氨基酸药物的发酵生产课件.ppt

1、第一节第一节 氨基酸类药物的基本概念氨基酸类药物的基本概念 一、氨基酸类药物的基本知识一、氨基酸类药物的基本知识 从各种生物体中发现的氨基酸已有从各种生物体中发现的氨基酸已有180多种多种，但是但是参与蛋白质组成的常见氨基酸或称基本氨基酸只有二参与蛋白质组成的常见氨基酸或称基本氨基酸只有二十种。十种。1986年年发现第21种 硒代胱氨酸硒代胱氨酸 最近发现第22种遗传基因编码的氨基酸 吡咯赖氨酸。吡咯赖氨酸。180多种天然氨基酸大多数是不参与蛋白质组成的，这些氨基酸被称为非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸。氨基酸是构成机体蛋白质的基本单位基本单位，且构成生物体蛋白质的氨基酸都是-氨基酸氨基酸，除甘氨

2、酸甘氨酸外，-碳原子碳原子均为不对称碳原子不对称碳原子，具有立体异构现象立体异构现象，均是L-型氨基酸型氨基酸。1、分类：、分类：（1）根据氨基酸在pH5.5溶液中带电状况分为酸性、酸性、中性及碱性中性及碱性氨基酸三类。（2）依R基团基团差异亦分为：脂肪族脂肪族氨基酸、芳香族芳香族氨基酸及杂环杂环氨基酸三类三类 其中L-组氨酸、组氨酸、L-色氨酸、色氨酸、L-脯氨酸及脯氨酸及L-羟脯氨羟脯氨酸酸为杂环氨基酸杂环氨基酸，L-酪氨酸及酪氨酸及L-苯丙氨酸苯丙氨酸为芳香族氨基酸芳香族氨基酸，其余均为脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸。2、性质：、性质：（1）物理通性：）物理通性：天然氨基酸纯品均为白色结晶性粉

3、末白色结晶性粉末，熔点及分熔点及分解点解点均在200以上以上。在有机溶剂有机溶剂中溶解度一般较小。均为两性电解质均为两性电解质，各有一定等电点等电点。除甘氨酸外都有旋光性旋光性。氨基酸氨基酸能使水的介电常数增高,而一般的有机化合物乙醇、丙酮等却使水的介电常数降低介电常数降低。是以离子晶离子晶格格组成，而一般的有机化合物是由分子晶格分子晶格组成的。（2）化学通性：）化学通性：-氨基酸氨基酸共同的化学反应有两性解离两性解离及林海定反应林海定反应(ninhyding reactiong)、酰化、烷基化、酯化、酰氯、酰化、烷基化、酯化、酰氯化、酰胺化、叠氮化、脱羧及脱氨反应、肽键结合反化、酰胺化、叠氮

4、化、脱羧及脱氨反应、肽键结合反应及与甲醛和亚硝酸的反应应及与甲醛和亚硝酸的反应等。特殊基团反应特殊基团反应：酪氨酸的酚羟基酪氨酸的酚羟基可产生米伦反应米伦反应与福林达尼斯福林达尼斯反应；精氨酸的胍基精氨酸的胍基产生坂口反应坂口反应；色氨酸色氨酸的吲哚基吲哚基与芳醛芳醛产生红色反应红色反应；组氨酸的咪唑基组氨酸的咪唑基产生Pauly反应反应；苯丙氨酸硝化后于碱性条件下苯丙氨酸硝化后于碱性条件下产生桔黄色反应桔黄色反应；胱氨酸及半胱氨酸胱氨酸及半胱氨酸经酸或碱破坏后可与醋酸铅醋酸铅产生铅黑反应铅黑反应；半胱氨酸半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠（硝普亚硝基铁氰化钠（硝普盐）盐）反应生成紫红色化合

5、物紫红色化合物。色氨酸、苯丙氨酸及酪氨酸色氨酸、苯丙氨酸及酪氨酸均有特征紫外吸收光紫外吸收光谱谱，色氨酸色氨酸最大吸收波长为279nrn，苯丙氨酸苯丙氨酸为259nm，酪氨酸酪氨酸为278nm。但构成天然蛋白质的20种氨基酸在可见光区均无吸收可见光区均无吸收。氨基酸的上述理化性质是蛋白质与氨基酸合成、转合成、转化化、分离纯化分离纯化及定性定量检测的依据定性定量检测的依据二、氨基酸及其衍生物在医药中的应用二、氨基酸及其衍生物在医药中的应用 1、氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位基本组成单位，故生物体中众多蛋白质的生物功能生物功能，无不与构成蛋白质的氨基酸种类、数量、排列顺序种类、数量、排列顺序及由

6、其形成的空间构象有密空间构象有密切的关系切的关系。因此氨基酸对维持机体蛋白质的动态平衡维持机体蛋白质的动态平衡有极其重要的意义。生命活动中人及动物通过消化道吸收氨基酸。通过体内转化体内转化而维持其动态平衡动态平衡，若其动态平衡失调，则机体代谢紊乱代谢紊乱，甚至引起病变病变。2、许多氨基酸尚有其特定的药理效应、许多氨基酸尚有其特定的药理效应。（）氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系（）氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系 氨基酸为构成天然蛋白质的基本单位，故蛋白质营蛋白质营养价值养价值实际是氨甚酸作用氨甚酸作用的反映。健康人靠膳食膳食中的蛋白质获取各种氨基酸满足机体需求。缺乏蛋白质则影响机体生长

