L-肉碱的简介及其酶制备法
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三、L-肉碱的酶制备法 肉碱的酶制备法
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3.4 γ-丁基甜菜碱的酶法羟化 丁基甜菜碱的酶法羟化
γ-丁基甜菜碱是 肉碱生物合成的直接前体。动物体内 丁基甜菜碱是L-肉碱生物合成的直接前体 丁基甜菜碱是 肉碱生物合成的直接前体。 由赖氨酸、甲硫氨酸等物质生物合成ε-三甲基 三甲基-β-羟基赖 由赖氨酸、甲硫氨酸等物质生物合成 三甲基 羟基赖 氨酸,再由醛缩酶 醛氧化酶合成γ-丁基甜菜碱 再由醛缩酶、 丁基甜菜碱,最后由羟 氨酸 再由醛缩酶、醛氧化酶合成 丁基甜菜碱 最后由羟 化酶转化为L-肉碱 早在1967年LindstedtG.报道了 肉碱。 化酶转化为 肉碱。早在 年 报道了 鼠肝羟化酶转化γ-丁基甜菜碱制备肉碱的研究 丁基甜菜碱制备肉碱的研究,并报道假 鼠肝羟化酶转化 丁基甜菜碱制备肉碱的研究 并报道假 单胞菌有类似的机理。 年意大利CavazzaC.报道 单胞菌有类似的机理。1982年意大利 年意大利 报道 了粗糙链孢霉孢子经过超生波破碎作酶液,转化 转化2了粗糙链孢霉孢子经过超生波破碎作酶液 转化 14mmol的γ-丁基甜菜碱底物 转化率达到 丁基甜菜碱底物,转化率达到 的 丁基甜菜碱底物 转化率达到80%,瑞士 瑞士 NobileS.等1986年报道了由土壤分离的农杆菌 年报道了由土壤分离的农杆菌HK47 等 年报道了由土壤分离的农杆菌 转化γ-丁基甜菜碱的研究 丁基甜菜碱的研究。 转化 丁基甜菜碱的研究。
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二、L-肉碱的应用 肉碱的应用
临床应用 保健应用 用于婴儿产品
用于运动饮品
应用方向
减肥健美食品 饲料添加剂
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三、L-肉碱的酶法合成 肉碱的酶法合成
酶不仅能大幅度提高反消旋速度，而且具有催化专一性和立体选 择性，在天然有机物化学合成方面具有其优势。酶转化法的底物 主要是3-脱氢肉碱、丁基甜菜碱、巴豆甜菜碱和D-肉碱。相应的 酶有肉碱脱水酶、巴豆甜菜碱脱氢酶、肉碱脱氢酶、肉碱消旋酶 等。 3.4 3.1 3.2 3.3
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3.2 L-脱氢肉碱的酶法转化 脱氢肉碱的酶法转化
这是较早进行酶法制备L-肉碱的方法， 这是较早进行酶法制备 肉碱的方法，法国石油研究所 肉碱的方法 1980年报道了这方面的研究。Jean-PaulV等用恶臭 年报道了这方面的研究。 年报道了这方面的研究 等用恶臭 假单胞菌提取的肉碱脱氢酶，转化β-脱氢肉碱 脱氢肉碱， 假单胞菌提取的肉碱脱氢酶，转化 脱氢肉碱，产率达 4.5%，转化率 ，转化率95%。此后 。此后SouppeJerome及 及 Oatrick等相继申报了几个专利，最好水平可以达到转化 等相继申报了几个专利， 等相继申报了几个专利 液产L-肉碱 肉碱8%左右（0.6M），转化率 左右（ ），转化率 液产 肉碱 左右 ），转化率95%，而且可 ， 以用超滤器回收菌体的方法进行连续生产， 以用超滤器回收菌体的方法进行连续生产，生产率达 1.67g/h.l[10]。但由于脱氢还原过程中需要昂贵的辅 。 酶NADH，不适宜于工业生产。为了解决此难点，有人 ，不适宜于工业生产。为了解决此难点， 报道了NADH再生方法和利用 再生方法和利用NADH的酶法脱氢制备 的酶法脱氢制备L报道了 再生方法和利用 的酶法脱氢制备 肉碱的研究。 肉碱的研究。
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3.1 DL-肉碱衍生物的酶法拆分 肉碱衍生物的酶法拆分
