(1)水解法:是以富含蛋白质的物质如毛发、血粉及废蚕丝等为原料,通过酸、碱或蛋白质水解酶水解层多种氨基酸混合物,再经过分离纯化获得各种氨基酸的工艺过程。
①优点:原料比较丰富,投产比较容易;
②缺点:产量低,成本较高及对环境的污染比较大。
(2)发酵法:狭义上指通过特定微生物在以碳源和氮源以及其他成分的培养基中生长,直接产生氨基酸的方法。广义是指除了直接发酵法外,还包括添加前体发酵法以及酶转化技术生产氨基酸。
①优点:原料丰富,可以用廉价碳源如甜菜或化工原料(醋酸、甲醇和石蜡)代替葡萄糖,成本大为降低,产品都是L-氨基酸;
②缺点:产物浓度一般较低,生长周期长,设备投资大,有副反应,单晶体氨基酸的分离比较复杂,工艺管理要求严格。
(3)酶转化法:是指在某些特定酶的作用下使某些化合物转化成相应氨基酸的技术。基本原理是以氨基酸前体为原料,通过酶催化反应制备氨基酸。
①优点:工艺简单、周期短、耗能低、专一性强、产物浓度高、副产物少、收率高等;
②缺点:受到廉价底物来源和酶来源的限制。
【以下内容参考链接《氨基酸的生产方法和特点》:
(4)化学合成法:以某些相应化合物为原料,经氨解、水解、缩合、取代及氢化还原等化学反应合成氨基酸的方法。
①优点:生产的氨基酸品种不受限制,除可以制备天然氨基酸外,还可用于制备各种特殊结构的非天然氨基酸;
②缺点:合成得到的氨基酸都是DL型氨基酸(D型、L型氨基酸各一半),成本高、反应复杂,步骤多,副产物多。
【在详细点的话,就自行参考吴晓英主编的《生物制药工艺学》第三章氨基酸类药物第二节,或者吴梧桐主编的《生物制药工艺学》】
(一)微生物发酵法大部分氨基酸是用玉米淀粉做的葡萄糖做碳源,补加各种无机盐及氮源,通过生产菌种进行新陈代谢,得到所需的产物,再进行提纯、烘干、包装。
合成各种碳水化合物构成细胞壁的结构物质或成为细胞内的贮存物质,利用有机酸或无机酸等合成脂类,构成细胞膜,吸收氮素与有机酸合成氨基酸。饲料添加剂原料的微生物工程生产过程当中,通过人工控制合成代谢的某一过程,从而导致某种中间产物的大量积累,达到规模化生产的目的。
如:赖氨酸、维生素C、有机酸的生产等。微生物发酵工程法生产抗生素、生长激素、某些色素等都属于微生物的次生代谢产物。
微生物在适宜的条件下,不断从周围环境中吸收营养物质转化为构成细胞物质的组分和结构,使个体细胞质量增加和体积增加,称为生长。根据细菌生长繁殖速度的不同可分为四个时期。
微生物发酵的全部生产过程大致可以分为四个阶段,即:菌种阶段、种子扩大培养阶段、发酵阶段和提炼阶段(如图)。(二)氨基酸的生产流程(工艺)氨基酸发酵法制造工艺。
图氨基酸发酵生产法 ,1,纯粹分离,2,种母培养,3,蒸汽,4,空气压缩机.5,蒸煮杀菌 6,种母培养.7,pH调节剂 8.发酵罐 9.灭菌器 10.培养基 11.配制槽 12.离心分离机 13.离子交换柱 14.结晶槽 15.晶体分离器 16.干燥器 17.氨基酸成品。
饲料中添加的主要氨基酸有:赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸、苏氨酸这些限制性氨基酸,限制性氨基酸是指饲料中动物机体不能自我合成,只能依靠进食摄取的氨基酸。成在吸收消化利用过程中,各种氨基酸是按一定比例才能被充分的吸收利用,合成蛋白质的。当某食物中某种或某些氨基酸不能达到这个比例时,即使蛋白质含量再高,也发挥不出他的优势。这时候就需要人为的在饲料中添加不足的氨基酸种类来达到这种平衡,利于蛋白质的消化吸收及合成。
赖氨酸:广泛采用的赖氨酸生产法。常用的原料为甘蔗或甜菜制糖后的废糖蜜、淀粉水解液等廉价糖质原料。此外,醋酸、乙醇等也是可供选用的原料。直接发酵法生产赖氨酸的主要微生物有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌的突变株等 3种。
