利用生物技術生產甲硫氨酸的研究進展

王隆洋，閔偉紅*

（吉林農業大學食品科學與工程學院，小麥和玉米深加工國家工程實驗室，吉林 長春 130118）

利用生物技術生產甲硫氨酸的研究進展

王隆洋，閔偉紅*

（吉林農業大學食品科學與工程學院，小麥和玉米深加工國家工程實驗室，吉林 長春 130118）

甲硫氨酸廣泛應用于飼料、食品、醫藥等諸多領域，其市場需求量逐年增長?，F行的化學合成甲硫氨酸產物為外消旋混合物，且對環境污染嚴重，與生物技術生產甲硫氨酸相比，不具備可持續性。生物技術生產甲硫氨酸可分為微生物發酵法和酶法?？蒲腥藛T一直嘗試闡明甲硫氨酸生物合成途徑并進行高產菌株的選育，但由于其合成途徑復雜，尚未獲得適用于工業生產的菌株。對于現有菌株，深入研究甲硫氨酸生物合成途徑、擴大甲硫氨酸向胞外的輸出量、對發酵培養基組分及工藝條件進行優化都是有效提高甲硫氨酸產量的途徑。酶法生產甲硫氨酸可分為異構體拆分和化合物酶解，其中利用微生物酶實現D型向L型的轉化更有助于增加L-甲硫氨酸得率；最新的化合物酶解法結合了基因工程及酶的固定化技術，在實際生產中也具有巨大潛力。本文總結了國內外甲硫氨酸生產近況，重點論述了微生物發酵法、酶法及二者相結合生產甲硫氨酸的最新研究進展，并針對甲硫氨酸的發酵生產特點，提出變構抑制的解除、復合硫源的應用及關鍵酶的穩定性三方面的問題及建議。鼓勵將酶法與發酵法相結合，并提倡通過酶解植物蛋白獲得甲硫氨酸的研究，以實現低成本、低污染、高產量、高純度的甲硫氨酸生產。

甲硫氨酸；生物技術；微生物發酵；酶法生產；異構體拆分；化合物酶解

甲硫氨酸（methionine），又名蛋氨酸，是唯一含硫的非極性α-氨基酸，1922年由Mueller首次從酪蛋白中分離出來，被認為是α-氨基-N-丁酸的γ-甲硫基衍生物，是一種重要的必需氨基酸，與蘇氨酸、賴氨酸等同屬于天冬氨酸家族[1]。

甲硫氨酸在堅果、肉類及部分植物中大量存在，而在動物和人體內卻不能自行合成。其對動物營養的重要作用及缺乏而產生的不良后果已經被證實，如導致家禽蛋殼硬度下降及奶牛產奶品質降低[2]；人類毒血癥、肌肉麻痹、精神分裂及發育不良等[3]。因此，其作為一種飼料、食品和保健品的重要添加成分，有著廣闊的市場前景。

甲硫氨酸有D型和L型兩種存在形式，均具有生物活性[4]，但部分人群對D-甲硫氨酸有過敏反應，因此L-甲硫氨酸成為較理想的含硫氨基酸資源[5]，可安全地應用于電解質平衡，腸外營養和藥用輔料等治療多種疾病。醫藥領域對高純度的L-甲硫氨酸需求量亦十分可觀。

在生物技術的發展中，甲硫氨酸不僅被用作蛋白質合成的底物，也是諸多活性物質S-腺苷甲硫氨酸、肉毒堿、?；撬?、卵磷脂、磷脂酰膽堿和其他磷脂生物合成的中間體[6]。如S-腺苷甲硫氨酸可作為甲基供體及細胞內小分子活性物質參與細胞反應[7]。近年來，隨著對S-腺苷甲硫氨酸的研究不斷深入[8-11]，其前體甲硫氨酸在分子生物學中也具有重要的地位和研究價值。

