牛磺酸

牛磺酸
牛磺酸(taurine)又名牛黄酸、牛胆素，化学名2一氨基乙黄酸(2一Aminoethyansulfonicacid)分子构式为HzN一CHZ一CH之以飞H。

它是一种色晶体或粉末，无臭味，味微酸，能溶于水，不溶于乙醇、乙醚和丙酮，其化学质稳定，在室温、避光、密闭干燥条件下可保存3年。

牛磺酸以游离形式大量存在于人及哺乳动物体内，对人体无毒、无副作用，是人体
必需的一种氨基酸。

进婴幼儿的听觉发育[6]，最新临床研究表明牛磺酸可以于治疗脂肪肝和急性腺胰炎、提高乙肝接种疫苗的抗体活性及促进肠胃手术的愈合[4，7，l的。

在欧美及日本等发达国家早已将牛磺酸广泛应用于食品及医疗行业因此我国于1994年正式将牛磺酸列人(食品营养强化剂使用卫生标准)，允许牛磺酸作为食品添加剂使用.
牛磺酸是人体必需的一种氨基酸，具有多种生理功能，正被广泛应用于食品和医疗行业。

最初，牛横酸从雄牛的胆汁中获取，1950年以后世界各国开始进行人工合成研究，目前牛磺酸的合成工艺将近10种，其中乙醇胺法、二氯乙烷法、环氧乙烷乙撑亚胺法已经工业化，乙醇胺法是当今国际牛磺酸生产厂家采用最多的一种方法。

目前，牛磺酸的生产家主要集中在日本、美国、欧洲等发达国家，近年来产量迅速增加，年递增率超过8%，总
需求量达3万吨/年。

我国从1981年开始实现牛磺酸生产工业化，主要生产厂家有南京制药厂、广东肇庆西江制药厂、宁波东海化工厂、浙江临海制药厂等图，1999年我国牛磺酸的生产能力达8000吨/年，其中以南京制药厂的生产能力最大达1500吨/年(且已符合G州[P)，但我国的牛磺酸的产量受市场、管理、技术和质量等因素影响波动较大，1999年的产量仅为2(X)0吨，与欧美等发达国家有很大的差距。

鉴于牛磺酸的特殊作用，它的消费量也越来越大，牛磺酸消费量最大的是美国，其次是日本。

美国仅在饮料食品中作营养强化剂一项消费就近1万吨/年，占牛磺酸消费量的90%，且这项比例还在不断增加。

而我国生产的牛磺酸主要用于出口和医药，其中出口量占90%，作为食品添加剂仅占6%，由此可见我国牛磺酸的消费结构与国外也有很大的差牛磺酸无臭、味微酸、无任何毒副作用,近年来随着对其生理作用、营养价值的深入研究,其应用越来越
广,在医药、食品、染料、表面活性剂、pH缓冲剂等方面都有重要应用。

牛磺酸的制备
从天然物中提取动物体的组织中广泛分布着牛磺酸,把它提取出来是人们长期来关心和研究的问题。

在牛胆汁中牛磺酸含量最高。

但在牛胆汁中它与胆汁酸结合以牛磺胆酸的形式存在,因而不能简单的分离提取,经研究发现,水产品中的酸是以游离的形式存在,于是便开发了从水产品中提取牛磺酸的技术。

化学合成
--巯基乙醇法
将氧气通入H2NCH2CH2SH溶液中,氧化而得牛磺酸。

此法收率尚高(87.6%),但因巯基乙醇为一药
物,故来源、成本等使此法难用于工业生产。

将2—硝基乙基磺酸在一定条件下还原为牛磺酸
O2NCH2CH2SO3H+[H]Fe+HCl或Ni+H2NH2CH2CH2SO3H
此法首先需要解决O2NCH2CH2SO3H的来源问题,收率为65%,故不十分理想。

以丙烯腈为原料,按下列反应式进行: 此法步骤略增,效率也不理想,故并不经济合算。

将硫酸胩氨化而得牛磺酸
此法收率很高,达到96.5%,但原料供应成问题,且需加压,故仅实验室可应用。

二烷基噻唑氧化法
该法必须使用非常危险的过氧化氢,且需回收副产品酮类,操作繁杂。

N—乙烯烷基酰胺与亚硫酸氢钠反应生成2—(烷基酰胺)乙磺酸,再水解制取:该法要使用氮气,收率也不是很高。

二氯乙烷法
二氯乙烷法与硫酸钠反应得到2—氯乙磺酸钠,其在加热加压的条件下与氨反应得2—氨基乙磺
酸钠,再用盐酸酸化制得牛磺酸。

ClCH2CH2Cl+Na2SO3→ClCH2CH2SO3Na+NaCl
ClCH2CH2SO3Na+2NH3→NH2CH2CH2SO3Na+NH4Cl
NH2CH2SO3Na+HCl→NH2CH2CH2SO3H+NaCl
该法生产原料多,生产步骤多,副产物多,成本高,而且加热加压的条件下反应,因此工业装备造价较高。

