l-谷氨酸包括哪些？

L-谷氨酸又名麩氨酸、氨基戊二酸、L-α-氨基戊二酸，L-谷氨酸呈白色結(jié)晶性粉末狀，幾乎無(wú)臭，帶有特殊酸味，難溶于水，不溶于乙醇、乙醚，易溶于甲酸，分子式為C5H9NO4，分子量為147.13，熔點(diǎn)為160℃。在食品工業(yè)方面：用作代鹽劑、營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑、鮮味劑（主要用于肉類、湯類和家禽 等）

L-色氨酸的生產(chǎn)方法

L-色氨酸的生產(chǎn)最早主要是依靠化學(xué)合成法和蛋白質(zhì)水解法制造。隨對(duì)微生物法生產(chǎn)色氨酸的研究的不斷發(fā)展，人們開(kāi)始利用微生物法發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸。現(xiàn)已走向?qū)嵱貌⑶姨幱谥鲗?dǎo)地位。微生物法大體可分為微生物發(fā)酵法和酶促轉(zhuǎn)化法。近年來(lái)還出現(xiàn)了直接發(fā)酵法和化學(xué)合成法，直接發(fā)酵法和轉(zhuǎn)化法相結(jié)合生產(chǎn)色氨酸的研究。另外，基因工程、酶的固定化和高密度培養(yǎng)等技術(shù)在微生物育種和酶工業(yè)上的應(yīng)用極大地推動(dòng)了直接發(fā)酵法和酶法生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化進(jìn)程。 化學(xué)合成法就是利用有機(jī)合成和化學(xué)工程相結(jié)合的技術(shù)生產(chǎn)或制備氨基酸的方法。DL-色氨酸的化學(xué)法合成，大致可分為以吲哚為原料的合成基李法和以苯肼為原料的合成法兩種。Snydcr和MacDonald研究出了一種簡(jiǎn)單的合成DL-色氨酸的方法，即在乙酸和乙酸酐的存在下利用吲哚和α-乙酰氨基丙烯酸直接縮合，得到N-乙酞-DL-色氨酸，此物質(zhì)在氫氧化鈉溶液中水解即可得到DL-色氨酸，收率為57．7%。Moe和MacDonald報(bào)道以苯肼為原料合成色氨酸，即在乙酸鈉存在下，將丙烯醛和乙酰氨基丙二酸二乙酯縮合，縮合體再與苯肼反應(yīng)而生成苯腙，苯腙在H2S04或BF3水溶液中回流水解，環(huán)化得到化合物3-吲哚基-甲基-乙酰氨基-丙二酸二乙酯，將此化合物水解脫羧可得DL-色氨酸。

化學(xué)合成法的最大優(yōu)點(diǎn)是在氨基酸品種上不受限制，既可制備天然氨基酸，又可制備搏猛遲各種特殊結(jié)構(gòu)的非天然氨基酸。但這并不意味著具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值，由于合成得到的氨基酸都是DL-型外消旋體，必須經(jīng)過(guò)拆分才能得到人體能夠利用的L-氨基酸。故用化學(xué)合成法生產(chǎn)DL-色氨酸時(shí)，除需考慮合成工藝條件外，還要考慮異構(gòu)體的拆分與D-色氨酸異構(gòu)體的消旋利用，三者缺一不可。因此，化學(xué)法合成L-色氨酸在工業(yè)上的應(yīng)用也受到一定的限制。 酶法是利用微生物中L-色氨酸生物合成酶系的催化功能生產(chǎn)L-色氨酸的，能夠利用化工合成的前體物為原料，既充分發(fā)揮了有機(jī)合成技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，又具有產(chǎn)物濃度高、收率高、純度高、副產(chǎn)物少、精制操作容易等優(yōu)點(diǎn)，是一種成本較低的生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法。目前在L-色氨酸的生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。這些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等。根據(jù)提供這些酶的微生物種類數(shù)，可以分為雙菌酶法和單菌酶法兩種類型。

雙菌酶法是利用兩種菌分別提供酶促反應(yīng)所需的色氨酸合成酶(TS)、絲氨酸消旋酶(SR)，以吲哚和DL-絲氨酸為底物酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。這種方法可以將具有不同高活性的酶促轉(zhuǎn)化色氨酸所需的酶結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)菌種的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高底物的轉(zhuǎn)化率。Makiguchi等用大腸桿菌的色氨酸合成酶和惡臭假單胞菌的絲氨酸消旋酶，以吲哚和知棗DL-絲氨酸為底物，在200L反應(yīng)罐中反應(yīng)24h，L-色氨酸產(chǎn)量可達(dá)到110g/L，對(duì)吲哚吸收率為100%(摩爾比，下同)，對(duì)DL-絲氨酸收率為91%。單菌酶法是利用一種菌提供色氨酸合成所需的色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等酶類酶促轉(zhuǎn)化色氨酸。Won-giBang等對(duì)單酶菌法生產(chǎn)色氨酸進(jìn)行了研究，利用大腸桿菌B10的高Ts活性轉(zhuǎn)化吲哚和DL-絲氨酸，添加非離子表面活性Triton X-100，37℃反應(yīng)60h，色氨酸產(chǎn)量可達(dá)至141．4g/L，對(duì)吲哚收率為93．2%，對(duì)DL-絲氨酸收率為93．6%．

