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L-精氨酸的生产工艺一、L-精氨酸的生理功能及其应用三、L-精氨酸的生产方法四、L-精氨酸发酵法的研究进展五、L-精氨酸的生物合成及调控机制二、L-精氨酸的生产成本、价格及利润六、L-精氨酸的提取、纯化在食品领域：1、L-精氨酸是合成蛋白质和肌酸的重要原料,是人和动物体内的半必需氨基酸。2、L-精氨酸-L-谷氨酸盐可以作为忌钠患者的调味品；3、L-精氨酸可以添加到运动饮料中来提高运动员的耐力、爆发力及快速反应能力例：可口可乐公司推出的“阿格里乐”运动饮料便是含0.02%精氨酸的饮品；日本明治乳业生产的运动饮料也是含0.02%精氨酸的饮料4、以L-精氨酸为原料制备的阳离子表面活性剂具有抗菌性强，毒性低等特点，是食品化妆品等的优良防腐剂医药领域：1、L-精氨酸是体内合成NO的前提物质，是血管舒张因子具有抗粥样动脉硬化、调节血压的功能；2、L-精氨酸是临床上复方氨基酸输液的主要成分之一，广泛用于病毒性肝炎的治疗，效果显著；3、L-精氨酸还可以提高人体生长荷尔蒙(HGH)延缓衰老4、L-精氨酸对几个内分泌腺具有强有力地促进激素分泌作用5、L-精氨酸对肿瘤诱导及发生过程的抑制作用（L-精氨酸可能是通过促进机体对肿瘤识别和抗肿瘤的反应来发挥作用）发酵成本：2,9000元/吨（包含主要原料：葡萄糖，玉米桨等）；动力成本：1,2000元/吨（包括水、电、汽等）；后提取成本：2,000元/吨；例：食品级L-精氨酸（最低端的产品）成本在50,000元/吨以内。目前国内市场上的由毛发水解法生产精氨酸销售价格约为61,000元/吨，在2008年食品级L-精氨酸价格曾经为80,000元/吨。味之素和协和生产的药用级氨基酸约140,000元/吨。国内无菌级精氨酸的价格约为300,000元/吨。如果一个年产500吨～1000吨L-精氨酸生产厂，最低限度的产品毛利润约为500～1,000万生产法方法：目前，L-精氨酸的制备方法有五种：直接发酵法、添加前体发酵法、酶法、蛋白质水解提取法和化学合成法1、直接发酵法借助微生物自身的合成能力，对菌株诱变处理，选育出各种营养缺陷型及抗氨基酸结构类似物的变异株，以解除代谢调节中的反馈抑制与阻遏，达到过量合成某种氨基酸的目的2、添加前体发酵法除了使用葡萄糖做碳源、能源来发酵外，在添加特异的的前提物质（如：精氨酰琥珀酸）发酵法生产L-精氨酸的研究进展一、国外1、1971年，MasahikoKisumi选育的枯草芽孢杆菌的精氨酸氧肟酸抗性(ArgHxR)突变株能积累4.5g/L的L-精氨酸2、1972年，Nakayama以野生型谷氨酸棒杆菌KY10025为出发菌，经NTG多次逐级诱变，选育了异亮氨酸缺陷、D-丝氨酸敏感、D-精氨酸和L-精氨酸氧肟酸盐双重抗性变异株，可积累L-精氨酸19.6g/L3、1988年，Hirao和Nakano等对L-精氨酸产生菌嗜乙酸棒状杆菌MC-13中分离出一株L-精氨酸高产菌SC-190。