赖氨酸生产工艺的发展

赖氨酸生产工艺的发展 赖氨酸生产工艺的发展 实用技术 赖氨酸生产工艺的发展 黄允升 中粮生物化学(安徽)股份有限公司安徽蚌埠233010 摘要:赖氨酸的化学名称为2,6-二氨基己酸,有L型和D型两种光学异构体.L一赖氨酸是人和动物营养的8种珏须氨基酸之一,它对调节体内代谢 平衡,提高体内对谷类蛋白质的吸收,促进生长发育均有重要作用.其生产工艺先后经历了水解,合成,酶法和发酵法四个阶段,生产工艺越来越复杂, 生产效率越来越高. 关键词:赖氨酸工艺发酵 1.赖氨酸工业生产方法及其发展过程: (1)水解法:将蛋白质较多的物质加热水解,蛋白质分解成各 种氯基酸,再提取其中的赖氨酸.一般以动物血粉做原料.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. (2)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DMS法和日本的东丽法, 两种方法都先生成DL一氨基乙内酰胺,再水解生成DL一赖氨酸,然 后再用酶法进行区别,得到L一赖氨酸,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. (3)酶法:酶法是以生产以内酰胺时产生的大量副产物环己烯 为原料,先得~I]DL一氨基己内酰胺,再用水解酶把L一氨基己内酰胺 水解成L一赖氨酸.用消旋酶对D一氨基己内酰胺进行消旋,最低转 化为L一赖氨酸,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,精致容易. (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 的改变和控制微生物的代谢途径来实现L一赖氨酸的生产.生物合成 赖氨酸的途径有两种:一种是通过2一氨基己二酸途经(小目,链孢 酶合成赖氨酸),另一种是通过2,6一二氨基庚二酸途径(细菌,蓝 藻,高等植物).前者的起始物为酮戊二醛,后者的起始物为天 冬氨酸.发酵法生产赖氨酸的一大优点是原料来源十分广泛且价格 便宜,如淀粉(木薯淀粉,玉米淀粉),糖蜜(甘蔗糖蜜,甜菜糖 蜜等).发酵法的主要发酵原料是碳源,能提供碳源的物质很多, 有淀粉,糖蜜,葡萄糖,醋酸,苯甲酸,乙醇,和烃类等.但目前 实现工艺的只有糖蜜,淀粉和醋酸3种原料路线. 2,发酵法生产赖氨酸主要工艺 (1)生产菌种:赖氨酸的产生菌包括细菌中的棒状杆菌,短杆 菌,诺卡氏菌,念球菌,假单胞菌,埃希氏菌,芽孢杆菌等,真 菌中的酵母,假丝酵母,隐球酵母等.其中细菌是经过2,6一二氨基 庚二酸的代谢途径进行的,而消灭等真菌则是通过生成2一氨基己 二酸中间物代谢途径进行的.目前用于工业发酵生产的菌株主要 是棒状杆菌和短杆菌等细菌的各种变异株,其诱变方法是以紫外 线,x射线,氮芥和亚硝基酯等为主的处理方法,也是用细胞融 合和基因工程等生物工程技术来育种的. 人们一直不断努力地筛选高产的优良菌株,以提高糖的转化 率和发酵液中赖氨酸的累积浓度,缩短发酵时间.我国在上世纪 60年代就开始了发酵法工艺研究,70年代末开始了对赖氨酸产生 菌的筛选,8O年代初国内研究人员成功诱变了一株赖氯酸棒状杆 菌,产酸率达4.5%.我国科研人员还将先进的生物技术应用于赖 氨酸发酵生产,如用原生质体融合技术获得融合菌株,糖转化率 提高8%,发酵周期缩短11%,将国定化细胞技术应用于赖氨酸生 产,且产酸不高,但实行连续生产,对我国赖氨酸生产具有一定 现实意义. (2)发酵:目前,大多数赖氨酸生产厂家的发酵操作方式都是 分批操作,发酵生产涉及到发酵液和管路系统的消毒灭菌,营养 调节,酸碱度调节,通风量调节等一系列复杂的操作,都由配置 的DCS系统完成,完全实现了自动化,A.Haljsamni对黄色短杆菌 进行流加方式发酵,研究明,产酸率可达110.6g/L.官衡等对赖 氨酸产酸菌FB42~II家发酵的全过程进行分析,结果显示在小型反 应器中的发酵水平为81.6g/L.转化率为41.8%,9.7%和28.4%,因 此流加方式发酵将是赖氨酸发酵的趋势. (3)提取:从成熟的发酵液中提取赖氯酸,必须对发酵液进行 过滤或离心分离除去菌种.传统工艺采取过滤或离心分离除去大 颗粒的圆体杂质.超滤技术是在2O世纪90年代才开始逐步推广用 应的,超滤技术用于处理赖氨酸发酵液具有如下优点:1)有利于 提高下一工序离子交换中树脂的使用率和寿命;2)废水量大幅减 少,减轻后续工艺废水处理的压力;3)截留物的滤渣含有丰富的 蛋白及少量的赖氨酸,可以作为饲料添加剂.4)可实现赖氨酸超 滤的收率97%以上,节约了生产成本. (4)浓缩和结晶:浓缩工序是能耗较大的过程,我国赖氨酸生 产最初用式浓缩器,每吨洗出液蒸汽消耗为1.1吨,蒸发的氨 不回收.20世纪8O年代后,赖氨酸厂开始使用长管式降膜蒸发系 统,带氨吸收塔,回收的氯作为提取工序的洗脱剂,蒸汽消耗降 为0.7t,20世纪90年代后,肇东赖氨酸厂采用热泵的三效浓缩系 统,蒸汽消耗降为0.3t. 3,赖氨酸发酵的菌种研究和下游生产技术的发展方向 (1)现有的赖氨酸生产企业应以高新技术改进造现有装置, 提高企业的总体技术水平,目前国内大部分生产装置的装备水平 及自动化水平都比较低,有必要通过技术创新和应用高效,节能 (如膜分离,成套ISEP分离等)设备,达到提高赖氨酸提取率, 降低生产成本. (2)减少废水排放量,加强废水处理; (3)Jill快赖氨酸潜在,广泛用途的开发,拓宽其在医药,食品 等领域的应用,带动我国赖氨酸产业的全面发展. 参考文献 [1]郑集,郑钧辉普通生物化学(第四版)口.北京:高等教育出版社. 囱齐秀兰,阎浩林L濑氨酸高产菌株选育的研究网辽宁:朝阳出版社,1997年第1期. [3】曾碧格,何旭敏超滤技术在赖氨酸生产中的运用田.福建化工姗一6. 作者简介 黄允升,男,出生日期1972.12.12,大专学历,助理工程师.山东泰安人,在中粮 生物化学(安徽)股份有限公司工作,担任分厂运行厂长. ChinaScience&TechnologyOverview311