ε—聚賴氨酸生產意義及關鍵工藝

【摘 要】ε-聚賴氨酸是一種重要的工業原料，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、用途及發酵法生產ε-聚賴氨酸的工藝，并對工藝流程的關鍵控制點進行了介紹，對于ε-聚賴氨酸發酵有很好的指導作用。

【關鍵詞】ε-聚賴氨酸；發酵

一、ε-聚賴氨酸產品特征

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）物質的過程中，發現一株放線菌No.346能產生大量而穩定的DP物質，通過對酸水解產物的分析及結構分析，證實該DP物質是一種含有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良防腐性能和巨大商業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在如下3個方面：一是作用于細胞壁和細胞膜系統；二是作用于遺傳物質或遺傳微粒結構；三是作用于酶或功能蛋白。

三、ε-聚賴氨酸國內外發展現狀

1989年日本窒素（Chisso）公司首先用生物技術方法工業生產ε-聚賴氨酸（目前僅有的1條年產1000噸ε-聚賴氨酸的生產線），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-聚賴氨酸產量約450噸，銷售額達到11億元，創匯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，這是比較經濟的。另外，ε-聚賴氨酸作為一種聚氨基酸，在醫藥、化工、電子材料、生物工程等領域也有良好的應用前景。

四、發酵法ε-聚賴氨酸生產工藝特點

發酵法ε-聚賴氨酸以玉米淀粉為原料，經液化、糖化制得高質量糖液，既而經基因工程菌發酵、陶瓷膜過濾、連續脫鹽、脫糖、濃縮、脫色、結晶、干燥、包裝得到ε-聚賴氨酸產品。生產可采用國內外具有世界領先水平高產酸、高轉化率菌種、成熟的先進技術，使ε-聚賴氨酸生產工藝達到更高水平。

五、發酵法ε-聚賴氨酸生產工藝關鍵過程

（1）發酵原料。根據本地條件，結合公司實際情況，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）發酵工藝流程。種子→種子罐→主罐。（3）發酵工藝條件及控制。ε-聚賴氨酸生產菌是一種基因工程菌桿菌，在培養過程可以通過調節適當罐壓、培養溫度、溶氧控制水平、底料物料添加量等方面進行控制，保證發酵過生產穩定。ε-聚賴氨酸發酵過程中產大量的熱，為了維持發酵溫度的穩定，必須采取適當的降溫措施，在發酵罐外部加上冷卻盤管，采用冰水降溫。ε-聚賴氨酸發酵過程中由于無機鹽的消耗及產酸引起PH變化，所以發酵過程中適當流加氨水或液氨調節PH。ε-聚賴氨酸發酵為耗氧發酵，并且產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，進而影響產酸和轉化率，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，設計合理的發酵罐徑高比，增加通氣量提高溶解氧。此外，ε-聚賴氨酸發酵生產可采用先進的培養基連消技術，高精度空氣膜濾技術，使發酵污染程度控制最低水平，確保發酵產酸水平；對發酵車間的環境定期進行消毒，提高環境清潔度，對排污要控制，對排污口要用漂白粉處理，對空氣過濾系統要定期清理，減少染菌機率。（4）精制工藝條件及控制。發酵、陶瓷膜過濾、連續脫鹽、脫糖、濃縮、脫色、結晶、干燥、包裝得到ε-聚賴氨酸產品。發酵液的質量高低決定著精制收率與產品質量，所以發酵液必須經過處理。首先發酵結束后先進的陶瓷膜或納濾分離技術，去除發酵液中菌體及部分蛋白質、大分子色素、雜質等，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品質量。過濾后的發酵液要進一步經脫鹽、脫糖，進一步去除物料中雜酸、陰陽離子及物料中殘留的糖。經脫鹽、脫糖后的發酵液加熱到適當溫度經過活性炭處理，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。脫色后的發酵液經濃縮結晶處理，濃縮結晶后的發酵液經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-聚賴氨酸發酵培養基及培養條件的優化[J].食品科學.2007（11）