氨基酸类药物的生产
氨基酸类药物
27
(一) 水解法
胱氨酸结构
28
L-胱氨酸－工艺路线
水解、中和、粗制、精制
29
L-胱氨酸－工艺讨论
（1）影响毛发蛋白水解的因素
酸的用量、水解时间、水解温度。
* R CH COOH NH2
3
α-氨基酸的构型
除Gly外，分子中α-碳均为手性碳原子，有旋光异构体。 构型习惯上采用D/L法标记。不论含几个手性碳原子，以 α-碳的构型为准。
COOH H NH2 R
D-α-氨基酸
COOH H2N H R
L-α-氨基酸
COOH H 2N H CH 3
L-α-丙氨酸
17
(三) 氨基酸及其衍生物在医药中应用
5.用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物
偶氮丝氨酸，氯苯丙氨酸，磷天冬氨酸及重氮
氧代正亮氨酸等。
偶氮丝氨酸用于治疗急性白血病及霍奇金病.氯
苯丙氨酸用于治疗肿瘤综合症,减轻症状.磷天冬氨 酸用于治疗B16黑色素瘤及Lewis肺癌.重氮氧代正 亮氨酸用于治疗急性白血病.
O2N F Sanger试 剂 （ DNFB）
NO2
NO2 （ DNP ）
H2O2 或 KMnO4 , 酶
RCCO2H NH 亚 基 氨 酸
H2O
NH3 + RCCO2H （ 催 下 蛋 质 解 酶 化 的 白 分 代 的 要 程 谢 重 过 ） O
11
3．氨基酸羧基的反应
OH
-
RCH CO2 NH2
生物制药工艺学 氨基酸类药物-氨基酸的生产方法 讲义
第二章氨基酸类药物第二节氨基酸的生产方法掌握直接发酵生产氨基酸的操作要点；通过赖氨酸发酵生产的工艺过程，熟悉赖氨酸的发酵生产和产品的分离纯化工艺过程教学基本内容：2.2 直接发酵法2.2.1 直接发酵法的原理工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。
初生氨基酸：微生物通过固氮作用、硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。
次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸。
大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。
有些氨基酸可以以有机化合物和氨盐为前体，在相应酶作用下而产生。
发酵法中氨基酸的碳链主要来自糖代谢中间产物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸、赤藓糖-4-磷酸、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸、3-磷酸甘油酸及分枝酸等。
2.2.2 直接发酵法分类按照生产菌株的特性，直接发酵法可分为5类：1. 使用野生型菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸的发酵生产；2. 使用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如赖氨酸（高丝氨酸缺陷）、亮氨酸（苯丙氨酸缺陷）等；3. 由氨基酸结构类似物抗性突变株生产氨基酸，如赖氨酸（S-（2-氨基乙酸）-L-半胱氨酸（AEC）等；4. 使用营养缺陷型兼抗性突变株生产氨基酸，如高丝氨酸（蛋氨酸、赖氨酸缺陷，α-氨基-β-羟基戊酸AHV抗性）等；5. 以氨基酸的中间产物为原料，用微生物将其转化为相应的氨基酸，这一方法主要用于很难避开其反馈调节机制，而难以用直接发酵法生产的氨基酸。
如现已成功地用邻氨基苯甲酸作为前体物生产L-色氨酸，用甘氨酸作为前体工业化生产L-丝氨酸。
发酵法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制与灭菌处理，菌种诱变与选育，菌种培养、灭菌及接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。
氨基酸类药物的发酵生产—谷氨酸的发酵生产
生物素的来源：氨基酸生产上可以作为生物素来源的原料 有玉米浆、麸皮水解液、糖蜜及酵母水解液等，通常选取 几种混合使用。例如，许多工厂选择纯生物素、玉米浆、 糖蜜这三种物质来配制培养基。各种原料来源及加工工艺 不同，所含生物素的量不同。玉米浆含生物素500μg/kg， 麸皮含生物素300μg/kg，甘蔗糖蜜含生物素1500μg/kg。
