L-精氨酸简介

一、精氨酸发酵的代谢控制育种策略
1、解除菌体自身的反馈抑制 、
精氨酸的生物合成受自身的反馈抑制和反馈阻遏， 精氨酸的生物合成受自身的反馈抑制和反馈阻遏，采用抗反馈调节 突变株来解除该反馈调节，使精氨酸得以积累。 突变株来解除该反馈调节，使精氨酸得以积累。选育营养缺陷的回复 突变株也可以解除该反馈调节，如选育有N-乙酰谷胺酸激酶缺陷的回 突变株也可以解除该反馈调节，如选育有 乙酰谷胺酸激酶缺陷的回 复突变株。 复突变株。
在食品领域： 在食品领域：
1、L-精氨酸是合成蛋白质和肌酸的重要原料 是人和动物体 、 精氨酸是合成蛋白质和肌酸的重要原料 精氨酸是合成蛋白质和肌酸的重要原料,是人和动物体 内的半必需氨基酸。 内的半必需氨基酸。 2、L-精氨酸 谷氨酸盐可以作为忌钠患者的调味品； 精氨酸-L-谷氨酸盐可以作为忌钠患者的调味品 、 精氨酸 谷氨酸盐可以作为忌钠患者的调味品； 3、L-精氨酸可以添加到运动饮料中 、 精氨酸可以添加到运动饮料中 来提高运动员的耐力、 来提高运动员的耐力、 爆发力及快速反应能力 例：可口可乐公司推出的“阿格里乐” 可口可乐公司推出的“阿格里乐” 运动饮料便是含0.02%精氨酸的饮品； 精氨酸的饮品； 运动饮料便是含 精氨酸的饮品 日本明治乳业生产的运动饮料也是含 0.02%精氨酸的饮料 精氨酸的饮料 4、以 L-精氨酸为原料制备的阳 、 精氨酸为原料制备的阳 离子表面活性剂具有抗菌性强， 离子表面活性剂具有抗菌性强， 毒性低等特点， 毒性低等特点，是食品化妆品等的优良防腐剂
生产法方法： 生产法方法：
目前， 精氨酸的制备方法有五种 直接发酵法、 精氨酸的制备方法有五种： 目前，L-精氨酸的制备方法有五种：直接发酵法、添 加前体发酵法、酶法、 加前体发酵法、酶法、蛋白质水解提取法和化学合成 法 1、直接发酵法 、 借助微生物自身的合成能力，对菌株诱变处理，选 借助微生物自身的合成能力，对菌株诱变处理， 育出各种营养缺陷型及抗氨基酸结构类似物的变异株， 育出各种营养缺陷型及抗氨基酸结构类似物的变异株， 以解除代谢调节中的反馈抑制与阻遏， 以解除代谢调节中的反馈抑制与阻遏，达到过量合成 某种氨基酸的目的 2、添加前体发酵法 、 除了使用葡萄糖做碳源、能源来发酵外， 除了使用葡萄糖做碳源、能源来发酵外，在添加 特异的的前提物质（ 特异的的前提物质（如：精氨酰琥珀酸）
精 氨 酸 的 生 物 合 成 及 代 谢 控 制
L一、代谢控制育种策略 二、由突变菌株发酵生产 三、精氨酸的发酵过程调控 四、精氨酸的分离提取
1、乙酰谷氨酸合成酶；2、N、乙酰谷氨酸合成酶； 、 乙酰谷氨酸激酶； 、 乙酰谷 乙酰谷氨酸激酶；3、N-乙酰谷 氨酸半醛脱氢酶； 、 乙酰鸟 氨酸半醛脱氢酶；4、N-乙酰鸟 氨酸-δ-氨基转移酶 氨基转移酶； 、 乙酰 氨酸 氨基转移酶；5、N-乙酰 谷氨酸-乙酰鸟氨酸乙酰基转移 谷氨酸 乙酰鸟氨酸乙酰基转移 酶；6、鸟氨酸氨甲酰基转移酶； 、鸟氨酸氨甲酰基转移酶； 7、精氨琥珀酸合成酶；8、精 、精氨琥珀酸合成酶； 、 氨酰琥珀酸酶
三、发酵过程控制
1、培养基对精氨酸发酵的影响及控制 、 1）碳源 ） 以葡萄糖、蔗糖为碳源时 精氨酸的产量较高 浓度为105g/L 精氨酸的产量较高， 以葡萄糖、蔗糖为碳源时,精氨酸的产量较高，浓度为 的时候产酸量最高。 的时候产酸量最高。 2）氮源 ） 无机氮优于有机氮，无机氮中硫酸铵为最好。 无机氮优于有机氮，无机氮中硫酸铵为最好。 随着硫酸铵浓度的增加精氨酸产量显著增加,但当硫酸铵浓度 随着硫酸铵浓度的增加精氨酸产量显著增加 但当硫酸铵浓度 超过5%时产酸又显著下降 时产酸又显著下降。 超过 时产酸又显著下降。 从碳源和氮源上来看， 从碳源和氮源上来看，我们在发酵过程中为提高精氨酸的产 量应该选择过程中流加的方式。 量应该选择过程中流加的方式。
2、增加前体物的合成 、
