L-天冬氨酸的生产与应用进展

（天津渤化中河化工有限公司，天津300300）

L-天门冬氨酸在医药，食品和化工等方面有着广泛的用途。在医药方面，可以用于治疗心脏病、肝脏病、高血压症，具有防止和恢复疲劳的作用，和多种氨基酸一起，制成氨基酸输液，用作氨解毒剂、肝功能促进剂和疲劳恢复剂[1，2]。在食品工业方面，是一种良好的营养增补剂，添加于各种清凉饮料，也是甜味素（阿斯巴甜）-天冬酰苯丙氨酸甲酯的主要原料。在化工方面，可以作为制造合成树脂的原料，亦可作为化妆品的营养性添加剂等[3，4]。目前，L-天门冬氨酸作为最主要的氨基酸之一，国内生产规模已经达到20000t/a[5]。

1 L-天冬氨酸的技术现状

生产L-天冬氨酸的现有工艺是以顺丁烯二酸为原料，在无机催化剂作用下，在强酸性条件（pH=1左右）转化成富马酸；分离纯化后的富马酸在天冬氨酸酶和过量氨的作用下转化生成天冬氨酸，反应液用硫酸中和过量的氨后，分离纯化得到产品天冬氨酸[6，7]。目前主要的技术方法工艺流程可以如图1所示。

图1 L-天冬氨酸工艺流程框图

目前，国内的企业基本上均采用上述流程，其流程简单，设备投资小，同时不容易染菌，主要步骤为化学处理，操作简单，容易控制。但是，顺丁烯二酸的异构化需要在强酸性条件下进行，对设备的腐蚀性大；工艺中还使用大量的硫酸，并有大量的副产物外排，造成环境污染。

2 L-天冬氨酸的技术进展

由于现存工艺会对环境产生污染，且存在着产品收率相对较低，产品附加值低的缺点，研究者进行了许多技术研究，主要着眼于现有工艺改造，设备研究，新工艺技术等方面，促进了L-天冬氨酸的技术进步。

2.1 现有工艺清洁化

目前已有一些专利报道采用将富马酸加入到酶转化液中提取L-天冬氨酸的方法，晶体分离后的母液补加富马酸和氨水后，可以继续作为底物进行下一次的酶反应，该方法得到的晶体纯度高，相比单独利用硫酸提取L-天冬氨酸工艺，该方案大幅度地减少了硫酸的用量、铵盐的生成量及废水的排放量，很好地解决了现有提取工艺存在的问题，但由于富马酸的酸度低，循环量非常大，导致收率大幅度的降低，技术得不到大范围的推广[8～11]。有研究者[12]提出了利用富马酸发酵废液培养L-天冬氨酸转化菌的策略，该策略不仅为实现富马酸发酵废液的循环利用，同时也为探索更加经济有效的L-天冬氨酸的生产工艺提供了理论基础。

2.2 反应设备研究进展

现有L-天冬氨酸的发酵设备主要采用连续搅拌釜式反应器或液升式流化床的反应器，它可以较好地排出反应热，但是固定化细胞磨损严重，且易破裂，缩短了固定化细胞的酶活半衰。研究人员对反应结晶等问题进行了理论研究，为反应器的设计提供了理论基础[13]。目前，包括自组装膜等表面修饰技术，因其稳定和有序结构获得了广泛的关注，在调控有机晶体和生物矿化无机晶体的生长研究方面取得了许多有意义的成果[14]，将诸如此类技术与特定反应器结合，可以大幅度提高产品品质。有研究人员提出采用接近活塞式流动特性的固定床列管反应器，不但能够较好地排除反应放热、减少催化剂磨损，同时还可以获得较高的反应转化率，更适于固定化大肠杆菌生产L-天冬氨酸的过程[15,16]。而随着近年来膜技术的发展而产生的膜生物反应器，可以利用膜将游离细胞阻挡于反应器内，同样达到固定化目的而又不损伤细胞(酶)的目的[17]。

2.3 L-天冬氨酸生产的新技术

1973年日本用聚丙烯酰胺凝胶为载体，将具有高活力天门冬氨酸酶的大肠杆菌菌体包埋固定化天门冬氨酸酶，用于工业化生产，将延胡索酸转化生产天门冬氨酸。1978年以后，改用角叉菜胶为载体制备固定化酶，也可将门冬氨酸酶从大肠杆菌细胞中提取分离出来，再用离子键结合法制成固定化酶，用于工业化生产[18-20]。国内也有使用聚乙烯醇包埋等诸多方式生产具有高活力大肠杆菌的报道，它可以固定细胞活性，达到能够循环使用的目的[21-23]。游离整体细胞法(FWC)由于其简洁的工艺流程、较少的设备投资引起了研究和生产者的关注。进一步研究发现，游离整体细胞法在生产过程中有着较高的生产效率和生产能力，L-天冬氨酸的生产成本得以进一步降低，产品的质量又有了新的提高[24,25]。有研究者也从培养基的角度阐述用较为便宜的氮源水解棉籽蛋白替代蛋白胨和碳源葡萄糖部分替代富马酸的研究，思路比较新颖[26]。

3 技术发展建议

经过生产人员与研究人员的努力，国内L-天冬氨酸生产及研究得到了很大的提高，生产规模在国际上处于领先水平，但也存在着产品质量低，稳定性差的缺点，以及生产装置自动化不高的问题，需要在如下几个方面进行提高：1.目前以富马酸为原料生产工艺技术还是主流技术，有必要在富马酸的原料精制方面加强研究及进行过程控制，保证原料的品质是生产出稳定、高品质L-天冬氨酸的最重要的保证。2.有必要加强生产系统优化控制的研究，提高生产装置的稳定性。3.主流技术排出大量的含硫酸铵的废水无法治理，需要借鉴其他生产工艺氨氮废水处理成熟经验，真正形成L-天冬氨酸的清洁工艺。

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