7、及正常生理功能，抗病力减弱抗病力减弱引起病变病变。消化道功能严重障碍者消化道功能严重障碍者及手术后病人手术后病人常因禁食无法获得足够蛋白质，自身蛋白质过量消耗，致使营养不营养不良而导致病情恶化或预后不良良而导致病情恶化或预后不良。临床上常通过直接输入氨基酸制剂氨基酸制剂改善患者营养状况，增加治疗机会，促进康复。赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸等亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸等8种氨基酸种氨基酸 必需氨基酸：必需氨基酸：人及哺乳动物自身不能合成，需由食物供应。半必需氨基酸：氨基酸（胱氨酸及酪氨酸）半必需氨基酸：氨基酸（胱氨酸及

8、酪氨酸）可分别由其他氨基酸（氨基酸（蛋氨酸和苯丙氨酸)产生产生，若食物中提供了足够的该氨基酸（氨基酸（氨酸及酪氨酸），可减少对其他氨基酸（氨基酸（蛋氨酸及苯丙氨酸）的需求量。氨基酸（精氨酸及组氨酸）合成速度较低氨基酸（精氨酸及组氨酸）合成速度较低，通常难以满足需求，需由外界补充一部分。（二）治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物（二）治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物（三）治疗肝病的氨基酸及其衍生物（三）治疗肝病的氨基酸及其衍生物（四）治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物（四）治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物（五）用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物（五）用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物（六）其它氨基

9、酸类药物的临床应用（六）其它氨基酸类药物的临床应用第二节第二节 氨基酸类药物的生产方法氨基酸类药物的生产方法 1、目前全世界天然氨基酸全世界天然氨基酸的年总产量在百万吨百万吨左右，其中产量较大者有谷氨酸、蛋氨酸及赖氨酸谷氨酸、蛋氨酸及赖氨酸，其次为天门冬氨酸、苯丙氨酸及胱氨酸天门冬氨酸、苯丙氨酸及胱氨酸等。它们主要用用于医药、食品、饲料及化工行业中于医药、食品、饲料及化工行业中。2、目前构成天然蛋白质的20种氨基酸的生产方法有天然蛋白质水解法、发酵法、酶转化法及化学合成天然蛋白质水解法、发酵法、酶转化法及化学合成法等四种。法等四种。3、氨基酸及其衍生物类药物衍生物类药物已有百种百种之多，但主要

10、是以以20种氨基酸为原料经酯化、酰化、取代及成盐种氨基酸为原料经酯化、酰化、取代及成盐等化学方法或酶转化法生产。等化学方法或酶转化法生产。一、水解法一、水解法（一）基本原理与过程（一）基本原理与过程 以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过酸、酸、碱或酶水解碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种药用氨基酸的方法称为水解法水解法。目前用水解法生产的氨基酸有L-胱氨酸、胱氨酸、L-精氨精氨酸、酸、L-亮氨酸、亮氨酸、L-异亮氨酸、异亮氨酸、L-组氨酸、组氨酸、L-脯氨酸脯氨酸及及L-丝氨酸丝氨酸等。水解法生产氨基酸的主要过程为水解、分离和结水解、分离和结晶精制晶精制三个步骤。1、蛋白质水

11、解方法、蛋白质水解方法 目前蛋白质水解分为酸水解法、碱水解法及酶水酸水解法、碱水解法及酶水解法三种。解法三种。（1）酸水解法）酸水解法 蛋白质原料用610molL盐酸盐酸或8molL硫酸硫酸于110120（回流煮沸）水解1224h，除酸后即得多种氨基酸混合物。此法优点是水解迅速迅速而彻底彻底，产物全部为L-型氨基酸型氨基酸，无消旋作消旋作用用。缺点是色氨酸色氨酸全部被破坏，丝氨酸及酪氨酸丝氨酸及酪氨酸部分被破坏，且产生大量废酸污染环境。（2）碱水解法）碱水解法 蛋白质原料经6molL氢氧化钠或氢氧化钠或4molL氢氧化钡氢氧化钡于100水解6h即得多种氨基酸混合物。该法水解迅速而彻底，且色氨酸

12、不被破坏，但含羟基或巯基羟基或巯基的氨基酸全部被破坏，且产生消旋作且产生消旋作用用。工业上多不采用。（3）酶水解法）酶水解法 蛋白质原料在一定pH和温度条件下经蛋白水解酶作用分解成氨基酸和小肽氨基酸和小肽的过程称为酶水解法。此法优点为反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸不破坏，无消旋作用无消旋作用。缺点是水解不彻底水解不彻底，产物中除氨基酸外，尚含较多肽类。工业上很少用该法生产氨基酸而主要用于生产水解蛋白及蛋白胨水解蛋白及蛋白胨。2、氨基酸分离方法、氨基酸分离方法 氨基酸分离方法较多，通常有溶解度法溶解度法、等电点等电点沉淀法、特殊试剂沉淀法、吸附法及离子交换法沉淀法、特殊试剂沉淀法、吸附法及离

