蛋氨酸生产技术与发展前景

苗颖 李大涌

摘要：蛋氨酸是重要的饲料添加剂，在动物体内无法合成，必须通过食物获取。目前主流的合成工艺用到HCN，不仅能解决HCN就地消化的难题，也能拓展下游产业链，本文重点讨论蛋氨酸的生产工艺，利用石化副产品，结合我国蛋氨酸市场和生产现状，展望发展前景。

关键词：HCN;蛋氨酸;发展前景

蛋氨酸是α-氨基酸的一种，在它的分子中，含有一个碱性基团（-NH2）和一个酸性基团（-COOH），学名甲硫氨酸或甲硫基丁氨酸。分子式为C5H11NO2S，密度为1.34。结晶形状为白色六角形片状，有特殊的气味、微甜。溶于水、稀酸、稀碱。

DL-蛋氨酸是构成蛋白质的基本单位之一，是必须氨基酸中唯一含硫的氨基酸。蛋氨酸广泛用于医药、食品、饲料和化妆品等领域，其中饲料添加剂的用量最大。中国是世界第二大饲料生产国，今后还将以每年7-9%的速度增长。

1. 蛋氨酸的供需情况

DL-蛋氨酸的工业化生产始于1948年。长期以来，全球蛋氨酸工业发展较快，数据显示：1993年，全球蛋氨酸产量为26万吨;1999年，这个数字达到了45万吨;2005年增长为60万吨;2008年为65万吨左右;2009年产量约为70多万吨，2015年，全球蛋氨酸产能158万吨，国内蛋氨酸需求量为22.2万吨，其中15.8万吨为进口，自给率29%，2018年蛋氨酸的进口依存度为58.8%。目前，国外蛋氨酸生产能力较大的有法国的安迪苏公司、德国的迪高沙公司、日本的曹达株式会社和住友化学制药株式会社、法国的罗纳-普朗克公司等。

2. 蛋氨酸的生产工艺

制备蛋氨酸主要有生物酶拆分法、微生物发酵法和化学合成法。生物酶拆分法生产的经济指标低，排污大;发酵法生产工艺收率低，欠缺工业化生产价值。因此目前全球蛋氨酸生产主要采用化学法，且研究主要集中在由甲硫基乙基乙内酰脲（海因）水解制备蛋氨酸的水解过程和后续的结晶精制过程。

2.1 生物法

生物法在医药和精细化工生产中发展迅速。生物法生产蛋氨酸主要有酶拆分法、发酵法和化学-酶法。

2.1.1 酶拆分法制备L-蛋氨酸

酶拆分法是利用光学拆分的方法把化学合成的DL-蛋氨酸拆分为L-蛋氨酸。先将DL-蛋氨酸乙酰化为N-乙酰-DL蛋氨酸，再采用氨基酸酰化酶拆分N-乙酰-DL蛋氨酸，最后经脱色、浓缩、结晶等过程制的L-蛋氨酸。

2.1.2 发酵法

发酵法生产的蛋氨酸均为L型，主要借助微生物具有合成各种氨基酸的能力，通过对菌株的诱变处理，选育出各种异株，以解除代谢中的反馈及阻遏，达到过量合成氨基酸的目的。

2.1.3 化学-酶法

化学-酶法是以化学法合成的氰醇或蛋氨腈为底物，利用腈转化酶水解制备蛋氨酸。化学法与酶法相结合制备蛋氨酸以达到减少反应步骤，提高效率，减少副产物，减少三废，降低成本的目的。

2.2 化学合成法

化学法是采用化学法合成海因、氰醇或蛋氨腈，然后利用化学水解的方法制得固态蛋氨酸或液体蛋氨酸羟基类似物。

2.2.1氨基内酯法

Livak等对γ-丁酯内酯溴化得α-溴-γ-丁基内酯，再氨化得α-溴-γ-羟基丁酸，经氰化钾处理和闭环合成得5-（β-溴乙基）-乙内酰脲，并于碱性溶液中水解即得DL-蛋氨酸，产率为17%。Sizoo等报道了将甲硫基丙醛于30%氰化钠溶液进行反应，再利用甲硫基丙氨基腈，对其进一少水解从而制得蛋氨酸，使其产率高达61%。

