第三章 氨基酸藥物生產(chǎn)工藝

1、第三章第三章 氨基酸藥物生產(chǎn)工藝氨基酸藥物生產(chǎn)工藝生化藥物生化藥物的定義、分類、特點的定義、分類、特點定義定義：具體運用生物化學(xué)研究方法，從生具體運用生物化學(xué)研究方法，從生物體中經(jīng)提取、分離、純化等手段獲得的物體中經(jīng)提取、分離、純化等手段獲得的天然存在的生化活性物質(zhì)或?qū)⑸鲜鲞@些物天然存在的生化活性物質(zhì)或?qū)⑸鲜鲞@些物質(zhì)加以結(jié)構(gòu)改造或人工合成創(chuàng)造出的自然質(zhì)加以結(jié)構(gòu)改造或人工合成創(chuàng)造出的自然界沒有的新的活性物質(zhì)，通稱生化藥物界沒有的新的活性物質(zhì)，通稱生化藥物(Biochemical medicine)。酶類藥物酶類藥物輔酶類藥物輔酶類藥物核苷酸與核酸類藥物核苷酸與核酸類藥物多肽類藥物多肽類藥物氨基酸

2、類藥物氨基酸類藥物蛋白質(zhì)類藥物蛋白質(zhì)類藥物多糖類藥物多糖類藥物脂類藥物脂類藥物分分 類類主要從以下臟器中制取主要從以下臟器中制取生化藥物生化藥物Contents氨基酸的概述氨基酸的概述1氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法2重要氨基酸藥物的生產(chǎn)工藝重要氨基酸藥物的生產(chǎn)工藝3氨基酸輸液氨基酸輸液41蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)氨基酸：編碼氨基酸編碼氨基酸非蛋白氨基酸：非蛋白氨基酸：D型氨基酸、型氨基酸、-氨基酸、氨基酸、-氨基酸等氨基酸等2衍生氨基酸：衍生氨基酸：谷氨酰胺、硫酸甘谷氨酰胺、硫酸甘氨酸、磷葡精氨酸等氨酸、磷葡精氨酸等 一、氨基酸類的分類一、氨基酸類的分類第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述氨基酸在工業(yè)上的

3、應(yīng)用氨基酸在工業(yè)上的應(yīng)用其甜度為蔗糖其甜度為蔗糖200倍倍,屬于低熱能甜味劑屬于低熱能甜味劑第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法v蛋白水解法：蛋白水解法：胱氨酸、半胱氨酸胱氨酸、半胱氨酸v化學(xué)合成法：化學(xué)合成法：甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸等酸、絲氨酸等v發(fā)酵法：發(fā)酵法：蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、組氨酸、脯氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸、賴氨酸、亮組氨酸、脯氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸、賴氨酸、亮氨酸等氨酸等v酶法：酶法：丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法

4、一、蛋白水解法：一、蛋白水解法：1 1、酸水解：、酸水解：鹽酸、硫酸，鹽酸、硫酸， 110-12012-24h，缺點缺點-氨基酸結(jié)構(gòu)被破壞，污染環(huán)境氨基酸結(jié)構(gòu)被破壞，污染環(huán)境2 2、堿水解：、堿水解：氫氧化鈉、氫氧化鋇，氫氧化鈉、氫氧化鋇，1006h，缺點缺點-氨基酸結(jié)構(gòu)被破壞，消旋作用氨基酸結(jié)構(gòu)被破壞，消旋作用3 3、酶水解：、酶水解：缺點缺點-水解不徹底，可用于生產(chǎn)肽、水解不徹底，可用于生產(chǎn)肽、胨等胨等二、合成法：二、合成法：DL-DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。苯丙氨酸。三、酶法：三、酶法：利用微生物細胞或微生物產(chǎn)生利用微生物細胞或微生物產(chǎn)生的酶來制造氨基

5、酸。的酶來制造氨基酸。 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的提取法、酶法和化學(xué)合成提取法、酶法和化學(xué)合成法法由于前體物的成本高由于前體物的成本高, ,工藝復(fù)雜工藝復(fù)雜, ,難以達難以達到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。 四、發(fā)酵法四、發(fā)酵法直接發(fā)酵法：直接發(fā)酵法：野生菌株發(fā)酵野生菌株發(fā)酵 營養(yǎng)缺陷型突變株發(fā)酵營養(yǎng)缺陷型突變株發(fā)酵 氨基酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株發(fā)酵氨基酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株發(fā)酵 營養(yǎng)缺陷型兼抗性突變株發(fā)酵營養(yǎng)缺陷型兼抗性突變株發(fā)酵v氨基酸發(fā)酵的特點：氨基酸發(fā)酵的特點：代謝控制發(fā)酵（又稱新型發(fā)酵）：代謝控制發(fā)酵（又稱新型發(fā)酵）：氨基酸發(fā)酵是氨基酸發(fā)酵是典型的典型的代謝控制發(fā)酵代謝控制發(fā)酵，由發(fā)酵所生成

6、的產(chǎn)物，由發(fā)酵所生成的產(chǎn)物-氨氨基酸基酸,都是微生物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累是都是微生物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累是建立于對微生物正常代謝的抑制。在脫氧核糖核建立于對微生物正常代謝的抑制。在脫氧核糖核酸酸(DNA)的分子水平上改變、控制微生物的代謝，的分子水平上改變、控制微生物的代謝，使有用產(chǎn)物大量生成、積累。使有用產(chǎn)物大量生成、積累。氨基酸發(fā)酵為好氣性發(fā)酵氨基酸發(fā)酵為好氣性發(fā)酵菌種：菌種：細菌細菌幾種方法的比較幾種方法的比較合成法合成法發(fā)酵法發(fā)酵法酶法酶法原料原料石油石油碳源、氮源碳源、氮源底物底物產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度高高低低高高產(chǎn)物類型產(chǎn)物類型DLLL副產(chǎn)物副產(chǎn)物少少多多少少第三節(jié)第三節(jié) 重要氨