13、子交换法等。（1）溶解度法）溶解度法 是依据不同氨基酸在水中或其它溶剂中的溶解度差异溶解度差异而进行分离的方法。胱氨酸和酪氨酸胱氨酸和酪氨酸均难溶于水，但在热水中酪氨酸热水中酪氨酸溶解度较大，而胱氨酸溶解度变化不大胱氨酸溶解度变化不大，故可将混合物中胱氨酸、酪氨酸及其它氨基酸彼此分开。（2）特殊试剂沉淀法）特殊试剂沉淀法 系采用某些有机或无机试剂有机或无机试剂与相应氨基酸形成不溶性衍生物不溶性衍生物的分离方法。如邻二甲苯邻二甲苯-4-磺酸能与亮氨酸磺酸能与亮氨酸形成不溶性盐沉淀不溶性盐沉淀，后者与氨水反应氨水反应又可获得游离亮氨酸游离亮氨酸；组氨酸可与组氨酸可与HgC12形成不溶性汞盐沉淀汞盐

14、沉淀，后者经处理后又可获得游离组氨酸组氨酸；精氨酸可与苯甲醛精氨酸可与苯甲醛生成水不溶性苯亚甲基精氨酸苯亚甲基精氨酸沉淀，后者用盐酸盐酸除去苯甲醛苯甲醛即可得精氨酸。（3）吸附法）吸附法 是利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差异进行分离的方法。如颗粒活性炭颗粒活性炭对苯丙氨酸、酪苯丙氨酸、酪氨酸氨酸及色氨酸色氨酸的吸附力大于对其它非芳香族非芳香族氨基酸的吸附力，故可从氨基酸混合液中将上述氨基酸分离出来。（4）离子交换法）离子交换法 是利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力的差异进行分离的方法。氨基酸为两性电解质两性电解质，在特定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态带电性质及解离状态不同，故同一种离子

15、交换剂对不同氨基酸的吸附力不同。3、氨基酸的精制方法、氨基酸的精制方法 分离出的特定氨基酸中常含有少量其它杂质，需进行精制，常用的有结晶和重结晶技术结晶和重结晶技术，也可采用溶解溶解度法或结晶与溶解度法相结合的技术度法或结晶与溶解度法相结合的技术。丙氨酸在稀乙醇或甲醇稀乙醇或甲醇中溶解度较小，且pI为为6.0，故丙氨酸可在pH6.0时，用50冷乙醇冷乙醇结晶或重结晶加以精制。溶解度与结晶技术相结合溶解度与结晶技术相结合的方法精制氨基酸。如在沸水中苯丙氨酸苯丙氨酸溶解度大于酪氨酸100倍，若将含少量酪氨酸的苯丙氨酸粗品溶于15倍体积（wv）的热水中，调pH4.0左右左右，经脱色过滤可除去大部分酪

16、氨酸；滤液浓缩至原体积的13，加2倍体积（vv）的95乙醇乙醇，4放置，滤取结晶，用95%乙醇洗涤乙醇洗涤，烘干即得苯丙氨酸精品。（二）用水解法生产氨基酸的品种及工艺（二）用水解法生产氨基酸的品种及工艺 绝大多数氨基酸均可采用酸水解法酸水解法生产，但目前由于发酵方法及酶工程技术的迅速发展，仅有几种氨基酸仍采用酸水解法生产。现胱氨酸及亮氨酸生产为例。1、L-胱氨酸（胱氨酸（L-Cystine，L-Cys2）的制备）的制备（1）L-胱氨酸的结构与性质胱氨酸的结构与性质 L-胱氨酸存在于所有蛋白质分子中，尤以毛、发及蹄甲等角蛋白毛、发及蹄甲等角蛋白中含量最多。其分子由两分子半胱氨酸脱氢氧化脱氢氧化而

17、成，结构为：L-胱氨酸自稀酸中形成六角形或六角柱形晶体六角形或六角柱形晶体，分分解点解点258261，pI为为5.05，25D 为为-232。在25水中溶解度为0.011，在75水中为0.052。溶于无机酸及无机碱，在热碱液中可被分解热碱液中可被分解。不溶于乙醇、乙醇、乙醚及丙酮乙醚及丙酮。可被还原为还原为L-半胱氨酸半胱氨酸。（2）工艺路线）工艺路线 （3）工艺过程）工艺过程水解水解 110117水解7h（自100时计）后出料,玻璃布过滤,收集滤液。中和中和 直至pH4.8，静置36h，涤纶布滤取沉淀，离心甩干得L-胱氨酸粗品。粗制粗制 升温至6570，搅拌半小时，加活性炭16kg，于809

18、0保温半小时，滤除活性炭。调滤液至pH4.8，静置结晶，吸出上清液后，底部沉淀经离心甩干得胱氨酸粗品（）。精制精制 中和中和 升温至70，加活性炭1.52.5kg，85搅拌半小时，过滤，加1.5倍体积蒸馏水，升温至7580，搅拌下用12氨水氨水（化学纯）中和至pH3.54.0，析出结晶，滤取胱氨酸结晶，蒸馏水洗至无氯离子，真空干燥得L-胱氨酸成品。（4）检验）检验 应为六角形或六角柱形白色结晶，含量在98.5以上，干燥失重小于0.5，炽灼残渣小于0.2，氯化物小于0.15，铁盐小于0.001，重金属小于20ppm。含量测定含量测定：（5）作用与用途）作用与用途 L-胱氨酸具有增强造血机能、升高

