氨基酸发酵是好氧的，主要采用液体通风深层培养法。发酵结束，除去菌体，清液用于提取、分离纯化和精制有关氨基酸，其分离纯化、精制方法及过程与水解法相同。
2.2.3.2发酵法生产赖氨酸举例
L‐赖氨酸盐酸盐为人体必需氨基酸之一，由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低，且在加工过程中易被破坏而缺乏，故称为第一限制性氨基酸，是复合氨基酸注射液的重要成分之一。
赖氨酸为合成肉碱提供结构组分，而肉碱会促使细胞中脂肪酸的合成。往食物中添加少量的赖氨酸，可以刺激胃蛋白酶与胃酸的分泌，提高胃液分泌功效，起到增进食欲、促进幼儿生长与发育的作用。赖氨酸还能提高钙的吸收及其在体内的积累，加速骨骼生长。如缺乏赖氨酸，会造成胃液分泌不足而出现厌食、营养性贫血，致使中枢神经受阻、发育不良。
赖氨酸在医药上还可作为利尿剂的辅助药物，治疗因血中氯化物减少而引起的铅中毒现象，还可与酸性药物（如水杨酸等）生成盐来减轻不良反应，与蛋氨酸合用则可抑制重症高血压病。
发酵法是广泛采用的赖氨酸生产法。下面介绍一下发酵法生产赖氨酸的菌种、发酵工艺、提取纯化方法等。
（1）生产菌种
国外工业发酵法生产赖氨酸主要采用谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌等的变异株。国内生产赖氨酸主要采用的是北京棒状杆菌AS1.299的突变株，这些菌种产酸水平一般低于30g/L，转化率25％~35％，对我国赖氨酸的生产起了较大的作用。但这些菌种的产酸率和转化率均较低，与国外先进水平相比还有较大差距。国外工业生产中最高产酸率已提高到每升发酵液100~120g，提取率达到80％~90％。
（2）种子扩大培养
赖氨酸发酵一般根据接种量及发酵罐规模采用二级或三级种子培养。
斜面种子培养基组成：牛肉膏1％，蛋白胨1％，NaCl0.5％，葡萄糖0.55％（保藏斜面不加），琼脂2％，pH=7.0~7.2。灭菌后，在30℃保温24h，检查无菌，放冰箱备用。
一级种子培养基组成：葡萄糖2.0％，（NH4）2SO40.4％，K2HPO40.1％，玉米浆1％~2％，豆饼水解液1％~2％，MgSO4·7H2O0.04％~0.05％，尿素0.1％，pH=7.0~7.2.0.1MPa，灭菌15min。接种量约为5％~10％。
培养条件：以1000mL的三角瓶中，装200mL一级种子培养基，高压灭菌，冷却后接种，在30~32℃，震荡培养15~16h，转速100~120r/min。
二级种子培养基：除淀粉水解糖代葡萄糖外，其余成分与一级种子相同。培养条件：培养温度30~32℃，通风比1∶0.2m/（m·min），搅拌转速200r/min，培养时间8~11h。
根据发酵规模，必要时可采用三级培养，其培养基和培养条件基本上与二级种子相同。
（3）发酵培养基
培养基甘蔗或甜菜制糖后的废糖蜜、淀粉水解液等廉价糖质原料，不同菌株，发酵培养基的组成不完全相同。如北京棒杆菌AS1.563发酵培养液成分（％）为淀粉水解糖13.5，磷酸二氢钾0.1，硫酸镁0.05，硫酸铵1.2，尿素0.4，玉米浆1.0，毛发水解废液1.0，甘蔗糖蜜2.0，pH6.7，灭菌前加甘油聚醚1L（指5m发酵罐）。在5m发酵罐中投入培养液3吨，在1.01×10Pa压力下，加热至118~120℃灭菌30min，立即通入冰盐水冷却至30℃。
（4）发酵
赖氨酸发酵过程分为两个阶段，发酵前期（约0~12h）为菌体生长期，主要是菌体生长繁殖，很少产酸。当菌体生长一定时间后，转入产酸期。工艺的控制，应该根据两个阶段的不同而异。
①温度 幼龄菌对温度敏感，在发酵前期，提高温度，生长代谢加快，产酸期提前，但菌体的酶容易失活，菌体衰老，赖氨酸产量少。赖氨酸发酵，前期控制温度32℃，中后期30℃。
②pH控制 赖氨酸发酵最适pH值为6.5~7.0。控制范围在pH值为6.5~7.5，在整个发酵过程中，应尽量保持pH值平稳。
③种龄和接种量 一般在采用二级种子扩大培养时，接种量较少，约2％，种龄一般为8~12h。当采用三级种子扩大培养，种量较大，约10％，种龄一般为6~8h。总之，以对数生长期的种子为好。