甲硫氨酸生產與其他氨基酸存在本質差別。目前市場上其他氨基酸均可通過微生物發酵生產，產量可達到理論值的25%～75%，而甲硫氨酸的實際發酵產量不及其理論值的10%[12]。因此，全球甲硫氨酸生產多采用化學合成法，主要有丙二酸酯法、固-液相轉移催化法、氨基內酯法和丙烯醛法等，其產物為D型和L型外消旋混合物。其中丙烯醛法因原材料較廉價、工藝路線簡單、能耗低、收率高，被幾大主要跨國公司采用。但該生產過程需要丙烯醛、氨水和氰化物等危險化學品，其廢液嚴重污染環境。2015年，San ders等[6]對甲硫氨酸石化生產路線與生物質合成路線進行比較，證明了生物合成的可持續性。多年來，科學工作者一直探索利用微生物發酵法生產甲硫氨酸，由于其合成途徑調控過于復雜[13]，目前還沒有適用于甲硫氨酸的工業生產菌株。

甲硫氨酸是繼谷氨酸之后產量第二大的氨基酸，2011年，針對動物飼料的甲硫氨酸市場年銷售額約28.5 億美元，銷量85 萬t，年增長率5%。據不完全統計，2014年全球甲硫氨酸需求量約100 萬t，呈逐年增長趨勢。目前甲硫氨酸三大主要生產商為贏創（原德固賽）公司、安迪蘇（原普朗克）公司和日本曹達（原孟山都）公司[6]。

2006年，中國藍星有限公司收購安迪蘇子公司，并于2010年在江蘇南京開始建廠，將最初年產能7 萬t的計劃翻倍至14 萬t。該廠的建成投產將結束中國重要動物飼料添加劑完全依賴進口的局勢。贏創公司2011年12月決議，在新加坡建立產能15萬t的甲硫氨酸加工廠，將在2014年第三季度投入生產。韓國杰希公司和法國阿科瑪公司于2012年宣布將在東南亞建立產能8 萬t的甲硫氨酸加工廠，該廠將采用全新的發酵-化學法聯合生產線。德國巴斯夫公司雖然于2007年申請了發酵生產甲硫氨酸的專利，但至今仍不適用于商業生產。法國邁陀保利克公司和羅蓋特公司合作致力于L-甲硫氨酸發酵產品的研發[6]。

1 生物技術生產甲硫氨酸研究進展

1.1 微生物發酵路線的相關研究

1.1.1 甲硫氨酸生物合成途徑的研究

為構建甲硫氨酸生產菌，首先需要了解甲硫氨酸的生物合成途徑，其中最基本的氨基酸生產菌——大腸桿菌（Escherichia coli）和谷氨酸棒桿菌（Corynebacterium glutamicum）成為研究者關注的焦點。

細菌中甲硫氨酸合成途徑以天冬氨酸為起點，經天冬氨酸激酶（aspartokinase，AK）和高絲氨酸脫氫酶（homoserine dehydrogenase，HSD）兩個限速酶催化，生成高絲氨酸，進而分別合成蘇氨酸和甲硫氨酸。甲硫氨酸合成存在兩個途徑：巰基轉移途徑以胱硫醚為中間體，以半胱氨酸為硫源，而直接巰基化途徑則可利用無機硫源。大腸桿菌只通過巰基轉移途徑合成甲硫氨酸，谷氨酸棒桿菌可同時利用兩個途徑（圖1）。

圖1 細菌中甲硫氨酸合成途徑[1]Fig.1 Biosynthetic pathway of methionine in bacteria[1]

2002年Hwang等[14]在谷氨酸棒桿菌中發現了甲硫氨酸生物合成的直接巰基化途徑，并對metY或metB進行突變，比較突變株生長參數。兩種酶在序列上存在相似性，但微生物優先選擇巰基轉移途徑。因此它們在進化上可能來自同一種酶，而MetY是長期進化過程中突變和自然選擇的結果，存在受甲硫氨酸反饋抑制、與底物親和性低的缺陷。2007年，該課題組[15]對MetB和MetY進行純化，比較了二者的生化參數。發現MetB和MetY對O-乙酰高絲氨酸催化作用的Km值分別為3.9 mmol/L和6.4 mmol/L，與之前的推測吻合。同時，MetY對硫化物離子的Km也過高，證明其與硫化物離子的結合也很微弱，溫度和pH值耐受性也較MetB差。至此，MetY存在的生理意義和利用價值尚不明晰。

