饲料级L-赖氨酸生产技术与市场发展

饲料级 L-赖氨酸生产技术与市场发展 长春大成实业集团有限公司 王德辉 贾冬舒 长春 130062 摘要：赖氨酸是人类和动物营养中最重要的必需氨基酸，在食品工业、养殖业和 饲料工业中有着十分重要的地位，自 20 世纪 70 年代初实现赖氨酸的工业化生产 以来，生产技术不断进步，市场价格越来越便宜，对保障人类健康、提高动物生 产性能发挥了重要作用。本文在简要介绍赖氨酸在动物营养种的地位和作用的基 础上，回顾了工业赖氨酸生产与应用发展的历史，介绍了工业赖氨酸生产技术的 发展历程，以及赖氨酸新产品－65％赖氨酸硫酸盐的营养价值。 关键词：赖氨酸硫酸盐；赖氨酸盐酸盐；微生物发酵；分离纯化 1、赖氨酸在动物营养和饲料工业中的地位与作用 赖氨酸是人类和动物的必需氨基酸，是合成人和动物机体组织蛋白质的必需 物质，是体内酶、激素、抗体等重要功能性物质的主要成分，是脑组织和脑神经 的组成物质。就象人类的两大主题--粮食和爱情一样，赖氨酸是动物营养和饲料 工业永恒的主题：（1）赖氨酸是谷物中最缺乏的氨基酸，因此，一般来说它是第 一限制性氨基酸，是限制猪、肉禽蛋白质沉积的主要氨基酸；（2）在理想蛋白质 （ideal protein）的氨基酸模式中，氨基酸的比例是以赖氨酸为基础确定的； （3）在氨基酸与能量比的研究和实际应用中，是以赖氨酸为基础的；（4）NRC （1998）发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 了世界上第一个猪营养需要的动态模型，这个模型是以赖氨酸为基 础确定的；（5）在氨基酸营养研究中，对赖氨酸的研究最为充分，仅在猪氨基酸 营养研究方面，过去 20 年已发表了 1200 多篇文献。 在现代畜牧养殖业和饲料工业中，工业生产的赖氨酸占有非常重要的地位， 可以毫不夸张地说，没有工业赖氨酸，现代养殖业是不可想象的。工业生产的赖 氨酸至少发挥着下面几个方面的作用：（1）补充动物赖氨酸需要的不足，实现现 代品种动物的生长潜力；（2）改善饲料氨基酸的平衡，提高动物的生长速度，改 善畜产品的品质；（3）改善谷物饲料的营养价值，提高谷物饲料的转化效率；（4） 改善动物健康状况，提高动物免疫力；（5）降低动物饲粮蛋白质含量，配制低蛋 白质日粮，节约饲料蛋白质资源，减少动物排泄物中氮的排泄量，减轻环境污染。 2、赖氨酸工业化生产与应用概况 2.1 20 世纪 70 年代初以来全球工业赖氨酸的生产与消费情况 饲料级赖氨酸的工业化生产始于 20 世纪 70 年代初期，1975 年全球赖氨酸 1 的消费量仅为 7000 吨。随着动物营养与饲料科学的发展，特别是 20 世纪 70 年 代末理想蛋白质概念的提出和理想蛋白质氨基酸模型的建立，使得工业赖氨酸的 用量迅速增长，1975 到 1985 年间，工业赖氨酸的全球消费量增加了 15 倍，1995 年，全球赖氨酸消费量达到 30－33 万吨，2002 年达到近 60 万吨，销售总额为 65 亿美元，成为全球第一大氨基酸产业，1995 年－2002 年，全球赖氨酸的消费 量的年均增长速度为 7.5%（Baker,2002）。2002 年后，中国赖氨酸消费量大幅增 长，使得全球赖氨酸消费量的年增长速度仍然维持在 7％左右（表）。有的资料 认为 2006 年全球赖氨酸的消费量已达 100 万吨，这个数字有些夸大，据笔者的 认真调查，2006 年全球饲料赖氨酸的消费量仅为 85 万吨左右。 饲料工业和养殖业的发展对赖氨酸需求的增长刺激了赖氨酸产业的发展， 2004 年，全球赖氨酸的生产能力估计为 110 万吨左右，2006 年达到 135－140 万吨。2003 年以后全球赖氨酸产能的增加主要来自我国。 