赖氨酸ppt课件.ppt

一 赖氨酸概述 赖氨酸为碱性必需氨基酸 由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低 且在加工过程中易被破坏而缺乏 故称为第一限制性氨基酸 赖氨酸是人体需要的一种氨基酸 一种不可缺少的营养物质 蛋白质是构成人体细胞的主要成份 食物中的蛋白质进入人体后经过消化先分解成氨基酸 然后人体又利用这些氨基酸再合成新的人体蛋白质 如免疫抗体 消化酶 血浆蛋白 生长激素等都是合成后的人体蛋白质 在合成蛋白质的各种氨基酸中 L 赖氨酸是最重要的一种 少了它 其它氨基酸就受到限制或得不到利用 科学家称它为人体第一必需氨基酸 赖氨酸的作用 mp4 1 二 作用 赖氨酸是帮助其它营养物质被人体充分吸收和利用的关键物质 人体只有补充了足够的L 赖氨酸才能提高食物蛋白质的吸收和利用 达到均衡营养 促进生长发育 其作用有 1 提高智力 促进生长 增强体质 2 增进食欲 改善营养不良状况 3 改善失眠 提高记忆力 4 帮助产生抗体 激素和酶 提高免疫力 增加血色素 5 帮助钙的吸收 治疗防止骨质疏松症6 降低血中甘油三酯的水平 预防心脑血管疾病的产生 等等等 2 赖氨酸广泛存在于动物蛋白质中 赖氨酸的生产最早是用酸水解酪素 经分离谷氨酸后制得 其后又从血粉中提取 猪血粉中赖氨酸含量约9 10 但这种方法 工艺比较复杂 产量受到限制 1960年以来 日本用营养缺陷型的谷氨酸菌株直接发酵生产赖氨酸 其产量不断扩大 1977年 日本东丽公司以合成的己内酰胺为原料 用酶法生产L 赖氨酸 目前 国际上赖氨酸产生菌种的生产一般用采用糖蜜发酵和淀粉水解糖 或纯糖 发酵 3 三 菌种选育 3 1赖氨酸在微生物体内的代谢路径 1 2 3 4 4 3 2菌种选育 1 降低支路代谢流切断或减弱支路代谢 降低支路代谢相关酶的表达量或活性或敲除支路代谢相关基因构建营养缺陷性同样会增加赖氨酸的表达量 降低由天冬氨酸半醛生成高丝氯酸的量 继而蛋氨酸 苏氨酸的合成量也会降低 生成的Thr的量不足以与Lys共同对天冬氨酸激酶 AK 起协同反馈抑制作用 在分支代谢途径中 几种末端产物同时都过量 才对途径中的天冬氨酸激酶 AK 具有抑制作用 若某一末端产物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用 L一赖氨酸和L一苏氨酸对天冬氨酸激酶有协同反馈抑制作用 利用这一特性可以选择营养缺陷性或渗漏缺陷型 5 2 解除抑制作用 解除赖氨酸与苏氨酸之间的协同反馈抑制作用 选育高丝氨酸脱氢酶缺陷型 此突变株高丝氨酸脱氢酶仅为野生型的1 30 于是苏氨酸合成减少 不足与赖氨酸共同对天冬氨酸激酶活性产生协同反馈抑制作用 就可以过量积累赖氨酸 或者选育结构类似物抗性突变株 6 3 改善细胞膜的通透性改善细胞膜的透过机能 如在细胞内过量表达lysE基因 赖氨酸输送蛋白基因 有助于微生物胞内合成的赖氨酸向胞外运输 降低胞内赖氨酸含量 进一步减弱L一赖氨酸和L一苏氨酸对赖氨酸合成的协同反馈抑制作用 增加赖氨酸的产量 同时有利于产品的后续加工 7 4 菌种改造由于细胞内的代谢不是一个孤立的过程 而是一个相互联系的网络 网络之间会相互制约 