氨基酸提取与制备

氨基酸提取与制备

发布时间:2006/12/20 16:03:00 文章来源:科技文献

氨基酸提取与制备

氨基酸的生产方法有4种：经典的提取法、化学合成法、微生物发酵法和酶法。提取法是最早发展起来的，是生产氨基酸的最基本方法。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法。早期提取法是建立在溶剂抽提、等电点结晶和沉淀剂分离的基础上。随着离子交换树脂的应用，使氨基酸的分离更为容易，简化了提炼工序，缩短了操作时间，提高了氨基酸收率。提取法的优点是原料来源丰富，投产比较容易，但产量低，成本高，三废较严重。在国外多数氨基酸生产已逐步为微生物发酵法及化学合成法所取代。在目前4种生产方法中，发酵法生产占主导地位。酶拆分法也占相当地位。化学合成法倾向于氨基酸衍生物的制备。提取与分离是氨基酸生产的基本技术。无论何种方法均有分离纯化工序。即提纯也是提高氨基酸质量的关键步骤之一。目前仍有一定数量品种如半胱氨酸、酪氨酸、羟脯氨酸、组氨酸、亮氨酸用提取方法生产，且占主要的地位。对于中国来说，具有丰富动物资源的角、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。

提取法生产氨基酸主要经过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

氨基酸是构成蛋白质的基本单元，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种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。广泛地应用于食品、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要地位和充满希望的分支。

由于人们对氨基酸广泛参与机体正常代谢和许多生理机能的认识不断加深，氨基酸代谢紊乱与疾病的关系以及在防治某些疾病中的重要作用等，愈来愈被人们所瞩目。众所熟知，氨基酸对处于蛋白质—能量营养不良（Protein-Enerey Malnutrition, PEM)状态病人的营养支持，早日康复，降低发病率与死亡率，具有非常重要的意义。目前，随着中国肠外和经肠营养支持疗法的推广应用，氨基酸如同维生素、激素一样，已成为现今临床治疗上不可缺少的药品。

氨基酸作为某些疾病的治疗药物以及作为合成多肽类药物的中间原料，应用也较广泛。至今已能工业生产的多肽类药物有谷胱甘肽（3肽）、促胃液素（5肽）、催产素（9肽）、抗利尿素（9肽）、ACTH（24肽）及降钙素（32肽）等已用于临床。

此外，利用氨基酸与母体药物结合制成的前体药物，近几十年来发展也很快。它们可以改善药物的理化性质和稳定性，改善药物吸收提高血药浓度增进药物疗效，降低副作用与毒性。目前临床上广为应用或正在开发中的这类药物很多。例如阿司匹林赖氨酸或精氨酸、茶碱赖氨酸、硫霉素甘氨酸、甲硝唑氨基酸酯以及非甾体抗炎药物（如消炎痛、布洛芬、酮基布洛芬、萘普生、二氯灭酸、炎痛喜康等）的赖氨酸或精氨酸盐等。

肠外输入纯氨基酸混合液或经口（包括管饲）氨基酸混合物，均可为机体利用。不过，无论经肠或肠外投给的氨基酸制剂，都必须符合营养学的要求，这样才能达到以氨基酸作为合成体蛋白的“构件”的目的，否则必有部分氨基酸作为能源利用，同时增加尿素的排泄。

为达到良好的蛋白质营养，必须同时供应充足而且组成平衡的各种氨基酸与能量，使细胞可以进行各种蛋白质的生物合成。在合成过程中，需要21种氨基酸（其中不包括甲基组氨酸及羟脯氨酸）。就人类营养来讲，其中8种（有称9种）为必须氨基酸（即体内完全不能合成或合成速率不能满足最适生长需要而必须由食物蛋白供给的氨基酸），其他为非必需氨基酸（即体内可从必需氨基酸或其他代谢物转变而成的氨基酸）。近年发现，几种非必需氨基酸在某些情况下也是必需的或必要的。

当摄入一种完全的氨基酸混合物后，肝细胞内的蛋白质合成十分旺盛；如其中缺乏一种必需氨基酸，则合成趋于停止。在肠外营养时，已证实同时输注色氨酸与不含色氨酸的酪蛋白酸水解液，可获得正氮平衡；如将二者分开输注，则为负氮平衡。由引可见，必需氨基酸在蛋白质营养中的重要性。

此外，各个氨基酸之间的相互作用也极其复杂。所谓平衡的氨基酸模式系一种氨基酸组成，其间产生不利的相互作用应为最低。这方面将涉及以下3个问题。

氨基酸不平衡食物蛋白或氨基酸混合物的氨基酸组成比例改变后，可以造成食欲减退或生长率降低，其原因即由于氨基酸不平衡。在经肠营养时，应摄入混合蛋白质以减轻氨基酸的不平衡。在肠外营养时，如氨基酸制剂的必需氨基酸之间的摩尔比有微小的改变，也可影响最适蛋白质合成的进行。

