氨基酸类药物的生产
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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
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
wk.baidu.com
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
蛋白水解提取法
（1）酸水解法
方法： 在蛋白质原料中加入约 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。
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
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。 ■
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。 ■
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 ■
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
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
wk.baidu.com
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
蛋白水解提取法
（1）酸水解法
方法： 在蛋白质原料中加入约 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。
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
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。 ■
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。 ■
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。 ■
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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 ■