由代谢图可知，谷氨酸是精氨酸的生物合成的前体，因此， 由代谢图可知，谷氨酸是精氨酸的生物合成的前体，因此，选育氟 乙酸、氟柠檬酸、重氮丝氨酸、酮基丙二酸、缬氨霉素等敏感突变株， 乙酸、氟柠檬酸、重氮丝氨酸、酮基丙二酸、缬氨霉素等敏感突变株， 可以增加精氨酸前体的合成，从而有利于精氨酸产量的提高。 可以增加精氨酸前体的合成，从而有利于精氨酸产量的提高。
发酵法生产 L-精氨酸的研究进展 精氨酸的研究进展
一、国外
1、1971 年，Masahiko Kisumi 选育的枯草芽孢杆菌的精氨 、 酸氧肟酸抗性(ArgHxR)突变株能积累 4.5g/L 的 L-精氨酸 酸氧肟酸抗性 突变株能积累 精氨酸 2、1972 年，Nakayama以野生型谷氨酸棒杆菌 KY10025 为 、 以野生型谷氨酸棒杆菌 出发菌， 多次逐级诱变，选育了异亮氨酸缺陷、 丝 出发菌，经 NTG 多次逐级诱变，选育了异亮氨酸缺陷、D-丝 氨酸敏感、 精氨酸和 精氨酸氧肟酸盐双重抗性变异株 精氨酸氧肟酸盐双重抗性变异株， 氨酸敏感、D-精氨酸和 L-精氨酸氧肟酸盐双重抗性变异株， 可积累 L-精氨酸 19.6g/L 精氨酸 3、1988 年，Hirao 和 Nakano 等对 L-精氨酸产生菌嗜乙酸 、 精氨酸产生菌嗜乙酸 棒状杆菌 MC-13 中分离出一株 L-精氨酸高产菌 SC-190。此 精氨酸高产菌 。 小时， 菌可稳定培养 250 小时，产酸为 60g/L 4、1991 年，Anima 等对谷氨酸棒杆菌进行 NTG 处理具有 、 D-丝氨酸敏感、D-精氨酸、精氨酸氧肟酸、6-氮尿嘧啶和乙基 丝氨酸敏感、 精氨酸 精氨酸氧肟酸、 氮尿嘧啶和乙基 精氨酸、 丝氨酸敏感 半胱氨酸多重抗性的菌株，产酸66g/L，每升发酵液经离子交 半胱氨酸多重抗性的菌株，产酸 ， 换柱可获得 52.8g 精氨酸粗结晶 5、目前 、目前······（没查到） （没查到）
发酵成本： 发酵成本：2,9000元/吨 （包含主要原料：葡萄糖，玉米桨 元 吨 包含主要原料：葡萄糖， 等）； 动力成本： 汽等）； 动力成本： 1,2000元/吨 （包括水、电、汽等）； 元 吨 包括水、 后提取成本： 后提取成本：2,000元/吨 ； 元吨 精氨酸（ 例：食品级L-精氨酸（最低端的产品）成本在 食品级 精氨酸 最低端的产品）成本在50,000元/吨 元吨 以内。 以内。 目前国内市场上的由毛发水解法生产精氨酸销售价格约为 61,000元/吨，在2008年食品级 精氨酸价格曾经为 年食品级L-精氨酸价格曾经为 元吨 年食品级 精氨酸价格曾经为80,000 元/吨。 吨 味之素和协和生产的药用级氨基酸约140,000元/吨。 国内 元吨 味之素和协和生产的药用级氨基酸约 无菌级精氨酸的价格约为300,000元/吨。 无菌级精氨酸的价格约为 元吨 精氨酸生产厂， 如果一个年产 500吨 ～ 1000吨 L-精氨酸生产厂，最低限 吨 吨 精氨酸生产厂 度的产品毛利润约为 500 ～ 1,000万 万
二、国内 1、1988 年，中科院微生物研究所的龚建华等以谷氨酸产生 、 菌钝齿棒状杆菌AS1.542 为出发菌株，经 NTG 多次逐级诱变， 为出发菌株， 多次逐级诱变， 菌钝齿棒状杆菌 获得了一株能够积累 L-精氨酸的菌株 971.1发酵培养 96h，产 精氨酸的菌株 发酵培养 ， 酸最高达 34g/L 2、2005 年，钱和等以谷氨酸棒杆菌 钱和等以谷氨酸棒杆菌ATCC13861 为诱变出发 、 菌株，经紫外线和亚硝基胍逐级诱变处理和选育， 菌株，经紫外线和亚硝基胍逐级诱变处理和选育，获得一株能 在以葡萄糖为碳源、 够积累 L-精氨酸的菌株 UN100-12在以葡萄糖为碳源、以硫 精氨酸的菌株 在以葡萄糖为碳源 酸铵为氮源的培养基中直接发酵 4d，产酸可达 16.6g/L，并 ， ， 具有较好的遗传稳定性 3、2006 年，许正宏、窦文芳和陶文沂等钝齿棒状杆菌 许正宏、窦文芳和陶文沂等钝齿棒状杆菌YD8 、 为出发菌株，通过选育脯氨酸结构类似物抗性突变株， 为出发菌株，通过选育脯氨酸结构类似物抗性突变株，采用亚 硝基胍诱变处理和选育， 硝基胍诱变处理和选育，获得一株能够积累 L-精氨酸的菌株 精氨酸的菌株 YDM403，产酸水平可达 29.4g/L ， 4、目前我国 L-精氨酸产量在 30 g/L~40 g/L 、 精氨酸产量在