肉碱进行乙酰化， 将D,L-肉碱进行乙酰化，制备成酰胺、腈等的酯化物， 肉碱进行乙酰化 制备成酰胺、腈等的酯化物， 筛选动物、微生物中存在的酯酶、 筛选动物、微生物中存在的酯酶、酰胺酶或腈水解酶等进 行生物转化. 生物转化
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二、L-肉碱的功能 肉碱的功能
1
1959年，Fritz发现， 肉碱在脂肪酸的β-氧 化过程中起重要作用。
2
L-肉碱最重要的功能 是促进脂肪酸的β-氧 化，降低血清胆固醇 及甘油三脂的含量， 提高机体的耐受力。
3
L-肉碱还具有解毒酰 基残留物、参与支链 氨基酸代谢、调节糖 原生成和促进ATP转 运等生理作用。
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3.3反式巴豆甜菜碱的酶法水解 反式巴豆甜菜碱的酶法水解
反式巴豆甜菜碱是生物合成L-肉碱的一种代谢途径的前 反式巴豆甜菜碱是生物合成 肉碱的一种代谢途径的前 据研究报道，很多微生物中具有这种水解酶， 体。据研究报道，很多微生物中具有这种水解酶，能够水 解巴豆甜菜碱生成L-肉碱 肉碱， 解巴豆甜菜碱生成 肉碱，其中产酶活力较高的菌株有 变形杆菌、大肠杆菌、假单胞菌、柠檬酸杆菌等， 变形杆菌、大肠杆菌、假单胞菌、柠檬酸杆菌等，某些霉 菌、酵母、放线菌亦有产此酶能力。这种转化方法有其独 酵母、放线菌亦有产此酶能力。 特优点，底物便宜，且可利用拆分废物D-肉碱进行脱水 特优点，底物便宜，且可利用拆分废物 肉碱进行脱水 制备，但一般菌株均不耐巴豆甜菜碱，产物含量偏低， 制备，但一般菌株均不耐巴豆甜菜碱，产物含量偏低，且 转化率偏低， 转化率偏低，仅40～50%。残余底物巴豆甜菜碱又难 ～ 。 以分离回收，影响成本，影响产品质量。 以分离回收，影响成本，影响产品质量。
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一、L-肉碱的理化性质 肉碱的理化性质
L-肉碱是肉碱左（L-型）、右（D-型）旋异构体之一。 肉碱是肉碱左（ 型）、右 肉碱是肉碱左 型 旋异构体之一。 由于右旋肉碱对肉碱已酰转移酶和肉碱脂酰转移酶有抑制 作用，使右旋肉碱已酰转移酶失活， 作用，使右旋肉碱已酰转移酶失活，所以动物体内只有左 旋肉碱具有生理活性。 旋肉碱具有生理活性。 L-肉碱的化学结构与胆碱和甜菜碱的结构相似，其分子 肉碱的化学结构与胆碱和甜菜碱的结构相似， 肉碱的化学结构与胆碱和甜菜碱的结构相似 量为161.2，化学名为L-β-羟-γ-三甲铵丁酸。L-肉碱 ，化学名为 三甲铵丁酸。 肉碱 量为 羟 三甲铵丁酸 含有一个可供脂肪酸酯化的羟基。 含有一个可供脂肪酸酯化的羟基。 L-肉碱在 肉碱在200℃以上仍稳定，其饱和键和极性官能团有 肉碱在 ℃以上仍稳定， 良好的水溶性和吸湿性。 良好的水溶性和吸湿性。
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1991年瑞士 年瑞士KullaH.报道了其突变株 报道了其突变株HK1349在400L 年瑞士 报道了其突变株 在 反应器的中式规模下,细胞循环方法连续转化 细胞循环方法连续转化γ-丁基甜菜 反应器的中式规模下 细胞循环方法连续转化 丁基甜菜 碱底物制备L-肉碱的结果 肉碱的结果,产 肉碱达到 肉碱达到60g/L,转化率 碱底物制备 肉碱的结果 产L-肉碱达到 转化率 95%以上 连续数周生产性能不减 此方法转化率高 产物 以上,连续数周生产性能不减 此方法转化率高,产物 以上 连续数周生产性能不减,此方法转化率高 分离容易,纯度亦高 纯度亦高。 肉碱作为一种近年上市的 肉碱作为一种近年上市的、 分离容易 纯度亦高。L-肉碱作为一种近年上市的、新型 的机能性食品添加剂、降血脂新药具有相当大的市场潜力， 的机能性食品添加剂、降血脂新药具有相当大的市场潜力， 且随着饲料工业和生物技术的发展， 一肉碱将有很好的 且随着饲料工业和生物技术的发展，L一肉碱将有很好的 发展前景。作为一种安全营养素， 肉碱对维持动物正 发展前景。作为一种安全营养素，L-肉碱对维持动物正 常生理功能具有非常重要的作用。我国目前L-肉碱仍需 常生理功能具有非常重要的作用。我国目前 肉碱仍需 要进口，国内L-肉碱问世以后 将部分或完全替代进口， 肉碱问世以后， 要进口，国内 肉碱问世以后，将部分或完全替代进口， 并进一步扩大其应用范围，推广前景十分看好。 并进一步扩大其应用范围，推广前景十分看好。