2006年，Kr?mer等[16]在對大腸桿菌和谷氨酸棒桿菌甲硫氨酸代謝途徑進行計算機模擬分析時發現，以甲硫醇為硫源時，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）的消耗減少，可使甲硫氨酸理論產量得到提高。以甲硫醇或其二聚體二甲基二硫為硫源的原理是將其—S—CH3基團完整地插入甲硫氨酸的R基而直接生成甲硫氨酸。這一理論在2010年被Bolten等[4]證實，并通過基因敲除和14C同位素示蹤實驗證明，催化這一反應的酶正是MetY。至此，MetY這一獨特功能為該領域的研究提供了全新的線索。

1.1.2 甲硫氨酸生產菌株選育的研究

除發酵常用的谷氨酸棒桿菌和大腸桿菌之外，枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、百合棒桿菌（Corynebacterium lilium）也常用作改造的出發菌株。2012年，Dike等[3]從不同土樣中篩選出3 株蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）RS-16、DS-13和AS-9，其中最優菌株RS-16經96 h發酵產甲硫氨酸1.84 mg/mL。但野生型菌株氨基酸的生物合成受到嚴格的代謝調控，一般不能滿足大量生產氨基酸的需要。因此，需要人為打破微生物對甲硫氨酸生物合成的代謝調節。

篩選抗結構類似物菌株和營養缺陷型菌株是最常用的育種方法。2003年，Kumar等[17]采用紫外和亞硝基胍誘變技術處理百合屬棒桿菌，篩選獲得M-128菌株，其甲硫氨酸產量為2.3 g/L；2009年，閔偉紅等[18]通過抗結構類似物的篩選獲得北京棒桿菌（Corynebacterium pekinense）突變株E31，其甲硫氨酸產量達1.479 g/L。2011年，該課題組程麗[19]以E31為出發菌株，采用復合誘變和青霉素濃縮法篩選獲得12 株賴氨酸和蘇氨酸雙重營養缺陷型突變株，其中突變株GE37的甲硫氨酸產量達3.55 g/L。這些傳統的改造方法機理難以闡明，工作量大，但突變全面、有效。隨著基因技術的發展，2007年，Park等[1]解除了蘇氨酸對HSD的反饋抑制，同時敲除了thrB基因，阻止蘇氨酸合成。分批發酵過程中甲硫氨酸產量達2.9 g/L。2011年，Chen Zhen等[20]利用分子動力學模擬與統計耦合分析相結合鑒別出30 個關鍵氨基酸殘基，并證明這些殘基的突變可在不同程度上解除大腸桿菌AKⅢ的反饋抑制。至此，對于兩大 限速酶的研究逐漸趨于半理性，能在代謝和進化水平上做出合理的解釋，改造目標更明確。

