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生物转化法生产 γ-氨基丁酸
作者:樊毅   来源:中国科学院天津工业生物技术研究所   时间:2016/8/31 10:37:19   查看次数:804
项目背景:
      γ-氨基丁酸是一种天然存在的非蛋白组成氨基酸,属强神经抑制性氨基酸,具有镇静、催眠、抗惊厥、降血压的生理作用。在食品、医药保健、饮料加工等领域具有广泛的应用前景和市场需求。目前,γ-氨基丁酸的制备方法主要有化学合成、微生物发酵和生物转化法等,但是化学合成法成本高、得率低,在生产工艺中使用危险溶剂,且不能被用于食品、药品和饲料加工等领域。微生物发酵法生产周期长、生产得率较低且后续分离提取较为困难,使其工业化应用受到限制,而生物转化法由于具有操作简便、条件温和、原料利用率高、转化率高且分离纯化成本低等优势,越来越受到青睐。 谷氨酸脱羧酶(EC 4.1.1.15)能不可逆地催化 L-谷氨酸(盐)转化生成 γ-氨基丁酸,是生物转化法合成 γ-氨基丁酸的关键酶制剂,具有巨大的市场应用价值。但是,目前国内外已报道的谷氨酸脱羧酶一般催化效率较低且酶活性范围偏酸性,这一特性严重影响了其在工业上的应用。因此,获得具有优良催化性能的谷氨酸脱羧酶是生物转化法制备 γ-氨基丁酸的关键。
市场前景:
      γ-氨基丁酸是一种重要的抑制性神经递质,具有多种生理功能,被广泛应用于食品、药品和饲料添加剂中。美国 FDA 将 γ-氨基丁酸批准为公认的安全级食品添加剂。2009 年,我国卫生部批准生物合成法的 γ-氨基丁酸为新资源食品。研究发现 γ-氨基丁酸还可用于合成 2-吡咯烷酮,2-吡咯烷酮可用于合成尼龙 4,具有重要的工业应用价值。据粗略统计,目前全球各类 γ-氨基丁酸总产能约 6 万吨/年。食品级 γ-氨基丁酸的价格约为 6.0~8.0 万元/吨,价格趋于稳定,国内较大的 γ-氨基丁酸生产公司有浙江益万生物技术有限公司、安徽来福高科股份有限公司、福建安溪生物科技有限公司等,总产量约为 500 吨/年。目前,我国添加 γ-氨基丁酸的相关产品总市值约 25 亿~30 亿元,市场仍处于缓慢增长期。
技术特点:

      本项目获得一种新型的谷氨酸脱羧酶,成功构建了高效表达该酶的菌种,开发了制备 γ-氨基丁酸的新工艺。相较于目前国内外已报道的谷氨酸脱羧酶而言,该酶具有更高的催化效率和较广的 pH 范围,更适合工业化生产。目前已报道的最高谷氨酸脱羧 酶转化实验中,时间在 24-36h 左右,转化率介于 95-99%,产量大概 250-300g/L 间。本 项目以大宗化学品 L-谷氨酸(盐)为底物,常温常压条件下转化 12 h,γ-氨基丁酸产量 达 340-350 g/L ,底物转化率为 0.68-0.70 g/g,平均摩尔转化率高达 99%,具有较好的技术应用前景。本项目具有自主知识产权生产条件易于控制,生产设备简单,生产周期短,原料综合利用率高且分离纯化工艺简便,能有效降低生产成本。

研究时间与阶段

      已完成 3L 发酵罐小试,效果良好。目前正在进行转化工艺的完善,以及中试规模 的研究阶段。 效益投资: 目前,食品级 γ-氨基丁酸的价格约为 6.0-8.0 万元/吨,极高纯度的食品级 γ-氨基丁 酸价格能达到 20-30 万元/吨。利用本技术生产氨基丁酸的生产成本约 1-2 万元/吨(不包 括能耗和人工成本)。 2012 年国内谷氨酸(盐)产量达到 260 万吨,但由于新兴市场的冲击和发达国家频繁发动的反倾销调查等诸多不利因素,国内谷氨酸生产企业面临较大压力,产能过剩问题一直无法有效解决。当前 L-谷氨酸(盐)市场报价约为 1.0-2.0 万元/吨,并且仍有下 降趋势,因此利用生物技术将谷氨酸转化为高附加值产品 γ-氨基丁酸,具有较高的发展 前景。

发布时间:

2016 年 4 月

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