左旋肉碱(L-肉碱)的制备、生理

左旋肉碱（L-肉碱）的制备、生理

功能特性及开发前景

（长沙理工大学食品科学与工程系长沙410114）

摘要：

人体需要左旋肉碱促进脂肪代谢。氨基酸在肝脏和肾脏中经过加工储存在肌肉、心脏、大脑和精液中。左旋肉碱由两种基本的氨基酸构成——赖氨酸和蛋氨酸，此外它的合成需要烟酸、维生素和铁离子。左旋肉碱经合成后，多数储存在骨骼肌以备用。尽管左旋肉碱经人体合成，但主要由食物来源来供给。富含其所需氨基酸的食物有红肉，奶制品和鳄梨中，但是含量变化范围较大。

关键词：左旋肉碱（L-肉碱)、制备、应用、开发前景

Abstract：The human body requires L-carnitine for fat metabolism. This amino acid is manufactured in the liver and kidneys and stored in the muscles, heart, brain, and sperm. L-carnitine is made from two other essential amino acids--lysine andmethionine--in a process requires niacin, vitamin , and iron. After synthesis, the majority of L-carnitine is stored in skeletal muscles for later use. Although

most L-carnitine is made in the body, food sources augment the supply. Foods rich in this amino acid include red meat, dairy products, and avocado, but levels vary widely.

[1]

Key words：L-carnitine、preparation、application、prospect

1、左旋肉碱（L-肉碱）

L-肉碱，又称肉毒碱，化学名称β-羟基-γ-三甲铵丁酸，是一种白色晶状体或白色透明细粉，在水、酒精、碱溶液中高度溶解，200℃以上分解熔化，左旋肉碱在脊椎动物和无脊动物组织中普遍存在，也存在于一些植物和微生物中。1905年，俄国的Gulewitsch和Krim．berg从肉抽提物中发现了肉碱。1927年，Tomita 和Sendju证实了其分子结构为L-3-羟基-4-三甲铵丁酸(L-β-Hydroxy-γ-Butyrobetaine)。1948年，Fraenkel发现了大黄粉虫幼虫的生长需要一种生长因子，并将此命名为维生素BT。1952年，Carter确证了维生素BT就是肉碱。从

1953年开始，左旋肉碱列在美国《化学文摘》中Vita．rain BT的索引栏目下。1958年，Fritz发现左旋肉碱能加速细胞(线粒体)对脂肪的消耗，确定了左旋肉碱对人体脂肪酸氧化的重要作用。1996年，在我国的第16次全国食品添加剂标准化技术委员会上通过，允许在饮料、乳饮料、饼干、固体饮料、乳粉中使用左旋肉碱。[2]

2、左旋肉碱（L-肉碱）的制备方法

2.1直接提取法

左旋肉碱在食物中的含量（g/Kg）

食品名称牛肉猪肉鸡肉酵母牛奶

肉碱含量0.64 0.30 0.075 0.024 0.020

食物名称花生花椰菜卷心菜橘子汁菠菜叶

肉碱含量0.001 0.001 0 0 0

由以上表可以看出．在动物肌肉中左旋肉碱的含量相对较丰富，早期的左旋肉碱往往是从肉浸汁中分离出来但由于左旋肉碱的绝对含量较少，且有结构类似物(肉浸汁中的胆碱)存在，难以分离，因而提取纯化的步骤较多，收率低，不适合工业化生产。

2．2 消旋体拆分法

2.2.1 化学拆分

美国专利3151149报道了使用D-(+)-樟脑-10-磺酸进行拆分，但此方法要使以除去Cl-，因而成本高，收率低(小于50％)，纯度低，生产条件苛刻。用AgNO

3

左旋肉碱比较经典的化学拆分法是先合成肉碱消旋体然后再进行拆分。以环氧氯丙烷为起始原料，经胺化、腈化、水解而得到肉碱消旋体。此法的优点是避开了有毒的氰化物等有毒物质，且无需离子交换树脂，操作简单安全，但合成步骤多、收率不高。

2.2.2 生物拆分

利用微生物专一降解右旋肉碱的能力生产左旋肉碱。Charles在此方面作了很多工作．选育出降解右旋肉碱有特效的菌株，经过25℃，44h的培养，右旋肉碱全部消失，左旋肉碱剩下38%，由此可见，尽管纯度很高，但收率太低。2．3 不对称催化合成法

用催化剂的不对称中心来诱导产生物的手性。这是指只合成光学异构体中的

一个方法。Kitamura等人通过不对称催化氢化γ一氯一乙酰乙酸酯合成出制各左旋肉碱的重要中间体γ-氯-β-羟基丁酸酯。反应得到中间体的光学纯度为97%，这种方法简便。快捷，纯度高，但反应条件苛刻。Mccarthy发明了一种简单的方法，就是以(S)-3-羟基丁酸内酯为原料，经过两步反应，直接得到左旋肉碱，光学纯度高达95%。