在菌種選育過程中，一些新發現也給研究人員以啟示。2005年，Mampel等[21]對谷氨酸棒桿菌進行轉座子誘變，得到7 000 個具有乙硫氨酸抗性的突變株，轉座子插入位點為開放閱讀框（open r eading frame，ORF）NCgl2640，NCgl2640失活會導致甲硫氨酸產量增加，證明該位點與L-甲硫氨酸合成途徑中某種抑制的解除密切相關。其結構和具體功能有待科研工作者深入研究。2010年，Bolten等[4]發現了MetY的獨特功能后，試圖對MetY進行過表達以增加甲硫氨酸產量，結果MetY酶活力提高了近30 倍，但發酵液中并無甲硫氨酸，胞內甲硫氨酸產量也只提高了2 倍。胞內組分分析發現其底物O-乙酰高絲氨酸已完全耗盡。這說明半理性的單基因修飾難以保證整個代謝網絡的平衡，以途徑中各代謝物和酶的功能性質及代謝流分布信息為基礎，更加理性化的多基因修飾成為下一階段的研究目標。2000年Biran等[22]發現大腸桿菌中MetA極易被4 種依賴ATP催化的蛋白酶水解，且該基因受熱轉錄休克調控。2013年，Rotem等[23]對根癌土壤桿菌中MetA進行表征時發現了相同的不穩定性和極端不耐熱特性。這極有可能也是賴氨酸和蘇氨酸易發酵生產，在同一途徑下游的甲硫氨酸卻一直難以實現發酵生產的重要原因。

1.1.3 甲硫氨酸向胞外輸出的研究

發酵法生產甲硫氨酸在合成水平上不易達到增產目標，即便細胞質內甲硫氨酸產量得到提高，釋放至培養液中的量卻極少?？偨Y有以下兩方面原因：1）微生物自身調控嚴格，為趨利避害，甲硫氨酸在自然條件下不會過量積累，即使經改造的菌株，甲硫氨酸的產量與微生物細胞適應性之間的平衡也難把握。2）即使細胞質內甲硫氨酸過量積累，但其輸出體系不完善，產物被微生物自身再利用或直接傷害細胞。2005年，Tr?tschel等[24]在已經提高了胞內甲硫氨酸濃度的條件下，利用DNA微陣列技術識別出過量表達的膜蛋白基因brnF（編碼BrnFE中較大的亞基），之前研究表明其與異亮氨酸輸出體系有關。當BrnFE的合成被氯霉素關閉時，仍能觀察到大量甲硫氨酸輸出，只有極大提高氯霉素水平，其輸出才會減弱。這說明甲 硫氨酸輸出體系不止一個，還存在不易被識別、但輸出能力高的其他體系。發掘并擴增輸出通道既可增加發酵液中甲硫氨酸產量，又能避免代謝物積累對微生物的損傷。

1.1.4 發酵條件的研究

對于甲硫氨酸發酵，最特殊的培養基成分即硫和甲基。以谷氨酸棒桿菌為例，2006年，Kr?mer等[16]用計算機模擬了不同硫源在甲硫氨酸合成途徑中的應用。以硫酸鹽為硫源通過直接巰基化途徑生成1 mol甲硫氨酸消耗8 mol NADPH，巰基轉移途徑消耗9 mol NADPH，而以硫代硫酸鹽為硫源，整個代謝過程只需要5.5 mol NADPH，以硫化物為硫源，NADPH消耗量僅為硫酸鹽的一半。但磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway，PPP）和三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環所能提供的NADPH是固定的，因此不同硫源的利用效率有待在實踐中考證。硫與甲基來源的結合可以考慮比較硫代硫酸鹽與甲酸鹽、硫化物與甲酸鹽及甲硫醇的利用情況。除了這兩種關鍵組分，2014年，Anakwenze等[25]從發酵的油豆種子中分離出甲硫氨酸產量為1.89 mg/mL的赤云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）EC1，對發酵總體積、接種量、碳源及氮源濃度、促生長物質均進行探索優化，最終赤云金芽孢桿菌EC1甲硫氨酸的產量可以達到3.18 mg/mL。

對于發酵工藝的探索一直是實際生產中的關鍵。Sharma等[26]研究了百合棒桿菌產甲硫氨酸中稀釋速率與溶解氧對甲硫氨酸產量的影響。最終確定當稀釋速率為0.16 h－1、溶氧為42%時，甲硫氨酸生產速率最大值為160 mg/（L·h）。2012年，賈翠英等[27]研究了不同破壁方法對細菌甲硫氨酸產量的影響。結果表明，經堿破壁、溶菌酶破壁、超聲波破壁、堿與超聲波復合破壁、溶菌酶與超聲波復合破壁后，甲硫氨酸產量分別提高10.9%、12%、18.3%、19.6%、22.2%。這種工藝可以將胞內甲硫氨酸釋放出來，增加收率，復合破壁比單一破壁效果更顯著。