操作简单 周期长，占地面积大。
直接常温等电点法工艺流程
发酵液
起晶中和点（pH4-4.5) 育晶（2h）
盐酸
菌体及细小的 谷氨酸晶体
等电点搅拌pH3-3.22 静置沉降4-6h 离心分离
成品
母液
干燥
湿谷氨酸晶体
2、离子交换法
可用阳离子交换树脂来提取吸附在树脂上的谷氨 酸阳离子，并可用热碱液洗脱下来，收集谷氨酸 洗脱流分，经冷却、加盐酸调pH 3.0～3.2进行结 晶，之后再用离心机分离即可得谷呈棒形或短杆形； 革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢；不能运动； 需氧性的微生物； 生物素缺陷型； 脲酶强阳性； 不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；
发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变； 二氧化碳固定反应酶系强； 异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱； α-酮戊二酸氧化能力微弱； 柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活
有机氮丰富有利于长菌，因此谷氨酸发酵前期要 求一定量的有机氮，通常在基础培养基中加入适 量的有机氮，在发酵过程中流加尿素、液氨或氨 水来补充无机氮。
（3）无机盐
磷酸盐 ：工业生产上可用K2HPO4·3H2O、KH2PO4、 Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O等磷酸盐，也可用磷酸。 过高：代谢转向合成缬氨酸。 过低：菌体生长缓慢。
氨基酸生产
25.2 氨基酸发酵的代谢控制与育种 25.2.2生产中代谢控制的措施
1、控制发酵的环境条件
氨基酸发酵受菌种的生理特性和环境条件的影响，对专性 需氧菌来说环境条件的影响更大。 谷氨酸产生菌因环境条件的影响会引起发酵的转换，生成各 种不同的产物。
25.2 氨基酸发酵的代谢控制
溶解氧：乳酸或琥珀酸←→谷氨酸←→α－酮戊二酸
25.1 概述
氨基酸的生产方法
1、发酵法 （1）直接发酵
第一类用野生菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如 谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸。
第二类用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨 基酸，如谷氨酸棒状杆菌的高丝氨酸缺陷型生产赖氨酸； 酪氨酸缺陷型生产苯丙氨酸；苯丙氨酸缺陷型生产亮氨酸； 亮氨酸缺陷型生产缬氨酸。
25.1 概述
氨基酸的国内外生产概况
日本和德国为世界主要氨基酸生产国。日本的 味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生 产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸，可直接 用于输液制剂的生产。日本在美国、法国等建立了 合资的氨基酸生产厂家，生产氨基酸和天冬甜精等 衍生物。
25.1 概述
氨基酸的国内外生产概况
25.1 概述
氨基酸的生产方法
第三类用抗氨基酸结构类似物突变株，如利用乳糖发酵
短杆菌 的S-(2-氨基乙基）-L-半胱氨酸（AEC,赖氨酸结构类食物） 抗性菌株生产赖氨酸。利用黄色短杆菌的5-甲基色氨酸（5-MT，酪 氨酸结构类似物）抗性菌株生产酪氨酸。
第四类抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型 菌株，如利用乳糖发酵短杆菌的抗AEC腺嘌呤、鸟 嘌呤缺陷型生产赖氨酸。
氨基酸的应用
1、食品工业：营养强化剂；鲜味剂；甜味剂。 2、饲料工业：营养强化剂。 3、医药工业：氨基酸输液；氨基酸衍生物；氨基 酸盐。 4、化学工业：洗涤剂；护肤品；人造革。 5、农业：无公害农药。
氨基酸提取与制备
氨基酸提取与制备发布时刻:2006/12/20 16:03:00 文章来源:科技文献氨基酸提取与制备氨基酸的生产方式有4种：经典的提取法、化学合成法、微生物发酵法和酶法。
