氨基酸的生產,主講人：夏克鑫成 員：劉自強（PPT制作） 韓佳潤（PPT修改） 崔偉斌（文獻查閱）,主要內容,2,2017/11/3,背 景 介 紹,1,研究背景,1,生產方法,2,參 考 文 獻,4,應 用 實 例,3,3,2017/11/3,背景介紹,氨基酸，作為生命體蛋白質的基本組成單位，在人和動物的營養健康方面發揮著重要的作用。氨基酸分子結構中含有氨基（-NH2）和羧基（-COOH），并且氨基和羧基都是直接連接在一個 -CH- 結構上的有機化合物,通式是H2NCHRCOOH。蛋白質經水解后，即生成20多種氨基酸，根據其結合基團不同，可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、雜環氨基酸、含硫氨基酸等。根據對人體需要程度，可分為必需氨基酸和非必需氨基酸。目前已廣泛應用于醫藥、食品、保健、飼料、化妝品、農藥、肥料、制革、科學研究等領域。,4,2017/11/3,背景介紹,氨基酸的生產歷史以谷氨酸鈉 (MSG )為代表, 首次大量工業化生產是1909年，那時將小麥面筋用鹽酸水解，谷氨酸以鹽酸鹽的形式被分離出來。從蛋白質水解物中分離谷氨酸的生產持續了近50年，在1955年, L一谷氨酸由簡單的物質如葡萄糖和氨的衍生物生產在日本得到發展，從那時起，這種微生物發酵法被用來生產各種氨基駿。在此期間，合成和光學拆分方法也在進行研究，并于1960年用合成法正式生產谷氨酸。其它諸如DL一蛋氨酸、甘氨酸和L一色氨酸也用合成法制造。,5,2017/11/3,目前國內谷氨酸生產的菌種已趨向多樣化，產酸率在10%-16%之間，轉化率為60%左右，提取率在85%以上，該技術已達到國際領先水平。且經過30多年的迅速發展，我國在谷氨酸及其鹽生產方面取得了巨大的突破。2011年我國谷氨酸及其鹽產量達220萬噸 左右，2012年我國谷氨酸及其鹽產量約240萬噸，2013年我國谷氨酸及其鹽產量約260萬噸左右。全球味精總需求量約為300萬噸。,背景介紹,氨基酸的生產方法,6,2017/11/3,1、蛋白質水解法：氨基酸最早是用天然蛋自質如酪蛋白、家畜血纖維蛋白、毛發、大豆蛋白、谷蛋白等經酸或酶水解、分離、精制而得。 例如，由面粉蛋白 ( 面筋 ) 提取谷氨酸、由毛發生產胱氨酸、精氨酸；由酪蛋白生產賴氨酸，由血粉生產組氨酸等。工藝流程：先用酸將毛發水解為氨基酸，再通過三次中和精制得到胱氨酸，工藝流程如下:,7,2017/11/3,氨基酸的生產方法,2、化學合成法：各種氨基酸都可用合成法制取，工業上大量合成 的品種已有甘氨酸、蛋氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、絲氨酸及谷氨酸等。隨著廉價化工原料的大量供應及有機合成技術的不斷革新，合成法生產氨基酸已占有極其重要的地位。 但是，除甘氨酸外，其他氨基酸分子中均含有一個( 少數含兩個)不對稱碳原子，故由合成法制得的產品都是消旋體（DL型）, 還要用適當的方法進行拆分,以獲得L一氨基酸。,氨基酸的生產方法,8,2017/11/3,3、微生物發酵法 *：隨著發酵工業的不斷發展，用發酵法生產氨基酸已取得很大成就。1957年日本兩個研究所首先從糖質直接發酵生產L一谷氨酸成功以后，帶動了其它氨基酸發酵法的研究。目前大多數氨基酸均可用發酵法生產。 發酵的優點是所產生的氨基酸都是L型的，這不但簡化了水解法中多種氨基酸的繁瑣的分離操作，且省掉了合成法中消旋體的拆分工藝。,9,2017/11/3,應 用,醫藥上的應用：大致可分四個方面( 1 )以八種必需氨基酸為主的復方氨基酸制劑的研究與應用。 ( 2 )多種單一氨基酸的生理活性的研究和應用，如用治肝昏迷 的谷氨酸鈉注射液、鹽酸精氨酸注射液。( 3 )具有生理活性的氨基酸衍生物的研究和應用，如由酪氨酸合成的左旋多巴(L一Dopa)用于治療震顫麻痹。( 4 )由氨基酸生產多瞇藥物的研究和應用，如合成催產素、胰島素或其他類似化合物。,10,2017/11/3,應 用,飼料行業 氨基酸飼料主要是能夠提高動物生長發育、增強肉質品質等。當然不同的氨基酸具有不同的功能，如精氨酸的主要功效是促進動物生長發育、提高幼仔的存活率、改善肉質、提高畜禽生產能力、增加產量、增加產雌率、提高飼料利用率、節省蛋白質飼料等，賴氨酸具有增強畜禽食欲、提高抗病能力、促進外傷治愈的作用。,11,2017/11/3,應 用,化妝品行業 氨基酸產品易被皮膚吸收，可使老化和干燥的表皮細胞重新恢復彈性，從而延緩表皮細胞的衰老。另外，用氨基酸制成的保濕劑，具有良好的持續保濕能力、較低的黏感和良好的清爽感，可降低或減緩由皮膚干燥引起的炎癥。因此，氨基酸在化妝品行業被廣泛應用，用作護膚品等。,氨基酸產品還有良好的抗菌活性和低刺激性，可用作表面活性劑、染發劑和護發劑等，成為時尚商品的一部分。,12,2017/11/3,應 用,食品行業 谷氨酸是人類應用的第一種氨基酸，也是世界上應用范圍最廣、產銷量最大的一種氨基酸，谷氨酸鈉作為食品調味劑廣泛使用。中國是世界上最大的谷氨酸鈉生產國和消費國。此外，氨基酸本身具有一定呈味作用，有些氨基酸如甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、天冬氨酸也可用作食品調味劑。 氨基酸可制作阿斯巴甜， 它是由天冬氨酸和苯丙氨酸共同合成的一種甜味肽。阿斯巴甜具有甜味純正， 熱值低，分解的代謝產物易被人體吸收利用等優點， 在汽水、咖啡和乳制品的生產上被廣泛使用。,13,2017/11/3,其他行業,氨基酸除了用于以上行業外，還可用于紡織工業，如精氨酸可作為服裝的整理劑，用作服裝的涂層，既能增加服裝的舒適感又能提高皮膚活力起到保健作用。一些聚合氨基酸如聚谷氨酸、聚丙氨酸可用于人造皮革和高級人造纖維的生產，增加其原有的保溫性和透氣性。除此之外，氨基酸在采礦業、電鍍業等方 面也有一些應用，如谷氨酸用于電鍍的電解液，半胱氨酸用于銅礦的探測等。,14,2017/11/3,目前國內氨基酸的生產層次不齊，谷氨酸、賴氨酸生產已占據很大的市場份額，完全實現了國產化、規?；洜I。但還有一些氨基酸無法實現工業化大化生產，尤其是小品種氨基酸如精氨酸、組氨酸、絲氨酸等，至今仍為國外大型企業所壟斷。因此亟需打破國外技術和市場的壟斷，大力發展各品種氨基酸的國內 市場，提高市場競爭力。,展 望,15,2017/11/3,參考文獻,1 舒國偉， 陳合，張璐等. 氨基酸及其衍生物生產現狀J. 中國調味品，2009， 1(34)： 39-412 王宏齡，富春江. 近年來國內外主要發酵類氨基酸產品發展狀況J. 發酵科技通訊，2008，37(3)：23-26.3 蔡詩貴，熊家林. 我國氨基酸生產現狀和發展建議 J. 湖北化工，2000(6)： 1-24Kawashima，S，H Ogata， and M. Kanehisa， AAindex: Amino Acid Index Database.NucleicAcidsRes，1999.27(1)：p.368-9.5Kawashima， S. et al. AAindex： amino acid index database， progress report2008.NucleicAcidsRes，2008.36(Databaseissue)：p.D202-5.6Word,J.M.,etal.,Asp