表 1 1975 年以来全球饲料赖氨酸消费量（万吨） 年份 1975 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 数量 0.7 30-33 43-46 50-53 58-60 65-70 75 80 85 2.2 我国工业赖氨酸的生产与消费情况 我国 1998 年的饲料赖氨酸消费量不到 3万吨，2000 年达到 7万吨，增长了 2.5 倍。2000 年以后，饲料赖氨酸的消费量逐年增长，到 2005 年，我国饲料赖 氨酸的消费量达到 26 万吨（表 2）。我国饲料赖氨酸迅速增长的主要原因是高瘦 肉型猪的推广和规模化养猪的增长。2006 年，由于养猪业收到价格波动的影响 和疫病的困扰，赖氨酸的消费量仅为 22 万吨，比 2005 年下降了 15％。 表 2 我国饲料赖氨酸的消费量（万吨） 年份 1998 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 数量 2.87 7.03 10.18 13.34 14.65 19.81 26.47 22 注：从2003年10月开始,长春大成集团赖氨酸硫酸盐上市,且市场销售量开始迅速增长, 就有效赖氨酸含量而言,赖氨酸硫酸盐为赖氨酸盐酸盐的 65%，该表统计数字为这两种赖氨 酸产量的总和。 我国工业赖氨酸的发展始于 20 世纪 80 年代，但到 2002 年以前，产能都比 较低。2002 年我国赖氨酸的生产能力不到 8 万吨。由于 2003 年和 2004 年饲料 赖氨酸高价位的刺激和生产技术的进步，各地纷纷建厂，原有生产厂的生产能力 迅速扩张，到 2005 年底，我国饲料赖氨酸的生产能力已达 57 万吨。2006 年， 2 仅长春大成集团的产能即达 32 万吨。 由于长春大成集团生产技术、生产规模和成本优势，使得近年来我国饲料赖 氨酸的出口答复增长。2003 年，我国饲料赖氨酸的出口仅为 710 吨，到 2006 年 达到 14.29 万吨，出口金额 1.25 亿美元，2007 年前 3季度出口量达到 12.33 万 吨，出口金额 1.18 亿美元（表 3）。长春大成集团占整个出口量的 80％，生产技 术和成本的优势，已使大成集团成为全球最大的饲料赖氨酸供应商。 2000 年以来我国饲用赖氨酸进出口情况（万吨、万美元） 年份 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007* 进口数量 4.14 3.48 7.57 7.60 5.46 2.49 1.45 进口金额 6540 5064 26100 21840 6552 3042 1864 出口数量 0.033 0.060 0.710 1.94 6.46 14.29 12.33 出口金额 70 107 2448 5574 7752 12524 11758 注：截止 9月底的数据 2.3 今后赖氨酸的消费形式对工业赖氨酸生产的影响 赖氨酸消费的主体是饲料工业。今后饲料级赖氨酸的消费还将继续增长，主 要原因有一下几点：（1）近几年来的研究表明，高瘦肉型猪的赖氨酸需要量要比 NRC（1998）的推荐量高 20%；（2）发展中国家猪肉和禽肉消费量的增长；（3） 中国适度规模养猪的增长；（4）由于蛋白质饲料和能量饲料的世界性短缺，合成 氨基酸配制低蛋白质日粮技术会得到较快发展。但全球饲料赖氨酸需求的增长幅 度还难以估测；随着工业苏氨酸、色氨酸在饲料限制性氨基酸的应用，进一步增 加了工业赖氨酸在饲料中的用量。 从我国饲料赖氨酸生产能力来看，我国目前的产能已达 60 万吨，但产量只 有 30 多万吨，产量占产能的比重仅为 50％多。从全球饲料赖氨酸的生产和消费 的供求关系看，我国不宜盲目上马新的赖氨酸生产厂，已有赖氨酸生产厂的扩建 应慎重考虑。 3、赖氨酸生产技术的发展 工业生产赖氨酸的方法有微生物发酵法、酶法、蛋白质水解法和化学合成法。 其中，微生物发酵技术生产赖氨酸是目前国际上赖氨酸产业普遍采用的技术，生 产原料主要为淀粉、糖蜜等，工艺技术如图 1，包括前期发酵技术及后续加工处 理技术两部分。