提取法是最先进展起来的，是生产氨基酸的最大体方式。
所谓提取法是指蛋白质或以含有蛋白质的物料为原料，经酸、碱、或酶水解以后提纯氨基酸的方式。
初期提取法是成立在溶剂抽提、等电点结晶和沉淀剂分离的基础上。
随着离子互换树脂的应用，使氨基酸的分离更为容易，简化了提炼工序，缩短了操作时刻，提高了氨基酸收率。
提取法的优势是原料来源丰硕，投产比较容易，但产量低，本钱高，三废较严峻。
在国外多数氨基酸生产已慢慢为微生物发酵法及化学合成法所取代。
在目前4种生产方式中，发酵法生产占主导地位。
酶拆分法也占相本地位。
化学合成法偏向于氨基酸衍生物的制备。
提取与分离是氨基酸生产的大体技术。
不管何种方式均有分离纯化工序。
即提纯也是提高氨基酸质量的关键步骤之一。
目前仍有必然数量品种如半胱氨酸、酪氨酸、羟脯氨酸、组氨酸、亮氨酸用提取方式生产，且占要紧的地位。
关于中国来讲，具有丰硕动物资源的角、骨、血、蹄、皮、毛发、羽毛及鱼鳞等，有待充分利用。
目前已综合利用的有人发、猪血、猪毛、羊毛、丝素丝胶、皮革边料、蚕蛹巢丝、水产品下脚料等。
提取法生产氨基酸要紧通过3个步骤。
即蛋白质水解、氨基酸提取分离及结晶精制。
氨基酸的生物活性及应用氨基酸是组成蛋白质的大体单元，也是合成机体抗体，激素和酶的原料，在人体内有特殊的生理功能，是维持生命现象的重要物质。
氨基酸以肽键结合而存在于各类功能与结构不同的蛋白质分子中。
蛋白质是生命的基础物质，它对机体的生长、维持、防御及生理功能极为重要。
迄今，氨基酸及其衍生物的品种超过100多种。
普遍地应用于食物、饲料、化工、农业及医药等方面。
氨基酸作为药物在医疗保健事业中是一类占有重腹地位和充满希望的分支。
由于人们对氨基酸普遍参与机体正常代谢和许多生理性能的熟悉不断加深，氨基酸代谢紊乱与疾病的关系和在防治某些疾病中的重要作用等，愈来愈被人们所注视。
氨基酸类药物—生化制药学
NHPG R CHCOCl
用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。
（ 4 ） 叠 氮 化 反 应
2) -羧基参与的反应
NHPG R CHCOOCH3
NHPG R CHCOONHNH2
NH2NH2
CH3OH
HNO3 H2O,N2
NHPG R CHCON3
用途：常作为多肽合成活性中间体。
（ 5 ） 脱 羧 反 应
氨基酸类药物
序
言
• 氨基酸是构成蛋白质的基本骨架，生物体 中众多蛋白质的生物功能都与构成蛋白质 的氨基酸种类、数量、排列序列有密切关 系，对于人体和动物维持机体的蛋白质动 态平衡有着重要的作用，故氨基酸的生产 和应用早就受到了人们的重视。1820，用 水解蛋白质获得了氨基酸
• 1850年在实验室内用化学合成法合成了氨 基酸。 • 1956年用微生物直接发酵糖类生产谷氨酸 获得成功，并运用到工业化大规模生产， 并认为是现代发酵工业的重大突破。
5）氨基酸的两性 + HCl
+ NaOH
+ H2O
-H pK1 '
+
-H pK2 '
+ 7 +H 0 兼性离子 等电点PI
+
PH 1 净电荷 +1 正离子
+H
+
10 -1 负离子
6)氨基酸的等电点
• • 在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负 极移动，即氨基酸处于两性离子状态。 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电 点是它的pK’1 和 pK’2的算术平均值： pI = (pK’1 + pK’2 )/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸， 其pI值也决定于两性离子两边的pK’值的算术平 均值。 酸性氨基酸：pI = (pK’1 + pK’R-COO- )/2 硷性氨基酸：pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2
生物化学作业氨基酸在医药领域的应用
氨基酸在医药产业的发展氨基酸是生物有机体的重要组成部分，在生命现象中起着至关重要的作用。
随着生物科学的进步，人类对生物体内的生理机能及代谢活动的了解，氨基酸在生物体内的重要生物机能越来越清楚。
氨基酸是生命机体之营养，生存和发展极为重要的物质，在生命体内物质代谢调控、信息传递方面扮演重要角色。