2．4 生物化学法

2.4.1 格氏反应得氯代乙酰乙酸醢就是用化学方法合成原料。

2.4.2 用生物法得到能合成左旋肉碱的具有立体专一性的中间产物。

周炳南对各种醇的酯进行了深入研究，找到一条4-氯代-β酮酸不同链长的酯与酵母还原产物光学活性的关系曲线。从曲线上可以发现：随着醇链的增长，R 型成份增加。刘红霞利用4种不同的酵母对乙酰乙酸醢进行还原实验发现：所需反应条件温和；反应物质简单；操作简单；立体选择性高，光学纯度分别为83.1%，83.7%，93.5%，98.8%。

2.4.3 将具有立体专一性的中间产物合成左旋肉碱。

以乙醇为溶剂，将具有立体专一性的中间产物与三甲胺在8O℃下反应，随后用3NHC1还原2h，最后得到左旋肉碱的结晶，整个过程的得率可达45%。[3]

3、左旋肉碱（L-肉碱）的生理功能特性

1927年，Tomiita和Sendju证实了L-肉碱化学结构类L-β-γ-三甲基铵丁酸，其结构似于胆碱，与氨基酸相似，但又不是氨基酸，而是一种类维生素和类氨基酸物质。特殊的结构使其成为一种能使食物转化为能量的营养物质和功能性营养添加剂。L-肉碱有以下几方面的功能：

3.1 促进脂肪酸的运输和氧化

自1959年Friz发现L-肉碱能促进脂肪酸代谢。研究表明：L-肉碱具有明显的加速脂肪氧化功能的作用，能提高机体对脂肪的利用，促进体内脂肪燃烧，有利于“瘦体重”的提高。其作用机理为，L-肉碱作为载体以脂酰肉碱形式参与脂肪酸代谢，在线粒体膜外转运入膜内，在线粒体内将脂肪代谢，使其进行β-氧化并转化为能量。并且，肉碱浓度越高，脂酰基转运越快，脂肪酸氧化也越快。

3.2 加速精子的成熟并提高其活力

L-肉碱是精子成熟的一种能量物质，具有提高精子数目和活力的功能。通过30多名成年男子的调查表明，精子数目和活力与膳食中L-肉碱的供应量成正比。

3.3 提高机体耐受力

Watanable等人研究发现，L-肉碱能提高疾病患者在练习中的耐受力。在较强强度长时间运动时，运动肌肉的主要能量来源于脂肪酸氧化，补充L-肉碱，使体内L-肉碱浓度升高脂酰C O A进入线粒体的速度增加，从而节省糖的利用，延长运动的耐受时间。另外，口服L-肉碱可使最大氧呼吸时的肌肉耐受力提高80%，缩短剧烈运动后的恢复期，对减轻运动带来的紧张感和疲劳感均有好处。

3.4 其它

大量的人体和动物实验表明，L-肉碱具有抗心肌缺血，抗心率失调和降血脂作用。研究还发现，肾病、肝硬化、甲状腺功能低下以及某些肌肉和神经性疾病等与L-肉碱水平低下有关。一些研究观察发现L-肉碱对预防老年性痴呆有显著效果。贺建业等人研究认为，L-肉碱在减轻化疗对肾损害作用有重要功能。[4]

4、左旋肉碱（L-肉碱）的应用

左旋肉碱是一种非常重要的“条件营养素”，具有多种生理功能。其最基本的功能是“运载”长链脂肪酸通过线粒体内膜，进入线粒体基质进行B氧化。左旋肉碱在脂肪代谢和能量代谢中起着重要的作用，一旦体内肉碱合成受阻或肉碱排出和降解过盛以及肉碱转移酶降低或丧失，都将造成机体脂类代谢的紊乱，影响能量供应，导致许多疾病。

4.1 药物

作为药物用于治疗慢性肾功能衰竭、心肌病、冠心病、有机酸血症等疾病。此外可作为慢性肝病的辅助治疗药物，对内毒素血症和肝脏损伤有保护作用。左旋肉碱与促红细胞生成素并用，治疗尿毒症贫血，可减少RHUEPO用量及其副作用。[5]

4.2 调节血脂及糖尿病保健食品

通过肉碱促进脂肪代谢，可降低血内甘油三酯水平，同时提高高密度脂蛋白胆固醇的水平，并有利于加强心脏的总体健康，预防心率不整。有资料表明，服用L-肉碱可减少三分之一因心力衰竭所引起的死亡数。由于肥胖能引起糖尿病，L-肉碱可以通过减肥降低糖尿病的发病机会。同时可以减轻由糖尿病引起的脂肪代谢紊乱。因此开发添加L-肉碱的糖尿病人专用食品，与治疗糖尿病的药物配合使用，可以收到更好的效果。尤其是我国的膳食模式以植物性食物为主，而植物性食物的肉碱含量很低，因此应该补充肉碱。

4.3 竞技运动和高强度作业能源的食品添加剂

通过L-肉碱促进体内脂肪的氧化变成能源，能提高运动的爆发力和长时间运动的持久耐力，弛缓全身肌肉，提高基础代谢率，改善心肌营养状态，提高运动

体能，还能帮助运动员消除训练后的疲劳。经测试，人体的最大氧吸收、乳酸阈值及氧吸阈值可提高80%左右。广州体育学院在L-肉碱对运动能力的影响方面进行了研究，结果表明，力量型的运动项目，比赛期可服用L-肉碱，帮助提高疲劳消除的速度和体能的恢复。