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L-肉碱的简介及其酶制备法
——李莉 ——李莉 杨乔乔 黄迅辰
主讲内容
1 2 3 4
L-肉碱的理化性质 肉碱的理化性质
L-肉碱的功能 肉碱的功能
L-肉碱的应用 肉碱的应用
L-肉碱的制备 肉碱的制备
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L-肉碱的简介 肉碱的简介
L-肉碱又称为肉毒碱（Carnitine,CN）。 肉碱又称为肉毒碱（ 肉碱又称为肉毒碱 ）。 1905年，Krimberg首先在肌肉中发现了肉碱。 首先在肌肉中发现了肉碱。 年 首先在肌肉中发现了肉碱 1927年Tomita等证实其分子结构为 等证实其分子结构为L-β-羟年 等证实其分子结构为 羟 γ-三甲铵丁酸。1948年，F r a e n e a l在研 三甲铵丁酸。 年 在研 三甲铵丁酸 究黄粉虫（ 究黄粉虫（Tenebrio）对营养的需求时发现， ）对营养的需求时发现， 它们不能在蛋白质、碳水化合物、 它们不能在蛋白质、碳水化合物、矿物质和所有 已知维生素的合成复合体中存活， 已知维生素的合成复合体中存活，他认为昆虫体 内及幼虫发育过程中需要另外一种生长因子， 内及幼虫发育过程中需要另外一种生长因子，称 之为维生素BT。1952年，Carter证实，维生 之为维生素 。 年 证实， 证实 即为肉碱。 素BT即为肉碱。 即为肉碱
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三、L-肉碱的酶制备法 肉碱的酶制备法
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3.4 γ-丁基甜菜碱的酶法羟化 丁基甜菜碱的酶法羟化
γ-丁基甜菜碱是 肉碱生物合成的直接前体。动物体内 丁基甜菜碱是L-肉碱生物合成的直接前体 丁基甜菜碱是 肉碱生物合成的直接前体。 由赖氨酸、甲硫氨酸等物质生物合成ε-三甲基 三甲基-β-羟基赖 由赖氨酸、甲硫氨酸等物质生物合成 三甲基 羟基赖 氨酸,再由醛缩酶 醛氧化酶合成γ-丁基甜菜碱 再由醛缩酶、 丁基甜菜碱,最后由羟 氨酸 再由醛缩酶、醛氧化酶合成 丁基甜菜碱 最后由羟 化酶转化为L-肉碱 早在1967年LindstedtG.报道了 肉碱。 化酶转化为 肉碱。早在 年 报道了 鼠肝羟化酶转化γ-丁基甜菜碱制备肉碱的研究 丁基甜菜碱制备肉碱的研究,并报道假 鼠肝羟化酶转化 丁基甜菜碱制备肉碱的研究 并报道假 单胞菌有类似的机理。 年意大利CavazzaC.报道 单胞菌有类似的机理。1982年意大利 年意大利 报道 了粗糙链孢霉孢子经过超生波破碎作酶液,转化 转化2了粗糙链孢霉孢子经过超生波破碎作酶液 转化 14mmol的γ-丁基甜菜碱底物 转化率达到 丁基甜菜碱底物,转化率达到 的 丁基甜菜碱底物 转化率达到80%,瑞士 瑞士 NobileS.等1986年报道了由土壤分离的农杆菌 年报道了由土壤分离的农杆菌HK47 等 年报道了由土壤分离的农杆菌 转化γ-丁基甜菜碱的研究 丁基甜菜碱的研究。 转化 丁基甜菜碱的研究。
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二、L-肉碱的应用 肉碱的应用
临床应用 保健应用 用于婴儿产品
用于运动饮品
应用方向
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三、L-肉碱的酶法合成 肉碱的酶法合成