氨基酸拮抗氨基酸拮抗与不平衡有别。产生拮抗后的生长停滞不能因加入限制氨基酸而得到改善，但可加入一种非限制的、化学结构与引起拮抗的氨基酸近似的氨基酸而得到补偿。

氨基酸毒性摄入过量的某个氨基酸而产生的不良后果，称为氨基酸毒性。多种氨基酸过分摄入，都可引起毒性。如膳食中蛋氨酸过多，可引起多种器官发生病理改变。过量的胱氨酸对肝脏有毒性。静脉氨基酸制剂如含大量的甘氨酸，输后可引起高氨血症，尤其对婴儿的危害性更大。甚至经口或肠外摄入谷氨酸过多，也可引起恶心、呕吐与头痛等一系列症状，即所谓中国餐馆综合征。

综上所述，蛋白质营养是一种复杂而又细致的过程。无论经肠或肠外营养，如摄入的氨基酸尤其是必需氨基酸时模式不当，非旦不能达到生长与维持的效果，还可造成严重的代谢紊乱、毒性与临床症状。这种最适的必需氨基酸模式可通过膳食调查与人体需要量的测定而制定。必需氨基酸需要量的测定曾有许多精湛的研究。Williams等（1974）曾做过详细的综述。也曾有专书详细介绍了婴儿、儿童（10～15岁）与成人的对必需氨基酸平均需要量、必需氨基酸占总蛋白的百分率（E%）及与FAO/WHO理想模式与人乳的比较等。FAO/WHO提出的理想模式（用以评定膳食蛋白的质量的参考），与婴儿需要的或人乳的模式相近。

人毛发角蛋白中分离L-胱氨酸

人发水解液制备将8.8～9mol/L盐酸预热至60℃左右，迅速投入人发，搅拌（111～114℃）水角6.5h，得黑色水解液，减压抽酸浓缩至水解液体积减少40%左右（70～80℃ 2h)。

L-胱氨酸粗制粗品用2mol/L盐酸加热搅拌溶解，升温至90℃立即加入适量的活性碳，搅拌20～30min，趁热减压过滤，滤饼用少量2mol/L盐酸洗涤数次，合并滤液和洗涤液，先用碱中和，控制温度，调ph1.5，改用饱和碳酸钠中和至ph4.8～5.0。温度控制在前72～74℃，趁热减压过滤得半成品（浅灰白色，有时为白色）

L-胱氨酸精制于1mol/L盐酸中加入半成品，加热搅拌溶解。加热至70～75℃，升温至90℃加一定量的活性碳。搅拌20～30min，趁热过滤，滤液加热至70～75℃，用饱和碳酸钠和至pH1.5～2.0，有L-胱氨酸析出，减慢搅拌速度，继续加碳酸钠，严格控制pH3.5～4.0，迅即趁热减压过滤，L-胱氨酸白色结晶用热去离子水洗至Cl-，于60～80℃烘干即得成品。

注：由于提高温度可使一种溶质吸附增加，而同时又使存在于同一溶液中另一些溶质的吸附减少，故先将脱色液加热至90℃后再加碳，使吸附大分子色素，其次也吸附小分子氨基酸，可使胱氨酸收率增加。

由于L-胱氨解长时间水解易旋化，故宜短时间强热水解。碳易吸附胱氨酸，用过的碳应充分洗净。胱氨酸遇碱易分解，中和沉淀时应注意pH。此外，胱氨酸与脯氨酸等电点接近，如沉淀时间长两者可混晶析出。可利用两者在盐酸中的析出量因盐酸.浓度不同而异的性质进行分离。

酪蛋白水解液中分离亮氨酸

取酪蛋白500g加20%盐酸1360ml，煮沸16h，反复减压浓缩除去过剩的盐酸，将残留物溶于2l的热水中，加12mol/L氢化钠190ml，使pH为2.4，溶液内加碳60g，煮沸几分钟，脱色，过滤，洗净，将滤液及洗液合并，冷却过后，滤除析出的酪氨酸，滤液减压浓缩至900ml，放置一夜，将析出的二亮氨酸盐酸盐与氯化钠的混合沉淀物过滤，用25%食盐水300ml洗净，将此粗产物溶于600ml温水中，碳脱色后用氢氧化钠溶液中和至甲基红中性，滤取第1次结晶，水洗，将滤液及洗液合并浓缩至约200ml，得第2次结晶，合并两次结晶共得34.5g。取此粗亮氨酸用70%甲醇4l加热溶解，碳脱色，冷却，过滤，结晶用70%甲醇洗，得膏氨酸28.1g(mp314～315℃)。

从天然蛋白质水解液的亮氨酸组分分离亮氨酸

水解取鱼片下脚料2kg、工业盐酸5.4l、水1.8l，装入水解瓶内进行水解。水解条件：温度106～110℃,盐酸浓度约6mol/L，时间20h。水解完毕水解液呈红棕色。

中和脱色将水解液搅拌冷却，缓缓加入7mol/L碱液，中和终点控制在pH3，分别加入上批重结晶用废碳和新碳，进行2次脱色，新碳加量每批400g(约2%)，搅拌70～80℃保温脱色30min，过滤，脱色液为略带黄色的透明液体。

浓缩结晶将水解液用稀盐酸调pH2.5，然后减压浓缩，待有大量氯化钠结晶析出时，抽滤，滤液用浓缩，直至总体积为2～3l为止，抽滤，合并滤饼（氯化钠和亮氨酸混合结晶）。