γ-氨基丁酸是一種天然存在的非蛋白組成氨基酸，屬強神經(jīng)抑制性氨基酸，具有鎮靜、催眠、抗驚厥、降血壓的生理作用。在食品、醫藥保健、飲料加工等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景和市場(chǎng)需求。目前，γ-氨基丁酸的制備方法主要有化學(xué)合成、微生物發(fā)酵和生物轉化法等，但是化學(xué)合成法成本高、得率低，在生產(chǎn)工藝中使用危險溶劑，且不能被用于食品、藥品和飼料加工等領(lǐng)域。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)周期長(cháng)、生產(chǎn)得率較低且后續分離提取較為困難，使其工業(yè)化應用受到限制，而生物轉化法由于具有操作簡(jiǎn)便、條件溫和、原料利用率高、轉化率高且分離純化成本低等優(yōu)勢，越來(lái)越受到青睞。

谷氨酸脫羧酶（EC 4.1.1.15）能不可逆地催化L-谷氨酸（鹽）轉化生成γ-氨基丁酸，是生物轉化法合成γ-氨基丁酸的關(guān)鍵酶制劑，具有巨大的市場(chǎng)應用價(jià)值。但是，目前國內外已報道的谷氨酸脫羧酶一般催化效率較低且酶活性范圍偏酸性，這一特性嚴重影響了其在工業(yè)上的應用。因此，獲得具有優(yōu)良催化性能的谷氨酸脫羧酶是生物轉化法制備γ-氨基丁酸的關(guān)鍵。

市場(chǎng)前景

γ-氨基丁酸是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有多種生理功能，被廣泛應用于食品、藥品和飼料添加劑中。美國FDA 將γ-氨基丁酸批準為公認的安全級食品添加劑。2009年，我國衛生部批準生物合成法的γ-氨基丁酸為新資源食品。研究發(fā)現γ-氨基丁酸還可用于合成2-吡咯烷酮，2-吡咯烷酮可用于合成尼龍4，具有重要的工業(yè)應用價(jià)值。據粗略統計，目前全球各類(lèi)γ-氨基丁酸總產(chǎn)能約6萬(wàn)噸/年。食品級γ-氨基丁酸的價(jià)格約為6.0~8.0萬(wàn)元/噸，價(jià)格趨于穩定，國內較大的γ-氨基丁酸生產(chǎn)公司有浙江益萬(wàn)生物技術(shù)有限公司、安徽來(lái)福高科股份有限公司、福建安溪生物科技有限公司等，總產(chǎn)量約為500噸/年。目前，我國添加γ-氨基丁酸的相關(guān)產(chǎn)品總市值約25億~30億元，市場(chǎng)仍處于緩慢增長(cháng)期。

技術(shù)特點(diǎn)

本項目獲得一種新型的谷氨酸脫羧酶，成功構建了高效表達該酶的菌種，開(kāi)發(fā)了制備γ-氨基丁酸的新工藝。相較于目前國內外已報道的谷氨酸脫羧酶而言，該酶具有更高的催化效率和較廣的pH范圍，更適合工業(yè)化生產(chǎn)。目前已報道的最高谷氨酸脫羧

酶轉化實(shí)驗中，時(shí)間在24-36h左右，轉化率介于95-99%，產(chǎn)量大概250-300g/L間。本項目以大宗化學(xué)品L-谷氨酸（鹽）為底物，常溫常壓條件下轉化12 h，γ-氨基丁酸產(chǎn)量達340-350 g/L ，底物轉化率為0.68-0.70 g/g，平均摩爾轉化率高達99%，具有較好的技術(shù)應用前景。本項目具有自主知識產(chǎn)權生產(chǎn)條件易于控制，生產(chǎn)設備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，原料綜合利用率高且分離純化工藝簡(jiǎn)便，能有效降低生產(chǎn)成本。

研究時(shí)間與階段

已完成3L發(fā)酵罐小試，效果良好。目前正在進(jìn)行轉化工藝的完善，以及中試規模的研究階段。

效益投資

目前，食品級γ-氨基丁酸的價(jià)格約為6.0-8.0萬(wàn)元/噸，極高純度的食品級γ-氨基丁酸價(jià)格能達到20-30萬(wàn)元/噸。利用本技術(shù)生產(chǎn)氨基丁酸的生產(chǎn)成本約1-2萬(wàn)元/噸（不包括能耗和人工成本）。

2012年國內谷氨酸（鹽）產(chǎn)量達到260萬(wàn)噸，但由于新興市場(chǎng)的沖擊和發(fā)達國家頻繁發(fā)動(dòng)的反傾銷(xiāo)調查等諸多不利因素，國內谷氨酸生產(chǎn)企業(yè)面臨較大壓力，產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題一直無(wú)法有效解決。當前L-谷氨酸（鹽）市場(chǎng)報價(jià)約為1.0-2.0萬(wàn)元/噸，并且仍有下降趨勢，因此利用生物技術(shù)將谷氨酸轉化為高附加值產(chǎn)品γ-氨基丁酸，具有較高的發(fā)展前景。