氨基酸发酵生产工艺

氨基酸发酵生产工艺

1. 概述

氨基酸在药品、食品、饲料、化工等行业中有重要应用。

氨基酸的制造始于1820年，蛋白质酸水解生产氨基酸，1850年化学合成氨基酸，1956年分离到谷氨酸棒状杆菌，日本采用微生物发酵法工业化生产谷氨酸成功，1957年生产谷氨酸钠（味精）商业化，从此推动了氨基酸生产的大发展。目前绝大多数应用发酵法或酶法生产，极少数为天然提取或化学合成法生产。

主要菌种有谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌、粘质赛式杆菌等，往往是生物素缺陷型，也有些是氨基酸缺陷型。还有采用基因工程菌进行生产的。

氨基酸的世界市场中，谷氨酸钠约占氨基酸总量的75％，其次为赖氨酸，占产量10％，其他约占15％。

国外谷氨酸采用甘蔗糖蜜或淀粉水解糖为原料的强制发酵工艺，产酸率13－15％，糖酸转化率50－60％；国内采用淀粉水解糖或甜菜糖蜜为原料生物素亚适量发酵工艺，产酸率10％，转化率60％。

菌种改良和新工艺开发，促进了中国氨基酸产业发展，应用于输液的18种氨基酸原料只有丝氨酸和色氨酸不能工业化生产仍需进口外，其余16种均已投产，国产化80％以上。2002年，全国氨基酸原料产品万吨，医药用总产量超过4200吨。2002年氨基酸制剂近1亿支（片/瓶）。氨基酸原料生产企业约20多家，制剂生产企业30多家。甘氨酸3000多吨，赖氨酸及其盐酸盐约1000吨，天门冬氨酸、缬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸等几百吨。谷氨酸钠的生产规模最大，居世界首位。

2 氨基酸生产工艺

培养基制备

水解淀粉、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烃等可作为碳源，取决于菌种和氨基酸种类和操作方式，常采用水解淀粉糖、糖蜜。氨盐、尿素、氨水等作为无机氮源，有机氮源有玉米浆、麸皮水解液、豆饼等。有机氮源还可提供生物素等微生物生长因子的来源。碳氮比对于氨基酸发酵非常重要，调节适宜的碳氮比。无机盐是发酵必需的，磷有很重要的影响。

主要发酵参数控制

三级发酵进行生产，主要参数控制如下。

pH：流加尿素和氨水控制，常用尿素，根据pH变化、菌体生长、残糖等调节，少量多次。如果用氨水，采用流加连续方式调节pH。PH的范围之间。

温度：最适温度因菌种和氨基酸种类而不同，菌体生长和氨基酸生产的温度也不同。对于温度敏感突变株，可采用分段调节控制策略。

溶解氧：供氧充足时，产率最高的氨基酸有谷氨酸、谷氨酰氨、脯氨酸和精氨酸等，它们对氧有高依赖性，氧分压应该在×105Pa以上，才能获得高产。低氧分压下，生产受阻。适当缺氧时，产率最高的氨基酸有亮氨酸、苯丙氨酸和缬氨酸等，菌体呼吸在受阻时，氧分压接近零，有利于发酵。供氧不足对生产影响不大的氨基酸发酵包括赖氨酸、异亮氨酸、苏氨酸等。

泡沫：加入天然豆油、玉米油或泡敌等进行消泡，控制泡沫的产生。

主要提炼工艺过程

过滤：用板框式压滤机过滤发酵液。

沉淀：根据氨基酸的等电点，采用等电沉淀、离子交换，提取氨基酸。

脱色：加入活性炭脱除色素。

精制：离子交换、重结晶等进行精制。