19、白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上用于治疗辐射损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣及病后或产后继发性脱发。2、L-亮氨酸（亮氨酸（L-Leucine，L-leu）的制备）的制备（1）L-亮氨酸的结构与性质亮氨酸的结构与性质 L-亮氨酸存在于所有蛋白质中，以玉米麸质及血粉玉米麸质及血粉中含量最丰富，其次在角角甲、棉籽饼和鸡毛甲、棉籽饼和鸡毛中含量也较多。L-亮氨酸为人体必亮氨酸为人体必需氨基酸之一需氨基酸之一，化学名称为2-氨基-4-甲基戊酸或2-氨基异己酸，分子式：C6H13NO2,分子量：131.17,结构式：L-Leu自水及乙醇水及乙醇中得白色片状结晶片状结晶，pI为为5.98，

20、熔点为熔点为293，在25水水中溶解度为2.19，乙醇中为0.017;在75水水中为3.82，在醋酸中为10.9，不溶于乙醚。（2）工艺路线：）工艺路线：（3）工艺过程：）工艺过程：水解、赶酸水解、赶酸 取6molL HC1 500L于1吨水解罐中，投入100kg动物血粉，110120回流水解回流水解24h后，于7080减压浓缩至糊状。加50L水稀释后，再浓缩至糊状，如此赶酸赶酸三次，冷却至室温滤除残渣。吸附、脱色吸附、脱色 上述滤液稀释1倍后，以每分钟0.5L的流速流进颗粒活性炭柱（30180cm）至流出液出现苯丙氨酸苯丙氨酸为止，用去离子水以同样流速洗至流出液pH4.0为止，穿柱液与洗涤液

21、合并。浓缩、沉淀与解析浓缩、沉淀与解析 上述流出液减压浓缩减压浓缩至进柱液体积的13，搅拌下加入110体积（vv）的邻二甲邻二甲苯苯-4-磺酸，产生亮氨酸磺酸盐沉淀磺酸，产生亮氨酸磺酸盐沉淀。滤取沉淀并用2倍体积（wv）去离子水搅拌洗涤两次，抽滤压干得亮氨酸磺酸盐。滤饼加2倍体积（wv）去离子水搅匀，用用6mol/L 氨水中和至氨水中和至pH68，7080保温搅保温搅拌拌1h，冷却过滤。沉淀用2倍体积（wv）去离子水搅拌洗涤两次，过滤得亮氨酸粗品。精制精制 L-亮氨酸粗品用40倍体积（wv）去离子水加热溶解加热溶解，加0.5活性炭于70搅拌脱色1h，过滤，滤液浓缩至原体积的14，冷却后即析出白

22、色片状亮氨酸结晶。过滤收集结晶，用少量水洗涤、抽干，7080烘干得L-亮氨酸成品。（4）检验）检验 应为白色片状结晶，含量98.5101.5%，干燥失重不超过0.2，炽灼残渣不超过0.4，氯化物不超过0.05，铁盐不超过0.003%，重金属不超过0.0015，砷盐不超过1.5ppm。含量测定含量测定（5）作用与用途）作用与用途 L-亮氨酸为人体必需氨基酸之一，是各种氨基酸输液的原料之一。二、发酵法二、发酵法 （）基本原理与过程（）基本原理与过程 1、发酵的基本原理、发酵的基本原理 生物化学中称酵母无氧呼吸无氧呼吸过程为发酵发酵，反应过程中电子供体与受体皆为有机物，有时电子受体为电子供体的分解产

23、物，氧化作用不完全，最终形成还原性产物。工业上，发酵发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。初生氨基酸：初生氨基酸：微生物通过固氮作用固氮作用、硝酸还原硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。初生氨基酸。次生氨基酸：次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸前体转化成的其它氨基酸。大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生微生物转化物转化作用而产生。2、发酵法的基本过程、发酵法的基本过程 发酵

24、法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制培养基配制与灭菌处理灭菌处理，菌种诱变与选育菌种诱变与选育，菌种培养菌种培养、灭菌灭菌及接种接种发酵发酵，产品提取及分离纯化等步骤。现代生物工程采用细胞融合细胞融合技术及基因重组基因重组技术改造微生物细胞，已获得多种高产氨基酸高产氨基酸杂种菌株及基因工程菌基因工程菌。如用北京棒状杆菌和钝齿棒状杆菌原生质体融合原生质体融合形成的杂种，其中70杂种细胞杂种细胞产生两亲菌株所产生的氨基酸氨基酸。氨基酸发酵方式发酵方式主要是液体通风深层培养法，其过程是由菌种试管培养逐级放大直至数吨至数百吨发酵罐。发酵结束，除去菌体，清液用于提取、分离纯提取、分离纯化和精制化和精制有

25、关氨基酸，其分离纯化、精制方法及过程与水解法相同。（二）发酵法生产的氨基酸品种及工艺（二）发酵法生产的氨基酸品种及工艺 构成动物、植物及微生物体所有蛋白质的氨基酸种类与构型均无任何差异均无任何差异，但植物体内所有氨基酸皆由CO2、氨和水合成、氨和水合成，动物体除8种必需氨基酸需从外界摄取外，其余非必需氨基酸均可通过体内氨基酸之间的转化或碳水化合物中间代谢物而合成，而微生物微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸。利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸。目前绝大部分氨基酸绝大部分氨基酸皆可通过发酵法生产，其缺点是产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，成本高。本文仅以L-异