由于底物吲哚對(duì)色氨酸合成酶抑制強(qiáng)烈，而對(duì)色氨酸酶抑制較弱，所以近年來(lái)人們更為傾向于將色氨酸酶用于L-色氨酸的生物合成。色氨酸酶正常情況下降解L-色氨酸生成丙酮酸、吲哚和氨，但在高濃度的丙酮酸和氨條件下也能有效地催化丙酮酸、吲哚和氨合成L-色氨酸。該酶還能催化L-絲氨酸或L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸。Nakazawa等以20g吲哚、30g丙酮酸鈉、50g乙酸銨和4gProteus rettgeri(雷氏變形桿菌)菌體作為色氨酸酶源，37℃反應(yīng)48h可積累23gL-色氨酸。Ujimaru等用Achromabacterliquidum(液形無(wú)色桿菌)色氨酸酶催化L-絲氨酸和吲哚合成L-色氨酸，L-絲氨酸轉(zhuǎn)化率為82．4%，吲哚轉(zhuǎn)化率為92．4%。

國(guó)內(nèi)也有研究以L-半胱氨酸和吲哚為原料酶法生產(chǎn)L-色氨酸。韋平和等用色氨酸酶基因工程菌WWW-4催化L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸，80mL反應(yīng)液(L-半胱氨酸0．75g，吲哚0．75g)37℃反應(yīng)48h，可積累L-色氨酸1．18g，L-半胱氨酸轉(zhuǎn)化率為93．2%，吲哚轉(zhuǎn)化率為90．1%，產(chǎn)品總回收率達(dá)70%。另外，也有報(bào)道利用具有丙酮酸高產(chǎn)率和高活性色氨酸酶的菌株酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。

酶促轉(zhuǎn)化法既可以直接利用高活性色氨酸合成酶、色氨酸酶，或者具有高活性色氨酸合成酶或色氨酸酶的菌體催化L色氨酸的合成，也可以將酶或菌體固定化后進(jìn)行L-色氨酸的合成。菌體和酶固定化后具有提高酶的穩(wěn)定性便于反復(fù)使用，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。Won―Bang等利用聚丙烯酰胺固定具有高活性色氨酸合成酶的大腸桿菌Escherichia coli B10菌體細(xì)胞，在連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器中連續(xù)使用50天，色氨酸合成酶活性保持80%，最高產(chǎn)酸0.12g.L-1h-1。還有利用其它固定化技術(shù)進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。Eggers等報(bào)道了一種利用有機(jī)脂膜系統(tǒng)利用色氨酸酶酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。它是以環(huán)己烷作為有機(jī)相，有機(jī)脂膜將兩水相和有機(jī)相分開(kāi)，其中一水相構(gòu)成酶促反應(yīng)體系，另一水相構(gòu)成反萃取體系，利用bis-tris-propane作為兩水相的緩沖劑維持兩水相的pH差值，從而影響反應(yīng)體系中各物質(zhì)在兩水相的分配常數(shù)，再通過(guò)有機(jī)相中的陰離子交換劑Aliquat-336交換兩水相中的丙酮酸和L-色氨酸。這種體系有利于L-色氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到反萃取水相中，而有助于色氨酸的提取和降低L-色氨酸對(duì)酶的抑制作用；而且，有機(jī)相還可以儲(chǔ)存吲哚，使吲哚在酶促反應(yīng)體系中的濃度低于對(duì)酶的抑制水平。Eggers等還建立了一種反膠團(tuán)酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸的反應(yīng)體系，它是將色氨酸酶溶解在含有表面活性劑Brij56的環(huán)己烷和水構(gòu)成的反膠團(tuán)的水相中，利用吲哚和絲氨酸為底物，在有機(jī)相中添加陰離子交換劑Aliquat-336轉(zhuǎn)運(yùn)水相和有機(jī)相中的L-色氨酸。以bis-tris-propane作為兩水相的緩沖劑，選擇合適的含水量和pH值等參數(shù)條件，結(jié)果在1dm反應(yīng)體積內(nèi)，每g色氨酸酶經(jīng)過(guò)lh反應(yīng)可產(chǎn)酸10g。該系統(tǒng)除了上述脂膜反應(yīng)體系的優(yōu)點(diǎn)外，還可以提高色氨酸酶的穩(wěn)定性。因此，在L-色氨酸的酶促轉(zhuǎn)化中有著廣闊的應(yīng)用前景。 微生物發(fā)酵法包括直接發(fā)酵法和添加前體發(fā)酵法。

