蛋氨酸生产技术分析XXXX0428-2.docx

蛋氨酸市场及技术分析报告

工业生物技术知识环境
二〇一一年四月
目录

1. 蛋氨酸的市场需求 1
1.1. 国内外需求总量 1
1.2. 饲用蛋氨酸无需拆分D构型和L构型 1
2. 蛋氨酸的主要生产技术分类 2
3. 蛋氨酸的合成与生产情况 3
4. 化学法与生物法（发酵法）的技术和成本比较 4
5. 生物法生产的可行性及难点 6
6. 专家咨询意见 7
6.1. 专家意见 7
6.2. 咨询专家 8

1. 蛋氨酸的市场需求
1.1. 国内外需求总量
目前，蛋氨酸的市场应用主要应用于饲料行业。
2009年：蛋氨酸全球年产量 70万吨，中国进口10万吨。市场价格在30～60元/kg之间波动 马桂燕. 蛋氨酸市场回顾与2010年展望. 饲料广角. 2009, (6):15-17.
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2010年：全球蛋氨酸需求总计75.5万吨，分布大体如下：欧盟15万吨；俄罗斯2万吨；美国16万吨；中东2万吨；中国12万吨；日本1万吨；墨西哥2万吨；亚洲/ANZ（澳大利亚、新西兰）9万吨；巴西8万吨；阿根廷2万吨；其他国家6.5万吨，总计75.5万吨 松田敦郎. 全球蛋氨酸市场格局变化及价格趋势分析. 北方牧业. 2010, (11): 12
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2010年，国内进口蛋氨酸（固体）10.242084万 吨。较2009年增长7.32%。2010年价格在37.5～49.48元/kg之间波动 闫洪颖，孙峰. 2010年中国蛋氨酸市场回顾及2011年展望. 中国畜牧杂志. 2011，47(4): 27-30.
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1.2. 饲用蛋氨酸无需拆分D构型和L构型
L构型的氨基酸能直接被动物所利用，D构型的要先转变为L构型才能利用，但L-蛋氨酸与D-蛋氨酸（经转化后）对多数生物利用率相同。由于合成的氨基酸多是消旋型，即L构型和D构型各50%的混合物，也叫外消旋物，即用DL-前缀来表示，如DL-蛋氨酸。
一般氨基酸右旋体（D构型是无效的，但蛋氨酸例外，在生物体内D-蛋氨酸能转换成L-蛋氨酸，正是由于这两种蛋氨酸在生物化学方面均有效。因此，在合成蛋氨酸生产中不需要拆分而直接使用DL-蛋氨酸 上海枫晴化工有限公司。
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2. 蛋氨酸的主要生产技术分类
目前，蛋氨酸主要生产来自于化学合成或者水解蛋白。化学方法合成的蛋氨酸为D-和L-蛋氨酸的混合物。水解蛋白导致一种复杂的混合物，其中蛋氨酸需分离获得。而生物合成蛋氨酸L-蛋氨酸有2种方法：酶法合成（前体转化）、微生物发酵。
酶法合成：
(1) Chibata et al用酰化氨基酸水解酶立体切割N-乙酰-DL-蛋氨酸来获得L-蛋氨酸 Chibata I, Ishikawa T, Yamada S. Studies on amino acids and studies on the enzymatic resolution and specificity of mold acylases. Bull Agric Chem Soc Jpn, 1957, 21: 304– 7.
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(2) Tokuyama and Hatano (1996) 在N-醯化胺基酸消旋酶中插入基因，并较高产量的蛋氨酸 Tokuyama S, Hatano K. Overexpression of the gene for N-acylaminoacid racemase from Amycolatopsis sp TS-1-60 in Escherichia coli and continuous production of optically active methionine by a bioreactor. Appl Microbiol Biotechnol, 1996, 44: 774– 7.
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(3) Yamashiro et al. (1988)报道了用芽孢杆菌及其突变体来将DL-5-取代海因转化为L-蛋氨酸 Yamashiro A, Kubota K, Yokozeki K. Mechanism of stereospecific production of l-amino acids from the corresponding 5-substituted hydantoins by Bacillus brevis. Agric Biol Chem, 1988, 52: 2857– 63.
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(4) Wagner et al. (1996)报到了利用突变菌株DSM 9771的休眠细胞将5-[2-(甲硫基)乙基]海因转化为L-蛋氨酸，并获得90%的产量 Wagner T, Hantke B, Wagner F. Production of l-methionine from d,l-(2-methylthioethyl) hydantoin by resting cells of a new mutant strain of Arthrobacter species DSM 7330. J Biotechnol 1996, 46: 63–8.
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虽然目前的酶法工艺能获得较高产量，但是这个过程要求昂贵的底物。由于酶法合成要求较高的底物，导致研究者寻求发酵法来合成L-氨基酸。