26、亮氨酸及L-赖氨酸直接发酵法为例，说明发酵法的基本过程。1、L-异亮氨酸（异亮氨酸（L-Isoleucine，L-Ile）的制备）的制备（1）L-异亮氨酸的结构与性质异亮氨酸的结构与性质：L-Ile存在子所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之一必需氨基酸之一，分子式为C6H13NO2，分子量为131.17，结构式为：L-Ile在乙醇中形成菱形叶片状或片状晶体，分解点为285286，L-Ile溶于热醋酸溶于热醋酸，在20乙醇中溶解度为0.072，在25水中为4.12，在75水中为6.08，不溶于乙醚溶于乙醚。（2）工艺路线）工艺路线（3）工艺过程）工艺过程 菌种培养菌种培养 种子培养基组成（种子培养基

27、组成（%）为：）为：葡萄糖 2 尿素 0.3 玉米浆 2.5豆饼水解液0.1（以干豆饼计）pH6.5。二级种子培养基另加菜籽油0.4，其余同一级种子培养基。一级种子培养：1000ml三解瓶中培养基装量为200ml，接种一环牛肉膏斜面AS1.998菌种，摇床30培养（冲程7cm，频率105次min）16h。二级种子培养：接种量3.5，培养8h，如此逐级放大培养得足够量菌种。灭菌、发酵灭菌、发酵 发酵培养液组成（%）为:硫酸铵 4.5 豆饼水解液 0.4，玉米浆 2.0 碳酸钙 4.5 pH7.2，淀粉水解还原糖初糖浓 度 11.5。在5m3发酵罐中添加3吨发酵培养液，加热至118120，维持在1

28、.1105Pa压力，灭菌30min，立即通冰盐水冷却至25。接入1菌种菌种（vv），维持180转min的搅拌速度，升温至3031，以0.2L（minL）通气量发酵60h，在2450h之间不断补加尿素至0.6，氨水至0.27。除菌体、酸化除菌体、酸化 发酵结束后，发酵液加热至100并维持10min，冷却过滤，滤液加工业硫酸和草酸至pH3.5，过滤除沉淀。离子交换、吸附分离离子交换、吸附分离 上述滤液每分钟以树脂量1.5的流速进H十-型732离子交换柱（40100cm），以100L去离子水洗柱，再以60、0.5molL氨水按3L/min的流速进行洗脱，分部收集洗脱液。浓缩赶氨浓缩赶氨 合并pH31

29、2的洗脱液，7080减压蒸馏、浓缩至粘稠状，加去离子水至原体积的14，再浓缩至粘稠状。如此重复三次。脱色、浓缩、中和脱色、浓缩、中和 上述浓缩物加去离子水至原体积的14，搅拌均匀，加2molL盐酸调pH3.5，加上1（wv）活性炭，70搅拌脱色1h。滤除活性炭，滤液减压浓缩至适当体积，用2molL氨水调pH6.0，5沉淀过夜,过滤抽千，105烘干得：L-异亮氨酸半成品。精制、烘干精制、烘干 每10kg L-异亮氨酸半成品加8L浓盐酸和20L去离子水，加热至80，搅拌溶解，加10kg氯化钠至饱和，加工业液碱调pH1.5，过滤，滤液用碱调pH 1.5，5放置过夜。滤取沉淀，用80L，去离子水加热至

30、80搅拌溶解，加适量氯化钠氯化钠和1%（wv）活性炭，70搅拌脱色lh过滤，滤液减压浓缩至适当浓度，用氨水调pH6.0，5放置结晶过夜。次日过滤收集结晶，抽干，于105烘房中烘干得L-异亮氨酸成品。（4）检验）检验 应为菱形叶片状或片状晶体，含量应为98.5101.5，干燥失重不超过0.3，炽灼残渣不大于含量测定与L-亮氨酸的规定相同。0.3%，氯化物不超过0.05，硫酸盐不超过0.03，铁盐不超过0.003,重金属不超过0.0015，砷盐不超过1.5ppm。（5）作用与用途）作用与用途 L-Ile为必需氨基酸，是复方氨基酸输液的重要成份之一。2、L-赖氨酸（赖氨酸（L-Lysine，L-Ly

31、s）的制备）的制备（1）L-赖氨酸的结构和性质 L-赖氨酸存在于所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之一人体必需氨基酸之一。分子量为146.20，结构为：L-Lys自乙醇水溶液中得针状结晶针状结晶，其盐酸盐为单斜盐酸盐为单斜晶系白色粉末晶系白色粉末，无臭、味苦，熔点熔点263264，易溶于水，几乎不溶于乙醇和乙醚。PI为为10.56，（2）工艺路线）工艺路线（3）工艺过程）工艺过程 菌种培养菌种培养 菌种为北京棒状杆菌北京棒状杆菌（corymebacterium perkinense）AS l.563。斜面培养基成分（）为斜面培养基成分（）为:葡萄糖0.5，牛肉膏1.0，蛋白胨0.5，琼脂2.0，p