酶不仅能大幅度提高反消旋速度，而且具有催化专一性和立体选 择性，在天然有机物化学合成方面具有其优势。酶转化法的底物 主要是3-脱氢肉碱、丁基甜菜碱、巴豆甜菜碱和D-肉碱。相应的 酶有肉碱脱水酶、巴豆甜菜碱脱氢酶、肉碱脱氢酶、肉碱消旋酶 等。 3.4 3.1 3.2 3.3
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3.2 L-脱氢肉碱的酶法转化 脱氢肉碱的酶法转化
这是较早进行酶法制备L-肉碱的方法， 这是较早进行酶法制备 肉碱的方法，法国石油研究所 肉碱的方法 1980年报道了这方面的研究。Jean-PaulV等用恶臭 年报道了这方面的研究。 年报道了这方面的研究 等用恶臭 假单胞菌提取的肉碱脱氢酶，转化β-脱氢肉碱 脱氢肉碱， 假单胞菌提取的肉碱脱氢酶，转化 脱氢肉碱，产率达 4.5%，转化率 ，转化率95%。此后 。此后SouppeJerome及 及 Oatrick等相继申报了几个专利，最好水平可以达到转化 等相继申报了几个专利， 等相继申报了几个专利 液产L-肉碱 肉碱8%左右（0.6M），转化率 左右（ ），转化率 液产 肉碱 左右 ），转化率95%，而且可 ， 以用超滤器回收菌体的方法进行连续生产， 以用超滤器回收菌体的方法进行连续生产，生产率达 1.67g/h.l[10]。但由于脱氢还原过程中需要昂贵的辅 。 酶NADH，不适宜于工业生产。为了解决此难点，有人 ，不适宜于工业生产。为了解决此难点， 报道了NADH再生方法和利用 再生方法和利用NADH的酶法脱氢制备 的酶法脱氢制备L报道了 再生方法和利用 的酶法脱氢制备 肉碱的研究。 肉碱的研究。
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3.1 DL-肉碱衍生物的酶法拆分 肉碱衍生物的酶法拆分
肉碱进行乙酰化， 将D,L-肉碱进行乙酰化，制备成酰胺、腈等的酯化物， 肉碱进行乙酰化 制备成酰胺、腈等的酯化物， 筛选动物、微生物中存在的酯酶、 筛选动物、微生物中存在的酯酶、酰胺酶或腈水解酶等进 行生物转化. 生物转化
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二、L-肉碱的功能 肉碱的功能
1
1959年，Fritz发现， 肉碱在脂肪酸的β-氧 化过程中起重要作用。
2
L-肉碱最重要的功能 是促进脂肪酸的β-氧 化，降低血清胆固醇 及甘油三脂的含量， 提高机体的耐受力。
3
L-肉碱还具有解毒酰 基残留物、参与支链 氨基酸代谢、调节糖 原生成和促进ATP转 运等生理作用。
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3.3反式巴豆甜菜碱的酶法水解 反式巴豆甜菜碱的酶法水解
反式巴豆甜菜碱是生物合成L-肉碱的一种代谢途径的前 反式巴豆甜菜碱是生物合成 肉碱的一种代谢途径的前 据研究报道，很多微生物中具有这种水解酶， 体。据研究报道，很多微生物中具有这种水解酶，能够水 解巴豆甜菜碱生成L-肉碱 肉碱， 解巴豆甜菜碱生成 肉碱，其中产酶活力较高的菌株有 变形杆菌、大肠杆菌、假单胞菌、柠檬酸杆菌等， 变形杆菌、大肠杆菌、假单胞菌、柠檬酸杆菌等，某些霉 菌、酵母、放线菌亦有产此酶能力。这种转化方法有其独 酵母、放线菌亦有产此酶能力。 特优点，底物便宜，且可利用拆分废物D-肉碱进行脱水 特优点，底物便宜，且可利用拆分废物 肉碱进行脱水 制备，但一般菌株均不耐巴豆甜菜碱，产物含量偏低， 制备，但一般菌株均不耐巴豆甜菜碱，产物含量偏低，且 转化率偏低， 转化率偏低，仅40～50%。残余底物巴豆甜菜碱又难 ～ 。 以分离回收，影响成本，影响产品质量。 以分离回收，影响成本，影响产品质量。
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一、L-肉碱的理化性质 肉碱的理化性质
