各种氨基酸理化性质-20101202综述

用途：人体必需氨基酸之一，具有多种生理功能，主要用于食品、调味剂、动物饲
料和化妆品的制造以及配制复合氨基酸输液、合成多肽药物和食品抗氧化剂等，尤其 是在医学研究和治疗中的作用日益受到重视。随着其研究的深入 ，应用范围也将进一 步扩大。因此，L-缬氨酸的生产具有非常广泛的前景。
各种氨基酸性质
二、Байду номын сангаас氨酸
各种氨基酸性质
三、丙氨酸
丙氨酸（Ala ）
结构式 分子式:C3H7NO2 结构式: CH3（NH2）CHCOOH 相对分子质量：89.1 物理性质：丙氨酸分为α-丙氨酸和β-丙氨酸，它们是共分异构体。α-丙氨酸亦 称2－氨基丙酸，200℃以上升华，随加热速度不同约在264～296℃ 之间分解。β-丙氨酸亦称3－氨基丙酸，无色晶体，熔点198℃（分 解），溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚；等电点 6.11。
物理性质：本品为白色结晶或结晶性粉末；无臭，味微甜而后苦 ；在水中
溶解，在乙醇中几乎不溶；等电点6.00。
化学性质：具有氨基酸的通性。 生产工艺： 目前，L-缬氨酸的生产方法有提取法、合成法、发酵法等。
1.提取法：动物血粉、蚕蛹及毛发水解液中L-缬氨酸的含量较高，从动物血粉 和蚕蛹水解液中，应用离子交换技术从混合氨基酸中分离L-缬氨酸，分离的效率高 ，提取操作简单，生产周期短，但成本高，不适合现代化大工业生产猪血粉中提 取L-缬氨酸的回收率为14.7%；蚕蛹水解液中分离L-缬氨酸，回收率为23.68%
化学性质：具有氨基酸通性。 生产工艺：霉菌、酵母、细菌、放线菌等微生物都能够由糖类和无机氮源、有机
氮源发酵生产L-丙氨酸。这就是所谓的直接发酵法。后来又开发了酶法及固定化法 等，原料则使用延胡索酸或L-天冬氨酸。
发酵法生产L-丙氨酸，主要是以降解葡萄糖等碳源生成的丙酮酸为底物，经过氨 基转移反应或还原氨基化反应完成的。酶法是以L-天冬氨酸为 底物，经过L-天冬氨 酸-β-脱羧酶的反应，生成L-丙氨酸。还有一种是采用共同固定化大肠杆菌和德阿昆 哈假单胞菌（天冬氨酸-β-脱羧酶），由反丁二烯直接酶法生产L-丙氨酸。 目前主要采用酶法来生产L-丙氨酸。
1、两性解离及等电点
氨基酸基础知识
氨基酸分子中有游离的氨基和游离的羧基，能与酸或碱类物质结合成盐， 故它是一种两性电解质。在某一ＰＨ的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离 子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的ＰＨ称为该氨 基酸的等电点。 ２、氨基酸的紫外吸收性质 芳香族氨基酸在280nm波长附近有最大的紫外吸收峰，由于大多数蛋白质 含有这些氨基酸残基，氨基酸残基数与蛋白质含量成正比，故通过280nm波
长的紫外吸光度的测量可对蛋白质溶液进行定量分析。
３、茚三酮反应 氨基酸的氨基与茚三酮水合物反应可生成蓝紫色化合物，此化合物最大吸 收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出的氨量成正比 ，因此可作为氨基酸定量分析方法。
各种氨基酸性质
一、缬氨酸
缬氨酸（Val ）
结构式 分子式 ： C5H11NO2 化学式 ： CH3 - CH(CH3) - CH(NH2) - COOH 分子量 ：75.07
氨基酸的分类可分为：必需氨基酸和非必需氨基酸 必需氨基酸（essential amino acid）：指人（或其它脊椎动物）自己不能 合成，需要从食物中获得的氨基酸。它们是赖氨酸，色氨酸，苯丙氨酸，蛋 氨酸（又叫甲硫氨酸），苏氨酸，异亮氨酸，亮氨酸，缬氨酸，组氨酸 。 非必需氨基酸（nonessential amino acid）：指人（或其它脊椎动物）自己 能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸。 另有酸性、碱性、中性、杂环分类，是根据其化学性质分类分为： 非极性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸 、脯氨酸 极性氨基酸：