环氧乙烷法与亚硫酸氢钠反应制得2—羟基乙磺酸钠,其在加热加压的条件下与氨反应得到2—氨基
乙磺酸钠,再用盐酸酸化制得牛磺酸。

HOCH2CH2SO3Na+2NH3→NH2CH2CH2SO3Na+H2O
NH2CH2CH2SO3Na+HCl→NH2CH2CH2SO3H+NaCl
环氧乙烷具有一定的危险性,且要在加热加压下进行,设备投资高,实现工业化有难度。

乙醇胺法
目前,国内多数厂家采用乙酸胺法生产牛磺酸。

以乙醇胺为原料,经两步合成得到。

按合成路线又可分为
酯化法和氯化法。

酯化法:它是以乙醇胺、硫酸、亚硫酸钠为原料,反应分酯化、磺化两步进行,经过2—氨基乙基硫酸
酯中间体合成牛磺酸。

H2NCH2CH2OH+H2SO4→NH2CH2CH2OSO3H+H2O
NH2CH2CH2OSO3H+Na2SO3→NH2CH2CH2SO3H+Na2SO4
该法原料比较容易获得。

但在反应①中,酯化反应不易进行完全。

据文献报道,此反应要完全脱水,需加
热至1200C ~1500C。

为了提高收率,可加适量的浓硫酸作反应物,同时作脱水剂,或加入挟带剂以恒沸混合
物的形式将水蒸馏出来,或加热减压脱水都可以。

反应②中硫酸酯与亚硫酸钠水溶液的反应非常慢,加热回
流反应需要很长时间,能耗大,且由于硫酸酯易水解,在与硫酸钠反应时产生一乙醇胺副产物,造成收率降
低。

1985年日本学者山本勇等〔2〕针对该反应中存在的问题进行了改进,在氨气保护及加热下分批添加硫酸
酯,结果充分抑制了水解反应,以90%以上的高收率制得了牛磺酸。

最近国内亦有人做过类似
的实验,由硫酸酯合成牛磺酸的收率为85%,但它们均要长时间通入氮气,使成本提高。

氯化法:它是以乙醇胺、盐酸(包括氯化氢气体),亚硫酸钠为原料,反应分氯化、磺化两步进行,经过
2—氯乙胺盐酸盐中间体合成牛磺酸。

H2NCH2CH2OH+2HCl→HCl·NH2CH2CH2Cl+H2O
HCl·NH2CH2CH2Cl+Na2SO3→NH2CH2CH2SO3H+2NaCl
该法原料容易得到,但如果反应条件不当,得到的收率非常低。

1982年日本Mitshi Toatsu Chem Inc〔3〕,用浓盐酸在1000C ~1400C和小于2Mpa压力下,与乙醇胺反应24h,尽管反应时间长达24h,但因反应产生的水始终保留在系统内,2—氯乙胺盐酸盐转化率仅为78.20%,产品纯度81.0%,反应很不完全。

1988年该公司用干燥的氯化氢气体替换盐酸,在1000C ~1400C和0.3~0.7Mpa压力下与乙醇胺反应36h,2—氯乙胺盐酸盐的纯度提高到近99%。

1985年,日本的荒井研一〔4〕等人,将53.7g80%2—氯乙胺盐酸盐的水溶液在3h内加到溶有49gNa2SO3的180ml水溶液中,80℃恒温反应,把生产的牛磺酸水溶液经过电渗析脱盐后,冷却至30C结晶,得到纯度为99.5%的牛磺酸,收率达94.8%。

