《羟基化氨基酸生物合成关键技术及产业化》

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羟基化氨基酸生物合成项目为自选项目,属于生物工程领域。羟基化氨基酸具有非常重要的生理功能,广泛应用于医药、食品和饲料等领域。由于传统的发酵法合成羟基化氨基酸存在产酸水平低、遗传稳定性差等不足,致使其生产规模和使用范围受限。如4-羟基异亮氨酸尚无生物法生产工艺,主要从葫芦巴种子中提取,收率低,产品纯度低。4-羟基脯氨酸虽然已实现了产业化生产,但国内生产技术落后,发酵产酸水平低,关键核心技术被日该公司控制。该项目通过对关键技术的研究,开发出4-羟基异亮氨酸和4-羟基脯氨酸生物合成法生产工艺,建立了从菌种研发到产业化的完整体系,实现了两种具有代表性的羟基化氨基酸的高效绿色生产,主要创新如下:

1.构建了具有自主知识产权的高效工程菌在代谢工程理论指导下,根据4-羟基异亮氨酸和4-羟基脯氨酸的合成途径,对其中心代谢途径、分支途径以及辅酶合成途径进行系统改造,通过引入高活性的异源羟化酶,构建出高产酸、低副酸、遗传稳定的工程菌。该工程菌的构建填补了国内生物法合成4-羟基异亮氨酸的空白。

2.建立了发酵过程精准控制工艺针对羟基化氨基酸发酵过程溶氧需求高、控制难度大等不足,建立了基于代谢网络定量分析的发酵条件和过程控制优化体系,自主开发并应用了与发酵机理相适应的发酵装备,结合高效的溶氧反馈补料控制等工艺,实现了发酵过程的精准控制。规模化生产4-羟基异亮氨酸和羟基脯氨酸的产酸率超过25g/L和60g/L,技术指标达到了国际领先水平。

3.开发了高效的产品清洁提取工艺针对羟基化氨基酸溶解度大、结晶难度大的技术难题,集成了组合膜系统、工业色谱以及连续结晶的羟基化氨基酸高效分离提取工艺,自主开发并应用了特定的提取装备,实现了羟基化氨基酸高效绿色提取。4-羟基异亮氨酸和4-羟基脯氨酸规模化生产的提取收率超过70%和85%,产品纯度超过了99.5%,技术指标超过了国际同类生产工艺。

项目通过原始创新和集成创新,已获授权7件,发表学术论文2篇,涵盖菌株、工艺和节能环保等一系列核心技术;登记科技成果1项,综合评价达到国际领先水平;在国际上首次开发了发酵法合成4-羟基异亮氨酸,起草完成了4-羟基异亮氨酸和4-羟基脯氨酸团体标准。

项目成果在河南巨龙生物工程股份有限公司成功实现产业化。近三年累计生产羟基化氨基酸产品共计800吨,新增销售额21070万元,新增利润9400万元,新增税收3500万元。4-羟基异亮氨酸是国际上唯一采用发酵法生产的羟基化氨基酸产品,4-羟基脯氨酸占据了国内市场的50%以上,推动了氨基酸产业的优化升级,对氨基酸行业清洁生产也起到了良好的示范作用。

成果说明

项目成果已在河南巨龙生物工程股份有限公司得到整体应用。巨龙公司已在汝州建成了年产1000吨羟基化氨基酸生产线,并成为国际上唯一采用发酵法进行4-羟基异亮氨酸工业化生产的企业。近3年,累计生产羟基化氨基酸近800吨,新增销售额21070万元,新增利润9400万元,新增税收3500万元。河南巨龙采用发酵法生产的4-羟基异亮氨酸解决了市场上无高纯度产品生产和销售的空白,产品迅速推广到国内外市场。河南巨龙的4-羟基脯氨酸的生产效率高,成本低,据不完全统计河南巨龙的4-羟基脯氨酸市场占有率超过50%,并畅销至北美和

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