32、H7.0。种子培养基成分（种子培养基成分（%）为）为:葡萄糖2.0，磷酸氢二钾0.1，硫酸镁0.05，硫酸铵0.4，玉米浆2.0，毛发水解废液1.0，pH6.87.0，CaCO3 0.5。1000ml三角瓶中种子培养基装量200ml，接种一环斜面培养菌种，30振摇（冲程7.6cm，频率108次min），培养16h。二级种子培养接种量2.5，培养48h。如此逐级扩大培养。灭菌、发酵灭菌、发酵 发酵培养液成分（）为发酵培养液成分（）为 淀粉水解糖13.5，磷酸二氢钾0.1，硫酸镁0.05，硫酸铵1.2，尿素0.4，玉米浆1.0，毛发水解废液1.0，甘蔗糖蜜2.0，pH6.7，灭菌前加甘油聚醚lL（

33、指5m3发酵罐）。在5m3发酵罐中投入培养液3吨，在1.01105Pa压力下，加热至118120灭菌30min，立即通入冰盐水冷却至30，按10（vv）比例接种，以1:0.6（vv）通气量于30发酵4251h，搅拌速度为180转min。发酵液处理：离心除菌体；发酵液处理：离心除菌体；80 加热；加热；离子交换：铵型离子交换：铵型732树脂树脂;PH=5.0为饱和为饱和(串联串联)浓缩结晶：收集浓缩结晶：收集PH=8.014.0洗脱液（氨水洗脱）洗脱液（氨水洗脱）三、酶转化法三、酶转化法 （一）基本原理及过程（一）基本原理及过程 酶转化法酶转化法亦称为酶工程技术酶工程技术，实际上是在特定酶特定酶

34、的作用下使某些化合物转化某些化合物转化成相应氨基酸相应氨基酸的技术。酶工程法酶工程法与直接发酵法生产氨基酸之反应本质相本质相同同，皆属酶转化反应，但前者为单酶或多酶的高密度单酶或多酶的高密度转化转化，而后者为多酶低密度多酶低密度转化。酶工程技术酶工程技术工艺简单，产物浓度高产物浓度高，转化率及生转化率及生产效率产效率较高，副产物少。固定化酶或细胞固定化酶或细胞可进行连续操作，节省能源和劳务，并可长期反复使用。（二）酶转化法生产的氨基酸品种及工艺（二）酶转化法生产的氨基酸品种及工艺 目前医药工业中，用酶工程法生产的氨基酸已有十十多种多种。DL-蛋氨酸、DL-缬氨酸、DL-苯丙氨酸、DL-色氨酸、

35、DL-丙氨酸及DL-苏氨酸等分别经氨基酰化酶拆氨基酰化酶拆分分获得了相应的L-氨基酸，并已投入了工业化生产。1、L-天冬氨酸及天冬氨酸及L-丙氨酸的制备丙氨酸的制备（1）L-天冬氨酸及天冬氨酸及L-丙氨酸的结构与性质丙氨酸的结构与性质 L天冬氨酸（天冬氨酸（L-Aspartic acid，Asp）的结构与）的结构与性质性质 L-Asp存在于所有蛋白质分子中，含两个羧基两个羧基和一个氨基，为酸性酸性氨基酸，分子式为C4H7NO4，分子量为133.10，结构式为：L-Asp的化学名称为-氨基丁二酸或氨基琥珀酸，纯品为白色菱形叶片状结晶菱形叶片状结晶，等电点为等电点为2.77，熔点为269271。溶

36、于水及盐酸溶于水及盐酸，不溶于乙醇及乙醚不溶于乙醇及乙醚，在25水中溶解度为水中溶解度为0.8，在，在75水中为水中为2.88，在乙醇中为0.00016。在碱性溶液中为左旋性左旋性，在酸性溶液中为右旋性右旋性。25D 为 +5.05（C0.52.0，在水中），25D为+25.4（C0.52.0，在5molL HCl中）。L-丙氨酸（丙氨酸（L-Alanine，简称，简称L-Ala）的结构与性质）的结构与性质 L-Ala存在于所有蛋白质分子中,为中性氨基酸中性氨基酸。分子式为C3H7NO2，分子量为89.09，结构式为：L-Ala自水和乙醇中形成菱形结晶自水和乙醇中形成菱形结晶，等电点为等电点为

37、6.0，分解点为297，在在25水中溶解度为水中溶解度为16.65，在在75水中为水中为28.5，在20乙醇中为0.16，不溶于丙酮及乙醚。25D 为+18（C0.52.0，在水中），25D为-14.6（C0.52.0，在5molL HCl中）。（2）L-Asp和和L-Ala的酶转化反应的酶转化反应（3）工艺路线）工艺路线固定化酶固定化酶 凡限制在一定的空间范围内并能连续反复的使用的酶都称为固定化酶。固定化酶。通常采用的固定化方法可大体概括为四种类型：吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法。吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法。吸附法吸附法 这是通过载体表面和酶分子表面间的次级次级键相互作用键相互作

38、用而达到固定目的的方法，又可分：物理吸物理吸附和离子交换吸附附和离子交换吸附。物理吸附物理吸附是通过氢键、疏水键和氢键、疏水键和电子亲和力电子亲和力等物理作用力将酶固定于不溶性载体不溶性载体的方法。常用的载体载体有：皂土、硅胶、氧化铝、磷酸钙胶和微孔玻璃等无机吸附剂，纤维素、胶原、赛珞玢赛珞玢以及火棉胶等有机吸附剂有机吸附剂。最常用的交换剂有CM（羧甲基）纤维素、（羧甲基）纤维素、DEAE（二乙基氨基乙基）纤维素、（二乙基氨基乙基）纤维素、DEAE葡聚葡聚糖凝胶糖凝胶等。离子交换剂的吸附容量一般大于物理吸附剂，约50150mg蛋白g载体。共价偶联法共价偶联法 这是借助共价键共价键将酶的活性非必