1.2 酶法生產路線的相關研究

1.2.1 外消旋混合物拆分生產甲硫氨酸

酶法拆分又分為兩種思路，傳統的拆分是消除外消旋混合物中的D-甲硫氨酸，另一種路線將D型轉化為L型，純化的同時也增加了產量無疑是更理想的選擇。2007年，Findrik等[28]利用原玻璃蠅節桿菌（Arthrobacter protophormiae）中D-氨基酸氧化酶、過氧化氫酶、紅球菌（Rhodococcus）中L-苯丙氨酸脫氫酶、博伊丁假絲酵母（Candida boidinii）中甲酸脫氫酶串聯實現D-甲硫氨酸向L-甲硫氨酸的完全轉化（圖2）。更有意義的是，D-氨基酸氧化酶和L-苯丙氨酸脫氫酶可以作用于不同的底物，因此，該體系也適用于其他D型氨基酸及某種氨基酸外消旋體向L型的轉化合成。

圖2 4 種酶串聯進行D-甲硫氨酸向L-甲硫氨酸轉化Fig.2 Biotransformation of D-methionine into L-methionine in the cascade of four enzymes

1.2.2 化合物酶解生產甲硫氨酸

2014年，Jin Liqun等[29]對大腸桿菌中經密碼子優化的腈水解酶基因進行重新合成和表達，從而有效利用2-氨基-4-甲硫基丁腈水解生產甲硫氨酸。并在催化劑充足的情況下，以固定的底物/催化劑比值探索底物最佳濃度。該課題組也對在填充床反應器中利用固定化靜息細胞生產甲硫氨酸進行了研究，結果顯示固定化腈水解酶100 h后酶活力仍大于80%，甲硫氨酸總回收率達97%。該項研究表明，重組腈水解酶應用于甲硫氨酸生產具有巨大潛力，酶在微生物體內的過表達與酶的固定化技術相結合可能實現產量突破。

1.3 發酵與體外酶催化路線相結合

發酵法即以培養基組分為原料，利用微生物自身體內代謝反應，將低成本原料轉化為高價值產品，是最經濟環保的氨基酸生產方式。發酵法之所以至今無法應用于甲硫氨酸生產，關鍵在于其合成途徑的每一步均受到嚴格地反饋抑制，經本課題組改造后的菌株GE37的甲硫氨酸發酵產量也僅為3.55 g/L[19]。因此發酵法生產甲硫氨酸仍處于科研階段。體外酶催化反應目前并沒有一套完整的獨立生產體系，而是作為化學生產方法的輔助手段，2000年之前即用于DL-同型半胱氨酸向L-甲硫氨酸的合成及DL-甲硫氨酸的分離[30]。近年的研究也多屬于化學合成法的下游，目的是獲得高純度的L-甲硫氨酸。酶催化與發酵法相比，反應過程較短，反應體系及條 件易靈活操控。因此，發酵與體外酶催化路線相結合可以回避微生物的部分反饋抑制，縮短發酵過程以得到產量較大的中間體，進而以此為底物合成L-甲硫氨酸。

韓國杰希公司采用的發酵/化學法聯合生產工藝即為兩種路線結合的實例，并于2012年宣布在東南亞建立產量80 000 t的甲硫氨酸加工廠。該路線以葡萄糖為基質，利用微生物發酵法生產琥珀酰高絲氨酸，隨后用酶將這一中間產物轉化成甲硫氨酸和琥珀酸。如圖3所示，經計算，這種全新的發酵/化學法聯合工藝生產的L-甲硫氨酸成本略高于化學合成法[6]。

圖3 發酵/化學法聯合生產工藝Fig.3 Combined fermentative/chemical route for methionine production

