甜菜碱的合成及产品提纯的新方法

２２河北化工２００６年第２期

甜菜碱（Ｂｅｔａｉｎｅ）是具有Ｒ－（ＣＨ３）２Ｎ＋ＣＨ２ＣＯＯ－结构化合物的总称。较常见的如十八烷基甜菜碱，它是用途广泛的两性表面活性剂；还有Ｎ，Ｎ，Ｎ－三甲基甘

胺酸内盐，又称三甲胺乙内酯或甜菜素，是一种季胺型水溶性生物碱，因最初从甜菜中提取而得名，广泛地存在于动植物体内，是良好的饲料及食品添加剂。本文着重讲述Ｎ，Ｎ，Ｎ－三甲基甘胺酸内盐，它在动物代谢中起着相当重要的作用，具有作为甲基供体促进动物脂肪代谢，调节渗透压，增进食欲，稳定维生素，预防球虫病，提高饲料利用率等多种功效。最近几年，随着生物制药技术的不断进步，人们又发现甜菜碱在生物发酵过程中起着重要作用，它代替氯化胆碱和蜂蜜作为细菌生长的培养基，可以使发酵效果明显提高，从而大大改善了药品的质量和制造成本。

１生产现状及市场前景

甜菜碱在１９世纪末被发现后，长期以来人们主要集中在如何从甜菜中进行提取的研究上，各地生产规模也不大，一直到上世纪７０年代才在芬兰出现了专门进行研究、生产及销售饲料用甜菜碱的ＣＡＬＴＥＲ公司。其他各国也曾进行过在化工、医药、及农药等方面的应用性研究，并取得了一定的进展。目前欧美国家已把甜菜碱作为要推广的重要饲料添加剂品种之一，大量应用于养殖业。我国对这一产品的开发利用也是从制糖业和饲料加工业开始的，八一糖厂和珧南制药厂分别于上世纪７０年代末从废蜜中以离子交换柱法提取出甜菜碱。此后，沈阳石油化工研究院研究开发出以甜菜、糖蜜、盐酸、液氨、烧碱为原料，采用膜分离技术提取甜菜碱的技术路线，已通过省级技术鉴定，达到国内领先水平。中科院新疆化学

研究所又相继开发出从酒醪中分离甜菜碱的新工

艺，采用的是离子交换二床法和三床法，该工艺设备简单，成本低，生产的甜菜碱产品不需要精制即可达到医药级产品的纯度。化学合成法最早是在中国农科院饲料研究所开发成功的，并申请了国家专利，其分离方法是离子交换柱法，目前，合成甜菜碱的分离方法几乎都是离子交换柱法。

甜菜碱在饲料添加剂方面的应用早已被人们所认识和推广，且有不断增长的趋势。在国外，甜菜碱作为饲料添加剂的需求量每年上升８％，其作为食品添加剂也已在澳大利亚、美国等国家被人们所接受。在化妆品行业，其保湿性能也得到一定程度的应用。在我国，甜菜碱的需求量也逐年提高，据饲料行业提供的２０００年统计数字，我国用于饲料添加剂的甜菜碱总需求量为４０００ｔ／ａ，并以每年５％的速度增长。

最近几年，随着制药行业发酵技术的不断进步，国内个别制药企业已经掌握了利用甜菜碱进行生物发酵技术，并已应用于生产，效果显著。这标志着甜菜碱已经走进制药行业。所以，甜菜碱的市场前景非常广阔。

２传统生产方法２．１天然提取法

天然甜菜碱取自于制糖废液，一般是用离子交换提取法和离子排斥提取法。离子交换提取法是将稀释的废糖液流经离子交换树脂，留下其中的甜碱，使氨基酸及金属盐与其他成分分离。然后用稀氨水洗脱甜菜碱，回收率达７０％。

离子排斥提取法是将稀释的废糖蜜通过填充有聚苯乙烯—二乙烯苯的色谱柱中分离，柱温在８０℃左右，料液流速接近色谱系统临界速度，用水洗脱色谱分离柱时，盐、糖及甜菜碱依次洗脱得以分离，收

甜菜碱的合成及产品提纯的新方法

（河北化工医药职业技术学院工厂，河北

石家庄０５００３１）

王建辉

［摘

要］在介绍甜菜碱市场现状，

发展前景及传统生产方法的基础上，重点论述了萃取结晶法生产甜菜碱的原理、特点、萃取剂的选择等，证明萃取结晶法提纯甜菜碱是可行的。

［关键词］甜菜碱；合成；提纯；新方法［中图分类号］ＴＱ４２３．３＋１

［文献标识码］Ａ

［文章编号］１００３－５０９５（２００６）０２－００２２－０２

［收稿日期］２００５－１０－２０

［作者简介］王建辉（１９６６－），男，讲师，工程师，从事化工、机械

方面的教学、科研及管理工作。

２３

王建辉：甜菜碱的合成及产品提纯的新方法集到的甜菜碱流体经蒸发、结晶、分离得到纯度９８％的甜菜碱。该方法具有生产成本低，无环境污染，无

须耐腐蚀设备的优点，但回收率只有７０％。另一种提取甜菜碱的方法是在离子交换过程中酸化处理，得到易于保存的甜菜碱的盐酸产品（又称盐酸甜菜碱）。２．２

化学合成法

化学合成法生产甜菜碱是用三甲胺与氯乙酸钠

进行反应，制成甜菜碱与氯化钠的水溶液，然后用适当的方法将其分离从而得到产品。目前，国内合成甜菜碱的生产厂家均采用这一工艺路线，该方法虽然只有两步反应，但第二步的合成反应机理较为复杂。影响因素也较多，不易控制，有必要进一步研究。另一工艺路线，是用胆碱盐经氧化获得甜菜碱，该方法已有国外公司在中国申请了技术专利。３