2.合成法：合成法很多，一种是由异丁酸与氨生成氨基异丁醇，再与氰化氢合 成氨基异丁腈，然后水解而成。一种是由异丁醛与氰化氢合成羟基异丁腈，水解 得DL-缬氨酸，经化学法或酶法拆分得L-缬氨酸。也可由异丁醛与氰化钠和氯化铵 直接合成氨基异丁腈，再水解而成。上述三种方法的得率为36%～40%。合成法 所得为外消旋体，须经外消旋拆开。旋光拆开的方法很多，如用酰基-DL-氨基
三、氨基酸的理化性质
氨基酸通式是H2NCHRCOOH。根据氨基连结在羧酸中碳原子的位置，可分 为α、β、γ、δ……的氨基酸( C……C―C―C―C―COOH)。
由于结构相似，具有一些共同的性质。它们都是无色结晶；熔点约在230℃以 上，大多没有确切的熔点，熔融时分解并放出CO2；都能溶于强酸和强碱溶液 中，除胱氨酸、酪氨酸、二碘甲状腺素外，均溶于水；除脯氨酸和羟脯氨酸外 ，均难溶于乙醇和乙醚
甘氨酸（Gly）
分子式：C2H5NO2 化学式：NH2CH2COOH 结构式
分子量：75.07
物化性质：甘氨酸是20个氨基酸中最简单的一个，是一个非极性的氨基酸。白
色单斜晶系 或六方晶系晶体，或白色结晶粉末，无臭，有特殊甜味； 相对密度1.16，熔点 248℃（分解），易溶于水；在水中的溶解度： 25℃ 时为 25g/100ml，50℃时为 39.1g/100ml，75℃时为 54.4g/100ml，100℃时为67.2g /100ml；极 难溶于乙醇，在100g无水 乙醇中约溶解 0.06 g，几乎不溶于丙酮 和乙醚；等电点6.06。
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此工艺路线较长，原料NaCN为剧毒物，反应的脱盐操作较复杂，操作条件比较 苛刻。其优点是易于精制，成本低，适用于大规模工业化生产。 3、氢氰酸法合成甘氨酸新工艺：该工艺以廉价的丙烯腈副产物氢氰酸代替氰 化钠，生产成本更低。美国、日本等普通采用此法生产甘氨酸，我国中科院大连 化物所于90年代初开发成功以HCN为原料合成甘氨酸的工艺。该工艺以氢氰酸为 主体原料，在生产过程中，可直接利用气态HCN或任意比例的HCN水溶液。醛类 可利用气体、溶液或高聚物，氨源可用氨加二氧化碳或碳酸铵、碳酸氢铵等，各 原料的投料量近于理论量，产品收率可达73%，产品含量大于95%。该工艺由于 反应步骤少，因此工艺过程缩短，操作步骤简化，设备投资减少，生产成本大大 降低。无三废处理，易于放大生产，所得甘氨酸产品质量明显优于氯乙酸法所得 的产品。 4、生物合成法：21世纪是生物合成的世纪，生物合成甘氨酸成为十分重要,潜 力巨大的合成路线，美国、日本、欧洲长期以来坚持开发生物合成甘氨酸的研究 。以前由于存在酶的活性低，合成甘氨酸的微生物菌需求量大，甘氨酸的产率低 等因素，使生物合成法的工业化受到限制。20世纪80年代后期，日本三菱公司把 经过筛选的好氧土壤杆菌属、短杆菌属、棒状杆菌属等微生物菌属加入到含有碳 源、氮源及无机营养液的介质中进行培植，然后将该类菌种在25～45℃，pH值在 4～9的情况下，使乙醇胺转化为甘氨酸，用浓缩中和离子交换处理得到甘氨酸。 进入20世纪90年代以后，国外合成甘氨酸的技术有了新的进展。日本Nitto化学
氨基酸基础知识
极性中性氨基酸：色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）
、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸
酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸 碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸
其中：属于芳香族氨基酸的是：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸 属于亚氨基酸的是：脯氨酸 含硫氨基酸包括：半胱氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸） 注意：在识记时可以只记第一个字，如碱性氨基酸包括：赖精组
工艺培训 邬斌
2010年12月1日
目 录
氨基酸基础知识
各种氨基酸性质
氨基酸基础知识
一、氨基酸的定义
氨基酸：含有氨基（―NH2 ）和羧基（―COOH），并且氨基和羧基都直 接连接在一个-CH-结构上的一类有机化合物的通称。生物功能大分子蛋白质的 基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。