近30年来，在研究、开发和应用氨基酸方面均取得重大进展，在发现新氨基酸种类和数量方面已由60年代50种左右，到现在已突破400种。
在产量方面，60年代初世界氨基酸产量不过10万吨，现在已跃上百万吨，产值超百亿美元。
但与实际需求量还有较大距离，据专家们预计，到2000年年产值可望达到300亿美元。
氨基酸作为人类营养添加剂、调味剂、饲料添加剂、医药、农药等在食品工业、农业、畜牧业及人类健康、保健等诸多方面有着广泛的应用。
一、氨基酸类药物的基本概念（一）氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系必需氨基酸—人和哺乳动物自身不能合成，需要由食物供应，称为必需氨基酸。
赖氨酸，色氨酸，苯丙氨酸，蛋氨酸，苏氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，缬氨酸等8种。
（二）治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物谷氨酸及其盐酸盐，谷氨酰胺，乙酰谷酰胺铝，甘氨酸及其铝盐，硫酸甘氨酸铁，维生素U及组氨酸盐酸盐等。
（三）治疗肝病的氨基酸及其衍生物精氨酸盐酸盐，磷葡精氨酸，鸟天氨酸，谷氨酸钠，蛋氨酸，乙酰蛋氨酸，瓜氨酸，赖氨酸盐酸盐，及天冬氨酸等。
（四）治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物谷氨酸钙盐及镁盐，氢溴酸谷氨酸，色氨酸，5－羟色氨酸、左旋多巴等。
（五）用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物偶氮丝氨酸，氯苯丙氨酸，磷天冬氨酸及重氮氧代正亮氨酸等。
二、氨基酸类药物的生产方法一、水解法（一）基本原理1.蛋白质水解方法酸水解法、碱水解法、酶水解法2.氨基酸分离方法溶解度法、特殊试剂沉淀法、吸附法、离子交换法3.氨基酸精制方法结晶，重结晶（二）水解法过程L－胱氨酸的制备二、发酵法L－异亮氨酸的制备3）除菌体，酸化发酵结束后，发酵液加热至100℃并维持10min，冷却过滤，滤液加工业硫酸和草酸至pH3.5，过滤除沉淀。
氨基酸、多肽及蛋白质类药物
氨基酸、多肽及蛋白质类药物山东药品食品职业学院张慧婧第一部分氨基酸、多肽及蛋白质基本知识一、蛋白质基本知识蛋白质是一切生命的物质基础，是生物体的重要组成成分之一。
无论是病毒、细菌、寄生虫等简单的低等生物，还是植物、动物等复杂的高等生物，均含有蛋白质。
蛋白质占人体重量的16%～20%，约达人体固体总量的45%，肌肉、血液、毛发、韧带和内脏等都以蛋白质为主要成分的形式存在；植物体内蛋白质含量较动物偏低，但在植物细胞的原生质和种子中蛋白质含量较高，如大豆中蛋白含量约为38%，而黄豆中高达40%；微生物中蛋白质含量也很高，细菌中的蛋白质含量一般为50%～80%，干酵母中蛋白质含量也高达46．6%，病毒除少量核酸外几乎都由蛋白质组成，疯牛病的病原体——朊病毒仅由蛋白质组成。
这些不同种类的蛋白质，具有独特的生物学功能，几乎参与了所有的生命现象和生理过程，可以说一切生命现象都是蛋白质功能的表达。
1．生物催化作用作为生命体新陈代谢的催化剂——酶，是被认识最早和研究最多的一大类蛋白质，它的特点是催化生物体内的几乎所有的化学反应。
生物催化作用是蛋白质最重要的生物功能之一。
正是这些酶类决定了生物的代谢类型，从而才有可能表现出不同的各种生命现象。
2．结构功能第二大类蛋白质是结构蛋白，它们构成动、植物机体的组织和细胞。
在高等动物中，纤维状胶原蛋白是结缔组织及骨骼的结构蛋白，α-角蛋白是组成毛发、羽毛、角质、皮肤的结构蛋白。
丝心蛋白是蚕丝纤维和蜘蛛网的主要组成成分。
膜蛋白是细胞各种生物膜的重要成分，它与带极性的脂类组成膜结构。
3.运动收缩功能另一类蛋白质在生物的运动和收缩系统中执行重要功能。
肌动蛋白和肌球蛋白是肌肉收缩系统的两种主要成分。
细菌的鞭毛或纤毛蛋白同样可以驱动细胞作相应的运动。
4.运输功能有些蛋白质具有运输功能，属于运载蛋白，它们能够结合并且运输特殊的分子。
如脊椎动物红细胞中的血红蛋白和无脊椎动物的血蓝蛋白起运输氧的功能，血液中的血清蛋白运输脂肪酸，β-脂蛋白运输脂类。
氨基酸类药物的生产方法
③粗制 升温至65～70℃，搅拌半小时，加活性炭16kg， 于80～90℃保温半小时，滤除活性炭。调滤液至 pH4.8，静置结晶，吸出上清液后，底部沉淀经离心 甩干得胱氨酸粗品（Ⅱ）。