2.2.2丙二酸酯法

barger等以2-甲硫基氯化乙烷和邻苯二甲酰亚胺基丙二酸乙酯的钠盐为原料，缩合，于碱性环境经过一系列反应，再进行水解从而得到DL-蛋氨酸，该工艺所得产品的产率为58%。Goldsmith等将2-甲硫基氯化乙烷与乙酰氨基丙二酸二乙酯在乙醇鈉存在下缩合反应，并加水分解得缩合体即得DL-蛋氨酸，总收率为60.5%。

2.2.3固液相转移催化法

法国罗纳-普朗克公司以2-羟基-4-（甲硫基）丁腈为原料，三乙胺和硫酸镁为催化剂生成苯亚甲基乙酸乙酯，并在氢氧化钾、碳酸钾等催化下，通过取代水解得到蛋氨酸，所得产品选择性好，收率高;但由于生产成本高，难以实现工业化应用。

2.2.4丙烯醛法（海因法）生产工艺

丙烯醛和甲硫醇在催化剂作用下进行加成反应，生成甲硫基丙醛;甲硫基丙醛与NaCN或HCN、NH4HCO3发生缩合反应制得甲硫基乙基乙内酰脲（海因）;而后甲硫基乙基乙内酰脲在NaOH或K2CO3作用下水解生成蛋氨酸钠/钾盐;进一步采用H2SO4、HCl或CO2酸化即得DL-蛋氨酸，最后浓缩、结晶、分离得到蛋氨酸成品[1-2]。

目前，采用海因法制备蛋氨酸的合成工艺主要集中在以下几个大型的跨国公司：

法国的安迪苏公司：2-甲硫基丙醛与NaCN、NH4HCO3缩合生成海因，然后海因在NaOH溶液中水解，生成蛋氨酸钠，再用硫酸酸化，生成副产物Na2SO4，原料CO2和NH3在工艺中循环使用，总收率可以达到83%。

日本的曹达公司：2-甲硫基丙醛与NaCN、NH4HCO3缩合生成海因，然后海因在Ca（OH）2溶液中水解，生产蛋氨酸盐，再用HCl酸化制成蛋氨酸，生成副产物NaCl和CaCO3，工艺过程中NH3循环使用。

德国的迪高莎公司：工艺主要采用HCN代替NaCN 与甲硫基丙醛缩合，经α-氨基γ-甲硫基丁腈与CO和NH3缩合制备海因，然后用K2CO3水解，CO2酸化制备蛋氨酸。此工艺收率高，副产物为（NH4）2SO4。

美国孟山都公司的工艺更为简答单，主要由β-甲硫基丙醛、HCN和硫酸，经过中间物α-羟基γ-甲硫基丁腈和α-氨基γ-甲硫基丁腈，然后再于H2SO4中直接水解生成蛋氨酸。此工艺收率高，副产物为（NH4）2SO4，且生产工艺成本较低。

除了以上4家工艺，其它有关蛋氨酸生产工艺路线都大同小异，其生产工艺中涉及的核心技术主要集中在海因合成。海因水解和蛋氨酸结晶精制工艺的优化[3]。

3. 结论

作为重要的饲料添加剂，受益于养殖业的发展，蛋氨酸越来越多被运用到家禽饲料行业，技术门槛的突破，让国内企业开始打破国外垄断，有能力在蛋氨酸市场上分得一杯羹。

尽管存在着巨大的进口替代空间，但是一窝蜂式的产能扩充，让蛋氨酸未来该如何划分成了难题;同时，蛋氨酸生产为高污染项目，颇具争议的环保问题也像悬在头顶的一把利剑。

在“国产化”过程中，蛋氨酸价格几经起落，一度可以用疯狂来形容，但狂欢过后却迅速陷入低谷，更令人担忧的是，价格过山车背后，所反映的是其产能持续投放下供需关系的失衡。

综合来看，不管是供应层面，还是需求层面，短期内都难以对蛋氨酸价格形成支撑。若后续国内不再扩大产能或者新上项目，且蛋氨酸需求能够按照预期速度增长，蛋氨酸还有一定的盈利空间。

参考文献：

[1]. 党万利，金利群，郑欲国等。蛋氨酸生产工艺研究进展[J] 食品与发酵工业 2012，4（38）：151-157

[2]. 高文亮，李林凤等。蛋氨酸生产工艺及核心制备技术研究进展[J] 化工进展2012，4（31）：866-872

[3] 胡宝龙。2010年蛋氨酸市场回顾及2011年市场展望[J] 饲料广角 2011（3）：15-17