L-Lys）的制备（1）L-赖氨酸的结构和性质L-赖氨酸存在于所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之一。
分子量为146.20，结构为：①菌种培养②灭菌、发酵发酵培养液成分（％）为淀粉水解糖13.5，磷酸二氢钾0.1，硫酸镁0.05，硫酸铵1.2，尿素0.4，玉米浆1.0，毛发水解废液1.0，甘蔗糖蜜2.0，pH6.7，灭菌前加甘油聚醚lL（指5m3发酵罐）。
在5m3发酵罐中投入培养液3吨，在1.01×105Pa压力下，加热至118～120℃灭菌30min，立即通入冰盐水冷却至30℃，按10％（v／v）比例接种，以1:0.6（v／v）通气量于30℃发酵42～51h，搅拌速度为180转／min。
③发酵液处理：离心除菌体；80℃加热；④离子交换：铵型732树脂;PH=5.0为饱和(串联)⑤浓缩结晶：收集pH=8.0～14.0洗脱液（氨水洗脱）2.2.3 发酵法的基本过程发酵法生产氨基酸的基本过程包括菌种诱变与选育，培养基配制与灭菌处理，菌种培养、接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。
氨基酸发酵方式主要是液体通风深层培养法，其过程是由菌种试管培养逐级放大直至数吨至数百吨发酵罐。
发酵结束，除去菌体，清液用于提取、分离纯化和精制有关氨基酸，其分离纯化、精制方法及过程与水解法相同。
2.2.4 直接发酵法实例指通过特定微生物在以糖为碳源、以氨或尿素为氮源以及其它成分的培养基中生长，直接产生氨基酸的方法。
L-异亮氨酸的制备工艺流程（1）菌种培养种子培养基组成（％）为：葡萄糖2，尿素0.3，玉米浆2.5，豆饼水解液0.1，pH6.5。
二级种子培养基加菜籽油，其余同一级种子培养基。
一级种子培养：1000ml三角烧瓶中培养基装量为200ml，牛肉膏斜面，接种一环AS1.998菌种，摇床30℃、16h。
二级种子培养：接种量3.5％，培养8h。
逐级放大。
（2）灭菌、发酵发酵培养液组成（％）：硫酸铵4.5，豆饼水解液0.4，玉米浆2.0，碳酸钙4.5，pH7.2，淀粉水解还原糖粗糖浓度11.5。
灭菌，接种1％菌种（v/v），搅拌，发酵。
（3）除菌体，酸化发酵结束后，发酵液加热至100℃并维持10min，冷却过滤，滤液加工业硫酸和草酸至pH3.5，过滤除沉淀。
（4）离子交换、吸附分离上述滤液每分钟以树脂量1.5％的流速进H＋型732离子交换柱（φ40 ×100cm), 以100L去离子水洗柱，再以60℃,0.5mol/L氨水按3L/min的流速进行洗脱。
分部收集洗脱液。
（5）浓缩赶氨（6）脱色、浓缩、中和（7）精制，烘干2.2.5 工艺过程评价微生物利用碳源、氮源及盐类通过发酵法几乎可合成所有氨基酸。
该法的缺点是产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，成本高。
2.3 酶法转化2.3.1 概述酶法是应用完整的菌体或自微生物细胞提取的酶类制备氨基酸的方法。
赖氨酸、色氨酸等均可用酶法进行制备。
在发酵工业中早在1973年就用固定化菌体的方法生产天冬氨酸。
将酶或细胞进行固定化处理，再将固定化酶或细胞装填于适当反应器中制成所谓“生物反应堆”，加入相应底物合成特定氨基酸，反应液经分离纯化即得相应氨基酸成品。
其分离纯化和精制的原则及方法与水解法相同。
酶工程法与直接发酵法生产氨基酸之反应本质相同，都属酶转化反应，但前者为单酶或多酶的高密度转化，而后者为多酶低密度转化。
两者相比，酶工程技术工艺简单，产物浓度高，转化率及生产效率较高，副产物少，固定化酶或细胞可进行连续操作，节省能源和劳务，并可长期反复使用。
如聚丙烯酰胺凝胶包埋的精氨酸脱亚胺酶用于生产L-瓜氨酸，37℃反应半衰期为140天，可连续使用300天。
固定化酶凡限制在一定的空间范围内并能连续反复的使用的酶都称为固定化酶。
通常采用的固定化方法可大体概括为四种类型：吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法。
吸附法这是通过载体表面和酶分子表面间的次级键相互作用而达到固定目的的方法，又可分：物理吸附和离子交换吸附。
物理吸附是通过氢键、疏水键和π－电子亲和力等物理作用力将酶固定于不溶性载体的方法。
常用的载体有：皂土、硅胶、氧化铝、磷酸钙胶和微孔玻璃等无机吸附剂，纤维素、胶原、赛珞玢以及火棉胶等有机吸附剂。
最常用的交换剂有CM（羧甲基）－纤维素、DEAE（二乙基氨基乙基）－纤维素、DEAE－葡聚糖凝胶等。
离子交换剂的吸附容量一般大于物理吸附剂，约50～150mg蛋白／g载体。
共价偶联法这是借助共价键将酶的活性非必需侧链基团和载体的功能基团进行偶联以制备固定化酶的方法。
常用的载体有：纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖、聚丙烯酰胺、多聚氨基酸、乙烯与顺丁烯二酸酐共聚物、聚苯乙烯、尼龙等；还有无机载体如多孔玻璃等。
交联法利用双功能或多功能试剂在酶分子间或酶分子与惰性蛋白间、或酶分子与载体间进行交联反应以共价键制备固定化酶。
包埋法将聚合物的单体和酶溶液混合后，再借助聚合促进剂（包括交联剂）的作用进行聚合，将酶包埋于聚合物中以达到固定化的目的。