甜菜碱的分离

天然甜菜碱的分离过程就是甜菜碱的提取过程，关于这方面的研究及报道很多。主要有离子交换法、简单蒸馏法。由于甜菜碱属两性表面活性剂，使得上述两种方法都有一定的缺点。为此，我们选择了甜菜碱的合成及分离这个研究课题。３．１萃取结晶法生产甜菜碱

萃取结晶的原理是利用被分离物质与溶剂间相互作用的差异，通过改变溶液的性质来选择溶解一种组分，而使另一种组分从溶液中晶析出来。其特点为：（１）萃取结晶是将萃取和结晶合二为一的过程，设备简单，操作方便，产品纯度高。（２）萃取结晶将萃取和结晶的优点结合起来，减少了平衡级的数量。过程效果增加。（３）对于许多难以分离的混合物系，如同分异构物系、共沸物、热敏性物系等．使用传统的精馏分离方法难以奏效，用萃取结晶的方法常常能够解决。（４）作为一个分离过程，萃取结晶与其他的分离方法（如精馏、吸收、吸附等）相比，能量消耗低，因为结晶热一般仅是蒸发潜热的１／３—２／３，并且可以在较低的温度下进行。对设备材质要求低，操作安全。一般没有毒气或废气逸出，有利于环保。３．２萃取剂的选择

萃取结晶的关键是萃取剂的选择，它对结晶设备的要求，工艺条件的复杂性，生产成本，产品的外观及纯度有很大的影响。萃取结晶的溶剂应满足以

下条件：（１）溶剂的沸点应比结晶物质的熔点低。

（２）溶剂不能和结晶的物质发生化学反应。（３）溶剂最好是无色的，纯度要高，粘度要低。（４）溶剂的沸点不宜太低，以免溶剂的蒸发量过大，引起溶解度的变化，但也不宜过高，否则会给溶剂的回收带来困难。（５）溶剂在操作温度下不能发生分解、氧化，最好不腐蚀设备。（６）尽量无毒，不易燃。（７）溶剂对目的组分和非目的组分的溶解度差异尽量大。（８）对于醇类和其他溶剂都可以用的情况下，一般选用醇类溶剂所得的产品纯度高。显然，上述条件都完全满足的溶剂是很难选取的，我们要根据不同的分离目的和工艺来有所取舍。我们建议用醇类溶剂。４合成甜菜碱反应条件的研究

基本的合成反应：

ＣｌＣＨ２ＣＯＯＨ＋ＮａＯＨ—→ＣｌＣＨ２ＣＯＯＮａ＋Ｈ２Ｏ

ＣｌＣＨ２ＣＯＯＮａ＋Ｎ（ＣＨ３）３—→（ＣＨ３）３Ｎ＋ＣＨ２ＣＯＯ－

＋ＮａＣｌ

（１）温度经过反复实验，得出温度升高可以加快反应速度，但却降低了反应物三甲胺的利用率和产品的收率。

（２）溶液ｐＨ的影响中和反应后的ｐＨ值越高，合成反应速率越慢，甜菜碱收率也越低。

（３）溶剂不同对反应的影响可在反应生成物水溶液中加入甲醇等极性的醇类，以析出更多氯化钠。５甜菜碱的产品提纯

通过上述两部分的研究，在选择分离方法时，我们倾向于萃取结晶法提纯甜菜碱。向含有甜菜碱和氯化钠的水溶液中加入醇类溶剂，如甲醇。根据该溶剂对甜菜碱和氯化钠溶解性上的差异，使得甜菜碱和氯化钠得以分离。工艺流程为：向合成反应生成的混合溶液中加入溶剂后进入结晶器，析出氯化钠，之后进入过滤器分离出氯化钠。过滤后的母液进入溶剂回收塔，回收其中的溶剂，溶剂挥发后形成过饱和溶液，再结晶，析出甜菜碱，再过滤，得到甜菜碱晶体。

通过实验，证明用萃取结晶法提纯甜菜碱是可行的。

［参考文献］

［１］满晨．甜菜碱的制备和应用［Ｊ］．化工科技市场，２００１，（７）．

［２］柳

恒．三甲胺乙内酯的合成［Ｊ］．陕西化工，１９９９，（３）．

［３］田宝顺．甜菜碱的提取分离及测定方法的研究概况［Ｊ］．延边医

学院学报，１９９６，１９（１）．

（ＨｅｂｅｉＣｈｅｍｉｃａｌ＆ＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉａｌＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００３１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｉｓａｇｏｏｄｍａｒｋｅｔｆｏｒｂｅｔａｉｎｅ，Ｓｏｉｔｓｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｈａｖｅｃａｐｔｕｒｅｄｐｅｏｐｌｅ＇ｓａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓａｉｍｔｏｆｉｎｄａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｗａｙｔｏｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｍｏｓｔｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｉｎｔｅｒｆｉｘｋｎｏｗｌｅｄｇｅａｂｏｕｔｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｉｎｇｂｅｔａｉｎｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｅｔａｉｎ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｎｅｗｍｅｔｈｏｄ

ＴｈｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＢｅｔａｉｎｅａｎｄＡＮｅｗＭｅｔｈｏｄｏｆＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ

ＷＡＮＧＪｉａｎ－ｈｕｉ