我国学者曾对此法合成牛磺酸做了研究,氯化收率为76.1%,磺化收率为63%,产品经过重结晶纯化,纯度虽达98.8%,但牛磺酸的总收率仅为48%。

看来与国外的研究成果相比还有一定差距。

上述酯化法和氯化法制取牛磺酸的关键问题在于产品的脱盐,即如何有效地分离副产物NaCl和Na2SO4,这样才能降低成本,提高产品收率和纯度。

如果采用一般的重结晶的方法,是很难除去这些无机盐的。

另外,在重结晶过程中,产品的损失太大,这样,产品的纯度虽然提高了,但收率却下降了。

利用电渗析法,可以比较简单地除去了无机盐,使产品的纯度和收率大大提高,但这样一来设备投资必将增大。

乙撑亚胺法
乙撑亚胺与二氧化硫和水反应合成:
该法一步合成,反应条件温和,没有副产物,精制十分方便,产品纯度可达99.4%,产率达88.9%因而可省去第九种方法的脱盐操作和设备,投资少,成本低,唯一缺点是乙撑亚胺沸点低(仅为56~57℃),毒性大,易聚合爆炸,不易保存,因此如何合成乙撑亚胺,如何阻聚就成为采用该法来合成牛磺酸的关键。

美国化学公司用乙醇胺经过气相催化脱水环化法,一步合成了乙撑亚胺。

用惰性气体稀释乙醇胺和生成的乙撑亚胺,立即反应生成稳定化合物的措施,解决了其易聚而不易保存的缺点,随后,日本催化剂化学工业公司以Cs0.9·Ba0.1·P0.8化合物为催化剂,用氮为稀释剂,其与乙醇胺的配比为2:98,反应生成的含有乙撑
亚胺的气体在50C下与NH4HSO3溶液发生反应得到牛磺酸,收率为84%。

该法已于八十代投入大规模工业化生产。

总之,到目前为止牛磺酸的制取方法已有很多种,并各有优缺点。

牛磺酸的性质在医药中的应用
近年来国内外医学研究表明,牛磺酸具有广泛的药理作用,它有解热、镇痛、镇静、肌松、抗惊厥、兴奋、呼吸、强心、抗心律失常、降血压、降血糖、抗菌、增强免疫功能、抗血小板聚集、利胆、保肝、解毒等作用。

此外,还参与血管张力调节,并可能是一种抑制性神经传质,临床上有多种用途[5-9]。

可用于治疗急性肝炎[10]、脂肪炎、胆囊炎等,也用于治疗支气管炎、扁桃体炎、急性结膜炎、疱疹性及病毒性结膜炎等易感性疾病。

还用于治疗感冒、发热、小儿痉挛症、心力衰竭、心律失常、高血压、子宫出血、动脉硬化、痤疮,还可保持视力、治疗眼病、抗癫痫等等[11、12]。

例如对于癫痫病患者,其牛磺酸浓度降低,常伴有谷氨酸代谢紊乱。

牛磺酸对其有抗发作用和矫正氨基酸平衡失调作用。

在食品中的应用
专家认为,牛磺酸是人和动物的一种必需的氨基酸,正常饮食的人一般不会出现牛磺酸的缺乏,但在某些疾病或特殊情况下,如胆汁不足或长期接受输液的病人,则可能出现牛磺酸缺乏,而人体一旦缺乏牛磺酸将会导致发育受阻和小脑功能紊乱[13]。

在婴幼儿食品中的应用牛磺酸对婴幼儿的脑、神经、内脏、内分泌机能等都十分重要[14、15]。

但现代研究表明:婴幼儿体内半胱氨酸亚磺酸脱羧酶未成熟,体内从半胱氨酸转化成牛磺酸的量很少,必须从外界补充。

婴幼儿需牛磺酸一般都是从母乳中获得,以维持正常血浆和胆汁中的牛磺酸浓度。

因为母乳中含有大量的牛磺酸,可以满足这个
要求。

如果由于某种原因不能向婴幼儿提供母乳时,血浆中牛磺酸的含量就可能下降,从而可能出现营养不良状态,严重时可能影响婴幼儿的正常发育。

而一旦缺乏牛磺酸可造成儿童发育不良,视力损害和增加癫痫的易感性,甚至引起心肌病等疾患。

牛奶和母乳相比,牛奶中蛋白质含量较高,而牛磺酸含量却很少,其营养价值远不如母乳。

所以当用牛奶或奶粉代替母乳时,为保证婴幼儿的健康发育,必须添加适量牛磺酸使其营
养价值接近母乳,这就是牛奶或奶粉的母乳化。

美国、日本等发达国家对婴儿乳制品都作了明确规定,每100ml乳制品应含牛磺酸0.16mg ~0.35mg。

国内一些公司也开始生产出一些添加牛磺酸的健品。

如杭州娃哈哈集团推出了含牛磺酸的儿童营养液,吉林威特集团的“聪聪母液”,深圳海王公司的“强力神”,内蒙古蒙牛集团的“蒙牛奶粉”,以及“金牡蛎”等[16]。