39、需侧链基团非必需侧链基团和载体的功能基团功能基团进行偶联以制备固定化酶的方法。常用的载体载体有：纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖、聚丙烯酰胺、多聚氨基酸、乙烯与顺丁烯二酸酐共聚物、聚苯乙烯、尼龙等；还有无机载体如多孔玻璃等。交联法交联法 利用双功能或多功能试剂双功能或多功能试剂在酶分子间或酶分子与酶分子间或酶分子与惰性蛋白间、或酶分子与载体间进行交联反应以共价惰性蛋白间、或酶分子与载体间进行交联反应以共价键键制备固定化酶。包埋法包埋法 将聚合物聚合物的单体单体和酶溶液混合后，再借助聚合促进聚合促进剂（包括交联剂）剂（包括交联剂）的作用进行聚合，将酶包埋于聚合物中以达到固定化的目的。（1）胶格包埋胶格

40、包埋最常用的包埋剂是聚丙烯酰胺凝胶聚丙烯酰胺凝胶，它以丙烯酰胺丙烯酰胺为单体、N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交亚甲基双丙烯酰胺为交联剂联剂聚合而成。（2）微囊型包埋微囊型包埋是用直径几十到几百微米、厚约25nm的半透膜半透膜将酶分子进行包埋固定化的方法。（3）脂质体包埋脂质体包埋 脂质体是指具有脂双层结构脂双层结构和一定包裹空间的微球体微球体。辅酶及偶联酶辅酶及偶联酶的固定化 辅酶物质的固定化一般采用载体共价偶联法载体共价偶联法。（4）工艺过程）工艺过程 菌种培养菌种培养 大肠杆菌（大肠杆菌（Esscherichia coli）AS1.881的培养的培养 斜面培斜面培养基为普通肉汁培养基养基为普通

41、肉汁培养基；摇瓶培养基成分（）摇瓶培养基成分（）为玉米浆7.5，反丁烯二酸2.0，MgSO47H2O0.02，氨水调pH6.0,煮沸后过滤，500ml三角烧瓶中培养基装量50100m1。从新鲜斜面上或液体中培养种子，接种于摇瓶培养基中，37振摇培养24h，逐级扩大培养至10002000L规模。培养结束后用1molL HCl调pH5.0，升温至45并保温1h，冷却至室温，转筒式高速离心机转筒式高速离心机收集菌体（含天冬氨酸酶）收集菌体（含天冬氨酸酶），备用。德阿昆哈假单胞菌（德阿昆哈假单胞菌（Pseudomonas dacunhae）68变异变异株的培养株的培养斜面培养基组成（）为斜面培养基组成

42、（）为蛋白胨0.25，牛肉膏0.52，酵母膏0.25，NaC1 0.5，pH7.0，琼脂2.0。种子培养基种子培养基与斜面培养基相同，唯不加琼脂，250ml三角烧瓶中培养基装量为40m1。摇瓶培养基组成摇瓶培养基组成（）为L-谷氨酸3.0，蛋白胨0.9，酪蛋白水解液0.5，磷酸二氯钾0.05，MgSO47H2O 0.01，用氨水调pH 7.2，500ml三角瓶中培养基装量为80ml。将培养24h的新鲜斜面菌种接种于种子培养基中，30振摇培养8h，再接种子摇瓶培养基中，30振荡培养24h，如此逐级扩大至10002000L的培养罐培养。培养结束后用1molLHCl调pH至4.75，于30保温1h，

43、用转筒式高速离心机离心收集菌体（含含L-天冬氨天冬氨酸酸-脱羧酶），备用。脱羧酶），备用。细胞固定细胞固定Ecoli的细胞固定的细胞固定 取湿菌体20kg悬浮于80L，生理盐水（或离心后的培养清液）中，保温保温至至40，再加入90L保温至保温至40的12明胶明胶溶液及10L1.0戊二醛戊二醛溶液，充分搅拌均匀，放置冷却凝固，再漫于漫于0.25戊二醛溶液戊二醛溶液中。于5过夜后，切成35mm的立方小块，浸于0.25戊二醛戊二醛溶液中5过夜、蒸馏水充分洗涤，滤干得含天冬氨酸酶的固定化E.coli，备用。假单胞菌体固定假单胞菌体固定 取湿菌体20kg，加生理盐水搅匀并稀释至40L，另取溶于生理盐水的

44、5角叉菜胶角叉菜胶溶液85L，两液均保温至45后混合，冷却至5成胶。浸于600L2%KCl和和0.2molL己二胺的己二胺的0.5molL pH7.0的磷酸缓冲液的磷酸缓冲液中中，5下搅拌10分钟，加戊二醛至戊二醛至0.6molL浓度浓度，5搅拌30分钟，取出切成35mm的立方小块，用2%KCl溶液充分洗涤后，滤去洗涤液，即得含含L-天冬天冬氨酸氨酸-脱羧酶的固定化细胞脱羧酶的固定化细胞，备用。转化反应转化反应 将保温至保温至37的lmolL延胡索酸铵延胡索酸铵（含1mmolL MgC12，pH8.5）底物溶液按一定空间速度（Sv）连续流过生物反应堆反应堆I，控制达到最大转化率（最大转化率（9

