ε—聚賴氨酸生產(chǎn)意義及關(guān)鍵工藝

【摘 要】ε-聚賴氨酸是一種重要的工業(yè)原料，它廣泛作用于食品保鮮等方面。本文詳細的介紹了ε-聚賴氨酸性質(zhì)、用途及發(fā)酵法生產(chǎn)ε-聚賴氨酸的工藝，并對工藝流程的關(guān)鍵控制點進行了介紹，對于ε-聚賴氨酸發(fā)酵有很好的指導作用。

【關(guān)鍵詞】ε-聚賴氨酸；發(fā)酵

一、ε-聚賴氨酸產(chǎn)品特征

1977年日本學者S.Shima和H.Sakai在從微生物中篩選Dragendo～Positive（簡寫為DP）物質(zhì)的過程中，發(fā)現(xiàn)一株放線菌No.346能產(chǎn)生大量而穩(wěn)定的DP物質(zhì)，通過對酸水解產(chǎn)物的分析及結(jié)構(gòu)分析，證實該DP物質(zhì)是一種含有25～30個賴氨酸殘基的同型單體聚合物，稱為ε-多聚賴氨酸（8-PL）。ε-聚賴氨酸為淡黃色粉末、吸濕性強，略有苦味，是賴氨酸的直鏈狀聚合物。它不受pH值影響，對熱穩(wěn)定（120℃，20min），能抑制耐熱菌，故加入后可熱處理。與鹽酸、檸檬酸、蘋果酸、甘氨酸和高級脂肪甘油酯等合用又有增效作用。分子量在3600～4300之間的ε-聚賴氨酸其抑菌活性最好，當分子量低于1300時，ε-聚賴氨酸失去抑菌活性。由于聚賴氨酸是混合物，所以沒有固定的熔點，250℃以上開始軟化分解。ε-聚賴氨酸溶于水，微溶于乙醇。對其表征進行紅外光譜分析表明：1680～1640cm-1和1580～1520cm-1有強吸收峰。

二、ε-聚賴氨酸主要用途

ε-聚賴氨酸（ε-PL）是目前天然防腐劑中具有優(yōu)良防腐性能和巨大商業(yè)潛力的微生物類食品防腐劑。它是由25～30個L-賴氨酸殘基聚合而成，具有強烈的抑菌能力，可以作為防腐劑用于食品的保鮮。ε-聚賴氨酸的防腐的作用機理主要表現(xiàn)在如下3個方面：一是作用于細胞壁和細胞膜系統(tǒng)；二是作用于遺傳物質(zhì)或遺傳微粒結(jié)構(gòu)；三是作用于酶或功能蛋白。

三、ε-聚賴氨酸國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1989年日本窒素（Chisso）公司首先用生物技術(shù)方法工業(yè)生產(chǎn)ε-聚賴氨酸（目前僅有的1條年產(chǎn)1000噸ε-聚賴氨酸的生產(chǎn)線），并允許在日本使用，以后韓國也允許作為食品添加劑使用。2003年ε-聚賴氨酸通過了美國食品和醫(yī)藥管理（FDA）的許可（許可號：GRN000135）并作為食品添加劑批準上市。2011年我國ε-聚賴氨酸產(chǎn)量約450噸，銷售額達到11億元，創(chuàng)匯3億美元。ε-聚賴氨酸作為綠色功能性防腐劑在食品中添加量僅為0.01-0.5%，1kg食品中添加ε-聚賴氨酸的成本為0.015～0.10元人民幣，這是比較經(jīng)濟的。另外，ε-聚賴氨酸作為一種聚氨基酸，在醫(yī)藥、化工、電子材料、生物工程等領(lǐng)域也有良好的應(yīng)用前景。