医药领域： 医药领域：
1、L-精氨酸是体内合成 的前提物质，是血管舒张因子具有 、 精氨酸是体内合成 精氨酸是体内合成NO的前提物质 的前提物质， 抗粥样动脉硬化、调节血压的功能； 抗粥样动脉硬化、调节血压的功能； 2、L-精氨酸是临床上复方氨基酸输 、 精氨酸是临床上复方氨基酸输 液的主要成分之一， 液的主要成分之一，广泛用于病毒性 肝炎的治疗，效果显著； 肝炎的治疗，效果显著； 3、L-精氨酸还可以提高人体生长荷 、 精氨酸还可以提高人体生长荷 尔蒙(HGH)延缓衰老 尔蒙 延缓衰老 4、L-精氨酸对几个内分泌腺具有强 、 精氨酸对几个内分泌腺具有强 有力地促进激素分泌作用 5、L-精氨酸对肿瘤诱导及发生过程 、 精氨酸对肿瘤诱导及发生过程 的抑制作用（ 精氨酸可能是通过促进机体对肿瘤识别和抗肿 的抑制作用（L-精氨酸可能是通过促进机体对肿瘤识别和抗肿 瘤的反应来发挥作用） 瘤的反应来发挥作用）
3、切断进一步代谢的途径 、
要大量积累精氨酸，需切断或减弱精氨酸进一步向下代谢的途径， 要大量积累精氨酸，需切断或减弱精氨酸进一步向下代谢的途径，使 使精氨酸不再被消耗，如选育不能以精氨酸为唯一碳源生长（ 使精氨酸不再被消耗，如选育不能以精氨酸为唯一碳源生长（即丧失 精氨酸分解能力）的突变株。 精氨酸分解能力）的突变株。
L-精氨酸的生产工艺 精氨酸的生产工艺
一、L-精氨酸的生理功能及其应用 精氨酸的生理功能及其应用 精氨酸的生产成本、 二、L-精氨酸的生产成本、价格及利润 精氨酸的生产成本 三、L-精氨酸的生产方法 精氨酸的生产方法 四、L-精氨酸发酵法的研究进展 精氨酸发酵法的研究进展 五、L-精氨酸的生物合成及调控机制 精氨酸的生物合成及调控机制 精氨酸的提取、 六、L-精氨酸的提取、纯化 精氨酸的提取
二、由突变菌株发酵ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ产精氨酸
用谷氨酸棒杆菌的突变株KY10577（Ile+ 、D-Sers、D（ 用谷氨酸棒杆菌的突变株 Argr、ArgHxr、2-TAr ），由15%糖蜜（以葡萄糖计）积 ），由 糖蜜（ 糖蜜 以葡萄糖计） 累精氨酸25g/L。 累精氨酸 。
谷氨酸棒杆菌精氨酸生产菌和精氨酸生物合成调节机制的解除 酶活性（ 相对值） 酶活性 （ 相对值 ） Arg产 酶 2 的反馈抑 L - Arg 产 菌株 遗传特性 /(g 制敏感性 量 /( g / L ) 酶2 酶4 酶5 酶6 KY10025 1.0 1.0 1.0 一 敏感性 0.0 KY10150 Ile一 一 一 1.0 一 0.0 DSS-8 D-Sers 19.9 4.6 4.1 11.5 敏感性 1.5 KY10479 D-Argr 19.1 一 一 一 抗性 6.8 KY10480 ArgHxr 18.2 一 一 抗性 16.6 KY10508 Ile+ 18.2 一 一 一 抗性 19.9 KY10577 2-Tar 18.7 7.0 6.9 19.3 抗性 25.0
乙酰谷胺酸激酶、 乙酰鸟氨酸-6-氨甲基转移酶 酶2为N-乙酰谷胺酸激酶、酶4为N-乙酰鸟氨酸 氨甲基转移酶、酶5为N-乙酰 为 乙酰谷胺酸激酶 为 乙酰鸟氨酸 氨甲基转移酶、 为 乙酰 谷氨酸-乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶 乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶、 为鸟氨酸氨甲酰基转移酶“ 为营养缺陷 谷氨酸 乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶、酶6为鸟氨酸氨甲酰基转移酶“-”为营养缺陷 为鸟氨酸氨甲酰基转移酶 为营养缺陷型的回复突变型、 为敏感性、 型、“+”为营养缺陷型的回复突变型、“s”为敏感性、“r”为抗性 为营养缺陷型的回复突变型 为敏感性 为抗性