7、基酸藥物的生產(chǎn)工藝重要氨基酸藥物的生產(chǎn)工藝v結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：2，6-二氨基己酸二氨基己酸一、概述一、賴氨酸生產(chǎn)實例一、賴氨酸生產(chǎn)實例一、概述（一）概述（一）概述v存在形式：存在形式：鹽酸鹽鹽酸鹽v物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：相對分子質(zhì)量：相對分子質(zhì)量：182.65 熔點：熔點：263 單斜晶系單斜晶系 比旋光度：比旋光度：+21 水中溶解度：水中溶解度：53.6g/ml（0）v口服半致死量（口服半致死量（LD50）：）：4.0g/kg（一）概述（一）概述vL-賴氨酸是人體必需氨基酸之一賴氨酸是人體必需氨基酸之一,是世界上是世界上僅次于味精的第僅次于味精的第2大氨基酸品種。大氨基酸品種。（二）賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)

8、（二）賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn) 斜面菌種斜面菌種 種子培養(yǎng)種子培養(yǎng) 發(fā)酵發(fā)酵 上柱上柱 精制鹽精制鹽 重結(jié)晶重結(jié)晶洗脫洗脫濃縮濃縮粗鹽粗鹽1、菌種：、菌種：北京棒桿菌、鈍齒棒桿菌；北京棒桿菌、鈍齒棒桿菌； 生產(chǎn)菌選育的思路：生產(chǎn)菌選育的思路：切斷或減弱支路代謝切斷或減弱支路代謝選育營養(yǎng)缺陷型或滲漏菌株可達到賴氨酸積累的目的。選育營養(yǎng)缺陷型或滲漏菌株可達到賴氨酸積累的目的。葡萄糖丙酮酸四碳二羧酸天冬氨酸天冬氨酸半醛二氫吡啶-2，6-二羧酸賴氨酸 高絲氨酸-琥珀酰-高絲氨酸蘇氨酸異亮氨酸蛋氨酸切斷支路切斷支路強化代謝強化代謝2、種子擴大培養(yǎng)：、種子擴大培養(yǎng)： 斜面斜面 一級種子一級種子 二級種子二級種子幾級

9、發(fā)酵？幾級發(fā)酵？3、發(fā)酵工藝及控制要點：、發(fā)酵工藝及控制要點： 流程：流程： 壓縮空氣壓縮空氣 斜面斜面 淀粉水解糖淀粉水解糖 油水分離器油水分離器 搖瓶種子搖瓶種子 配料配料 過濾器過濾器 種子罐種子罐 滅菌滅菌 發(fā)酵罐發(fā)酵罐 提取分離提取分離 賴氨酸賴氨酸培養(yǎng)基：培養(yǎng)基： 葡萄糖葡萄糖糖蜜糖蜜玉米漿玉米漿豆餅豆餅硫酸銨硫酸銨碳酸鈣碳酸鈣磷酸氫二鉀磷酸氫二鉀硫酸鎂硫酸鎂味液味液生物素生物素硫胺素硫胺素鐵鐵錳錳pH 工藝條件：工藝條件： 溫度溫度 pH 種齡、接種量種齡、接種量 氧氧 生物素生物素 硫酸銨硫酸銨 其他其他（4） 賴氨酸的提取和精制賴氨酸的提取和精制v發(fā)酵液成分：發(fā)酵液成分： 1

10、、氨基酸、氨基酸 2、菌體、菌體 3、培養(yǎng)基、培養(yǎng)基 4、色素、色素v發(fā)酵液預(yù)處理：發(fā)酵液預(yù)處理：離心、沉淀離心、沉淀1.調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)pH析晶法析晶法2.離子交換層析法法離子交換層析法法賴氨酸提取賴氨酸提取:離子交換法離子交換法1、柱子：、柱子：強酸性陽離子交換樹脂，強酸性陽離子交換樹脂，pH2.0 弱酸性陽離子交換樹脂，弱酸性陽離子交換樹脂，pH7.0-9.02、陽離子：、陽離子：H+：吸附力強：吸附力強 NH4+:選擇性好，簡化操作選擇性好，簡化操作3、上柱：、上柱：4、洗脫：、洗脫：氨水：氨水： 氨水氨水+氯化銨：氯化銨： 氫氧化鈉：氫氧化鈉：v主要包括：主要包括：天冬氨酸天冬氨酸賴氨酸賴氨

11、酸高絲氨酸高絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸蛋氨酸蛋氨酸異亮氨酸異亮氨酸（二）（二） 天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵聚天冬氨酸紅外圖 天冬氨酸族氨基酸生物合成途徑天冬氨酸族氨基酸生物合成途徑葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸四碳二羧酸四碳二羧酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛二氫吡啶二氫吡啶-2，6-二羧酸二羧酸賴氨酸賴氨酸 高絲氨酸高絲氨酸-琥珀酰琥珀酰-高絲氨酸高絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸異亮氨酸異亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸1. 菌種選育策略（略）菌種選育策略（略）2. 影響天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵因素影響天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵因素v發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素的添加發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素的添加丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸天冬氨酸天冬氨酸檸檬酸酸檸檬酸酸谷氨酸谷氨酸生物素過量！生物素過量！v發(fā)酵培養(yǎng)基中營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)物的添加發(fā)酵培養(yǎng)基中營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)物的添加典型的代謝控制發(fā)酵，菌株帶有多重遺傳典型的代謝控制發(fā)酵，菌株帶有多重遺傳標記，營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)物添加濃度直接影標記，營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)物添加濃