（天津渤化中河化工有限公司，天津300300）

L-天門冬氨酸在醫(yī)藥，食品和化工等方面有著廣泛的用途。在醫(yī)藥方面，可以用于治療心臟病、肝臟病、高血壓癥，具有防止和恢復(fù)疲勞的作用，和多種氨基酸一起，制成氨基酸輸液，用作氨解毒劑、肝功能促進(jìn)劑和疲勞恢復(fù)劑[1，2]。在食品工業(yè)方面，是一種良好的營養(yǎng)增補(bǔ)劑，添加于各種清涼飲料，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，可以作為制造合成樹脂的原料，亦可作為化妝品的營養(yǎng)性添加劑等[3，4]。目前，L-天門冬氨酸作為最主要的氨基酸之一，國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到20000t/a[5]。

1 L-天冬氨酸的技術(shù)現(xiàn)狀

生產(chǎn)L-天冬氨酸的現(xiàn)有工藝是以順丁烯二酸為原料，在無機(jī)催化劑作用下，在強(qiáng)酸性條件（pH=1左右）轉(zhuǎn)化成富馬酸；分離純化后的富馬酸在天冬氨酸酶和過量氨的作用下轉(zhuǎn)化生成天冬氨酸，反應(yīng)液用硫酸中和過量的氨后，分離純化得到產(chǎn)品天冬氨酸[6，7]。目前主要的技術(shù)方法工藝流程可以如圖1所示。

圖1 L-天冬氨酸工藝流程框圖

目前，國內(nèi)的企業(yè)基本上均采用上述流程，其流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，同時(shí)不容易染菌，主要步驟為化學(xué)處理，操作簡(jiǎn)單，容易控制。但是，順丁烯二酸的異構(gòu)化需要在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備的腐蝕性大；工藝中還使用大量的硫酸，并有大量的副產(chǎn)物外排，造成環(huán)境污染。

2 L-天冬氨酸的技術(shù)進(jìn)展

由于現(xiàn)存工藝會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，且存在著產(chǎn)品收率相對(duì)較低，產(chǎn)品附加值低的缺點(diǎn)，研究者進(jìn)行了許多技術(shù)研究，主要著眼于現(xiàn)有工藝改造，設(shè)備研究，新工藝技術(shù)等方面，促進(jìn)了L-天冬氨酸的技術(shù)進(jìn)步。

2.1 現(xiàn)有工藝清潔化

目前已有一些專利報(bào)道采用將富馬酸加入到酶轉(zhuǎn)化液中提取L-天冬氨酸的方法，晶體分離后的母液補(bǔ)加富馬酸和氨水后，可以繼續(xù)作為底物進(jìn)行下一次的酶反應(yīng)，該方法得到的晶體純度高，相比單獨(dú)利用硫酸提取L-天冬氨酸工藝，該方案大幅度地減少了硫酸的用量、銨鹽的生成量及廢水的排放量，很好地解決了現(xiàn)有提取工藝存在的問題，但由于富馬酸的酸度低，循環(huán)量非常大，導(dǎo)致收率大幅度的降低，技術(shù)得不到大范圍的推廣[8～11]。有研究者[12]提出了利用富馬酸發(fā)酵廢液培養(yǎng)L-天冬氨酸轉(zhuǎn)化菌的策略，該策略不僅為實(shí)現(xiàn)富馬酸發(fā)酵廢液的循環(huán)利用，同時(shí)也為探索更加經(jīng)濟(jì)有效的L-天冬氨酸的生產(chǎn)工藝提供了理論基礎(chǔ)。

2.2 反應(yīng)設(shè)備研究進(jìn)展

現(xiàn)有L-天冬氨酸的發(fā)酵設(shè)備主要采用連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器或液升式流化床的反應(yīng)器，它可以較好地排出反應(yīng)熱，但是固定化細(xì)胞磨損嚴(yán)重，且易破裂，縮短了固定化細(xì)胞的酶活半衰。研究人員對(duì)反應(yīng)結(jié)晶等問題進(jìn)行了理論研究，為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)[13]。目前，包括自組裝膜等表面修飾技術(shù)，因其穩(wěn)定和有序結(jié)構(gòu)獲得了廣泛的關(guān)注，在調(diào)控有機(jī)晶體和生物礦化無機(jī)晶體的生長(zhǎng)研究方面取得了許多有意義的成果[14]，將諸如此類技術(shù)與特定反應(yīng)器結(jié)合，可以大幅度提高產(chǎn)品品質(zhì)。有研究人員提出采用接近活塞式流動(dòng)特性的固定床列管反應(yīng)器，不但能夠較好地排除反應(yīng)放熱、減少催化劑磨損，同時(shí)還可以獲得較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，更適于固定化大腸桿菌生產(chǎn)L-天冬氨酸的過程[15,16]。而隨著近年來膜技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的膜生物反應(yīng)器，可以利用膜將游離細(xì)胞阻擋于反應(yīng)器內(nèi)，同樣達(dá)到固定化目的而又不損傷細(xì)胞(酶)的目的[17]。

2.3 L-天冬氨酸生產(chǎn)的新技術(shù)

1973年日本用聚丙烯酰胺凝膠為載體，將具有高活力天門冬氨酸酶的大腸桿菌菌體包埋固定化天門冬氨酸酶，用于工業(yè)化生產(chǎn)，將延胡索酸轉(zhuǎn)化生產(chǎn)天門冬氨酸。1978年以后，改用角叉菜膠為載體制備固定化酶，也可將門冬氨酸酶從大腸桿菌細(xì)胞中提取分離出來，再用離子鍵結(jié)合法制成固定化酶，用于工業(yè)化生產(chǎn)[18-20]。國內(nèi)也有使用聚乙烯醇包埋等諸多方式生產(chǎn)具有高活力大腸桿菌的報(bào)道，它可以固定細(xì)胞活性，達(dá)到能夠循環(huán)使用的目的[21-23]。游離整體細(xì)胞法(FWC)由于其簡(jiǎn)潔的工藝流程、較少的設(shè)備投資引起了研究和生產(chǎn)者的關(guān)注。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，游離整體細(xì)胞法在生產(chǎn)過程中有著較高的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力，L-天冬氨酸的生產(chǎn)成本得以進(jìn)一步降低，產(chǎn)品的質(zhì)量又有了新的提高[24,25]。有研究者也從培養(yǎng)基的角度闡述用較為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馬酸的研究，思路比較新穎[26]。

3 技術(shù)發(fā)展建議

經(jīng)過生產(chǎn)人員與研究人員的努力，國內(nèi)L-天冬氨酸生產(chǎn)及研究得到了很大的提高，生產(chǎn)規(guī)模在國際上處于領(lǐng)先水平，但也存在著產(chǎn)品質(zhì)量低，穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，以及生產(chǎn)裝置自動(dòng)化不高的問題，需要在如下幾個(gè)方面進(jìn)行提高：1.目前以富馬酸為原料生產(chǎn)工藝技術(shù)還是主流技術(shù)，有必要在富馬酸的原料精制方面加強(qiáng)研究及進(jìn)行過程控制，保證原料的品質(zhì)是生產(chǎn)出穩(wěn)定、高品質(zhì)L-天冬氨酸的最重要的保證。2.有必要加強(qiáng)生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化控制的研究，提高生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定性。3.主流技術(shù)排出大量的含硫酸銨的廢水無法治理，需要借鑒其他生產(chǎn)工藝氨氮廢水處理成熟經(jīng)驗(yàn)，真正形成L-天冬氨酸的清潔工藝。

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