3. 蛋氨酸的合成与生产情况
国内外DL-蛋氨酸和L-蛋氨酸的合成情况如下：

国内
国外
DL-蛋氨酸
（即用化学法合成）
已有上市
年产量：20万吨/年（长春大成）
成本：25元/kg
已有上市

年产量：35万吨/年（德固赛）
成本：1.7美元/kg
L-蛋氨酸
（即用生物法[包括酶法和发酵法]合成）
已有投产
年产量：200吨/年
（湖北省八峰药化股份有限公司，2002年，销售额486万美元） 中国火炬计划，http://168.160.200.181/default.aspx

已有上市
年产量：暂时未查到。
注：1、国家863计划生物工程领域项目“工程菌固定化细胞生产L－蛋氨酸”技术于近期在新疆农科院通过国家验收和新疆维吾尔自治区鉴定。由新疆农科院微生物所石玉瑚研究员主持的这一项目于1998年列入国家863中试研究计划，在有关部门的支持下，投资1200万元，仅用一年时间就建成了国内先进的中试车间，在L－蛋氨酸的中试和产业化方面取得重大突破和创新，不仅简化了工艺，而且节约了大量的原料，较国外技术降低成本约1/3，其指标达到了日本、美国药典的标准，其中酰化酶工程和消旋技术达到了世界先进水平。
2、2010年，八峰药化股份有限公司采用氨基酸酰化酶技术制取L-蛋氨酸，顺利开发出2000吨级L-蛋氨酸生产新工艺 中国饲料行业信息网，

4. 化学法与生物法（发酵法）的技术和成本比较
目前，公开资料中对蛋氨酸的化学法与生物法的技术和成本比较直接报道很少，但可以从发酵法生产L-苏氨酸的作一间接比较。
(1) 发酵法生产L-苏氨酸生产成本估算
发酵法生产L-苏氨酸，淀粉单耗可控制在每吨苏氨酸2.378 t左右，水、电、汽成本可控制每吨2,000元以内，生产饲料级L-苏氨酸生产成本可控制在10,000元/吨左右（生产成本，不包括人员工资，设备折旧，销售管理等费用），当前市场平均售价约为15,000元/吨(含税) 吴泽华，王志强，李刚等. 发酵法L-苏氨酸生产研究. 科技传播. 2010年.
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(2) 化学法生产蛋氨酸
我国生产成本为25元/kg（即25,000元/吨），国外成本为约1.7美元/kg（按6.8换算，约为11,560元/吨） 娄玉英，郭兰疃. 蛋氨酸的生产现状及发展前景. 河北化工. 2010年.
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(3) 生物法（发酵法）合成蛋氨酸
甲硫氨酸合成代谢，涉及到至少三个方面：甲基、硫、碳骨架。可以从生物合成法生产蛋氨酸
耗能：甲硫氨酸生物合成的关键步骤在于将硫掺入碳骨架中，常规使用的硫源为硫酸盐，必须由微生物摄取。随后微生物需要活化并还原硫酸盐。这些步骤中每分子甲硫氨酸需要消耗7mol ATP及8mol NADPH的能量 Neidhardt, F. C., J. Ingraham, and M. Schaechter. 1990. Physiology of the Bacterial Cell: A Molecular Approach. Sinauer Associates, Sunderland, MA. 520 pages.
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反馈抑制：产甲硫氨酸的微生物进化出在甲硫氨酸合成速率和量上都受到严格控制的代谢路径。这些调控机制包括反馈调节机制，即一旦细胞产生了足量甲硫氨酸，产甲硫氨酸代谢路径的活性则受到下调 Neidhardt, F. C. (Ed. in Chief), R. Curtiss III, J. L. Ingraham, E. C. C. Lin, K. B. Low, B. Magasanik, W. S. Reznikoff, M. Riley, M. Schaechter, and H. E. Umbarger (eds). 1996. Escherichia coli and Salmonella: Cellular and Molecular Biology. American Society for Microbiology. 2 vols. 2898 pages.
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考虑能耗与反馈抑制两个因素来推测，用生物发酵法合成蛋氨酸需要消耗更多的能量，以及存在反馈抑制，这些导致生产成本的增加，故就目前而言，蛋氨酸的生产成本要比苏氨酸要高的多，即高于10,000元/吨。

5. 生物法生产的可行性及难点
甲硫氨酸合成代谢，涉及到至少三个方面：甲基、硫、碳骨架。而其中存在两个关键性的问题，即耗能和存在反馈抑制。资料显示，用生物发酵法生产甲硫氨酸可行，但是其难点在于用基因工程方法构建高产的菌株 Bolten, Christoph J.et al Towards Methionine Overproduction in Corynebacterium glutamicum-Methanethiol and Dimethyldisulfide as Reduced Sulfur Sources. J. Microbiol. Biotechnol, 2010, 20(8): 1196–1203.
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