氨基酸生产工艺

制药工艺学
Pharmaceutical Technology
第12章 氨基酸发酵生产工艺
• 12.1 概述
➢ 生产菌的特性
• 12.2 谷氨酸发酵生产工艺 ➢ 发酵工艺过程
• 12.3 赖氨酸发酵生产工艺 ➢ 分离纯化工艺过程
氨基酸生产
来自百度文库概述
12.1.1 氨基酸种类与命名
➢ 羧酸中α碳上的一个原子被氨基取代而成的 一类化合物，属于氨基取代羧酸 。
Metabolite Genomics of Corynebacterium glutamicum
Besides transcriptome analyses with DNA microarrays, metabolite profiling by GC-MS will be the second key technology, based on the idea that metabolite pools can give valuable informations on the metabolic status, but also on strain differences. The knowledge gained by the proposed research will lead to a highly advanced understanding of C. glutamicum metabolism and its regulation that will be used by the industrial partner to improve amino acid producer strains and the respective production processes. Moreover, it forms the basis to construct novel C. glutamicum producer strains for other primary metabolites of industrial relevance. Thus, this organism will be further established as a platform for the sustainable and safe production of bulk and fine chemicals.
➢ 蛋白质水解工艺。蛋白质原料(毛发、血粉)，酸、碱或酶 水解，再经过分离纯化制备各种氨基酸。
10
国际上主要生产的公司
• Ajinomoto Inc. * (味之素) • Daiichi Pharmaceutical Co. Ltd.(第一制药株
式会社) • DeGussa AG * (德固赛 ) • Kyowa Hakko Inc. (协和发酵工业株式会社)
04/27
氨基酸生产
概述
1.3 氨基酸生产工艺技术的研究
➢ 微生物发酵生产工艺。成本较低,周期较长。15/20种 氨基酸。占总量的60%左右。
➢野生型变株
氨基酸生产使用 菌种种类：
➢营养缺陷型突变株 ➢氨基酸结构类似物抗性突变株 ➢营养缺陷兼结构类似物抗性突变株
➢基因工程菌株
邻氨基苯甲酸
L-色氨酸
概述
1.3 氨基酸生产工艺技术的研究
➢ 微生物发酵生产工艺。成本较低,周期较长。15/20种氨 基酸。占总量的60%左右。
➢ 酶法转化工艺: 手性制药。占总量的10%。
➢ 全化学合成生产工艺。不受氨基酸品种的限制，理论上 可生产天然氨基酸和非天然氨基酸。但产物是D L-型外 消旋体，必须拆分才得单一对映体。不对称合成工艺可 制备得到L-氨基酸。占总量的20%。
➢中性Aa: 如甘氨酸, 丙氨酸… (15)
➢氨基和羧基数目: ➢酸性Aa: 谷氨酸, 天门冬氨酸.
➢碱性Aa : 赖氨酸, 精氨酸, 组氨酸.
➢氨基酸的极性:
➢非极性Aa: 如甘氨酸, 丙氨酸, … ➢极性Aa: 如谷氨酸, 天门冬氨酸.
,(8)
➢亲水性、疏水性:➢➢亲疏水水性性AAaa::
如丝氨酸, 如缬氨酸,
➢国外：甘蔗糖蜜或淀粉水解糖为原料强制发酵。 ➢ 国内：淀粉水解糖或甜菜糖蜜为原料生物素亚适量发酵。 ➢操作方式：连续式，或分批式、分批流加发酵。
13
谷氨酸生产
菌种
氨基酸发酵和菌种开发技术在谷氨酸棒杆菌中应用的历史
谷氨酸生产
菌种
Corynebacterium Glutamicum
谷氨酸棒杆菌
• 非致病菌 • 高产性：>100 g/L Glutamic acid • 改造后用于其他氨基酸的生产，如 L-lysine. • Genomic DNA 测序2003
生物转化
甘氨酸
L-丝氨酸
8
氨基酸生产
概述
1.3 氨基酸生产工艺技术的研究
➢ 微生物发酵生产工艺。成本较低,周期较长。15/20种 氨基酸。占总量的60%左右。
➢ 酶法转化工艺: 手性制药。占总量的10%。 适合D-氨基酸和DL-氨基酸的手性拆分； 特点：工艺简单、转化率高、副产物少、易精制。
9
氨基酸生产
➢ R为其他基团，不同氨基酸在于R不同。
➢ 手性碳原子，旋光性和D、L两种异构体。
➢ 氨基酸常用其英文三字母或单字母简写。
H2N
➢ 组成蛋白质的氨基酸有20种， L-型右旋性。
其他有D型氨基酸。
➢ 是初级代谢产物。
➢ 应用：药品、食品、饲料、化工等。
COOH CH R
02/27
氨基酸生产
概述
1.1 氨基酸种类与命名
12.2 谷氨酸的生产工艺
➢生产菌的特性 ➢发酵工艺过程 ➢分离纯化工艺过程
谷氨酸生产
菌种
2.1 谷氨酸生产菌的特性
➢棒状杆菌属、短杆菌属、小短杆菌属和节杆菌。 ➢革兰阳性：球、棒至短杆形，无芽孢，无鞭毛。 ➢G＋C含量：50％～65％。 ➢ 三羧酸循环、戊糖磷酸途径突变，耐高浓度谷氨酸并向
胞外分泌。生物素缺陷型，脲酶活性强。
谷氨酸生产
菌种
Besides metabolic conversions in the cytoplam uptake of nutrients and excretion of metabolic products are major processes of the cellular metabolism in C. glutamicum. This is underlined by the number of genes encoding secondary transporter (units) (at least 130) and primary transporter units (185).
1. 蛋白质在机体内的消化和吸收是通过氨基酸来完成的。 2. 起氮平衡作用。 3. 转变为糖或脂肪。 4. 参与构成酶、激素、部分维生素。 5. 成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%～37%。
三、在医疗中的应用
5
氨基酸的FDA相关法规
➢ 主成分药[非牛来源]
– 口服制剂，全输液注射营养品，大体积输液用药。
➢ 辅料
– 缓冲液 (gly, his)，稳定剂 (gly)，抗氧化剂 (met, cys)。
➢ 试剂
– 缓冲液的成分，多肽合成的成分，细胞培养基成分。
➢ 不同用途对氨基酸的来源和生产方法有法规的制约。 ➢ 纯度和安全性至关重要。
12.1.2氨基酸生产工艺研究
发展简史
➢ 1820：蛋白质酸水解工艺生产氨基酸。 ➢ 1950：化学合成氨基酸。 ➢ 1956：谷氨酸棒状杆菌发酵工业生产谷氨酸。 ➢ 1957：生产谷氨酸钠（味精）商业化。 ➢ 1973：固定化酶进行天冬氨酸的生产。
苏氨酸, 亮氨酸,
… …
4
氨基酸生产
概述
1.2 氨基酸的功能
一、构成人体的基本物质，是生命的物质基础。
氨基酸在人体内通 过代谢发挥作用：
① 合成组织蛋白质; ② 变成酸、激素、抗体、肌酸等含氨物质; ③ 转变为碳水化合物和脂肪; ④ 氧化成二氧化碳和水及尿素，产生能量。
二、在食物营养中的地位和作用