此菌可稳定培养250小时，产酸为60g/L4、1991年，Anima等对谷氨酸棒杆菌进行NTG处理具有D-丝氨酸敏感、D-精氨酸、精氨酸氧肟酸、6-氮尿嘧啶和乙基半胱氨酸多重抗性的菌株，产酸66g/L，每升发酵液经离子交换柱可获得52.8g精氨酸粗结晶5、目前······（没查到）二、国内1、1988年，中科院微生物研究所的龚建华等以谷氨酸产生菌钝齿棒状杆菌AS1.542为出发菌株，经NTG多次逐级诱变，获得了一株能够积累L-精氨酸的菌株971.1发酵培养96h，产酸最高达34g/L2、2005年，钱和等以谷氨酸棒杆菌ATCC13861为诱变出发菌株，经紫外线和亚硝基胍逐级诱变处理和选育，获得一株能够积累L-精氨酸的菌株UN100-12在以葡萄糖为碳源、以硫酸铵为氮源的培养基中直接发酵4d，产酸可达16.6g/L，并具有较好的遗传稳定性3、2006年，许正宏、窦文芳和陶文沂等钝齿棒状杆菌YD8为出发菌株，通过选育脯氨酸结构类似物抗性突变株，采用亚硝基胍诱变处理和选育，获得一株能够积累L-精氨酸的菌株YDM403，产酸水平可达29.4g/L4、目前我国L-精氨酸产量在30g/L~40g/LL-精氨酸的生物合成及代谢控制一、代谢控制育种策略二、由突变菌株发酵生产三、精氨酸的发酵过程调控四、精氨酸的分离提取1、乙酰谷氨酸合成酶；2、N-乙酰谷氨酸激酶；3、N-乙酰谷氨酸半醛脱氢酶；4、N-乙酰鸟氨酸-δ-氨基转移酶；5、N-乙酰谷氨酸-乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶；6、鸟氨酸氨甲酰基转移酶；7、精氨琥珀酸合成酶；8、精氨酰琥珀酸酶一、精氨酸发酵的代谢控制育种策略1、解除菌体自身的反馈抑制精氨酸的生物合成受自身的反馈抑制和反馈阻遏，采用抗反馈调节突变株来解除该反馈调节，使精氨酸得以积累。选育营养缺陷的回复突变株也可以解除该反馈调节，如选育有N-乙酰谷胺酸激酶缺陷的回复突变株。2、增加前体物的合成由代谢图可知，谷氨酸是精氨酸的生物合成的前体，因此，选育氟乙酸、氟柠檬酸、重氮丝氨酸、酮基丙二酸、缬氨霉素等敏感突变株，可以增加精氨酸前体的合成，从而有利于精氨酸产量的提高。3、切断进一步代谢的途径要大量积累精氨酸，需切断或减弱精氨酸进一步向下代谢的途径，使使精氨酸不再被消耗，如选育不能以精氨酸为唯一碳源生长（即丧失精氨酸分解能力）的突变株。二、由突变菌株发酵生产精氨酸用谷氨酸棒杆菌的突变株KY10577（Ile+、D-Sers、D-Argr、ArgHxr、2-TAr），由15%糖蜜（以葡萄糖计）积累精氨酸25g/L。酶2酶4酶5酶6KY100251.01.01.0一敏感性0.0KY10150Ile-一一一1.0一0.0DSS-8D-Sers19.94.64.111.5敏感性1.5KY10479D-Argr19.1一一一抗性6.8KY10480ArgHxr18.2一一抗性16.6KY10508Ile+18.2一一一抗性19.9KY105772-Tar18.77.06.919.3抗性25.0L-Arg产量/(g/L)谷氨酸棒杆菌精氨酸生产菌和精氨酸生物合成调节机制的解除菌株遗传特性酶活性（相对值）酶2的反馈抑制敏感性酶2为N-乙酰谷胺酸激酶、酶4为N-乙酰鸟氨酸-6-氨甲基转移酶、酶5为N-乙酰谷氨酸-乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶、酶6为鸟氨酸氨甲酰基转移酶“-”为营养缺陷型、“+”为营养缺陷型的回复突变型、“s”为敏感性、“r”为抗性三、发酵过程控制1、培养基对精氨酸发酵的影响及控制1）碳源以葡萄糖、蔗糖为碳源时,精氨酸的产量较高，浓度为105g/L的时候产酸量最高。2）氮源无机氮优于有机氮，无机氮中硫酸铵为最好。