利用基因工程在对菌株进行基因改造时 往往不是仅仅对某个基因进行单独的改造 而是对目的产物形成过程中一系列相关基因进行改造 如赖氨酸合成相关基因的过量表达 提高表达产物的活性 降低支路代谢基因拷贝数 降低基因表达产物的活性等等措施 增加细胞膜的通透性 增强目的产物向胞外的运输 降低支路代谢的代谢流 弱化关键酶对终产物反馈抑制的敏感度等都有助于目的产物的积累 这些都为了提高赖氨酸产量 增加工程程菌菌株的稳定性 8 5 防止高产菌株的回复突变 防止菌种回复突变至关重要 其方法除了纯化 检查遗传标记 减少传代次数 不用发酵液作为种子外 还可以采用以下方法 a 选育遗传稳定的菌株 b 定向附加生产菌多个遗传标记 选育多重抗性菌株 增强菌株的抗回复突变的能力 C 菌种保藏时培养基要丰富 保证菌株的营养要求 d 在培养突变株时添加抗生素 抑制回复突变株生长 9 四 赖氨酸工业生产方法概述 4 1合成法用化学合成法制取赖氨酸 工艺较多 所用原料不尽相同 工业上采用的主要为荷兰的DMS法及日本的东丽法 两法的主要区别在于所用的原料不同 DMS法用己内酰胺 东丽法用环己烷 但两法先都生成DL 氨基己内酰胺 再水解生成DL 赖氨酸 然后用酶法进行分割 得到L 赖氨酸 合成法生产赖氨酸最大缺点是使用剧毒原料光气 且可能残留催化剂 产品安全性差 环保问题严重 10 4 2水解法将含蛋白质较多的物质加热水解 蛋白质分解成各种氨基酸 再提取其中的赖氨酸 一般以动物血粉作原料 此法特点是工艺简单 但原料来源有限 只适用于小规模生产 4 3酶法酶法是以生产己内酰胺时产生的大量副产物环己烯为原料 先制得DL 氨基己内酰胺 再用水解酶把L 氨基己内酰胺水解成L 赖氨酸 用消旋酶对D 氨基己内酰胺进行消旋 最后转化为L 赖氨酸 转化率接近100 L 赖氨酸的积累浓度可达40 以上 该法产品活性高 分离 精制容易 11 4 4发酵法发酵法是工业生产赖氨酸最重要的方法 其原理是利用微生物的某些营养缺陷型菌株 通过代谢控制发酵 人为地改变和控制微生物的代谢途径来实现L 赖氨酸的生产 生物合成赖氨酸的途径有两种 一种是通过2 氨基己二酸途径 酵母 链孢霉合成赖氨酸 另一种是通过2 6二氨基庚二酸途径 细菌 蓝藻 高等植物 具体流程如下所示葡萄糖AK天冬氨酸AK 天冬氨酸激酶 12 发展前景 5 1赖氨酸生产状况及消费情况赖氨酸是世界上仅次于味精的第二大氨基酸 目前全球赖氨酸的生产能力近6O万t 下列各表分别列举了近几年国内外赖氨酸的生产及消费情况 13 5 2赖氨酸生产状况 目前 世界上赖氨酸的总生产能力约6O万t 年美国ADM公司是目前世界上最大的赖氨酸生产企业 现有生产能力l5 89万t 年 占世界市场的4O 以上我国赖氨酸工业起步较晚 8O年代初国内有十几家生产厂 但产能均很小 大的也不超过数百t 年 经过2O多年的发展 通过与国外公司的合作及技术 装备的引进 某些企业的生产也初具规模 目前 我国较大的赖氨酸生产企业有5家以上 能力已达6 5万t 年 但受国外赖氨酸进u的冲击 产量不足4万t 年 随着国内畜牧养殖业和饲料工业的蓬勃发展 国内赖氨酸市场需求量快速增长 进口数量逐如下表 14 5 3赖氨酸的应用 5 3 1赖氨酸在医药上的应用 