L-苯丙氨酸的制备、应用及发展

苯丙氨酸的应用及发展

刘浩鹏

河北化工医药职业技术学院石化30901班 18号

摘要L-苯丙氨酸是人体必需但自身无法合成的八大氨

基酸之一，也是一种重要的医药和食用化学品中间

体。在医药行业主要用于生产氨基酸输液和合成氨基

酸类药物；在食品行业主要用于合成甜味剂阿斯巴

甜。其中合成阿斯巴甜是L-苯丙氨酸目前的主要用

途，在其消费构成中约占90%。

关键词L-苯丙氨酸应用发展前景

第一章 L-苯丙氨酸的生产工艺

1.1理化性能

L一苯丙氨酸(L一Phenyl习a苗ne)又名L一苯基一a一氨基丙酸，为白色结晶粉末。有苦味。熔点:283℃(分解)。在自然界中广泛存在于卵、乳和动物蛋白中，含量5%~6%，植物性蛋白质中约含1%。L一苯丙氨酸可溶于水，在水中的溶解度为3%，难溶于乙醇、乙醚，在10耐水中的溶解度为51℃:4·49。100℃:109。旋光度一34.5(25℃)。苯丙氨酸有外消旋DL 一型，L型和D型。其中最重要的是L一苯丙氨酸。[1]

1.2生产工艺[1]~[5]

1.2.1提取法

此法是使脱脂大豆在盐酸存在下水解，除去酸性氨基酸后，再用树脂吸附苯丙酮酸和酪氨酸，用溶剂将苯丙氮酸溶出，利用溶剂差从氨基酸中分出，此法由于提纯难度大，产物收率不高。其提取方法很多，主要有锌盐沉淀法、等电点中和法、有机溶剂萃取法、活性炭吸附提取以及离子交换法。在这些方法中，最为重要的是离子交换法。离子交换法所用的离子交换树脂为高分子产品，在其分子结构中高分子聚合物骨架十分稳定，可逆交换反应在树脂上可以反复进行，使用寿命长，因此离子交换法是一种目前较为普遍的氨基酸提取方法。可以选用阳离子型离子交换树脂对体系中的L一苯丙氨酸进行吸附提取。

1.2.2发酵法

20世纪60年代日本中山公司用糖质发酵制苯丙氨酸获得成功，并由协合发酵公司实现了工业化生产。20世纪70年代用糖质发酵的发酵液苯丙氨酸浓度可达42.6%。用苯丙酮酸为原料，经发酵法制得的工艺是首先用氯化节与co合成苯丙酮酸，再使L一天冬氨酸与苯丙酮酸在固定床反应器内用固定化细胞提取，进行离子交换、提浓得产品，选用的菌株能使L一苯丙氨酸的转化率不小于90%。用甲醇、乙醇与乙酸为原料，用乳糖发酵短杆菌AJC2140。使发酵液中L一苯丙氨酸含量达20妙。用裂解烃棒状杆菌及碳12一14正构烷烃发酵生产L一苯丙氨酸，其含量可以达到4.5妙。直接发酵法较其他方法生产成本低30%。例如以P.dacunhae 发酵培养，以培养液作为酶源，直接添加固体L一天冬氨酸可以实现酶转化。具体工艺过程是将P.dacunhae菌种用表面活性剂处理后装入瓶内进行摇瓶种子培养后再移入发酵罐内，通入无菌空气使酶液进行生化酶反应后再经过滤得粗品，再经后处理得产品。发酵法技术的关键是产物的分离。传统方法使用离子交换法，但在分离前必须对发酵液进行预处理，因此耗资较高。

1.2.3生物工程酶法（我国主要采用此种方法）[8]

市场上供应的L一苯丙氨酸除少量由化学法合成外，大部分是由微生物发酵生产的。微生物合成苯丙氨酸以糖类为碳源，首先由糖代谢中心途径分流出来的磷酸烯醇丙酮酸(PEP)和赤鲜糖一4一磷酸(E一4一P)缩合形成脱氧阿拉伯糖型庚酮糖磷酸(DAHP)，然后经过一系列生化反应来完成。催化各步反应的酶及其合成代谢调控方式因微生物种类不同而有所差别。用转