L-肉碱是肉碱左（L-型）、右（D-型）旋异构体之一。 肉碱是肉碱左（ 型）、右 肉碱是肉碱左 型 旋异构体之一。 由于右旋肉碱对肉碱已酰转移酶和肉碱脂酰转移酶有抑制 作用，使右旋肉碱已酰转移酶失活， 作用，使右旋肉碱已酰转移酶失活，所以动物体内只有左 旋肉碱具有生理活性。 旋肉碱具有生理活性。 L-肉碱的化学结构与胆碱和甜菜碱的结构相似，其分子 肉碱的化学结构与胆碱和甜菜碱的结构相似， 肉碱的化学结构与胆碱和甜菜碱的结构相似 量为161.2，化学名为L-β-羟-γ-三甲铵丁酸。L-肉碱 ，化学名为 三甲铵丁酸。 肉碱 量为 羟 三甲铵丁酸 含有一个可供脂肪酸酯化的羟基。 含有一个可供脂肪酸酯化的羟基。 L-肉碱在 肉碱在200℃以上仍稳定，其饱和键和极性官能团有 肉碱在 ℃以上仍稳定， 良好的水溶性和吸湿性。 良好的水溶性和吸湿性。
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1991年瑞士 年瑞士KullaH.报道了其突变株 报道了其突变株HK1349在400L 年瑞士 报道了其突变株 在 反应器的中式规模下,细胞循环方法连续转化 细胞循环方法连续转化γ-丁基甜菜 反应器的中式规模下 细胞循环方法连续转化 丁基甜菜 碱底物制备L-肉碱的结果 肉碱的结果,产 肉碱达到 肉碱达到60g/L,转化率 碱底物制备 肉碱的结果 产L-肉碱达到 转化率 95%以上 连续数周生产性能不减 此方法转化率高 产物 以上,连续数周生产性能不减 此方法转化率高,产物 以上 连续数周生产性能不减,此方法转化率高 分离容易,纯度亦高 纯度亦高。 肉碱作为一种近年上市的 肉碱作为一种近年上市的、 分离容易 纯度亦高。L-肉碱作为一种近年上市的、新型 的机能性食品添加剂、降血脂新药具有相当大的市场潜力， 的机能性食品添加剂、降血脂新药具有相当大的市场潜力， 且随着饲料工业和生物技术的发展， 一肉碱将有很好的 且随着饲料工业和生物技术的发展，L一肉碱将有很好的 发展前景。作为一种安全营养素， 肉碱对维持动物正 发展前景。作为一种安全营养素，L-肉碱对维持动物正 常生理功能具有非常重要的作用。我国目前L-肉碱仍需 常生理功能具有非常重要的作用。我国目前 肉碱仍需 要进口，国内L-肉碱问世以后 将部分或完全替代进口， 肉碱问世以后， 要进口，国内 肉碱问世以后，将部分或完全替代进口， 并进一步扩大其应用范围，推广前景十分看好。 并进一步扩大其应用范围，推广前景十分看好。
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L-肉碱的简介及其酶制备法
——李莉 ——李莉 杨乔乔 黄迅辰
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1 2 3 4
L-肉碱的理化性质 肉碱的理化性质
L-肉碱的功能 肉碱的功能
L-肉碱的应用 肉碱的应用
L-肉碱的制备 肉碱的制备
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L-肉碱的简介 肉碱的简介
L-肉碱又称为肉毒碱（Carnitine,CN）。 肉碱又称为肉毒碱（ 肉碱又称为肉毒碱 ）。 1905年，Krimberg首先在肌肉中发现了肉碱。 首先在肌肉中发现了肉碱。 年 首先在肌肉中发现了肉碱 1927年Tomita等证实其分子结构为 等证实其分子结构为L-β-羟年 等证实其分子结构为 羟 γ-三甲铵丁酸。1948年，F r a e n e a l在研 三甲铵丁酸。 年 在研 三甲铵丁酸 究黄粉虫（ 究黄粉虫（Tenebrio）对营养的需求时发现， ）对营养的需求时发现， 它们不能在蛋白质、碳水化合物、 它们不能在蛋白质、碳水化合物、矿物质和所有 已知维生素的合成复合体中存活， 已知维生素的合成复合体中存活，他认为昆虫体 内及幼虫发育过程中需要另外一种生长因子， 内及幼虫发育过程中需要另外一种生长因子，称 之为维生素BT。1952年，Carter证实，维生 之为维生素 。 年 证实， 证实 即为肉碱。 素BT即为肉碱。 即为肉碱