赖氨酸是构成蛋白质的基本单位 是合成人体激素 酶及抗体的原料 参与人体新陈代谢和各种生理活动 赖氨酸是人体必需氨基酸 在各种氨基酸输液配方中基本上都有 赖氨酸还可作为利尿药的辅助治疗剂 治疗因血中氯化物减少所致的铝中毒 可与酸 如水扬酸 作用生成盐 以减轻不良反应 与蛋氨酸合用能抑制重高血压病 同时赖氨酸也是优良的血栓预防剂 近年来研究发现 赖氨酸对营养不良 乙型肝炎 支气管炎病有一定疗效 赖氨酸与亚铁化合物一起治疗贫血 效果显著 据国外报道 将赖氨酸加入四环素中 可以消除四环素在治疗中的副作 15 5 3 2赖氨酸在食品上的应用 食品营养强化剂 赖氨酸是人体第一限制性氨基酸 即人类食品中最为缺乏的一种氨基酸 它是合成大脑神经再生性细胞和其它核蛋白以及血红蛋白等重要蛋白质所需的氨基酸 儿童食用添加了赖氨酸的食物 其智力发育 体格发育 血浆蛋白的含量以及对疾病的免疫力等均比较高 年老体弱者的食物中添加少量赖氨酸 可明显增加胃蛋白酶的分泌 使食欲增 食品除臭剂 食品加工贮藏过程中产生的异臭大多是d羟基化合物引起的 赖氨酸的 一氨基能与羰基化合物的羰基反应 可以消除异臭并能改善食品的 16 5 3 3赖氨酸在饲料上的应用 畜牧业使用赖氨酸已获得显著效果 畜禽小动物对赖氨酸需求量较高 在其饲料中添加赖氨酸 能增进食欲 促进生长 畜禽饲料中未被赖氨酸含量比较低的饲料源 添加赖氨酸后可有效利用 在动物的成长阶段添加赖氨酸 可以降低原料成本 赖氨酸还是一种环保物质 它的使用可以减少畜禽饲料的总用量 以减少畜禽粪便 17 5 4我国赖氨酸生产存在的问题及对策我国赖氨酸生产与国外的差距表现在以下几个方面 1 自动化程度不高 目前我国赖氨酸生产中 大部分操作是人工完成的 因此不能对一些控制因素 如糖耗 pH 温度 作出迅速反应 另外 一些关键的仪表 in耐高温的pH计 溶氧仪 阀门等检测仪器水平和设备水平也有待提高 赖氨酸生产是一项生物工程的高新技术 应加强对赖氨酸发酵机理的理论研究 找出发酵中各影响因素关联式 以便于用计算机控制生产 提高生产过程自动化程度 2 能耗问题 国外生产it赖氨酸需要标准煤8t 而我国需要l5 20t 因此开发低能耗的浓缩装置十分必要 3 培育高产新品种 加强赖氨酸结晶最佳条件的研究也是当前生产中亟需解决的问题 另外 合成法和酶法都较为经济 又便于大规模生产 应加大研究力度 18 5 4对我国赖氨酸生产的意见针对目前国内赖氨酸市场不景气 赖氨酸工厂都纷纷停产的状况 提以下几点意见 1 我国是赖氨酸消费增长最快的国家 已经成为世界上赖氨酸第二大消费国 有巨大的市场容量和良好的市场前景 但由于我国的赖氨酸市场价格受到国外产品的影响很大 因此 现有赖氨酸生产企业 通过技术创新 优化生产工艺 消除装置的瓶颈 确保满负荷稳定生产 从而降低生产成本 提高产品质量和级别 减少能耗 提高利润 开发相关产业 in 聚赖氨酸 努力做到人无我有 人有我优 提高企业的竞争力和市场占有率 2 在进行扩产改造的企业 应对生产赖氨酸的菌种 工艺水平 原料和能源价格等方面客观地进行分析比较 确定其竞争优势和抗风险能力 避免盲目投资 3 对于一些有实力的工厂应该坚持一段时间 熬过这段低谷期 或许 山穷水复疑无路