随着硫酸铵浓度的增加精氨酸产量显著增加,但当硫酸铵浓度超过5%时产酸又显著下降。从碳源和氮源上来看，我们在发酵过程中为提高精氨酸的产量应该选择过程中流加的方式。2、生物素对精氨酸发酵的影响及控制如果生物素过量，就大量繁殖而不产或少产酸；若生物素不足，菌体生长不好，精氨酸产量也低。当生物素的添加量为80μg/L时，可获得较高的精氨酸积累量。3、温度对精氨酸发酵的影响及控制菌体生长最适温度和发酵的温度均为(30±1)℃4、pH值对精氨酸发酵的影响及控制最适生长pH为中性，介于7.0~7.2之间，低于或高于这个范围都不利于种子的生长，以初始pH7.0的种子发酵积累L-精氨酸较其它条件下都好5、溶氧量对精氨酸发酵的影响及控制在高供氧（HOS）条件下L-精氨酸的产量31.1g/L，而在中供氧(MOS)和低供氧(LOS)条件下的L-精氨酸产量只分别达到16.0g/L和3g/L但是，在42～84h（发酵后期）HOS下的L-精氨酸合成速率下降迅速而MOS下的L-精氨酸合成速率却明显比HOS下稳定四、精氨酸的分离纯化1、特殊沉淀法特殊沉淀法是采用某些有机或无机试剂与相应氨基酸形成不溶性衍生物的一种方法。常用的沉淀剂有苯甲醛2、电渗析法原理：在中性条件下，酸性氨基酸是阴离子，碱性氨基酸是阳离子，中性氨基酸离子净电荷为零，在静电电场作用下，酸性氨基酸向阳极运动，碱性氨基酸向阴极运动，中性氨基酸仍停留在淡化池中，初步实现分离；然后再将碱性氨基酸通过活性炭处理，精氨酸被吸附，而赖氨酸不被吸附，达到分离与纯化的目的3、离子交换法基本原理是利用氨基酸的两性电解质的性质，当溶液pH值低于氨基酸等电点时，氨基酸以阳离子形式存在，能被阳离子交换树脂吸附；当溶液pH值高于氨基酸等电点时，氨基酸以阴离子形式存在，能被阴离子交换树脂吸附。例如工业上从胱氨酸母液中提取L-精氨酸时，向含有精氨酸的蛋白水解中和液中加入沉淀剂，使精氨酸与沉淀剂生成溶解度很小的复合物（苯甲基精氨酸）而沉淀，实现精氨酸与其他氨基酸的分离。谢谢！主要参考文献：L_精氨酸产生菌的选育及其代谢调控的初步研究（殷树昌）精氨酸产生菌的代谢机制及选育进展（伊廷存、袁建国）钝齿棒杆菌产精氨酸关键酶分析（陈雪岚，许正宏，陶文沂）L-精氨酸发酵研究进展（王霞,陶文沂,孙志浩,许正宏）L_精氨酸发酵条件研究（刘建成）L-精氨酸产生菌的选育及其发酵条件（王霞,许正宏,敖宗华,孙志浩,陶文沂）L一精氨酸的制备（马勇、庄建新、章元炳）L_精氨酸的制备及提取研究（郝刚）离子交换法从发酵液中提取L-精氨酸（张义萍、张伟国、郝刚）L-精氨酸菌种选育及优化方法（王学辉）3、酶法利用微生物中特定的酶作为催化剂，使底物经过酶催化生成所需的产品4、蛋白质水解提取法以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过酸、碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种氨基酸5、化学合成法利用有机合成和化学工程相结合的技术生产或制备氨基酸的方法精氨酸合成过程中的酶乙酰谷氨酸激酶乙酰谷氨酸半醛脱氢酶乙酰鸟氨酸转氨酶乙酰鸟氨酸酶鸟氨酸转氨甲酰酶精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸酶乙酰谷氨酸合成酶L-精氨酸的生物合成及代谢控制谷氨酸