生产的产品为赖氨酸盐酸盐，含有效赖氨酸 78%。目前，世界上 多数生产企业均采用该技术生产饲料级赖氨酸。 3 为减少赖氨酸盐酸盐生产工艺中污水排放量大、环境污染重等问题，20 世 纪 90 年代，德国 degussa 公司开发出赖氨酸硫酸盐生产技术。我国长春大成集 团公国长期的研发，继德国 degussa 之后成功开发出赖氨酸硫酸盐生产技术，并 于 2003 年下半年投入生产。 淀粉、糖蜜等 微生物 豆饼 赖氨酸发酵液 包装 浓缩、结晶 葡萄糖 分离、干燥 树脂离子交换（盐酸+氨水洗脱） 营养物质 通气 副产品及污水处理 图1 赖氨酸盐酸盐生产工艺 4、L-赖氨酸硫酸盐生产技术与营养价值 饲料级 L-赖氨酸硫酸盐，是一种环保型的赖氨酸来源。在生产中通过调整 发酵液浓缩液中固形物与赖氨酸的比例，将发酵液喷雾造粒，形成包含有效赖氨 酸在内的高蛋白复合赖氨酸硫酸盐产品，该产品不仅包含大于 51%的赖氨酸，而 且含有大于 10%的氨基酸、维生素及生长因子。通过实验对比，65%赖氨酸硫酸 盐在猪日粮中的生物效价等同或稍高于 98.5%赖氨酸盐酸盐。它突破了传统赖氨 酸盐酸盐的局限，在降低生产成本、提高饲料利用率、减少污染等方面效果突出。 长期以来，98.5%赖氨酸盐酸盐生产在大大提高了饲料里的营养成分，改善 了生猪的体质之外，也带来了显著的环境污染。每生产 1吨 98.5%赖氨酸盐酸盐 要向环境排放 50-60 吨的废水，对环境的污染很大，给企业造成了很大的环保压 力，同时也增加了生产成本。所以，发展低污染低成本赖氨酸新产品对于我国饲 料工业和畜牧养殖业的健康发展具有重要意义。 经过长期的研发，2003年2月长春大成集团完成65%赖氨酸硫酸盐的小试研 4 究。饲料级L-赖氨酸硫酸盐项目属于新技术和新工艺的研究开发，通过在原技术 研究基础上进行饲料级赖氨酸中试生产条件下工艺参数优化和动物饲料配套应 用技术研究，从2003年建立第一条年产3000吨的饲料级赖氨酸硫酸盐中试生产 线，到2007年建立年产18万吨的两座产业化工厂为止，赖氨酸硫酸盐的生产工艺 得到全面的改进，不仅降低了产品中硫酸根的含量，而且使产品的堆积密度，颗 粒的均匀度，颜色得到了全面的改善。 饲料级新型赖氨酸-65％赖氨酸硫酸盐解决了四大问题： 一是采用闭锁循环工艺，将每吨成品的污水排放量降低了90%，环境污染大 大降低，基本上实现了清洁生产。饲料级新型赖氨酸⎯65％赖氨酸硫酸盐的开发， 可以说彻底解决了发酵行业普遍存在的污染问题。 二是显著节约了饲料生产厂家的产品成本。与生产同等生物学效价的赖氨酸 盐酸盐相比，每吨成本降低1000元左右，受到了饲料厂家客户的欢迎，对促进我 国畜牧业和饲料工业可持续发展将起到很大的作用。 三是大大提高了农民玉米生产的附加值。本项目是玉米更深层次的加工，是 变资源优势为经济优势的好项目。赖氨酸发酵所需的上游产品，包括淀粉、玉米 浆水解液等都是内部循环解决，对提高玉米转化和附加值作用重大，可形成玉米 的种植和加工的良性循环。大成集团地处世界黄金玉米带，有着极其丰富的玉米 资源。项目带动了农民生产优质、高产玉米的积极性。这不仅彻底改变了周边农 民卖粮难的困境，还成为农村经济发展的重要带动力量，显著增加了农民收入。 四是技术水平国际领先。采用最新的微生物选育技术，选育赖氨酸稳定高产 菌株；在菌种发酵氮源方面，成功地以廉价且资源丰富的玉米浆水解液替代价格 昂贵的豆粕水解液，同时改善动物的适口性。中试水平的堆积密度超过650公斤/ 立方米，这一参数为国内外同类技术的最高值，形成了均匀的赖氨酸硫酸盐产品 颗粒，成功地将产品混合均匀度变异系数控制在10％以下；产品中赖氨酸含量达 51%（相当于赖氨酸盐酸盐含量的65%），高于国际同类产品3个百分点。 大成集团重视科研开发及成果转化，每年科技转化投入占企业年销售收入的 10%，大成集团将一如既往不断加大科技投入力度，生产出更加环保及符合人们 健康需要的新产品。 5