④供氧 赖氨酸是天冬氨酸族的氨基酸，它的最大生成量是在供氧充足，细菌呼吸充足条件下。供氧不足，细菌呼吸受限制，赖氨酸产量低。供氧不足只是轻微影响赖氨酸的生成，严重供氧不足时，产赖氨酸很少而积累乳酸。
（5）发酵液处理
发酵结束后，离心除菌体，滤液加热至80℃，滤除沉淀，收集滤液，经HCl酸化过滤后，取清液备用。
（6）离子交换
上述滤液以10L/min的流速进铵型732离子交换柱（三柱依次串接），至流出液pH值为5.0，表明L‐赖氨酸已吸附至饱和。将三柱分开后分别以去离子水按正反两个方向冲洗至流出液澄清为止。然后用2mol/L氨水以6L/min流速洗脱，分部收集洗脱液。
（7）浓缩结晶
将含L‐赖氨酸的pH8.0~14.0的洗脱液减压浓缩至溶液达到12~14波美度（°be′），用盐酸调pH4.9。再减压浓缩至溶液比重为22~23波美度，5℃放置结晶过夜，滤取结晶得L‐赖氨酸盐酸盐。
（8）精制
将上述L‐赖氨酸盐酸盐粗品加至1体积的（W/V）去离子水中，于50℃搅拌溶解，加适量活性炭于60℃保温脱色1h，趁热过滤，滤液冷却后于5℃结晶过夜，滤取结晶于80℃烘干，得L‐赖氨酸盐酸盐成品。
2.2.4酶转化法
2.2.4.1基本原理
在特定酶的作用下使某些化合物转化成相应氨基酸的技术。本法的基本过程是利用化学合成的、生物合成的或天然存在的氨基酸前体为原料，同时培养具有相应酶的微生物通过酶促反应，合成特定的L‐型氨基酸，反应液经分离纯化即得相应氨基酸成品。由于底物选择的多样性，因而不限于制备天然产品。借助于酶的生物催化，可使许多本来难以用发酵法或合成法制备的光学活性氨基酸，有工业化生产的可能。
酶工程法与直接发酵法生产氨基酸的反应本质相同，皆属酶转化反应，但前者为多酶低密度转化，而后者为单酶或多酶的高密度转化。两者相比，酶工程技术工艺简单，产生浓度高，转化率及生产效率较高，副产物少。
采用酶法生产的氨基酸有10多种，如在L‐色氨酸合成酶催化下使吲哚和L‐丝氨酸合成L‐色氨酸；DL‐氨基酸的酶拆分等。由化学合成法得到适当的中间体，配合酶法制造氨基酸，将是氨基酸生产的发展方向。
2.2.4.2酶法生产赖氨酸举例
（1）酶转化法
主要用生产尼龙原料己内酰胺时生成的大量副产物环己烯为起始原料，用化学方法合成DL‐氨基己内酰胺，利用D‐氨基己内酰胺消旋酶（无色杆菌产生），将D‐氨基己内酰胺消旋化，生成L‐氨基已内酰胺，再利用L‐氨基己内酰胺水解酶（隐球酵母产生）将L‐氨基己内酰胺水解，生成L‐赖氨酸。该工艺由于反应速度快，原料便宜，产酸率高，已投入工业生产。
生产工艺：10％、100ml（780mmol）的DL‐氨基己内酰胺（用HCl调pH=8.0），加入0.1g隐球酵母的丙酮干燥体及0.1g无色杆菌的冷冻干燥菌体，置于300ml的三角瓶中，在往复式摇瓶机上进行振荡培养，温度保持40℃，反应时间为24h。上清液中测不出D‐氨基己内酰胺，转化率达到95％以上。加入少量活性炭，搅拌并煮沸3min，冷却至室温，过滤后用盐酸调pH=4.1，真空浓缩，60℃干燥，得到L‐赖氨酸盐酸盐，纯度可达99.5％。
（2）酶拆分法利用酰化酶水解反应的专一性，即只能作用于乙酰‐L‐赖氨酸，而对乙酰‐D‐赖氨酸不起反应。用酰化酶（米曲霉产生）作用乙酰‐DL‐赖氨酸后，得到L‐赖氨酸和乙酰‐D‐赖氨酸，再用有机溶剂提取L‐赖氨酸。
操作要点：首先配置0.1~0.5mol/L浓度的乙酰‐DL‐赖氨酸的水溶液，用氢氧化钠调节pH=7.0，加入一定量的米曲霉丙酮干粉，38℃24h以上。待水解反应基本完全，加入醋酸调pH=5.0，停止酶的作用并加入少量的活性炭，加热至70℃脱色，过滤，浓缩。酶水解后生成的L‐赖氨酸不溶于有机溶剂，而N‐乙酰‐D‐赖氨酸则能溶解。故加入有机溶剂，L‐赖氨酸即析出，而与溶解的乙酰‐D‐赖氨酸分开。
【合作讨论】
课前讨论
1.氨基酸与人类健康的关系。
课后讨论
1.你作为一家赖氨酸厂的工程师，你认为应该怎样提高赖氨酸产量？
2.请介绍氨基酸输液的组方原理，常用的氨基酸输液有哪几种类型？
【复习思考题】
1.氨基酸类药物的作用及临床应用。
2.氨基酸有哪些生产方法？各有什么主要特点？
3.简述氨基酸类药物常用的分离纯化方法。
4.简述用酶转化法、酶拆分法生产赖氨酸的过程和所用的关键酶。
