1、生物學氨基酸類生化產品制備技術內容：1. 背景知識介紹氨基酸概述氨基酸的應用價值氨基酸的生產現狀2. 氨基酸物化性質3. 氨基酸產品的提取、純化及精制4. 氨基酸制備舉例氨基酸概述蛋白質存在于所有的生物細胞中，是構成生物體最基本的結構物質和功能物質。蛋白質是生命活動的物質基礎，它參與了幾乎所有的生命活動過程。早在1878年，恩格斯就在反杜林論中指出：“生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質上就在于這些蛋白體的化學組成部分的不斷的自我更新。” 可以看出，第一，蛋白體是生命的物質基礎；第二，生命是物質運動的特殊形式，是蛋白體的存在方式；第三，這種存在方式的本質就是蛋白體與其外部自然界不斷的新陳代

2、謝。現代生物化學的實踐完全證實并發展了恩格斯的論斷。氨基酸是構成蛋白質的基石。 氨基酸是生物有機體的重要組成部分,是組成蛋白質的基本單元,具有極其重要的生理功能。 隨著生物的進步，人類對生物體內的生理機能及代謝活動的了解，氨基酸在生物體內的重要生物機能越來越清楚。氨基酸是生命機體之營養，生存和極為重要的物質，在生命體內物質代謝調控、信息傳遞方面扮演重要角色。 人類的疾病狀態和氨基酸的存在情況有直接關系。 任何一種氨基酸的缺少，人體的正常生命代謝就會出現障礙, 甚至導致各種疾病的發生或生命活動終止. 由此可見, 氨基酸在人體生命活動中顯得多么重要.數量：近30年來，在開發和研究氨基酸方面均取得重

3、大進展，在發現新氨基酸種類和數量方面已由60年代50種左右，到現在已突破400種。產量：60年代初世界氨基酸產量不過10萬噸，現在已躍上百萬噸，產值超百億美元。預計：但與實際需求量還有較大距離，據專家們預計，到2009年年產值可望達到300億美元。 其中，用于合成的氨基酸市場年增長率約為7 % ,在2009 年將達到10 億美元, 用于合成甜味肽的氨基酸的市場份額將超過4 億美元。氨基酸的發展 國際上的發展 國內發展 我國氨基酸類生化產品近10 年雖發展迅速,但與發達國家比較,無論在品種、產量或開發能力上,均有較大差距,不能滿足市場需求。目前,我國進口的近200 種生化藥中,氨基酸類約占1/4

4、 ,其中制劑品種略多于原料藥,制劑中近一半為大輸液。這也說明我國氨基酸類藥有著廣闊發展前途。 氨基酸作為人類營養添加劑、調味劑、飼料添加劑、醫藥、農藥等在食品、農業、畜牧業及人類健康、保健等諸多方面有著廣泛的應用。氨基酸的應用價值 氨基酸是構成生物體蛋白質的基本單位，人體體液中缺少某種氨基酸就會發生不同的疾病。因此，氨基酸對維持和補充病人的營養，搶救垂危病人的生命起到了重要的作用。蛋白質氨基酸有20種，非蛋白質氨基酸有400多種，其衍生物和合成的多肽品種達數千種之多。 氨基酸廣泛應用于醫藥、食品、保健、飼料、化妝品、農藥、肥料、制革、科學研究等領域。 氨基酸在醫藥行業的應用 氨基酸作為蛋白質的

5、基本組成單位，直接參與生物體內的新陳代謝和其他生理活動，在醫藥方面可用作營養劑、代謝改善劑、抗潰瘍、防輻射、抗菌、治癌、催眠、鎮痛以及為特殊病人配制人工合成膳食等。以氨基酸為原料的激素、抗菌素、酶抑制劑、抗癌藥等生物活性多膚也不斷出現，已在工業上生產的多肽有谷胱甘肽、促胃液素、催產素、降鈣素等。 1.氨基酸為主要原料 谷氨酸、精氨酸；賴氨酸；酪氨酸；色氨酸；甲硫氨酸；胱氨酸、半胱氨酸；天冬氨酸等。 （氨基酸輸液、激素、抗生素、抗癌劑等）2、氨基酸衍生物為主要原料 4一羥基脯氨酸；N-乙酰-L谷酰胺鋁；二羥基鋁-L-組氨酸；組氨酸-維生素U-蛋氨酸、N-乙酰色氨酸的鋁、鈦、鉍等 可以治療慢性肝炎