45、5）为限度，收集转化液制备制备L-Asp或用于生物反应堆反应堆的再转化。当需要生产L-丙氨酸时，向上述转化液中加磷酸磷酸吡哆醛吡哆醛至0.1mmolL浓度浓度，调pH6.0，保温至37，按一定空间速度流入1.515105Pa压力下的生物反应堆，控制达到最大转化率（最大转化率（95）为限，收集转化液，用于制取L-丙氨酸丙氨酸。产品纯化与精制产品纯化与精制 生物反应堆生物反应堆转化液经过滤澄清，搅拌下用1molL HCl调调pH2.8，5结晶结晶过夜，滤取结晶，用少量冷水洗涤抽干，105干燥干燥得L-Asp粗粗品。品。粗品用稀氨水溶解（稀氨水溶解（pH5）成15溶液，加1%（wv）活性炭，）活性炭

46、，70搅拌脱色搅拌脱色1h过滤过滤,滤液于5结晶过夜，滤取结晶，85真空干燥得药用药用L-Asp。生物反应堆生物反应堆转化液过滤澄清，于于6070下减压浓缩至原体积的50，冷却后加等体积甲醇甲醇，5结晶过夜结晶过夜，滤取结晶并用少量冷甲醇洗涤抽干，80真空干燥得L-Ala粗品。粗品用3倍体积（倍体积（wv）去离子水于80搅拌溶解，加0.5%（wv）药用活性）药用活性炭炭于70搅拌脱色搅拌脱色1h，过滤，滤液冷后加等体积甲醇，5结晶过夜结晶过夜，滤取结晶，于80真空干燥得药用LAla。（5）检验）检验（6）作用与用途）作用与用途 L-Asp有助于鸟氨酸循环，促进氨和CO2生成尿素，降低血中氨和C

47、O2,增强肝功能，消除疲劳，用于治疗慢性肝炎、肝硬化及高血氨症。同时L-Asp和L-Ala都是复合氨基酸输液的原料。2，酶拆分法制备，酶拆分法制备L-苯丙氨酸苯丙氨酸（1）L-苯丙氨酸（苯丙氨酸（L-phenylalanine，L-phe）的结）的结构与性质构与性质 L-phe，存在于所有蛋白质中，为人体必需人体必需氨基酸之一氨基酸之一，其分子式为C9H11NO2，分子量为165.19，结构为：L-Phe自水中结晶成白色叶片状晶体叶片状晶体，无臭，微苦，pI为为5.48；分解点为分解点为283284。在25水中溶解度为2.96，在75水中为6.62，微溶于甲醇及乙醇，不溶于乙醚。1%水溶液水溶

48、液pH为为5.46.0。25D为-4.47（C0.52.0，在5molL HCl中），25D为-34.5（C0.52.0，在水中）。（2）酶拆分）酶拆分DL-Phe的原理：的原理：DL-Phe与醋酸酐反应醋酸酐反应生成乙酰乙酰-DL-Phe（Ac-DL-Phe），氨基酰化酶可专氨基酰化酶可专一性水解一性水解Ac-L-Phe的酰胺键生成的酰胺键生成L-Phe，而不水解不水解Ac-D-Phe酰胺键酰胺键，再利用利用L-Phe与与Ac-D-Phe在水中溶在水中溶解度的差异进行分离解度的差异进行分离。Ac-D-Phe又可经消旋生成又可经消旋生成Ac-DL-Phe，再行水解和分离，如此反复进行，可将DL

49、-Phe全部转化为L-Phe。DL-Phe拆分的基本反应过程如下：（3）工艺路线）工艺路线（4）工艺过程）工艺过程 固定化氨基酰化酶的制备固定化氨基酰化酶的制备 取DEAE-Sephadex A-50（二乙氨基乙基葡聚糖,G后面的阿拉伯数为凝胶得水值的10倍。例如，G-25为每克凝胶膨胀时吸水2.5克）于去离子水中充分浸泡后，依次用10倍量0.5molL HCl和和0.5molL NaOH溶液搅拌处理溶液搅拌处理30min，再用去离子水洗至中性，然后依次用0.1molL及及0.01molL的的pH7.0磷酸缓冲液处理磷酸缓冲液处理12h，滤干备用。另取培养4050h的米曲扩大曲米曲扩大曲用6倍

50、量去离子水分两次抽提，滤去残渣滤去残渣。滤液用2molL NaOH溶液调pH6.77.0，按100L酶液加1kg已处理的湿DEAE-SephadexA-50的比例混合比例混合，于04搅拌吸附45h，滤取DEAE-Sephadex A-50，依次用去离子水、0.1molL醋酸钠醋酸钠、0.01molL的pH7.0磷酸缓冲液洗涤34次，滤干得固定化氨基酰化酶固定化氨基酰化酶，加1甲苯甲苯后于冷库中贮存，备用。Ac-DL-Phe的制备的制备 将DL-Phe、冰醋酸及醋酸酐冰醋酸及醋酸酐按1 7 1（wVv）的比例加入反应釜中，90反反应应45h，回收醋酸，浓缩液加一定量去离子水，再浓缩至一定体积，冷