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1、第一章 概述,第一节 氨基酸发酵的发展 一、发酵法生产氨基酸的起源,1866年德国最先分离出谷氨酸。 1908年日本提取出谷氨酸并开始生产味精作为商品销售。 191O年日本用水解法生产谷氨酸。 1946年美国用发酵法能够积累-酮戊二酸。 1956、1957年日本开始利用发酵法进行工业规模的生产。 l962年，出现合成法生产谷氨酸，1973年停产。,1932年沈阳味精厂用豆粕水解法生产味精。 1964年，上海天厨味精厂发酵生产谷氨酸试验成功，随后投入工业化生产。,世界,中国,二、氨基酸发酵技术的进展,1956年，日本采用发酵法成功地制造了谷氨酸。随着微生物遗传学和生物化学的发展，氨基酸发酵工业引
2、进了“人工诱变育种”和“代谢控制发酵”的新技术，极大地推动了氨基酸发酵工业的发展，至今大部分氨基酸可通过发酵法进行生产。代谢控制发酵技术以动态生物化学和微生物遗传学为基础，通过人工诱变获取适合生产某种产物的突变株，此突变株在人工控制的条件下培养，能够选择性地大量生产人们所需的产品。代谢控制发酵技术也被用于核苷酸类物质、有机酸以及抗生素的发酵生产，其建立是微生物发酵技术发展进程的第三个转折点，使近代发酵工业进入一个鼎盛时代。,许多种氨基酸均可利用微生物发酵法进行生产，使氨基酸产量大增，其生产成本大为降低。目前，全球氨基酸产品多达数十种，总产量已逾220万吨，其中应用于食品工业的氨基酸占总量的60
3、%左右，主要用于增加食品营养、提高食品风味、防止食品变质以及消除食品异味等方面。在氨基酸产品中，谷氨酸单钠（味精）、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等的产量较大，其中味精年产量已逾120万吨。 氨基酸的主要生产国家有日本、中国、美国、德国、法国、印尼、泰国及韩国等，其中日本在氨基酸的研究开发、生产技术、产品种类以及产量方面居世界领先地位，其味之素公司能够控制全球氨基酸市场60%的份额。至2004年，国内年产味精已逾90万吨，产量超过日本，居世界第一位，一部分厂家的谷氨酸发酵水平可达到世界领先水平。近年来，我国赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸的发酵生产发展迅速，虽然起步较晚，但由于技术交流广泛，使这些氨基
4、酸的生产规模与生产技术水平的起点都比较高。同国外的先进水平相比，我国氨基酸工业仍然存在较大的差距，主要表现为：产品品种少，精氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸等品种的生产依然是我国氨基酸产业的瓶颈；大部分生产厂家生产规模小，生产水平低，能耗、物耗偏高；对生产废液的综合利用和治理能力偏低，环境污染严重。,三、氨基酸发酵行业的现状与趋势,第二节 氨基酸的应用 一、氨基酸在食品工业中的应用,1. 调味的作用 L-谷氨酸单钠俗称味精，其产量居氨基酸之首位，作为重要的鲜味剂，一般应用于家庭、饮食业的烹饪以及食品加工业的调味。 2. 增香与除臭的作用 烘焙食品的香气来自氨基酸与糖反应生成的分解产物，主要涉及食品
