Промисловий синтез амінокислот
У промислових масштабах амінокислоти отримують одним з нижчезазначених методів:
Метод хімічного синтезу
При прямому хімічному синтезі виходять суміші D- і L-ізомерів амінокислот, які згодом необхідно розділити на оптичні антиподи ферментативним способом. Необхідність додаткової стадії робить такі процеси гіршими в порівнянні з прямим ферментативним синтезом.
Тому хімічний синтез застосовується, в основному, для виробництва метіоніну, оскільки в цьому випадку не потребує поділу енантіомерів (L- і D-ізомери метіоніну є біологічно-активними).
Ензиматичний синтез
За даним способом процес отримання амінокислот полягає в синтезі попередника амінокислоти та подальшої його трансформації в цільову амінокислоту з використанням виділених ферментів або мікроорганізмів.
Попередники |
Фермент |
Продукт |
Фумарат амонію |
Аспартаза |
L-аспарагінова кислота |
Корична кислота |
Фенілаланін аміак ліаза |
L-фенілаланін |
L-Аспарагінова кислота |
Аспартат-β-декарбоксилаза |
L-аланін |
Фенол, серин |
Тирозинфеноліаза |
L-тирозин |
Індол, серин |
Триптофаніндоліаза |
L-триптофан |
Гліцин, метанол CH3OH |
Сериндегідраза |
L-серин |
Ферментативний синтез
Даний спосіб отримання амінокислот заснований на здатності мікроорганізмів синтезувати всі L-амінокислоти, а в певних умовах — забезпечувати їх «надсинтез». Основна відмінність мікробіологічної ферментації від ензиматичної полягає у використанні не окремих виділених, а всіх ферментів мікроорганізмів.
Продуцентами амінокислот в біосинтезі найбільш часто служать бактерії, що належать до роду Corynebacterium, Brevibacterium, Escherishia. Субстратом при виробництві амінокислот є вуглеводнева сировина (меляса, гідролізат крохмалю і целюлози), етанол, оцтова або інші органічні кислоти, а також вуглеводні. Як джерело азоту використовують солі амонію, нітрати, а також амінокислоти.
У мікробіологічного синтезу є свої переваги та свої недоліки. З одного боку, в ньому мало стадій і потрібна відносно проста та універсальна апаратура. З іншого боку, живі організми, з якими доводиться працювати, дуже чутливі до найменшої зміни умов, а концентрація цільового продукту виходить низькою, що веде до збільшення розмірів апаратури.
Основні методи промислового синтезу і кількість основних амінокислот, що продукують (станом на 2003 рік, річний приріст виробництва 2-5%) наведені в таблиці:
Амінокислота |
Світове виробництво, |
Метод синтеза |
L-Глутамат |
1000000 |
Ферментативний |
DL-метіонін |
350000 |
Хімічний |
L-Лізин |
250000 |
Ферментативний |
Гліцин |
22000 |
Хімічний |
L-Фенілаланін |
8000 |
Ферментативний |
L-Аспарагінова кислота |
7000 |
Ензиматичний |
L-Треонін |
4000 |
Ферментативний |
L-Цистеїн |
1500 |
Гідроліз білків і мікробіологічний |
DL-Аланін |
1500 |
Хімічний |
L-Глутамін |
1300 |
Ферментативний |
L-Аргінін |
1200 |
Ферментативний |
L-Триптофан |
500 |
Ензиматичний |
L-Валін |
500 |
Мікробіологічний |
L-Лейцин |
500 |
Гідроліз білків і мікробіологічний |
L-Аланін |
500 |
Ферментативний |
L-Изолейцин |
400 |
Ферментативний |
L-Гистидин |
400 |
Ферментативний |
L-Пролин |
350 |
Ферментативний |
L-Серин |
200 |
Ферментативний |
L-Тирозин |
120 |
Гідроліз білків |