2 結 語

2.1 發酵法生產面臨的問題和建議

甲硫氨酸與其他氨基酸相比至今難以實現發酵法生產，綜合上文所述，總結了以下三方面原因和建議。2.1.1 硫源的利用效率

甲硫氨酸與其他氨基酸最大的不同即對硫源的需求，而發酵法應用最普遍的硫源為硫酸鹽，需消耗大量NADPH，但生物體能提供的NADPH有限；硫化物對NADPH需求量雖少，但因多有毒且穩定性差，不適用于培養基；硫代硫酸鹽兼具氧化性與還原性，應該對其進行進一步選擇和研究。甲硫醇作為硫和甲基的綜合供體，可以縮短代謝途徑并為最后一步提供更多甲基。因此，應該對硫代硫酸鹽與甲硫醇或二甲基二硫的復合使用進行新的嘗試。提高NADPH的供應量也是菌株改造的策略之一。

2.1.2 代謝途徑調控的改造

硫和甲基的參與已經使代謝途徑增長，而合成途徑中涉及到諸多反饋抑制性酶，進一步削弱了代謝流。如何確定關鍵酶、發現酶的活性中心及抑制劑結合位點，并進一步識別關鍵殘基成為一個艱巨的課題。通過半理性設計，本課題組已找出北京棒桿菌（Corynebacterium pekinense）天冬氨酸激酶與抑制劑結合位點有直接或間接作用的所有關鍵氨基酸殘基，并通過突變解除反饋抑制得到高活力菌株。2013年，李慧穎等[31]得到突變體R169H，酶活力較突變前提高2.3 倍；同年，郭永玲[32]得到突變體T361N、A362I，酶活力分別提高47.99、34.60 倍；2014年，任軍等[33]得到突變體G277K，酶活力提高9.48 倍；同年，朱運明等[34]得到突變體G377F，酶活力提高9.3 倍。此外，類似的單基因修飾研究缺少全面性和持續性，還應對改造前后的代謝流變化進行對比分析，嘗試針對改造后的缺陷進行多基因修飾，繼續對甲硫氨酸產量是否提高進行實驗。

較成功的理性設計在甲硫氨酸同族氨基酸——賴氨酸生產中有成功的先例。2013年，Kind等[35]根據TCA循環和賴氨酸合成途徑相關知識，通過敲除?sucCD在琥珀酰輔酶A合成酶水平上有目的性地阻斷TCA循環，使其與賴氨酸合成途徑相結合，增加目的產物合成途徑代謝流，產量提高60%。由于理性設計需要大量全面準確的生物學信息，直接針對代謝流的整合在甲硫氨酸研究領域還需要嘗試和突破。

2.1.3 關鍵酶在代謝過程中的穩定性

在大腸桿菌和根癌土壤桿菌中均證實了高絲氨酸?；D移酶（homoserine transsuccinylase，HTS）的不穩定性，這可能也是賴氨酸和蘇氨酸易發酵生產，而同一途徑下游的甲硫氨酸卻一直難以實現發酵生產的重要原因。其極端不耐熱和易被蛋白酶分解這兩大特性，是發酵法面臨的難題。對Biran等[22]發現的4 種可能分解HTS的蛋白酶進行修飾，或與嗜熱菌關鍵基因整合都是菌株改造可以嘗試的方向。

此外，甲硫氨酸向胞外輸出的研究尚不成熟，可在菌株改造后，對胞內組分進行量化分析，以探索胞內甲硫氨酸產量最大時的條件，以及能分泌到胞外營養缺陷型菌種選育。

2.2 酶法生產面臨的問題和建議

酶法合成一般不作為單獨的生產路線，傳統的酶法是與石化生產路線相結合，以石化生產廢棄物為原料，進行化學合成后，對外消旋混合物進行拆分以得到高純度的L-甲硫氨酸，其中Findrik等[28]將D型轉化為L型的實驗是更具意義的研究。

