“十五”国家科技攻关计划生物工程技术项目系列报道 （12）
发酵法生产L-精氨酸
江南大学生物工程学院 陶文沂 许正宏
　　L-精氨酸是人体必须的氨基酸,在食品、医药工业中有广泛应用,但同时也是世界上公认的发酵法中的“瓶颈”
氨基酸,其原因在于代谢途径复杂,细胞积累困难。L-精氨酸在我国尚未实现产业化。目前,我国有少量采用水解天
然蛋白质方法生产的精氨酸,医药用原料精氨酸大多依赖进口。
　　一、攻关目标及完成情况
    本课题主要针对药用氨基酸中的“瓶颈”品种——L-精氨酸的发酵法生产菌种钝齿棒杆菌,进行菌种改良和发
酵条件优化研究,并结合精氨酸的代谢调控机制,深入进行了该菌株发酵法生产精氨酸的理性设计育种、工艺优化及
放大、产品提取等研究。
　　(1)通过磺胺胍抗性筛选及L-精氨酸结构类似物,如D-精氨酸、高精氨酸、乙基半胱氨酸等多重抗性筛选,获得
1株高产突变株,摇瓶产酸达到4.0%以上。
　　(2)优化了精氨酸的生产工艺条件和培养基组成。确定了L-精氨酸生产的关键控制点,采用计算机辅助的自动
控制流加发酵技术,完成500L罐发酵试验,产酸水平达4.52%,糖酸转化率为28.8%,发酵周期88～96h。
　　(3)确定了最佳工艺,产品总提取率大于70%。
　　本项目在无锡晶海氨基酸有限公司建成包括500L发酵罐在内的发酵中试及产品提取线各1条;改扩建生产线1
条,形成100t/a L-精氨酸的生产能力。
    二、新工艺特点与应用、环境评价
　　1. 高产菌株育种策略
　　实验系统地研究了出发菌株的群体生长特征、诱变剂的最适浓度以及抗性物的筛选浓度,在逐级诱变过程中,
菌株产酸能力得到稳步提高,摇瓶产酸水平从24.5g/L增加到40.6g/L,增加了65.7%。
　　2. 流加补料技术在L-精氨酸发酵中的应用
　　该项研究对筛选出的高产菌株进行发酵工艺的优化,重点抓住了影响发酵产酸的关键工艺控制点,通过流加补
料,较好地避免了高糖、高氮的基质对菌体生长的抑制,提高了糖酸转化率,而且通过氨水的流加,有效地调控了发酵
过程的pH值,使其在最适的生理状态下进行产物的代谢。中试规模产酸水平≥4.5%,糖酸转化率在25%～35%,生产
周期在88～96h。
　　3. L-精氨酸提取技术
　　采用固定床式离子交换技术进行精氨酸提取和精制,精氨酸收率可达97.5%。
　　由于洗脱液中仍含有一定的色素类杂质,需要通过脱色工艺去除。实验考察了DA101、DA296、粉末活性炭、颗
粒活性炭等脱色剂的脱色效果,并从材质的价格、用量以及对后续操作的影响进行综合比较,选择了粉末活性炭作为
脱色剂,其适宜的用量在3%～5%,适宜的pH值为4。
　　利用无锡晶海氨基酸厂现有的离子交换设备及精制设备,按照下述工艺(图1)进行提取和精制。
    三、市场开发及推广应用前景
　　L-精氨酸在药品、食品、化妆品、饲料等方面都有广泛用途,在医疗上是治疗肝炎、肝昏迷等疾病的重要药物,
也是配制氨基酸大输液的常用重要原料。近几年氨基酸输液以15%～20%的年均速度递增。同时,用于精氨酸复盐的
生产也呈快速增长状态,如精氨酸布洛芬盐、精氨酸焦谷氨酸盐、精氨匹林等均以精氨酸为原料。此外,以发酵法替
代毛发水解法,可减少生产过程对环境的影响,同时发酵所需的淀粉质原料及豆粕类物质来自农副产品,能够增加农
民收入。目前,L-精氨酸盐酸盐市场售价约14万元/t,可实现毛利润7万元/t,净利润在5万元/t左右。规模为100t/a
L-精氨酸生产线,每年可实现直接经济效益500万元,实现产值1400万元。
　　精氨酸类产品自上世纪90年代初期投放市场以来,其产量也直线上升,目前世界产量已超过1万t/a。2005年
我国精氨酸需求量为1500t,目前采用毛发水解生产的精氨酸产量约300t左右,因而精氨酸仍需大量进口。
    四、国内外现状及发展方向
　　国际上发酵法生产精氨酸的研究始于70年代,80年代初基因工程技术在精氨酸高产菌选育中开始研究应用。
目前国外生产厂家主要有日本味之素、协和发酵、田边制药以及德国德固赛等4家公司。日本在氨基酸产量、品种
和技术水平上均居世界领先地位。在精氨酸的发酵法生产方面,日本同样具有世界领先水平,其产酸水平为40～
50g/L。
　　本项目仅在产业规模上达到国内最好水平,但与发达国家的L-精氨酸产酸水平相比,仍有一定的差距。可通过
进一步解析精氨酸的合成机制,应用分子生物学手段重组其代谢网络,以提高产量性状、改善菌体生长状况。在产业
推广方面,应加强技术推广力度,将技术转化落实到实处。