④精制 中和 升温至70℃，加活性炭1.5～2.5kg，85℃ 搅 拌 半 小 时 ， 过 滤 ， 加 1.5 倍 体 积 蒸 馏 水 ， 升 温 至 75 ～ 80℃ ， 搅 拌 下 用 12 ％ 氨 水 （ 化 学 纯 ） 中 和 至 pH3.5～4.0，析出结晶，滤取胱氨酸结晶，蒸馏水洗 至无氯离子，真空干燥得L-胱氨酸成品。
胱氨酸和酪氨酸均难溶于水，但在热水中酪氨酸 溶解度较大，而胱氨酸溶解度变化不大，故可将混合 物中胱氨酸、酪氨酸及其它氨基酸彼此分开。
（2）特殊试剂沉淀法 系采用某些有机或无机试剂与 相应氨基酸形成不溶性衍生物的分离方法。
如邻二甲苯-4-磺酸能与亮氨酸形成不溶性盐沉淀， 后者与氨水反应又可获得游离亮氨酸；
1、 目前全世界天然氨基酸的年总产量在百万吨左 右，其中产量较大者有谷氨酸、蛋氨酸及赖氨酸，其 次为天门冬氨酸、苯丙氨酸及胱氨酸等。它们主要用 于医药、食品、饲料及化工行业中。
2、 目前构成天然蛋白质的20种氨基酸的生产方法 有天然蛋白质水解法、发酵法、酶转化法及化学合成 法等四种。
3、 氨基酸及其衍生物类药物已有百种之多，但主 要是以20种氨基酸为原料经酯化、酰化、取代及成盐 等化学方法或酶转化法生产。
一、水解法
（一）基本原理与过程
以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过酸、 碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各 种药用氨基酸的方法称为水解法。
目前用水解法生产的氨基酸有L-胱氨酸、L-精氨 酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-组氨酸、L-脯氨酸 及L-丝氨酸等。
氨基酸类药物
2
微生物的代谢物
3
微生物菌体
精选ppt
13
海洋生物
1
海藻类：已知的海藻有1万多种
海洋动物类：腔肠动物类、节肢
2
动物类、 软体动物类、鱼类、
爬行动 物类、海洋哺乳动物类
3
海洋微生物：
精选ppt
14
齐考诺肽（ziconotide）
齐考诺肽（ziconotide） 最初由僧袍芋螺中提取， 现已人工合成，是一种 神经细胞钙通道阻断剂。 作为一种非阿片类镇痛 药物，用于治疗严重的 慢性神经性疼痛，其鞘 内注射剂经FDA批准于 2005年上市。
碱水解法：产物为D型氨基酸（消旋体，无活性）
（6mol/LNaOH或4mol/LBa(OH)2） 酶水解法：生产水解蛋白和蛋白胨，最温和
(蛋白水解酶)
精选ppt
23
（2）氨基酸的分离方法 溶解度法、特殊试剂法、吸附法、离子交换法 溶解度法：溶解度的差异 特殊试剂法：
邻二甲 4苯 磺酸 亮氨 酸 盐 氨 水 游离的亮氨酸 HgC2l组氨 酸 汞盐 处 理 游离的组氨酸 苯甲精 醛氨 酸 苯亚甲基 精 H 氨 C l 游 酸离的精氨酸
1、原理 特定酶作用下转化为相应的氨基酸。
精选ppt
29
2、酶转化法生产氨基酸的过程
前体制备（化学合成，生物合成，天然存在）
微生物、植 物细胞、动 物细胞或酶 进行固定化
生物反应器
﹢ 底物
合成
含氨基酸的反应液
氨基酸
精选ppt
30
3、L-天冬氨酸和L-丙氨酸的生产
（1） L-天冬氨酸和L-丙氨酸的性质
30℃）、发酵pH值（6.5～7.0）
C、发酵液的处理：先除去菌体和杂质离子，再对 发酵液进行提取
氨基酸生产技术及其应用
氨基酸生产技术及其应用的实际应用情况1. 应用背景氨基酸是构成蛋白质的基本结构单元，也是维持人体正常生理功能所必需的重要营养物质。
生产氨基酸的技术应用广泛，包括食品、医药、农业和工业等领域。
氨基酸的生产技术经过长时间的研究和发展，已经取得了巨大的突破和进展。
2. 应用过程2.1 传统氨基酸生产技术传统的氨基酸生产技术主要包括微生物发酵和化学合成两种方法。
2.1.1 微生物发酵法微生物发酵法是目前最常用的氨基酸生产技术之一。
其主要原理是通过筛选出产酶能力高、代谢特异性好的微生物，并在适当的培养基条件下将其培养和放大，使其产生大量氨基酸。
在培养基中添加适量的碳源、氮源、矿物盐和其他辅助成分，以提供微生物生长和代谢所需的营养物质。
通过优化培养基的配方和培养条件，如温度、pH值、搅拌速度和通气量等，可以提高微生物的产酶能力和氨基酸产量。
产出的氨基酸可以通过分离纯化等工艺步骤得到高纯度的产品。