氨基酶反应生产L一苯丙氨酸，曾选用最好的产生此酶的菌株Citrobacte击euindii。此菌株细胞可有效地由丙酮酸和供作氨基授体的氨基酸生产L一苯丙氨酸。当使用L一谷氨酸为氨基授体时，在保温24h时为89m彭nl。由L一苯丙酮酸生成L一苯丙氨酸的转化率为50份80%。在使用L一天门冬氨酸为氨基授体时，尽管L一苯丙氨酸的生成速率较低，但转化率可达到80%一100%o当用丙酮酸转变为PEP(磷酸烯醇丙酮酸)时，在这种情况下几乎达到最大理论产量86%(m。厂mol)。底物的吸收利用和产物的胞外分泌，在氨基酸生产上也很重要。在一些菌株中，特别是大肠杆菌，在以葡萄糖为唯一碳源情况下，其吸收是以糖一磷酸基转移系统而实现的，代谢中间物PEP是此系统的磷酸基供体，微生物细胞法转化生产L一苯丙氨酸有三种方法二一是以苯丙酮酸为基础原料，利用转氨酶转

天然聋白质水娜法

将脱脂大豆用盐水解，除去酸性氨基酸，用活性炭或脱色树脂吸附苯丙氨酸和酪氨酸，然后用溶剂将苯丙氨酸溶出，分离后即得介苯丙氨酸。该法收率太低，生产成本高，目前在国外已遭淘汰。我国目前生产Z一苯丙氨酸的企业主要采用该法生产，产量极低，产品多用于自己生产药物或作生化试剂，少有商品供应市场。[10]

第二章 L-苯丙氨酸的应用[1]、[4]、[6]~[7]

L一苯丙氨酸是人体八大必须氨基酸之一，也是目前很热门的低热量甜味剂天苯二肤的重要组成部分。氨基酸是一种重要的生物化工产品，它广泛应用于食品、饲料添加剂以及医药领域，也被用作合成特殊化学物质的中间体，其应用大致如下:

4.1食品业

低热质甜味剂、鳌合剂以及多肤。大部分氨基酸的生产是由微生物发酵完成的。用作碳源的初级原材料一般为甜菜或甘蔗糖蜜。近十年来，苯丙氨酸最重要的用途是合成天冬二肤甜味剂(Asparta幻ne，简称为APM)，它是由L一天门冬氨酸与L一苯丙氨酸结合而成的缩二氨基酸甲醋，L一苯丙氨酸是生产二肪甜味剂AsPartame的主要原料，近年来因其价格昂贵而成为AsP一e开发与生产过程中的瓶颈。降低Aspar-tame生产原料成本，很大程度上决定于L一苯丙氨酸的利用率。提高L一苯丙氨酸的利用率可由两条途径来实现:一是提高Asp~e的反应产率;二是回收副产物中或未参加反应的L一苯丙氨酸。Aspartame采用天冬活性物法合成。产品过滤分离后，滤液再进行水解。反应完成后冷却至室温，将水解液稀释，并用氨水调节pH值为2一3，再以沉淀法去除酸根离子后，以一定流量上离子交换柱吸附。吸附完后以蒸馏水洗脱，洗脱液于60℃下减压浓缩，加乙醇结晶得产品。天冬二肤甜味剂是塞雷公司研究室的研究人员在合成一种专门治疗胃溃疡的药物时意外发现的，是合成四肤的中间体。它具有很强的甜味，无臭，呈白色结晶状粉末，其甜度大约为蔗糖的150、200倍，如与食盐共用其甜度可达蔗糖的490倍。天冬甜二肤的甜味与砂糖相似，但实际用量只需很少，天冬二肤的发热量极低，很适合于减肥和糖尿病人用。塞雷公司就天冬甜二肤对人和动物的安全性作了大量研究，1967年提出了有关安全性试验资料，申请准予天冬甜二肤作为食品添加剂。随着天冬甜二肤生产中苯丙氨酸需求量的增大，苯丙氨酸发酵法生

产工艺正在积极开发中。天冬甜二肤在美国已工业化生产，其产量达数千吨，而且仍在持续增长，因而其合成的原料苯丙氨酸和天门冬氨酸的市场需求量亦相应增长。美国苯丙氨

酸和天门冬氨酸产量的增加，将会大大增加对L一天冬氨酸的需求。苯丙氨酸是重要的医药和食用化学品中间体。近年来，氨基酸类抗癌药物、营养保健品的开发应用，也促进了苯丙氨酸的生产发展。

4.2营养化妆品

L一苯丙氨酸为人体必需的氨基酸组分，既可用于护肤品，又可用于护发用品。如用于发乳，头发的主成分是角质蛋白，含多种氨基酸，如老年白发能及时补充所需营养，可推迟白发的生成。白发生成的原因是由于角质蛋白缺少氨基酸等元素所致。脑素肤中富含L一苯丙氨酸