赖氨酸发酵生产

摘要：赖氨酸是人体必需的氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。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，故称为第一性氨基酸。将赖氨酸添加到食品中能大大提高蛋白质的利用率，又是一种优良的食品强化剂。因此研究赖氨酸的生产有着很高的价值。 关键词： 简介：

赖氨酸是一种碱性氨基酸，是仅次于谷氨酸的第二大氨基酸产品，是谷物蛋白的第一性氨基酸，在谷物食料中添加适量的赖氨酸，其蛋白质的生物价大大提高。

赖氨酸的应用范围很广。①作为食品强化剂；②作为药物可用作肝细胞再生剂，对改善肝功能，治疗肝硬化、高氨症，增进食欲、改善营养状况有明显的疗效；③作为饲料添加剂，在畜、禽类的饲料中添加少许的赖氨酸，对家禽、家畜的日增重、料肉比、家禽的产卵量等方面效果尤为显著。

1．赖氨酸发酵机制

赖氨酸合成途径的调节机制

（1）谷氨酸优先合成，谷氨酸合成过剩就会抑制谷氨酸脱氢酶（GD）的活性，使得生物合成的代谢流转向天门冬氨酸。天门冬氨酸的过剩也会抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性，使得天门冬氨酸不致大量积累。

（2）赖氨酸的前体物质天门冬氨酸与乙酰辅酶A的生成形成平衡合成，乙酰辅酶A的增加能逆转天门冬氨酸对其自身合成的反馈抑制。

（3）天门冬氨酸激酶（AK）受赖氨酸与苏氨酸的协同反馈。AK是一个变构酶，催化天门冬氨酸和ATP形成α-天门冬氨酸磷酸，有两个变构位置可以接受末端产物。 AK受赖氨酸与苏氨酸的协同抑制，当只有赖氨酸或苏氨酸与变构位置结合时，酶活影响不大，当赖氨酸与苏氨酸同时结合到两个变构位置时，酶活受到强烈的抑制。此外，AK是赖氨酸合成途径中唯一的反馈调节点。

（4）赖氨酸亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁，赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡啶二

羧酸合成酶为亮氨酸所阻遏。

（5）蛋氨酸比苏氨酸优先合成，蛋氨酸合成的过剩就会阻遏高丝氨酸-O-转乙酰酶，使得生物合成的代谢流转向苏氨酸。苏氨酸比赖氨酸优先合成，苏氨酸的过剩会反馈抑制高丝氨酸脱羧酶的活性，使得生物合成转向赖氨酸。 2．赖氨酸生产菌的育种

出发菌株：黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜醋酸棒杆菌 育种思路；

（1）优先合成的转换——渗漏缺陷型的选育；

（2）切断支路代谢——营养缺陷型的选育：高丝氨酸缺陷型； （3）选育温度敏感突变株；

（4）解除代谢互锁：选育亮氨酸缺陷（Leu-）突变株、选育抗亮氨酸结构类似物（AECr）突变株、选育苯醌或喹啉衍生物敏感突变株，此外还可以选择萘乙酸（NAA）缺陷突变株； （5）增加前体物的合成和阻塞副产物的生成：选育Ala-突变株、选育抗天冬氨酸结果类似物突变株、选育适宜的CO2固定酶/TCA循环酶活性比突变株 ； （6）改善细胞膜通透性。

（7）选育脲酶（Urase）回复突变株；

（8）利用基因工程技术构建赖氨酸工程菌株 。 3．培养基

（1）碳源 淀粉、麦芽糖、蔗糖和葡萄糖。赖氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖。

（2）氮源 氮源可分为无机氮源和有机氮源。赖氨酸发酵中，二者均有使用 。 （3）无机盐 磷盐 （磷酸氢二钾）、硫酸镁 、钾盐 （氯化钾或氢氧化钾 ）、钙盐（碳酸钙或氯化钙 ）

（4）生长因子 生物素含量在30μg/L以上较好、

维生素B1即硫胺素盐酸盐能增加赖氨酸产量 、L-苏氨酸在培养基中含量高能够产生反馈抑制，使代谢流向赖氨酸的合成 。 4．菌种培养

⑴ 斜面菌种 一般用肉汤培养基或蛋白胨培养基 a 肉汤培养基 牛肉膏1％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，氯化钠0.5％，琼脂2％，pH7.0。 b 蛋白胨培养基 蛋白胨1％，酵母膏1％，氯化钠0.5％，pH7.2。 ⑵ 一级种子培养基（摇瓶种子培养基）

a 肉汤培养基 牛肉膏1％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，氯化钠0.5％，pH7.0。 b 含葡萄糖的肉汤培养基 葡萄糖2％，蛋白胨1％，牛肉膏0.5％，氯化钠0.25％，pH7.0。 ⑶ 二级种子培养基、三级种子培养基以及发酵培养基 糖蜜2.0%、豆粉水解液0.5%、硫酸铵 0.4%、碳酸钙0.5%、磷酸氢二钾0.1%、硫酸镁0.04%、pH7.2

5．发酵工艺条件以及影响因素

（1）温度 前期 32℃，后期30℃

（2）ph值 pH的变化对赖氨酸的发酵影响很大，当pH7.0时产酸最高，pH偏高或偏低，产酸均降低。最适ph值6.5-7.0，控制范围在ph值 6.5-7.5之间 （3）种 龄 和接种量

二级 2% 8-12h 三级 10% 6-8h

（4）供氧 过高、过低的溶氧对发酵均不利，表现为菌体浓度下降、产酸降低，发酵时间

延长。供氧需充足，否则生成乳酸。

（5）生物素 过量可以促进赖氨酸的生成、 促进天冬氨酸生成、抑制谷氨酸生成 （6）硫酸铵 含量大时菌体迅速生长，但赖氨酸的产量低，硫酸铵用量 4.0%-4.5% （7）初糖浓度 11%~15%，转化率最高 6．提取工艺

发酵液 →调节pH，加入絮凝剂 → 上清液→ 菌体→ 水洗→ 上清液→ 菌体→ 离子交换→真空浓缩→ 冷却、调等电点→ 结晶→离心分离→粗结晶→ 母液→重结晶→离心分离→二次母液→结晶→干燥→ 成品

从发酵液中提取赖氨酸通常有四种方法：①沉淀法，使赖氨酸生成难溶性盐(如苦味酸盐)而沉淀，或使赖氨酸结晶析出；②有机溶剂抽提法；③离子交换树脂吸附法；④电渗折法。