5、非酶褐变过程的美拉德反应和斯特勒克降解反应，添加氨基酸可强化这两个反应。 羊肉、鱼和大豆等因含有中级脂肪酸或挥发性胺或正己醛而具有特殊的异臭味或腥味，以丙氨酸为主的矫味剂可除去。利用L-赖氨酸6-位氨基的活泼性，也可消除食品加工中产生的异臭味。 3. 保质与保鲜的作用 氨基酸可以作为抗氧化剂，有效地延长食品的保质期。 用氨基酸作为防腐剂，既可起防腐作用，又具有营养、风味等作用。 4. 营养的作用 氨基酸是构成天然蛋白质的基本单位，人类从膳食中的蛋白质获取各种氨基酸以满足机体的需求。赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等8种氨基酸属于必需氨基酸，人、哺乳动物自身不能
6、合成，必须由食物供给。,二、氨基酸在医药工业中的应用 1. 作为营养性输液 目前，氨基酸输液除了包含8种必需氨基酸，还包含多种非必需氨基酸。 2. 治疗的作用 氨基酸及其衍生物可以作为药物使用。精氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸对高氨血症、肝机能障碍等疾病具有显著疗效。天门冬氨酸盐可用于治疗心脏病、肝病、糖尿病等疾病。谷氨酸及其衍生物可改进和维持脑机能，用于治疗运动障碍、脑炎、蒙古症、肝昏迷等症。胱氨酸可作为治疗皮肤及皮肤损伤的药物。组氨酸可扩张血管，降低血压，常用于心绞痛、心功能不全等疾病的治疗。蛋氨酸可用于治疗肝炎、肝硬化等疾病，也可缓解砷、四氯化碳、苯、吡啶等有害物质的毒性。 3. 起载体与粘接作用
7、 聚合氨基酸是同一氨基酸单体化学法或微生物法合成的一类高分子聚合物，具有抗腐蚀性、耐热性、组织的相容性与消化吸收性，可作为药物的缓释、靶向载体和外用药物的载体，也适用于外科及手术用的粘胶剂、止血剂及密封剂。,三、氨基酸在饲料工业中的应用 实验证明，以氨基酸作为饲料添加剂，可促进动物生长发育，改善肉质，提高产奶、产蛋，使饲料得到充分利用，节省饲料用量，降低成本。例如，在猪的饲料中添加0.040.22%（w/w）的L-赖氨酸，猪可增重2035%；在饲料中添加0.1%（w/w）左右的蛋氨酸，可使饲料中蛋白质利用率提高3%左右，可有效地提高禽类的产蛋率或增加猪的瘦肉率。 四、氨基酸在农业中的应用 作为
8、无公害农药，近年来氨基酸农药得到极大的发展。利用氨基酸及其金属盐类、聚合物、衍生物可作为杀虫剂，如用甘氨酸乙酯的二硫代磷酸盐杀灭蚜虫或螨虫，效果可提高3040倍。甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、高精氨酸等均有抑菌作用，其铜盐络合剂的效果更佳。为了提高杀虫效果，氨基酸可作为引诱剂起作用，如谷氨酸是地中海蝇的性引诱剂，赖氨酸是蚊子的性引诱剂，达到“聚而歼之”的效果，提高杀虫率512倍。 氨基酸及其衍生物可作为植物生长的促进剂，对植物生长具有一定促进作用。例如，谷氨酸钠可促进大豆增产，半胱氨酸刺激玉米的生长发育，蛋氨酸盐是黄瓜、菜豆、苹果、橙树的生长刺激剂。 五、氨基酸在化学工业中的应用 随着化妆
9、品工业的发展，氨基酸与化妆品的关系日益密切。例如，甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸、丝氨酸等可组合成皮肤的保湿因子，添加到化妆品中调节皮肤的机能；半胱氨酸及其衍生物可作为冷烫发中的还原剂，同时也是去头屑洗发液的重要成分；在化妆品中添加天门冬氨酸及其衍生物，可防止皮肤的老化。 聚合氨基酸具有抗腐蚀性、耐热性、抗逆性，可作为固体皮膜以及微孔性材料，水蒸汽透过性能良好。利用聚合氨基酸的生物可降解性，可制造“绿色塑料”，广泛应用于从食品包装、一次性餐具等。利用聚谷氨酸极强的保湿性，可制取已开发了对肌肤具有极佳滋润效果的化妆液。聚合氨基酸衍生物具有明显的压电效应，可作为带电防止剂添加到高分子材料中，降低制品的易带电性质。,