常见的氨基酸生产菌种有谷氨酸菌、赖氨酸菌、色氨酸菌、蛋氨酸菌等，其中谷氨酸、赖氨酸和色氨酸是生产量较大的氨基酸。
需要注意的是，微生物发酵法虽然是传统的生产技术，但在实际应用中仍具有一定的局限性。
比如微生物的生长速度较慢、产酶能力和产量有限、生产成本较高等问题，限制了氨基酸生产规模和经济效益的提高。
2.1.2 化学合成法化学合成法是另一种常用的氨基酸生产技术。
它通过化学反应合成氨基酸，通常是利用丙酮氨酸或其他化合物作为合成的起始原料，并通过一系列的反应步骤将其转化为目标氨基酸。
化学合成法的优点在于反应过程相对简单，合成条件容易控制。
此外，由于合成原料的选择和反应条件的优化，可以实现对氨基酸结构和炮制等特性的调整，从而满足不同应用领域的需求。
然而，由于化学合成法涉及到一系列有机合成和分离纯化工艺，技术要求较高，反应步骤较多，且合成过程中可能会生成副产物和有害物质，对环境保护和人体健康存在潜在风险。
2.2 生物工程改良技术为了克服传统氨基酸生产技术的局限性，近年来生物工程改良技术得到了广泛应用。
氨基酸市场与生产分析
1.医药中间体市场对手性药物需求的日益增长也促进了药用氨基酸的增长，氨基酸及其衍生物成为合成手性药物的重要原料。
L-脯氨酸是胆矸酯抑剂（ACE）的合成原料。
D-苯苷氨酸和D-对羟基苯甘氨酸是合成新抗生素的原料。
L-缬氨酸是合成环孢菌素的原料。
L-苯甘氨是合成HIV蛋白酶抑制剂和抗肿瘤药物紫杉的重要原料。
位于日本大阪和美国纽约的KaneKa公司擅长于将合成中的生物转化和微生物拆分。
在新加坡设有年产1000吨的氨基酸工厂，生产的手性中间体包括β-内酰胺抗生素侧链D-苯甘氨酸和D-对羟基苯甘氨酸。
氨基酸在手性药物合成中的应用，使其成为世界新药研究和开发的新方向和热点之一。
2.肽类乳链菌肽乳链菌肽是从乳酸链球发酵中制备的一种多肽物质，对大部分革兰氏阳性菌有强烈的抑制作用。
近来发现乳链菌肽除了可以作为天然防腐剂外，还可以防治胃、十二指肠溃疡、口腔溃疡和皮肤病。
乳链菌肽发现得比较早，目前国际上对它的应用研究正方兴未艾。
谷胱甘肽谷胱甘肽（hlutathione，简称GSH牘是一种具有多种重要生理的功能的三肽。
谷胱甘肽能够作为多种酶反应的辅酶，对生物分子蛋白质的疏基有保护作用，可维持某些酶的活性。
此外还有防止脂质氧化、解毒、防止白内障发展和保护皮肤等作用。
临床上用于肝脏疾病、药物和重金属中毒的治疗，并可与抗癌药合用。
目前，谷胱甘肽在食品、医药等领域等日益受到人们的重视。
针对上述情况，世界主要的氨基酸制造商如Kyowa、A jino moto和Deggusa等都相继投巨资于氨基酸的研究与开发，仅Kyowa1998年的氨基酸研究与开发就耗费达1.9亿美元，而GSH是其重点产品之一，Kyowa目前是GSH主要供应商。
3.多聚氨基酸上世纪90年代世界工业的一大新趋向是：开发“绿色化学产品”（即对环境无害的化工产品）。
聚合氨基酸系列产品已在“绿色化学产品”中崭新露头角。
日本是世界上最大氨基酸生产国与输出国。
日本科学家在聚合氨基酸的研究开发方面已领先于世界。
生物制药工艺学-氨基酸类药物
酪氨酸
Br2/H2O
Br HO
Br
NH3+ CH2 CH CO2-
NH3+
CH2 CH CO2-
苯丙氨酸
HNO3 H2SO4
O2N
NH3+ CH2 CH COOH
巯基（-SH）的性质
1
-OOC CHCH2 SH NH3+
O
CH2OCCl
-OOC
CH2Cl
CHCH2 SOCCH2
NH3+
O
O IC H2 C N H2
➢ 在沸水中苯丙氨酸溶解度大于酪氨酸100倍，若将含少量酪 氨 酸 的苯 丙氨 酸 粗品 溶于 15 倍体 积（ w/v ）的 热水 中 ，调 pH4.0左右，经脱色过滤可除去大部分酪氨酸；滤液浓缩至原 体积的1/3，加2倍体积（v/v）的95％乙醇，4℃放置，滤取结 晶，用95%乙醇洗涤，烘干即得苯丙氨酸精品。
✓酪磷氨脂酸酰胆、碱谷合氨成酸途、径的多甲巴基、供5体-。羟色氨酸等
➢ 肿瘤（抗代谢物）
偶氮丝氨酸、磷乙天冬氨酸、氯苯丙氨酸等
7
一、概述
——物理通性
➢ 性状：天然氨基酸纯品均为白色结晶性粉末；
➢ 熔点及分解点：均在200℃以上；
➢ 溶解度：在有机溶剂中溶解度一般较小；
➢ 旋光性：除甘氨酸外都有旋光性。
H3C
NH3+
I
异亮
CH3 CH2 CH CH CO2-
H3C
NH3+
V
缬
H3C CH CH CO2-
pI
5.97 6.02 5.98 6.02 5.97