色氨酸:丙烯醛-苯肼法,丙烯醛与N-丙二酸基乙酸胺在乙醇钠存在下缩合,然后与苯肼缩合、环化,经水解脱羧得到外消旋产品(此方法是最常用、最具经济的生产方法)。
蛋氨酸:⒈可用酪蛋白经水解、精制而得。⒉也可由甲硫醇与丙烯醛经斯特雷克合成反应制备(由甲硫醇和丙烯醛加成后再与氰化钠和氯化铵反应,生成a-氨基腈,再经水解得到a-氨基酸)。
苏氨酸:苏氨酸的生产方法主要有发酵法蛋白质水解法和化学合成法3种,微生物发酵法生产苏氨酸,因其工艺简单,成本低廉等优点已成为目前主流方法。
(一)微生物发酵法
大部分氨基酸是用玉米淀粉做的葡萄糖做碳源,补加各种无机盐及氮源,通过生产菌种进行新陈代谢,得到所需的产物,再进行提纯、烘干、包装。
合成各种碳水化合物构成细胞壁的结构物质或成为细胞内的贮存物质,利用有机酸或无机酸等合成脂类,构成细胞膜,吸收氮素与有机酸合成氨基酸。饲料添加剂原料的微生物工程生产过程当中,通过人工控制合成代谢的某一过程,从而导致某种中间产物的大量积累,达到规模化生产的目的。如:赖氨酸、维生素C、有机酸的生产等。微生物发酵工程法生产抗生素、生长激素、某些色素等都属于微生物的次生代谢产物。
微生物在适宜的条件下,不断从周围环境中吸收营养物质转化为构成细胞物质的组分和结构,使个体细胞质量增加和体积增加,称为生长。根据细菌生长繁殖速度的不同可分为四个时期。
微生物发酵的全部生产过程大致可以分为四个阶段,即:菌种阶段、种子扩大培养阶段、发酵阶段和提炼阶段。
(二)氨基酸的生产流程(工艺)
氨基酸发酵法制造工艺。 图氨基酸发酵生产法 ,
1,纯粹分离,2,种母培养,3,蒸汽,4,空气压缩机.5,蒸煮杀菌 6,种母培养.7,pH调节剂 8.发酵罐 9.灭菌器 10.培养基 11.配制槽 12.离心分离机 13.离子交换柱 14.结晶槽 15.晶体分离器 16.干燥器 17.氨基酸成品
氨基酸有必须氨基酸和非必须氨基酸,非必须氨基酸可以在人和动物体内合成,必需氨基酸需依靠食物供给,而植物能合成自身所需的全部氨基酸。氨基酸合成的公共途径有还原性氨基化作用、氨基转移作用、氨基酸的相互转化作用。
1、还原性氨基化作用
在多数机体中,NH3同化主要是经谷氨酸和谷氨酰胺合成途径完成的。
(1)、谷氨酸合成的主要途径是由L-谷氨酸脱氢酶催化的α-酮戊二酸氨基化途径
(2)、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶联合作用,将游离氨转变为谷氨酸的α-氨基。
2、氨基转移作用
氨基转移作用是由一种氨基酸把它的分子上的氨基转移至其它α-酮酸上。以形成另一种氨基酸。
植物细胞内存在的转氨作用主要有下列三种:
3、氨基酸的相互转化作用
在有些情况下,氨基酸间也可以相互转化。如由苏氨酸或丝氨酸可生成甘氨酸,由色氨酸或胱氨酸可生成丙氨酸。
氨基酸的合成需要有氨基和碳架。氨基是由已有的氨基酸经转氨作用提供的,许多氨基酸均可作为氨基的供体,其中主要的是谷氨酸;碳架来自于糖酵解,三羧酸循环,乙醇酸途径和磷酸戊糖途径的α-酮酸,如α-酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸和乙醛酸。
主要氨基酸产品包括:
1 植物源氨基酸系列
L-异亮氨酸、L-缬氨酸、
2 D、DL型、氨基酸系列
D-精氨酸、D-赖氨酸、D-谷氨酸、D-蛋氨酸、D-色氨酸、D-焦谷氨酸、D-苯丙氨酸、D-半胱氨酸盐酸盐-水物、DL-谷氨酸、DL-蛋氨酸、DL-酪氨酸、DL-色氨酸、DL-焦谷氨酸、DL-亮氨基酸。
3 氨基酸复合物系列
精氨酸-谷氨酸、精氨酸-焦谷氨酸、精氨酸-门冬氨酸、赖氨酸-谷氨酸、赖氨酸-门冬氨酸
4 化妆品原料及其他系列
L-PCA-Na 、L-半胱氨酸、精氨酸盐(碱)、乙酰氨基酸系列、L-胱氨酸盐酸盐、L-半胱氨酸盐酸盐-水物、氨基酸鳌合钙(Fe;Zn;Cu;Mn;Mg)。
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