4.4 减肥保健食品

无论是原发性肥胖还是继发性肥胖都是由于体内脂肪代谢异常引起脂肪的合成代谢大于分解代谢，目前肥胖被认为是许多疾病的根源或加重因素。通过增加L-肉碱的摄人量，加速脂肪的分解代谢可以达到减肥的目的。通过L-肉碱减肥不但避免了脂肪的反弹对身体的危害，还补充了机体所需的能量，使减肥者保持充沛、旺盛的精力。应用L-肉碱为主要功效成分的减肥食品达到了世界卫生组织规定的健康减肥的三个标准：不厌食、不乏力、不腹泻，因此通过L-肉碱减肥具有其他减肥无法比拟的优势。我国卫生部已经批准L-肉碱作为减肥功效成分(批准号为：96—10，97—318)，已批准的L-肉碱作为主要成分的减肥功能保健食品有巨不肥减肥营养餐(批准号96—10)。食品企业及食品研究机构在开发减肥食品、女士保健品及饮品时，可以考虑添加一定量的L-肉碱或以L-肉碱作为主要功效成分。

4.5 老年人食品添加剂

老年人随着年龄的增长，体内合成肉碱的能力下降，如摄入肉碱的量不够，体内肉碱会不断减少，直接造成脂肪代谢减慢，体内脂肪含量相对增高，增加老年人心血管疾病和心脏病的发病率，自然会影响生存寿命。由于肉碱的缺乏，使体内的各类细胞，如脑细胞、免疫细胞、心脏细胞都会因为没有充足能量的供给而运作较差，促进人体衰老。研究表明，在老年人食品中添加L-肉碱，通过提供充足的能量，可以使细胞的寿命长些；同时可作为生物抗氧化剂清除自由基，延缓衰老。意大利用肉碱衍生物进行这方面预防及治疗已有多年。肉碱还能提高老年人认知和识别能力，以克服老年人记忆和认知功能的下降。目前国内还很少见在老年人食品中添加肉碱的报道和食品种类，建议在开发老年人食品如中老年奶粉、豆粉以及饮品时，注意添加一定量的L-肉碱，以补充老年人体内L-肉碱的不足。[6]

5、左旋肉碱（L-肉碱）开发前景

L-肉碱是和能量代谢相关的物质，能从根本上改善人体健康，将是婴儿、孕妇、老年人、运动员等特殊人群平衡饮食结构、提高身体素质安全有效的营养强化剂。近年，肥胖人群数量日益增多，减肥浪潮遍及全球，L-肉碱有效消除导致肥胖的脂肪，将在减肥药物市场占据一席之地。国内外尤其是国外已经对L_肉碱的临床应用进行了广泛的研究，通过众多功能的临床验证以及给药途径、剂量、

疗程、体内过程、药理等因素的明确，作为临床用药L-肉碱将给受疾病困扰的患者带来福音。随着人们生活水平的提高，具有美化和治疗双重功效，性质介于化妆品和药品间的功能型化妆品引起了广泛关注，L-肉碱的抗氧化、防止细胞衰老的功能已被国外应用于化妆品的研究，在不久的将来或将成为美容行业的又一热点。[7]

FDA评价左旋肉碱属于安全物质，ADI值为20mg／Kg·d。随着生活水平的提高，人群的亚健康状态呈上升趋势，而同时保健意识也不断加强，左旋肉碱应用于食品的需求量必将大幅度增加。目前世界上只有瑞士、意大利、日本等为左旋肉碱的主要生产国。我国卫生部批准的保健食品有1514种，其中肉碱类仅9种，占0．58％，大部分L-肉碱需求还是靠进口，价格昂贵(3000形Kg)，亟待研发新进展，以填补国内空白。[8]

如上所述，L-肉碱强效的生理功能决定了其广阔的开发前景

[1]Sherril Sego. L-carnitine [J].Clinical Advisor, 2011,1

[2]张凤清，张丽君，周长民等著.左旋肉碱的制备方法[J].当代化工 2008，6

[3]于士淋著. L-肉碱的应用及其合成方法[J].化学工程与装备 2011,11

[4]王英，罗晓妙，余翔等著. L-肉碱在食品工业中的应用现状及前景[J]. 中国食品添加剂2004

[5]杨期勇，孙日圣，张小林等著. 光学活性左旋肉碱的应用及其制备方法[J]. 江西化学2000

[6]张志国，邱泉若，张贵海等著. L-肉碱的生理功能及其在功能性食品中的应用[J]. 中国乳品工业 2003,31（4）

[7]张钟元，王强，田金强，周素梅等著. L-肉碱的生理功能及其应用研究进展[J].现代生物医学进展 2008,8（6）

[8]向智男著. 左旋肉碱的制备、功能及其应用[J].中国食品添加剂 2007（z1）