韓國杰希公司首次采用發酵法與體外酶催化的聯合生產工藝，先利用微生物發酵生產琥珀酰高絲氨酸，隨后用酶法在微生物體外將這一中間產物轉化成甲硫氨酸和琥珀酸。降低生產成本的同時減少污染。2010年，Bolten等[4]對谷氨酸棒桿菌MetY進行過表達使酶活力大幅提高，但由于胞內底物耗盡，甲硫氨酸產量仍不理想。參考杰希公司，可嘗試由發酵法獲得大量O-乙酰高絲氨酸，并利用過表達的酶在體外催化甲硫醇與O-乙酰高絲氨酸生成甲硫氨酸。

目前，對酪氨酸、半胱氨酸和脯氨酸的生產，從蛋白中分離仍是最經濟的方法。由于植物可以合成甲硫氨酸，因此通過酶解方法利用稻草等農作物的廢棄物生產甲硫氨酸是最經濟的模式。2015年，Sanders等[6]對這種方法的成本進行了核算，證明了其具有一定可行性。但該法不適用于獲得高純度的L-甲硫氨酸，因為產物組成復雜，分離純化難度大。

甲硫氨酸的生物技術生產與理論值之間的差距證明，此項研究具有廣闊的進步空間，對微生物發酵、酶法分解等多方面的探索仍有待深入研究。隨著現代生物技術的發展，利用生物技術生產甲硫氨酸仍將是科研工作者面臨的重要課題。

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Progress and Prospects for Methionine Bioproduction

WANG Longyang, MIN Weihong*
(National Engineering Laboratory on Wheat and Corn Further Processing, College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

Methionine is widely used in many fields such as feed, food, pharmaceutical and biotechnology, and has an increasing market demand. Compared with chemical synthesis, the biological production of methionine has many advantages especially in sustainable production and environmental protection. The biological methods used for methionine production include microbial fermentation and enzymatic treatment. Researchers have been trying to describe the biosynthetic pathway of methionine and breed high methionine-producing strains. However, no bacteria are now used in industrial production of met hionine because of the complex biosynthesis pathway of this amino acid and the affinity with other intracellular reaction systems. In-depth study of methionine biosynthesis pathway, expansion of methionine exporting system and optimization of fermentation conditions are effective to increase the yield of methionine produced by the existing strains. The stateof-the-art technology of enzymatic hydrolysis for the production of methionine, combining genetic engineering with enzyme immobilization, has great application potential. This article summarizes the latest advances in the biotechnologies for methionine production in China and abroad with emphasis on microbial fermentation, enzymatic treatment and their combination. According to the characteristics of methionine production by microbial fermentation, existing problems and corresponding suggestions with respect to the removal of allosteric inhibition, the application of composite sulfur source and the stability of key enzymes are put forward. The combination of enzymatic treatment and microbial fermentation is recommended to be used for the production of methionine from preferably hydrolyzed plant proteins, achieving the advantages of low cost, low pollution, high yield and high purity.

methionine; biotechnology; microbial fermentation; enzymatic processing; isomer resoultion; enzymatic hydrolysis

10.7506/spkx1002-6630-201603048

Q517

A

1002-6630（2016）03-0280-06

王隆洋, 閔偉紅. 利用生物技術生產甲硫氨酸的研究進展[J]. 食品科學, 2016, 37(3): 280-285. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201603048. http://www.spkx.net.cn

WANG Longyang, MIN Weihong. Progress and prospects for methionine bioproduction[J]. Food Science, 2016, 37(3): 280-285. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201603048. http://www.spkx.net.cn

2015-03-03

吉林省自然科學基金項目（20130101139JC）

王隆洋（1991—），女，碩士研究生，研究方向為發酵微生物的選育與代謝調控。E-mail：shuiranmo1991@163.com

*通信作者：閔偉紅（1971—），女，教授，博士，研究方向為發酵工程、糧食科學與深加工技術。E-mail：minwh2000@163.com