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赖氨酸

[拼音]:lai’ansuan

[外文]:lysine

一种人体必需的氨基酸。学名二氨基己酸。赖氨酸含有2个氨基(-NH2)和1个羧基(-COOH),是一种具有明显碱性的氨基羧酸。按光学活性分,赖氨酸有L型(左旋)、D型(右旋)和DL型(消旋)3种构型。只有 L型才能为生物所利用。通常所说的赖氨酸均指L型。L型赖氨酸呈针状晶体,在210℃变暗,在224.5℃下分解,易溶于水,微溶于醇,不溶于醚。

1889年德莱赛尔首先用酸水解法从酪蛋白水解物中分离出赖氨酸和精氨酸混合物。1891年弗雪及德莱赛尔分别从上述混合物中分离到纯的赖氨酸。1902年弗雪与韦特用合成法制成赖氨酸并确定了赖氨酸的化学结构。1957年加拿大理查德等人从 600株霉菌中筛选得到两株黑粉菌。这两株黑粉菌能发酵生成 0.2~0.3g/l赖氨酸。同时都伦纳用同一菌进行培养研究,使赖氨酸生成量提高至 0.7 ~ 0.8 g/l;其后,汉斯肯又将生成量提高至1.95g/l。这是最早有关发酵法生成赖氨酸的研究。赖氨酸的工业生产始于1958年。日本木下祝郎、中山清等采用紫外线照射谷氨酸棒杆菌得到了一株高丝氨酸(或苏氨酸+蛋氨酸)的营养缺陷型变异株,使赖氨酸生成量达到工业生产水平。

自然界中动物蛋白质的赖氨酸含量较高,谷类则较低。对谷类补充L-赖氨酸可提高其营养价值。由于赖氨酸有促进家禽、家畜生长发育,改善肉质,提高产蛋率等作用,因此被大量用作饲料添加剂。赖氨酸在食品工业中被广泛用作某些食品和饮料的营养强化剂。在医药工业中,L-赖氨酸是复方氨基酸输液的一种成分。赖氨酸泛酸盐可用于治疗白细胞减少症。据统计,赖氨酸应用比例为:动物饲料95%、食品强化3%、医药工业2%。

赖氨酸的制备最初采用蛋白质水解法从血干粉、酪蛋白、脱脂大豆蛋白质抽提制取。20世纪80年代大规模工业生产中主要用发酵法和酶法两种工艺生产赖氨酸。至1985年,赖氨酸世界年产量发酵法为 7400t,酶法为4000t,并有大幅度增加的趋势。

赖氨酸发酵法分为二步发酵法(又称前体添加法)和直接发酵法两种。

二步发酵法

50年代初开发的二步发酵法以赖氨酸的前体二氨基庚二酸为原料,借助微生物生产的酶(二氨基庚二酸脱羧酶),使其脱羧后转变为赖氨酸。由于二氨基庚二酸也是用发酵法生产的,所以称二步发酵法。70年代后,日本采用固定化二氨基庚二酸脱羧酶或含此酶的菌体,使内消旋2,6-二氨基庚二酸脱羧连续生产赖氨酸,改进了这一工艺。尽管这样,该工艺仍较复杂,现已被直接发酵法取代。

直接发酵法

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。这种方法是在50年代后期开发的。70年代以来,由于育种技术的进展,选育出一些具有多重遗传标记的突变株,使工艺日趋成熟,赖氨酸的产量也得到成倍增长。工业生产中最高产酸率已提高到每升发酵液100~120g,提取率达到80~90%左右。直接发酵生产赖氨酸的工艺流程如图所示。

用糖蜜作原料时,除先要对糖蜜进行预处理以去掉杂质外,其他工序与用淀粉原料相似。

酶法

主要用生产尼龙原料己内酰胺时生成的大量副产物环己烯为起始原料,用化学方法合成 DL-氨基己内酰胺,然后以此作为酶反应的底物,经罗伦氏隐球酵母生产的L-氨基己内酰胺水解酶,和从奥巴无色杆菌菌体中分离到的α-氨基己内酰胺外消旋酶共同作用,转变为L-赖氨酸。该工艺由于反应速度快,原料便宜,产酸率高,已投入工业生产。

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