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色氨酸是重要的氨基酸,是人体和动物的限制性氨基酸之一,与生理发育有关,广泛应用于医药、食品和饲料添加。近年来,随着国内外饲料工业和医药工业的不断发展,色氨酸成为一种国际市场发展前景良好、中国市场需求较大的产品。L-色氨酸成为继蛋氨酸、赖氨酸之后的第三大饲用氨基酸,目前世界色氨酸年产约2100多吨,作为饲料添加剂使用的色氨酸量有数百吨。中国主要是高价格限制了它的应用。世界上主要生产厂家是日本的昭和电工、协和发酵和三井化学公司,采用发酵法生产色氨酸,赢创德固赛则兼有发酵法和合成法生产色氨酸。

  赢创德固赛公司是世界上惟一能同时生产四大氨基酸产品(DL一蛋氨酸、 赖氨酸、苏氨酸和色氨酸)的企业。

  中国具备色氨酸生产能力的企业主要有杭州恒锐生物制品有限公司和浙江东阳市横店集团家园化工有限公司。

  杭州恒锐建立于2001年,目前产品有D-色氨酸、DL-色氨酸、L-色氨酸,每月产量均在1吨左右,年产值上千万元。家园化工研制生产的L-色氨酸被科技部列入2003年度国家重点新产品计划。该公司与有关科研院所合作,利用基因工程酶法合成生产高纯度L-色氨酸,目前已有商业化产品销售。另外,上海、武汉、北京等地小规模少量生产色氨酸,用于药品。但尚无厂家生产饲料添加剂用的色氨酸。目前该产品生产技术和市场被日本三井化学、美国ADM等几家国际大公司垄断,我国每年要大量进口L-色氨酸,以满足市场所需。

  色氨酸的生产**早主要依靠化学合成法和蛋白质水解法,但是随着对微生物法生产色氨酸研究的不断深入,这种方法已经走向实用并且处于主导地位。微生物法大体上可以分为直接发酵法、微生物转化法和酶法。近年来还出现了将直接发酵法与化学合成法相结合、直接发酵法与转化法相结合生产色氨酸的研究。另外,重组DNA技术在微生物育种和酶工业上的应用极大地推动了直接发酵法和酶法生产色氨酸的工业化进程。

  微生物转化法:亦称前体发酵法。这种方法使用葡萄糖作为碳源,同时添加合成色氨酸所需的前体物如邻氨基苯甲酸、吲哚等,利用微生物的色氨酸合成酶系来合成色氨酸。这种方法同直接发酵法一样,需要解除生物合成途径中大部分酶所受到的反馈调节,以使色氨酸能够高浓度蓄积。另外,所添加的前体物大都是抑制微生物生长的,因此添加量不可过高,一般采取分批少量添加的方法。同时可以筛选前体物的抗性突变株来提高前体物的添加量。微生物转化法的不足在于当转化液中前体物浓度较高时,转化率有所下降。另外,前体物的价格比较昂贵,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产色氨酸。这些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、丝氨酸消旋酶等。根据提供这些酶的微生物种类数,可以分为双酶菌法和单酶菌法两种类型。该法既可以直接加入细胞壁溶解酶使细胞破壁后再使用,也可以将所需的酶固定化后再使用,一般由酶源菌体的培养、菌体的分离洗涤、固定化和反应几个阶段组成。酶法能够利用化工合成的前体物为原料,既充分发挥了有机合成技术的优势,又具有产物浓度高、收率高、纯度高、副产物少、精制操作容易的优点,是一种成本较低的生产色氨酸的工业化生产方法。

  直接发酵法:该法是以葡萄糖、甘蔗糖蜜等廉价原料为碳源,利用优良的色氨酸生产菌种来生产色氨酸。对这种方法的研究进行的比较早,但在相当长的一段时间内达不到工业化生产的要求。主要原因是从葡萄糖到色氨酸的生物合成途径比较漫长,其代谢流也比较弱,而且色氨酸的合成需要多种前体物,若想进一步提高色氨酸的积累量就必需设法增强合成这些前体物的代谢流。另一方面,色氨酸生物合成途径中的调控机制比较复杂,除了反馈调节这一粗调系统之外,还存在着细调系统-弱化子系统。随着重组DNA技术在微生物育种中的应用,为优良的色氨酸生产菌株的筛选和产酸水平的提高提供了可靠的技术保障,使微生物直接发酵法生产色氨酸成为一种廉价的工业化生产方法。

  其他生产方法

  将上述几种方法有机地结合起来进行色氨酸生产,主要有直接发酵法与化学合成法、酶法相结合,其特点是利用发酵法廉价提供一种前体物,再结合其他方法的优势进行生产。

  色氨酸

  又名氨基吲哚丙酸,为白色或类白色至微黄色的结晶性粉末,无臭或微臭,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;在稀酸或稀碱中溶解,长时间光照则着色,与水共热产生少量吲哚,如在氢氧化钠、硫酸铜存在下加热,则产生大量吲哚,与酸在暗处加热较稳定,与其他氨基酸、糖类、醛类共存时极易分解。L-色氨酸是杂环氨基酸,为人体和动物生命活动所必需的8种氨基酸之一,是重要的营养剂,广泛应用于氨基酸输液、综合氨基酸制剂、营养补充剂、烟酸缺乏症治疗、安神药(调节精神节律、改善睡眠)、食品和饲料添加剂。