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氨基酸合成技术与行业趋势展望

来源：花匠小妙招时间：2025-06-02 02:05

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氨基酸是含有氨基的羧酸，也是组成生物体各种蛋白质的基石。氨基酸分子中含有氨基和羧基两种官能团，虽然氨基酸按照氨基连在碳链上的不同位置而分为α-，β-，γ-，w-氨基酸，但蛋白质经水解后得到的氨基酸都是α-氨基酸，而且仅有二十二种，包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸(蛋氨酸)、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、硒半胱氨酸和吡咯赖氨酸。

图1.氨基酸结构通式

来源：网络

历史上首个被发现的氨基酸是天冬氨酸，由法国化学家于1806年从芦笋中分离得到，直到1940年自然界的20余种氨基酸才被全部发现。近年来，氨基酸的开发和应用均取得重大进展，新发现的氨基酸种类和数量已达1000多种，其中药用氨基酸及氨基酸衍生物的品种就达100多种。眼下，氨基酸已广泛应用于工业化生产中，覆盖食品保健、医药和农业、畜牧业等多个行业，发展为全球性的一大产业，成为人类生活密不可分的重要组成部分之一（表1）。

表1.氨基酸部分用途

来源：网络凯莱英整理

工业上，氨基酸合成方法主要分以下几种：酶法、提取法、合成法、发酵法等。

酶法

自1972年酶法工业化成功生产L-天门冬氨酸以来，已有多种氨基酸采用酶法进行生产。所谓酶法即采用完整菌体或从微生物细胞抽提出酶类制造氨基酸。酶法生产优点有生产过程简单、产物浓度高、转化效率高、副产物少，提取工艺简单化，提取收率高，且可应用固定化酶或固定化细胞技术。利用酶法生产的代表性氨基酸包括丙氨酸、天冬氨酸、酪氨酸、多巴、色氨酸、5-羟基-色氨酸、赖氨酸等。

提取法

提取法主要指从蛋白质水解液中提取生产氨基酸，是最早应用的方法之一，也是一种重要的氨基酸生产技术。我国从上世纪70年代就开发了从毛发中提取胱氨酸的工艺，历经半个世纪的发展，技术上日臻成熟，产品种类日益丰富、提取质量和效率不断提升，能从单一氨基酸到多种氨基酸同时提取，且生产成本不断降低，对环境更加友好。典型的提取法生产的氨基酸包括半胱氨酸、胱氨酸和酪氨酸等。

化学合成法

化学合成法最大的优势是生产的氨基酸种类不受限制，除了可以制备天然氨基酸外，还可用于制备各种特殊结构的非天然氨基酸。但化学合成法由于生产的氨基酸含有D和L两种旋光异构体（手性异构体），所以在合成工艺中要考虑如何解决异构体问题和D-异构体的消旋利用。应用化学合成法，早已实现工业化大批量生产的氨基酸有甘氨酸、蛋氨酸和色氨酸等。

发酵法

发酵法包括直接发酵和中间添加产物的发酵。实际上，大部分氨基酸都以发酵法进行生产，该方法具有原料廉价易得、生产条件温和等优点，借助微生物自身具有的氨基酸合成能力，加之对菌株进行诱变处理，能选育出各种所需的缺陷型或抗性的变异菌株，达到过量合成目标氨基酸的目的。

我国于1965年利用发酵法成功生产出味精之后，国内氨基酸工业呈现出快马加鞭的趋势，迄今已发展成全球氨基酸生产和消费大国，每年消费量约为300多万吨，主要出口地区为欧洲、亚洲、南美洲、北美洲等。2019年，全球氨基酸产能向中国市场转移的迹象明显，比如中国生产赖氨酸的产量为193万吨，占全球比重63%；生产苏氨酸64万吨，占全球比重90%；生产色氨酸18400吨，占全球比重35%；生产蛋氨酸21万吨，占全球比重14%，估计到2021年中国产能将占到全球30%。目前，我国氨基酸生产发展较快的主要有谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸等，其中谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸是中国市场的主流产品，合计产量占据全国氨基酸总产量的90%以上。不仅如此，市面上的产品种类也在不断扩充，与日益增长的消费需求构成良性互动关系。

虽然我国氨基酸工业发展快速，但也存在一定问题，比如我国本土企业的创新研发能力仍较为薄弱，拥有自主知识产权的新型氨基酸产品相对不足，某些小品种药用氨基酸如环丝氨酸、精氨酸、组氨酸和色氨酸等产品仍存在较大的供应缺口，生产工艺相对落后，部分设备装备仍有赖进口，设备自动化程度低。这些都阻碍了我国氨基酸工业的进一步发展。

随着大众消费观念的增强，居民生活水平的提高，以氨基酸为主打的营养保健品增长空间巨大，该领域将成为新的经济增长点；本土企业将加大研发力度，通过持续创新，不断提升装备自动化和国产化水平，突破技术瓶颈，增强国际竞争力；氨基酸生产企业逐步淘汰落后的生产工艺，通过技术升级换代提升原料利用率，减少环境污染，进一步缩小与全球的差距。

据Grand view research统计，2020年全球氨基酸市场规模为241.5亿美元，预计到2027年全球氨基酸销售额为403亿美元，2020年~2027年年平均复合增长率可达7.8%；2020年全球氨基酸市场需求为794.6万吨，2027年可达1122.8万吨，年复合增长率为5.1%（表2）。总体而言，面对庞大且旺盛的全球性市场需求，中国的氨基酸生产企业将顺势而为，在技术革新、产能扩大的背景下，加速与国际市场的融合与接轨，整个氨基酸市场有望迎来新高潮。

表2. 全球氨基酸市场规模预测（2020~2027年）