[发明专利]一种D-天冬氨酸及L-丙氨酸的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及D-天冬氨酸及L-丙氨酸的生产工艺，属于生物工程领域。 

背景技术

D-天冬氨酸制备技术主要有化学法和酶法： 

化学不对称拆分法（特公昭52-54190），工艺复杂，产物D-天冬氨酸光学纯度低，无工业化价值。

 酶法生产D-天冬氨酸技术中，有不对称降解法（昭56-20753），其利用假丝酵母降解掉DL-天冬氨酸中的L-天冬氨酸而获得D-天冬氨酸；L-天冬氨酸-α-脱羧酶法（CN1242054A），利用基因工程技术构建L-天冬氨酸-α-脱羧酶法产生菌，从DL-天冬氨酸同时制备D-天冬氨酸和β-丙氨酸；还有利用天冬氨酸酶和富马酸酶联合作用从DL-天冬氨酸中同时制备D-天冬氨酸和L-苹果酸（平1-285193）。上述方法或者酶活力很低，或者工艺复杂。 

   目前L-丙氨酸是由L-天冬氨酸-β-脱羧酶催化L-天冬氨酸脱羧反应生产而成（平2-79909、平2-242690），产L-天冬氨酸-β-脱羧酶的菌种自然界中很常见，主要有假单胞菌属、无色杆菌属、诺卡氏菌属等。培养这些微生物，利用其产生的L-天冬氨酸-β-脱羧酶作用DL-天冬氨酸或其盐，可同时产生两种有广泛用途的化合物—D-天冬氨酸和L-丙氨酸。 

D-天冬氨酸作为一种重要的手型化合物，主要用于合成药物的前体和中间体，包括用于合成N-甲基-D-天冬氨酸、阿扑西林、治疗病毒感染的药物D-天冬氨酸-β-羟胺，还参与合成一些抗生素的侧链，作为β-内酰胺抗生素的侧链能提高抗生素的活性等，并且在食品工业中作为合成新型食品添加剂和防腐剂的原料。L-丙氨酸作为蛋白质氨基酸，在蛋白质输液中广泛应用，L-丙氨酸还被用作维生素B₆合成的主要原料以及左氧氟沙星原料L-氨基丙醇的原料。 

至今只有专利特公昭50-100289、昭53-1831、昭57-39791、昭57-132882和CN1155716C中提及用L-天冬氨酸-β-脱羧酶生产D-天冬氨酸和L-丙氨酸。专利特公昭50-100289、昭53-1831、昭57-39791、昭57-132882侧重研究固定化方法和L-丙氨酸的生产，在提及的生产D-天冬氨酸过程中需要添加昂贵的辅酶磷酸吡哆醛和金属离子Co²⁺，造成生产成本很高。南京工业大学的专利CN1155716C，培养假单胞菌高产L-天冬氨酸-β-脱羧酶，利用游离细胞法转化D-天冬氨酸或其盐生产D-天冬氨酸和L-丙氨酸。该方法侧重菌种的培养，底物浓度低，辅助原料消耗大，转化反应和提取过程有待进一步优化。 

发明内容

本发明是对上述现有技术的改进，从而提供一种高效、低成本、环保节能的D-天冬氨酸和L-丙氨酸生产工艺。 

本发明以DL-天冬氨酸铵为底物，直接加入高产L-天冬氨酸-β-脱羧酶活力的发酵液在45-50℃下进行酶促反应，反应过程中不断流加DL-天冬氨酸控制反应体系的pH5.5-7.0，分离反应产物，得到高纯度的D-天冬氨酸和L-丙氨酸。 

本发明所用的发酵液为假单胞菌属、无色杆菌属、诺卡氏菌属等菌种培养而得，其 L-天冬氨酸-β-脱羧酶的活性大于2000μmol·ml^-1·h^-1。 

本发明采用流加DL-天冬氨酸来调节反应体系的pH5.5-7.0，DL-天冬氨酸同时也作为底物参与反应，这样可以显著提高反应底物的浓度，提高生产效率。DL-天冬氨酸铵中的L-天冬氨酸铵进行脱羧反应后，生成的CO₂不会立即释放出来，而是与NH₄⁺结合生成NH₄HCO₃，反应体系的pH升高。加入DL-天冬氨酸后，DL-天冬氨酸与NH₄HCO₃反应生成DL-天冬氨酸铵，同时释放CO₂，生成的DL-天冬氨酸铵作为底物循环参与反应。按起始底物DL-天冬氨酸铵浓度30-50%（以DL-天冬氨酸计算）计算，流加一倍量的DL-天冬氨酸，则最终加入DL-天冬氨酸总量可达60-100%。反应完成，体系中的D-天冬氨酸浓度最高可达50%，L-丙氨酸一部分以结晶形式从溶液析出。