《L赖氨酸的生产工艺研究.docVIP

L-赖氨酸的发酵生产工艺研究 摘 要: L-赖氨酸是人体和动物所不能合成的八种必需氨基酸中最重要的一种。L-赖氨酸是国际市场上发展前景良好的产品，消费需求每年以7-10%的速度递增，国内年产量则以每年20-30%以上的速度递增。其广泛应用于医药、食品和饲料等领域。目前生产赖氨酸最主要的方法是微生物发酵法。本文从赖氨酸的生产现状、生产方法，发酵过程中的代谢调控以及赖氨酸生产菌种的选育和生产赖氨酸的前景展望这几个方面综述了赖氨酸生产工艺。 关键词: 赖氨酸； 发酵； 菌种； 展望 前 言 赖氨酸(Lysine) 的化学名称为26-二氨基己酸，有L-型(左旋)、D-型(右旋)和 DL 型(消旋)三种旋学异构体。赖氨酸是人和动物营养的必需氨基酸之一， 不能参加转氨作用。人类和动物可吸收利用的只有L型。它对调节体内代谢平衡、提高体内对谷类蛋白质的吸收、改善人类膳食营养和动物营养、促进生长发育均有重要作用L-赖氨酸主要用于医药、食品和饲料工业。全球约9 0％的赖氨酸用作饲料添加剂，约5％用作食品添加剂，其余5％用作医药中间体[2]。目前，全球赖氨酸年总需求量约为85万t/a，年增长率为7％一8％。现全球赖氨酸总产能约为万，产量较大的是日本味之素公司(26万)、美国ADM公司、BASF韩国公司和协和发酵工业公司等。 用于工业上发酵生产赖氨酸的菌株主要是棒状杆菌和短杆菌等的变异株，棒状杆菌具有极高的经济价值，其中谷氨酸棒状杆菌应用最为广泛。此外，赖氨酸生产还有大肠杆菌、黄色短杆菌、酿酒酵母、乳酸发酵短杆菌、假丝酵母等。谷氨酸棒状杆菌包括其亚种黄色短杆菌亚种乳糖短杆菌钝齿棒状杆菌和分枝短杆菌是赖氨酸工业生产中最重要的微生物 2.2 黄色短杆菌产赖氨酸的合成途径与调控机制 由上图可以得出要想得到高产的生产菌株，必须从以下几个方面对菌种进行控制：①切断代谢支路：选育和应用营养缺陷型菌株，切断丙氨酸、苏氨酸的分支途径是积累赖氨酸的有效手段。②解除反馈抑制：选育抗结构类似物的突变株，可以得到对AK（天门冬氨酸激酶）反馈抑制脱敏的菌株，代谢调节被遗传性地解除。③设法增加前体物质天门冬氨酸的浓度，以抵消变构抑制剂的影响。因此可以考虑选育丙氨酸缺陷型，抗天门冬氨酸结构类似物的突变株。④解除代谢互锁：赖氨酸与亮氨酸的生物合成之间存在代谢互锁，因此可以考虑选育亮氨酸缺陷型，抗亮氨酸结构类似物的突变株。 2.3 发酵 2.3.1 发酵工艺条件以及影响因素组成 ①温度：前期 32℃，后期30℃。②ph值：最适ph值6.5-7.0，控制范围在ph值 6.5-7.5之间。③种龄和接种量：二级种子接种量2%、种龄8-12h，三级种子接种量10%、种龄6-8h。④供氧：供氧需充足，过高、过低的溶氧对发酵均不利，表现为菌体浓度下降、产酸降低，发酵时间延长，否则生成乳酸。⑤初糖浓度控制在11%~15%，转化率最高。 2.3.2 发酵控制 发酵法生产赖氨酸的主要原料为淀粉、糖蜜玉米等淀粉类原料需经糖化转化为葡萄糖后才可用，且发酵液配方中需再补充生物素；甘蔗废糖蜜含较高的生物素，发酵液配方中无需再补充生物素。主要以淀粉水解液或甘蔗糖蜜为碳源发酵生产赖氨酸。 目前大多数赖氨酸生产厂家的发酵操作方式为分批操作，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操作，都由配置的DCS系统完成，完全实现了自动化。A.IqaajSassi[6]等对黄色短杆菌ATCC21513进行流加方式发酵，研究表明产酸率可达110.6 g/L。官衡等对赖氨酸产生菌FB42流加发酵的全过程进行了分析，结果显示在小型反应器中的发酵水平为81.6 g/L，转化率为41.8%，生产强度为1.16g/(h·L)，和分批发酵相比分别提高了45.4%、9.7%和28.4%因此，流加方式发酵将是赖氨酸发酵的趋势[7]。 2.4 提取 要从成熟的发酵液中提取赖氨酸，必须对发酵液进行过滤或离心分离除去菌体和碳酸钙。传统的过滤方法为机械过滤，只能除去大颗粒的固体杂质。将超滤技术用于处理赖氨酸发酵液具有如下优点：可以截留发酵液中的菌体蛋白、悬浮固体等杂质，有利于提高下一个工序离子交换中树脂的使用效率和寿命，减轻后续工艺废水处理的压力，截留住的滤渣含有丰富的菌体蛋白及少量的赖氨酸，可以作为饲料添加剂。曾碧格等采用超滤技术直接处理赖氨酸的发酵液，结果表明：能够一步截留未经任何处理的赖氨酸发酵液中的菌体蛋白、固体颗粒等杂质，滤渣量约为原料体积的10%，而同等量的发酵液经过离子交换后，浓废水量约为该滤渣的20倍[8]。可见，超滤技术应用在赖氨酸发酵液处理上，大大减少了后续污物处理的压力，可实现赖氨酸超