“十五”国家科技攻关计划生物工程技术项目系列报道 （11）
发酵法生产ε-聚赖氨酸
南京工业大学制药与生命科学学院 徐虹 冯小海
ε-聚赖氨酸(ε-PL)是一种由微生物大量生产的氨基酸同型聚合物，由人体必需的L-赖氨酸的ε-氨基与另一
L-赖氨酸的α-羧基形成的ε-酰胺键连接而成。ε-PL是性能优良的生物防腐剂，在医药、化妆品等领域有广阔发
展潜力。日本已经实现ε-PL工业化生产并垄断了该技术，而我国尚未实现产业化。
提高ε-PL生产菌种发酵水平，降低生产成本是本研究的最终目标。本课题在完善实验室研究基础上进行了ε
-PL 300L发酵罐的中试研究，解决了中试生产中出现的技术问题，生产出符合国际市场质量标准的ε-PL产品，产
率≥15g/L，提取率≥60%，并制订出1～2种ε-PL不同剂型产品的质量标准。本项目于2005年12月通过国家生
物技术发展中心组织的验收。
一、工艺情况及技术特点
1. 高活性生产菌株的筛选和改良
建立高通量筛选方法，筛选得到1株ε-PL生产菌株，通过对该菌株进行形态学和16S rDNA全序列分析，确
定此生产菌株为北里孢菌属，命名为Kitasatospora sp. PL6-3，对其进行离子束诱变和化学诱变，获得了1株ε
-PL高产菌株Kitasatospora sp. MY 5-36，ε-PL摇瓶产率由0.4g/L提高到1.17g/L。
2. 代谢途径分析
初步分析了ε-PL合成的代谢过程，其中天冬氨酸激酶(ask)是该过程的关键酶。
3. 发酵工艺优化
利用诱变菌Kitasatospora sp. MY 5-36在5L发酵罐生产ε-PL，对发酵过程进行代谢调控，进行工艺优化，
通过流加葡萄糖和调控pH等方法提高ε-PL产率，优化后在300L发酵罐上进行中试生产，ε-PL产率达到15.5 g/L。
4. 提取工艺
课题组优化了ε-PL的提取工艺(见图1)，采用阳离子交换树脂分离发酵液中的ε-PL，再用超滤膜去除小分子
杂质，经活性炭脱色和有机溶剂沉淀后产品纯度≥95%，总收率为75.2%，远高于预期目标的60%。
5. 结构分析和分子量测定
利用红外、紫外光谱、核磁共振分别检测纯化后的ε-PL，并利用SDS-PAGE电泳和凝胶渗透色谱(GPC)测定ε
-PL的相对分子量。
6. 商品剂型质量标准的制订
制订了1种ε-PL基本商品剂型的质量标准，该标准符合FAO/WHO 1992质量标准。标准如下:含量≥50%;干燥
失重(105℃，3h）≤20%;重金属(以Pb计）≤20×10-6;灰分≤1%，其制剂一般以ε-PL与50%的糊精混配，应用于
不同的目的时，可添加有机酸、盐类、乳糖等协同因子。
二、效益分析及推广应用前景
本项目为中试研究，目前尚未实现产业化。从300L发酵罐的发酵水平来看，具有很好的产业化前景。随着人
们生活水平的提高，ε-PL作为绿色功能性防腐剂将会有很大的市场需求。以已经实现工业化的日本为例，这个1
亿多人口的国家每年消费ε-PL 800～900t(市场价约为1500元/kg)，ε-PL在食品中添加量为0.01%～0.5%，1kg
食品中添加ε-PL的成本为1.5～7.5元，经济效益较好。因此，ε-PL一旦形成商品将在国内市场有很大的需求，
出口需求也比较旺盛。目前国内没有厂家能够工业化生产ε-PL，若能建成1000t/a的生产线，按1500元/kg 售价
计，产值将达到15亿元/a。
另外，ε-PL作为一种聚氨基酸，在医药、化工、电子材料、生物工程等领域也有良好的应用前景。利用ε-PL
强烈广谱的抗菌特性，可以开发抗菌、抗病毒材料，如日本Chisso公司正在开展抗菌纤维等的开发。
如前所述，Kitasatospora sp. MY 5-36合成的ε-PL由39～40个L-赖氨酸单体组成。据文献报道，ε-PL一
般由25～30个赖氨酸单体组成。在一定的分子量范围内，ε-PL的聚合度越高，抑菌效率也越高，但目前报道的
生产菌株很难获得聚合度在36以上的ε-PL。因此Kitasatospora sp. MY 5-36合成的ε-PL有望获得更好的应用
前景。
三、发展方向
该课题在微生物菌种、发酵和分离工艺方面有较大突破，但由于研究时间短，还需做很多工作:①利用其他诱
变方法对现有生产菌株Kitasatospora sp. MY 5-36进行筛选诱变，进一步提高菌株的生产水平;②进一步优化发
酵工艺，提高ε-PL产量，降低生产成本；③继续在300L发酵罐上对ε-PL进行中试研究，稳定生产工艺，为工业
化奠定基础。