名称
英文三字母 英文单字母 中文缩写
结构式（偶极离子）
3第三章 氨基酸类药物(生化制药技术)
优点：操作简便，针对性强。
缺点：沉淀剂比较难除去。
• 3.离子交换法 • ～是利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力不 同而分离纯化氨基酸的方法。
• 原理：氨基酸是两性电解质，在一定条件下， 不同氨基酸的带电性质及理解状态不同，对同 一种离子交换剂的吸附力也不同。
三、氨基酸的结晶与干燥
• 结晶
浓度，pH选在pI附件，低温；
• 干燥
常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等；
四、氨基酸类药物的检测
一般是以甲酸：冰醋酸按比例混合，采用电位滴定 法，高氯酸溶液滴定等。
第二节CH 2OOH NH 2
第三节 丝氨酸
H 2N H2C H2C H2C CH2 H C NH2 COOH
滤液
[除酪氨酸] [浓缩液] 10℃
[除组胺] 活性炭，白陶土 100℃
滤液
[除热原] 活性炭 100℃
[浓缩，干燥] 滤液 90 ℃以下
水解蛋白粉
第十二节 氨基酸输液
• 1.什么是氨基酸输液？ • 2.相比水解蛋白，氨基酸输液优点体现在哪里？ • 3.氨基酸输液中氨基酸的种类、数量及比例有要 求吗？为什么？ • 4.氨基酸输液中通常会使用到能量添加剂、血浆 添加剂，这是些什么物质？
氨基酸输液的制备
• 一、以L-氨基酸结晶为原料配制； • 二、蛋白质水解法制备氨基酸输液
蛋白质水解法制备氨基酸输液
[水解]盐酸 脏器 [除杂质] 水解物
[除酸]
水解液 真空浓缩 浓缩液
110～120℃
10℃
吸附树脂
[分离提纯]732 滤液 [除酪氨酸] 滤液 阳离子交换树脂 5℃
[脱色]活性炭 pH7.3，5℃
2.微生物发酵法
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氨基酸类药物的常用生产方法
4、酶合成法
也称酶工程技术，是化学合成法和发酵法的基础上发展建立起来的 一种新生产工艺。 以化学合成的、生物合成的或天然存在的氨基酸前体为原料，将含 特定酶的微生物、植物或动物细胞进行固定化处理，通过酶促反应制 备氨基酸。 固定化处理：通过载体将酶进行限制或固定于特定的空间位置，使 之变成不易随水流失即运动受限制、而又能发挥催化作用的酶制剂。 优点：产物浓度高，副产物少，成本低，周期短，收率高固定化酶或 细胞可连续仿佛使用，节省能源。 产品：天冬氨酸、丙氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、异亮氨酸等。 ■
蛋白水解提取法
（2）碱水解法
方法： 在蛋白质原料中加入 6mol/L氢氧化钠或4mol/L氢氧化钡，于100℃加热水解 6h，得氨基酸混合物。
（3）酶水解法
方法： 利用胰酶、胰浆或微生物蛋白酶等，在常温下水解蛋白质制备氨基酸。 优点： 反应条件温和，氨基酸不被破坏，不发生消旋作用，所需设备简单，无环境 污染。 缺点： 水解不完全，中间产物多，水解时间长。 主要用于蛋白胨和水解蛋白，在氨基酸生产上比较少用。 ■
氨基酸类药物的常用提取分离方法
1. 2.
3.
4.
溶解度和等电点法 特殊沉淀剂法 离子交换法 结晶与干燥
溶解度和等电点法
溶解度法是根据不同氨基酸在水和乙醇中的溶解度不同，而将氨基酸 彼此分离。 例如：胱氨酸和酪氨酸均难溶于水，酪氨酸在热水中的溶解度较大， 而胱氨酸则无多大差别，故将胱氨酸、酪氨酸与其他氨基酸及彼此分 开。 另外，氨基酸在等电点时溶解度最小，易沉淀析出，故利用溶解度制 备氨基酸时，常与氨基酸等电点沉淀法结合并用。 氨基酸在不同溶剂中溶解度不同这一特性，不仅用于氨基酸的分离纯 化，还可用于氨基酸的结晶。 中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸 5～6.3 2.8～3.2 7.6～10.8
氨基酸类药物的常用生产方法
氨基酸类药物的常用生产方法 蛋白水解提取法 直接发酵法 微生物发酵法 微生物转化法 化学合成法 酶合成法
蛋白水解提取法
1、蛋白水解提取法
原 料：毛发、血粉、废蚕丝等。 基本过程：分离、精制、结晶。 优 点：原料来源丰富，投产比较容易。 缺 点：产量低，成本高。 产 品：胱、亮、酪氨酸
思考题
1. 2.