1直接發(fā)酵法

直接發(fā)酵法是以葡萄糖、甘蔗糖蜜等廉價(jià)原料為碳源，利用優(yōu)良的色氨酸生產(chǎn)菌株，在合適的發(fā)酵條件下，直接發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸。選育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的色氨酸優(yōu)良菌株是直接發(fā)酵法研究的中心問(wèn)題．在育種技術(shù)方面，傳統(tǒng)的誘變育種國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究。Shiio等以黃色短桿菌酪氨酸缺陷型、對(duì)氟苯丙氨酸(4FP)抗性變異株為出發(fā)菌株，選育5-氟色氨酸(5-FT)抗性變異株No．187，該菌株可產(chǎn)L-色氨酸8．0 g/L。繼續(xù)以No．187為親株選育具有鄰氨基苯甲酸結(jié)構(gòu)類似的重氯絲氨酸(AsaSer)抗性變異株A100，其產(chǎn)酸率提高到lO．3 g/L，再?gòu)腁-100選育磺胺胍(SG)抗性變異株S-225，其產(chǎn)酸率進(jìn)一步提高到19g/L。國(guó)內(nèi)的張素珍等人以亞硝基胍處理北京棒桿菌AS1.299，得到CG45突變株。該菌株具有5MT，6FT，4MP抗性標(biāo)記，且以精氨酸和尿嘧啶為必需生長(zhǎng)因子，在含12%葡萄糖的培養(yǎng)基中，30℃振蕩培養(yǎng)5天。可積累色氨酸8g/L。該方法研究比較早，但在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)無(wú)法達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。主要原因是從葡萄糖到色氨酸的生物合成途徑比較長(zhǎng)，其代謝流也比較弱，而且色氨酸的合成需要多種前體物質(zhì)(PRPP、谷氨酰胺、L-絲氨酸等)。要想進(jìn)一步提高L-色氨酸的產(chǎn)量還必須提高這些前體物的產(chǎn)量。另一方面色氨酸生物合成途徑中的調(diào)節(jié)機(jī)制比較復(fù)雜，除了存在多重反饋調(diào)節(jié)外，還存在著弱化子系統(tǒng)。這使得色氨酸成為氨基酸發(fā)酵工業(yè)中最難發(fā)酵的氨基酸之一．隨著DNA重組技術(shù)的在微生物育種中的應(yīng)用，為優(yōu)良色氨酸菌種的篩選提供了可靠的技術(shù)保證。使得產(chǎn)酸水平逐漸達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。Katsumata．R等將帶有DAHP合成酶(DS)和色氨酸合成酶(TS) 基因的重組質(zhì)粒引入產(chǎn)L-色氨酸43g/L的谷氨酸棒桿菌KY10-894中，使該工程菌株的L-色氨酸產(chǎn)量達(dá)到了66g/L產(chǎn)酸水平提高了54%。

2添加前體發(fā)酵法

該法又稱為微生物轉(zhuǎn)化法，它是使用葡萄糖作為碳源，同時(shí)添加合成色氨酸所需的前體物(如鄰氨基苯甲酸、吲哚、L-絲氨酸等)，利用微生物的色氨酸合成酶系轉(zhuǎn)化前體來(lái)合成L-色氨酸。這種方法很早就投入了工業(yè)化生產(chǎn)，目前世界上最大的色氨酸生產(chǎn)廠家日本的昭和電工公司就是采用以鄰氨基苯甲酸為前體物，利用Hansenula(漢遜氏酵母)或Bacillus(芽孢桿菌)菌種將其轉(zhuǎn)化為色氨酸的生產(chǎn)方法，Yokozcnki等以DL-5-吲哚-甲基海因?yàn)樵希命S桿菌T-523分解其為色氨酸，可產(chǎn)L-色氨酸7．1 g/L。Fukui等由枯草桿菌選育5-氟色氨酸(5-FT)抗性突變株，在含l%葡萄糖和5%可溶性淀粉培養(yǎng)基中，連續(xù)流加鄰氨基苯甲酸，可積累L-色氨酸9．6g/L。Nakayarna等進(jìn)一步改造該突變株，使其具有5-FT和8-氮鳥(niǎo)嘌呤(8-AG)雙重抗性，在含10%葡萄糖培養(yǎng)基中，連續(xù)流加鄰氨基苯甲酸，可積累L-色氨酸15．6g/L。

微生物轉(zhuǎn)化法的不足之處在于當(dāng)轉(zhuǎn)化液中前體物濃度較高時(shí)，轉(zhuǎn)化率有所下降，但可以通過(guò)分批次少量流加前體減少其抑制作用。另外，前體物價(jià)格比較昂貴，不利于降低成本。因此，有人研究利用發(fā)酵法廉價(jià)提供一種前體物，再結(jié)合其它方法的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行色氨酸的生產(chǎn)。Hajimu MOrikota等利用黃色短桿菌P390直接發(fā)酵L-谷氨酸-β-半醛(GSA)達(dá)13．2g/L，然后將發(fā)酵液適當(dāng)稀釋后加入苯肼的1mol/LH2S04溶液中加熱回流1小時(shí)之后，48%的GSA可轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-色氨酸。SMgeru oita等利用硫辛酸和硫胺素雙重缺陷性菌株Enterobacter aetogene LT-94，在含5%的葡萄糖培養(yǎng)中產(chǎn)丙酮酸30g/L，然后再通過(guò)添加吲哚和氯化銨，利用該菌的色氨酸酶酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸16．7%。

標(biāo)簽：色氨酸方法生產(chǎn)