D-甲硫氨酸是一种白色结晶或结晶性粉末状的物质，它可以溶于水、稀酸和稀碱，但在乙醇中只微溶，在乙醚中则不溶。
D-甲硫氨酸是一种重要的有机手性源，主要应用于手性药物、手性添加剂、手性助剂等领域。在制药行业，它被用作手性合成的手性源。作为一种光学活性的有机酸，它在某些手性化合物的不对称合成过程中起着不可替代的作用。目前，它主要用于生产新型广谱抗生素、D-甲硫氨醇和多肽合成过程中的甲硫氨酸保护剂。
DL-甲硫氨酸是一种混旋型的甲硫氨酸，其中D型和L型各占一半。纯的D型和L型甲硫氨酸是通过精制混旋型DL-甲硫氨酸分离而成的，因此纯的D型和L型甲硫氨酸的成本要比混旋型甲硫氨酸高出3倍以上。在发酵生产S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的过程中，如果能直接使用DL-甲硫氨酸作为前体，菌体就可以有选择性地利用L-甲硫氨酸进行转化，从而大大降低生产成本，有利于工业化生产。
一种分离D-甲硫氨酸的方法是将酵母菌种子培养液加入初始发酵培养基中，经过12小时的发酵后开始流加葡萄糖，保持糖浓度在0.1-2g/L的范围内，然后在50-70小时后结束发酵。在酵母发酵生物量干重达到5-160g/L后，开始补加DL-甲硫氨酸。具体操作步骤包括将酵母菌发酵液用去离子水稀释后，离心除去菌体和固体物质，取上清液进行活性炭吸附，然后使用苯乙烯系阳离子交换树脂进行吸附，用去离子水洗去杂质，再用盐酸溶液洗脱，调节pH至碱性，再次使用苯乙烯系阴离子交换树脂吸附，并用盐酸溶液洗脱，最终得到D-甲硫氨酸。
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