色氨酸是重要的氨基酸,是人體和動物的限制性氨基酸之一,與生理發(fā)育有關(guān),廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和飼料添加。近年來,隨著國內(nèi)外飼料工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的不斷發(fā)展,色氨酸成為一種國際市場發(fā)展前景良好、中國市場需求較大的產(chǎn)品。L-色氨酸成為繼蛋氨酸、賴氨酸之后的第三大飼用氨基酸,目前世界色氨酸年產(chǎn)約2100多噸,作為飼料添加劑使用的色氨酸量有數(shù)百噸。中國主要是高價格限制了它的應(yīng)用。世界上主要生產(chǎn)廠家是日本的昭和電工、協(xié)和發(fā)酵和三井化學(xué)公司,采用發(fā)酵法生產(chǎn)色氨酸,贏創(chuàng)德固賽則兼有發(fā)酵法和合成法生產(chǎn)色氨酸。
贏創(chuàng)德固賽公司是世界上惟一能同時生產(chǎn)四大氨基酸產(chǎn)品(DL一蛋氨酸、 賴氨酸、蘇氨酸和色氨酸)的企業(yè)。
中國具備色氨酸生產(chǎn)能力的企業(yè)主要有杭州恒銳生物制品有限公司和浙江東陽市橫店集團(tuán)家園化工有限公司。
杭州恒銳建立于2001年,目前產(chǎn)品有D-色氨酸、DL-色氨酸、L-色氨酸,每月產(chǎn)量均在1噸左右,年產(chǎn)值上千萬元。家園化工研制生產(chǎn)的L-色氨酸被科技部列入2003年度國家重點(diǎn)新產(chǎn)品計劃。該公司與有關(guān)科研院所合作,利用基因工程酶法合成生產(chǎn)高純度L-色氨酸,目前已有商業(yè)化產(chǎn)品銷售。另外,上海、武漢、北京等地小規(guī)模少量生產(chǎn)色氨酸,用于藥品。但尚無廠家生產(chǎn)飼料添加劑用的色氨酸。目前該產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)和市場被日本三井化學(xué)、美國ADM等幾家國際大公司壟斷,我國每年要大量進(jìn)口L-色氨酸,以滿足市場所需。
色氨酸的生產(chǎn)最早主要依靠化學(xué)合成法和蛋白質(zhì)水解法,但是隨著對微生物法生產(chǎn)色氨酸研究的不斷深入,這種方法已經(jīng)走向?qū)嵱貌⑶姨幱谥鲗?dǎo)地位。微生物法大體上可以分為直接發(fā)酵法、微生物轉(zhuǎn)化法和酶法。近年來還出現(xiàn)了將直接發(fā)酵法與化學(xué)合成法相結(jié)合、直接發(fā)酵法與轉(zhuǎn)化法相結(jié)合生產(chǎn)色氨酸的研究。另外,重組DNA技術(shù)在微生物育種和酶工業(yè)上的應(yīng)用極大地推動了直接發(fā)酵法和酶法生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化進(jìn)程。
微生物轉(zhuǎn)化法:亦稱前體發(fā)酵法。這種方法使用葡萄糖作為碳源,同時添加合成色氨酸所需的前體物如鄰氨基苯甲酸、吲哚等,利用微生物的色氨酸合成酶系來合成色氨酸。這種方法同直接發(fā)酵法一樣,需要解除生物合成途徑中大部分酶所受到的反饋調(diào)節(jié),以使色氨酸能夠高濃度蓄積。另外,所添加的前體物大都是抑制微生物生長的,因此添加量不可過高,一般采取分批少量添加的方法。同時可以篩選前體物的抗性突變株來提高前體物的添加量。微生物轉(zhuǎn)化法的不足在于當(dāng)轉(zhuǎn)化液中前體物濃度較高時,轉(zhuǎn)化率有所下降。另外,前體物的價格比較昂貴,不利于降低成本。
酶法:酶法是利用微生物中色氨酸生物合成酶系的催化功能生產(chǎn)色氨酸。這些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等。根據(jù)提供這些酶的微生物種類數(shù),可以分為雙酶菌法和單酶菌法兩種類型。該法既可以直接加入細(xì)胞壁溶解酶使細(xì)胞破壁后再使用,也可以將所需的酶固定化后再使用,一般由酶源菌體的培養(yǎng)、菌體的分離洗滌、固定化和反應(yīng)幾個階段組成。酶法能夠利用化工合成的前體物為原料,既充分發(fā)揮了有機(jī)合成技術(shù)的優(yōu)勢,又具有產(chǎn)物濃度高、收率高、純度高、副產(chǎn)物少、精制操作容易的優(yōu)點(diǎn),是一種成本較低的生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法。
直接發(fā)酵法:該法是以葡萄糖、甘蔗糖蜜等廉價原料為碳源,利用優(yōu)良的色氨酸生產(chǎn)菌種來生產(chǎn)色氨酸。對這種方法的研究進(jìn)行的比較早,但在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。主要原因是從葡萄糖到色氨酸的生物合成途徑比較漫長,其代謝流也比較弱,而且色氨酸的合成需要多種前體物,若想進(jìn)一步提高色氨酸的積累量就必需設(shè)法增強(qiáng)合成這些前體物的代謝流。另一方面,色氨酸生物合成途徑中的調(diào)控機(jī)制比較復(fù)雜,除了反饋調(diào)節(jié)這一粗調(diào)系統(tǒng)之外,還存在著細(xì)調(diào)系統(tǒng)-弱化子系統(tǒng)。隨著重組DNA技術(shù)在微生物育種中的應(yīng)用,為優(yōu)良的色氨酸生產(chǎn)菌株的篩選和產(chǎn)酸水平的提高提供了可靠的技術(shù)保障,使微生物直接發(fā)酵法生產(chǎn)色氨酸成為一種廉價的工業(yè)化生產(chǎn)方法。
其他生產(chǎn)方法
將上述幾種方法有機(jī)地結(jié)合起來進(jìn)行色氨酸生產(chǎn),主要有直接發(fā)酵法與化學(xué)合成法、酶法相結(jié)合,其特點(diǎn)是利用發(fā)酵法廉價提供一種前體物,再結(jié)合其他方法的優(yōu)勢進(jìn)行生產(chǎn)。
色氨酸
又名氨基吲哚丙酸,為白色或類白色至微黃色的結(jié)晶性粉末,無臭或微臭,L-型稍有苦味、DL-型、D-型味稍甜。289℃分解,在水中微溶,不溶于乙醇;在稀酸或稀堿中溶解,長時間光照則著色,與水共熱產(chǎn)生少量吲哚,如在氫氧化鈉、硫酸銅存在下加熱,則產(chǎn)生大量吲哚,與酸在暗處加熱較穩(wěn)定,與其他氨基酸、糖類、醛類共存時極易分解。L-色氨酸是雜環(huán)氨基酸,為人體和動物生命活動所必需的8種氨基酸之一,是重要的營養(yǎng)劑,廣泛應(yīng)用于氨基酸輸液、綜合氨基酸制劑、營養(yǎng)補(bǔ)充劑、煙酸缺乏癥治療、安神藥(調(diào)節(jié)精神節(jié)律、改善睡眠)、食品和飼料添加劑。
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