二、氨基酸的分类
各种氨基酸性质
酸的酶进行水解，再利用游离氨基酸与酰化体的溶解度差进行分离。化学合成法生产 成本高，反应复杂，步骤多，且有许多副产物。
3.发酵法：利用微生物发酵法生产L-缬氨酸具有原料成本低、反应条件温和及易实 现大规模生产等优点，是一种非常经济的生产方法。 （1）添加前体物发酵法：又称微生物转化法。这种方法使用葡萄糖作为发酵碳源 ，再添加特异的前体物质即在氨基酸生物合成途径中的一些合适中间代谢产物，以避 免氨基酸生物合成途径中的反馈调节作用，经微生物作用将其有效转化为目的氨基酸 。由于其前体物质如丙酮酸等稀少或价格昂贵，目前已少采用此法生产L-缬氨酸。 （2）直接发酵法：是借助于微生物具有合成自身所需氨基酸的能力，通过对特定微 生物ide诱变处理，选育出营养缺陷型及氨基酸结构类似物抗性突变株，以解除代谢调 节中的反馈抑制和反馈阻遏作用，从而达到过量累积某种氨基酸的目的。目前，世界 上L-缬氨酸均采用直接发酵法生产。国外曾对发酵法所用L-缬氨酸优良生产菌株的诱 变育种和代谢调节作了一些研究，而国内尚处于研究与小规模生产阶段，菌株产酸水 平不高，生产水平和产量远不能满足市场需求。因此，以微生物发酵法生产L-缬氨酸 的研究具有重要的意义。
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工业公司将培养的假细胞菌属,酪蛋白菌属、产碱杆菌属等菌属以0.5%(质量分数 ，干重)加入到含甘氨酸胺基质中，在30℃、pH值7.9～8.1情况下，反应45h，几 乎所有的甘氨酸胺水解生成甘氨酸，转化率达99%。尽管目前生物法尚处于研究 阶段，但是其具有高选择性，无污染，因此将是极具发展潜力的合成路线。 用途： 食品级甘氨酸：用做调味剂 、甜味剂、防腐剂；利用它本身的氨基和羧基， 对食盐和醋等味感起缓冲作用；用作饲料添加剂中的诱食剂(引诱剂)；食品酿造 、肉食加工和清凉饮料的配方及糖精钠的去苦剂 ；用作奶油 、干酪、人造奶油 、速食面 、小麦粉和猪油等的稳定剂；在味精中有 10% 的成份为甘氨酸。 医药级甘氨酸：医学微生物和生物化学氨基酸代谢研究的用药；金霉素缓冲 剂\抗帕鑫森氏病药物L-多巴\ 维生素B6\ 以及苏氨酸等氨基酸的合成原料；氨基 酸营养输液；化妆品原料。 饲料级甘氨酸：主要作为家禽、畜禽特别是宠物等食用的饲料增加氨基酸的 添加剂与引诱剂。 工业级甘氨酸：作农药中间体；电镀液添加剂；PH 调节剂 。
化学性质 ：含有羧基，所以水溶液呈酸性，可以用PH试纸测出来，与盐酸反应
生成盐酸盐；又能与碱发生中和反应；甘氨酸可以与氧气发生燃烧 ，
生成氮气、二氧化碳、水；其中含有氮，可以从甘氨酸中提取氨气。
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生产工艺：目前工业化和具有工业化前景的生产工艺主要有氯乙酸氨解法、施特
雷克法(cstercker法)、氢氰法合成甘氨酸及生物合成法等。 1、氯乙酸氨解法：该法根据原料不同，又可分以下几种工艺： (1)水相或醇相中以乌洛托品、氯乙酸、氨水(氨气或液氨均可)为原料合成； (2)水相中以碳酸铵或氨基甲酸胺、氯乙酸、氨水为原料合成。 目前国内的生产方法以前者为主，产率在70%左右，后者产率较低(约42%)，故 很少用于工业化生产。由于水相合成甘氨酸中乌洛托品消耗较大，且乌洛托品价格 较高，无法回收，故成本较高，而以醇溶液代替水溶液则会大大降低乌洛托品的消 耗量，从而降低生产成本。因此，目前国内普遍采用醇相法合成甘氨酸。 氯乙酸氨解法的优点是原料易得，合成工艺简单，对设备要求不高，易操作，基 本无公害。缺点是反应时间较长，副产氯化铵等无机盐类物质难以除去，产品质量 差，精制成本高，作为催化剂的乌洛托品难以回收循环使用，造成原料的极大浪费 ，使生产成本增加。国内甘氨酸生产厂家及一些科研机构本着优化反应条件降低生 产成本，提高产品质量的原则，对氯乙酸法合成甘氨酸的工艺进行了大量的研究工 作，并取得一定的进展。 2、施特雷克法(cstercker法）：是以甲醛、氰化钠、氯化铵为原料反应，在硫酸 存在下醇解，然后与氢氧化钡一起加水分解而得甘氨酸产品。将产物过滤，在硫酸 存在下加乙醇分解，得到氨基乙腈硫酸盐。将上述产物用氢氧化钡分解,得到氨基乙 酸钡，然后加入定量的硫酸，使钡沉淀，过滤液浓缩，放置冷却，析出甘氨酸结晶 。