四、發(fā)酵法ε-聚賴氨酸生產(chǎn)工藝特點

發(fā)酵法ε-聚賴氨酸以玉米淀粉為原料，經(jīng)液化、糖化制得高質(zhì)量糖液，既而經(jīng)基因工程菌發(fā)酵、陶瓷膜過濾、連續(xù)脫鹽、脫糖、濃縮、脫色、結(jié)晶、干燥、包裝得到ε-聚賴氨酸產(chǎn)品。生產(chǎn)可采用國內(nèi)外具有世界領(lǐng)先水平高產(chǎn)酸、高轉(zhuǎn)化率菌種、成熟的先進技術(shù)，使ε-聚賴氨酸生產(chǎn)工藝達到更高水平。

五、發(fā)酵法ε-聚賴氨酸生產(chǎn)工藝關(guān)鍵過程

（1）發(fā)酵原料。根據(jù)本地條件，結(jié)合公司實際情況，選用合適的碳源。采用淀粉糖作為主要的碳源，同時輔以適量的無機鹽和其他微量元素。（2）發(fā)酵工藝流程。種子→種子罐→主罐。（3）發(fā)酵工藝條件及控制。ε-聚賴氨酸生產(chǎn)菌是一種基因工程菌桿菌，在培養(yǎng)過程可以通過調(diào)節(jié)適當罐壓、培養(yǎng)溫度、溶氧控制水平、底料物料添加量等方面進行控制，保證發(fā)酵過生產(chǎn)穩(wěn)定。ε-聚賴氨酸發(fā)酵過程中產(chǎn)大量的熱，為了維持發(fā)酵溫度的穩(wěn)定，必須采取適當?shù)慕禍卮胧?，在發(fā)酵罐外部加上冷卻盤管，采用冰水降溫。ε-聚賴氨酸發(fā)酵過程中由于無機鹽的消耗及產(chǎn)酸引起PH變化，所以發(fā)酵過程中適當流加氨水或液氨調(diào)節(jié)PH。ε-聚賴氨酸發(fā)酵為耗氧發(fā)酵，并且產(chǎn)酸過程中用氧量比較大，溶氧的多少直接影響著代謝的方向，進而影響產(chǎn)酸和轉(zhuǎn)化率，要求我們控制合理的溶氧量，這要求我們采用先進的通風攪拌裝置，設(shè)計合理的發(fā)酵罐徑高比，增加通氣量提高溶解氧。此外，ε-聚賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)可采用先進的培養(yǎng)基連消技術(shù)，高精度空氣膜濾技術(shù)，使發(fā)酵污染程度控制最低水平，確保發(fā)酵產(chǎn)酸水平；對發(fā)酵車間的環(huán)境定期進行消毒，提高環(huán)境清潔度，對排污要控制，對排污口要用漂白粉處理，對空氣過濾系統(tǒng)要定期清理，減少染菌機率。（4）精制工藝條件及控制。發(fā)酵、陶瓷膜過濾、連續(xù)脫鹽、脫糖、濃縮、脫色、結(jié)晶、干燥、包裝得到ε-聚賴氨酸產(chǎn)品。發(fā)酵液的質(zhì)量高低決定著精制收率與產(chǎn)品質(zhì)量，所以發(fā)酵液必須經(jīng)過處理。首先發(fā)酵結(jié)束后先進的陶瓷膜或納濾分離技術(shù)，去除發(fā)酵液中菌體及部分蛋白質(zhì)、大分子色素、雜質(zhì)等，此時料液的透光率越高越好，以利提高提取收得率和提高產(chǎn)品質(zhì)量。過濾后的發(fā)酵液要進一步經(jīng)脫鹽、脫糖，進一步去除物料中雜酸、陰陽離子及物料中殘留的糖。經(jīng)脫鹽、脫糖后的發(fā)酵液加熱到適當溫度經(jīng)過活性炭處理，進一步脫色與純化，脫色過程中控制活性炭用量，過多影響收率，過少又達不到脫色效果。脫色后的發(fā)酵液經(jīng)濃縮結(jié)晶處理，濃縮結(jié)晶后的發(fā)酵液經(jīng)離心分離干燥包裝等工序得到成品ε-聚賴氨酸。

參 考 文 獻

[1]劉長江，于雪驪，楊玉紅，種婷，連芙菲，張海濤.ε-聚賴氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件的優(yōu)化[J].食品科學.2007（11）