3.
氨基酸的生产方法有哪些？ 氨基酸类药物常用的提取方法是什么？ 常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干 燥用仪器是什么？特点如何？
离子交换法
电热鼓风干燥箱
真空干燥箱
旋转蒸发仪
抽滤装置
喷雾干燥器
冷冻干燥器
氨基酸类药物的常用生产方法
2、微生物发酵法
直接发酵法：
以糖为碳源、以氨或尿素为氮源，通过微生物的发酵繁殖，直接生产氨基酸的方法。
微生物转化法：
利用菌体的酶系，加入前体物质合成特定氨基酸的方法。
基本过程：菌种的培养、接种发酵、产品提取、分离纯化 菌 种：细菌、酵母、基因工程菌（苏氨酸、色氨酸）。 产 品：谷氨酸、谷氨酰胺、丝、酪氨酸。 优 点：直接生产L-型氨基酸，原料丰富，成本低。 缺 点：产物浓度低，生产周期长，设备投资大，有副产物，单晶 体氨基酸的分离比较复杂。 ■
第二章 天然生物材料的提取制药
生化药物概述 氨基酸类药物的生产 多肽和蛋白质类药物的生产 核酸类药物的生产 酶类药物的生产 糖类药物的生产 脂类药物的生产 维生素和辅酶类药物的生产
第二节 氨基酸类药物的生产
一． 二．
三．
四．
氨基酸类药物的常用生产方法 氨基酸类药物的常用提取分离方法 典型氨基酸药物的生产实例 氨基酸类药物的检测
氨基酸类药物的常用生产方法
3、化学合成法
是利用有机合成和化学工程相结合的技术生产氨 基酸。 优点：可以采用多种原料和多种工艺路线，特别 是以石油化工产品为原料时，成本较低，生产规 模大，适合工业化生产，产品易分离纯化。 缺点：生产工艺复杂，形成消旋体，需拆分。 产品：蛋氨酸、甘氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙 氨酸、丙氨酸、脯氨酸等。 ■
■
特殊沉淀剂法
氨基酸可以和一些有机化合物或无机化合物生产 具有特殊性质的结晶性衍生物，利用这一性质可 分离纯化某些氨基酸。 例如：
精氨酸＋苯甲醛→苯亚甲基精氨酸↓
苯亚甲基精氨酸＋盐酸→精氨酸盐酸盐＋苯甲醛↑
优点是操作简便，针对性强。缺点是沉淀剂比较 难以除去。 ■
离子交换法
利用离子交换剂对不同氨基酸的吸附能力不同而 分离纯化氨基酸的方法。氨基酸为两性电解质， 在一定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状 态不同，对同一种离子交换剂的吸附力也不同， 故可对氨基酸混合物进行分组或单一成分的分离。 例如：在pH5～6的溶液中，碱性氨基酸带正点， 酸性氨基酸带负电，中性氨基酸呈电中性，选择 适宜离子交换树脂，然后用不同pH缓冲液洗脱。 若要分离酸性氨基酸，应选用什么离子交换树脂？ 阴离子交换树脂 ■
结晶与干燥
结晶是溶质以晶体状态从溶液中析出的过 程。 结晶方法：样品达到一定的纯度、较高的 浓度，pH值在pI附近，低温条件下使其结 晶析出。
结晶器及其工作原理
胱氨酸结晶
酪氨酸结晶
亮氨酸结晶
结晶与干燥
干燥方法：常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、 冷冻干燥 常压干燥：电热鼓风干燥箱 减压干燥：真空干燥箱，旋转蒸发仪 喷雾干燥：喷雾干燥器，是目前中药制药中最佳 的干燥技术之一。 冷冻干燥：冷冻干燥器 ■
蛋白水解提取中加入约 4 倍质量的 6mol/L 盐酸或 8mol/L 硫 酸，于 110℃加热回流 16 ～ 24h ，或加压下于 120℃水解 12h，使氨基酸充分析出，除酸即得氨基酸混合物。 优点： 水解完全，不发生消旋作用，所得氨基酸均为L-氨基酸。 缺点： 部分氨基酸被破坏，产生黑色物质。