6、、防止肝硬化、恢復疲勞、治療抑郁癥和腦血管障礙引起的運動失調；還可以作為抗生素及抗高血壓藥、抗腫瘤及抗菌增效劑等。3、多肽 該類藥品也是今后的發展重點之一。多肽在臨床上使用非常廣泛，主要用于治療癌癥、HIV病毒和免疫系統功能減退、對傳統抗生素產生抗體的感染以及疫苗等。已在工業上生產的多肽有谷胱甘肽、促胃液素、催產素、促ACTH、降鈣素等。全球合成多肽原料藥的產量在100kg左右，但銷售額達2.5億一3億美元，而做成制劑的銷售額則達25億一30億美元。多肽原料藥需求量的年增長率在10%以上。 在飼料添加劑行業的應用主要有蛋氨酸和賴氨酸 功效:促進動物生長發育;改善肉質，提高畜禽生產能力，增加產量

7、；提高飼料利用率，節省蛋白質飼料；降低成本。 國際上配合飼料的發展趨勢是以“維生素+礦物質十氨基酸”為主要添加劑，以緩解蛋白質飼料資源供需矛盾。 據飼料工業發展規劃，屆時所需的蛋氨酸為3萬噸以上，賴氨酸2.5一3.0萬噸。蛋氨酸具有促進腎上腺素合成膽堿、抗脂肪肝的作用。主要用于雞飼料，亦可用于豬、牛的配合飼料;在目前魚粉供應不足的情況下，蛋氨酸與豆類飼料配合使用，還可以部分代替魚粉。 賴氨酸具有增強畜禽食欲、提高抗病能力、促進外傷治愈的作用，是合成腦神經及生殖細胞、核蛋白質及血紅蛋白的必需物質。賴氨酸主要用于豬，亦可用于家禽和犢牛。 氨基酸在日用化工上的應用己有取代化工原料的趨勢。氨基酸及其衍

8、生物與人體皮膚結構相似，易被皮膚吸收，使老化和硬化的表皮恢復水合性和彈性，延緩皮膚衰老。氨基酸和高級脂肪酸制成的表面活性劑、抗菌劑已成為最高效的添加劑而被廣泛使用。 精氨酸或甘、丙、擷氨酸的碳酸鹽、聚天門冬氨酸或聚谷氨酸鹽、肽氨基鹽或半胱氨酸鹽等制成的護發劑、染發劑、永久型燙發劑已成為時興商品供應市場。添加絲氨酸、酰基谷氨酸鈉或酰基一丙氨酸鈉及月桂酰基氨酸鈉、焦谷氨酸、堿性氨基酸制成的護膚用品。 在化妝品行業的應用聚谷氨酸和聚丙氨酸正被研制成有良好保溫和透氣性能的人造皮革和高級人造纖維;亮氨酸、脫氨酸等正作為發酵工業中多種氨基酸生產菌的添加物而被開發應用;N一脂酰氨基酸作為抗噬菌體污染的優良抑

9、制劑在發酵工業中被應用;在貴金屬提取和電鍍工業方面，已開發了天門冬氨酸、組氨酸、絲氨酸在熔金培養液中應用，使熔金能力比對照提高100一200倍;谷氨酸等用于電鍍工業的電解溶液;胱氨酸用于銅礦探測;氨基酸烷基酯用于海上流油回收。 氨基酸在輕工業方面的應用 氨基酸在農業中的應用 農藥對環境的污染己構成嚴重的社會問題，人們一致希望能有不會構成公害的農藥問世。氨基酸農藥即是無害農藥，其易被微生物分解，無毒性、不污染環境，增強植物抗菌能力。 主要品種有:殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、農藥穩定劑、植物生長促進劑、脫葉劑等。氨基酸的生產現狀 據統計全世界氨基酸的年需求量以每年10%的速度增長，年總產量300萬噸以

10、上。作為食品添加劑占40%，飼料添加劑占40%，醫療保健等占20%。飼料工業氨基酸應用量較大的有蛋氨酸、賴氨酸、色氨酸、蘇氨酸。 日本在氨基酸產量品種和技術水平均居世界領先地位。我國己成為氨基酸原料生產的大國。其中味精(谷氨酸)年產量120多萬噸，產銷量居世界第一位，胱氨酸和半胱氨酸產銷量也居世界第一位，賴氨酸生產居世界前列。但我國氨基酸生產技術總體水平距國際先進水平較大，尤其表現在菌種產酸率低，生產效益差，高質量、高價值的氨基酸少。目前無論生產規模及產品質量還難與國外抗衡。 臨床用氨基酸輸液的10多種原料，大多數依賴進口。我國藥用氨基酸占世界總產量的1%左右，但銷售額占氨基酸產品總額的18%

11、一20%。氨基酸的物理化學性質一、氨基酸（天然）CHH2NCOOHR碳原子,不對稱碳原子側鏈Chiral carbon氨基酸的基本結構-C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH2)-COOH -氨基酸 -C-C-C(NH2)-C-COOH -氨基酸 -C-C(NH2)-C-C-COOH -氨基酸分類L一氨基酸或D一氨基酸。氨基酸和亞氨基酸蛋白氨基酸和非蛋白氨基酸。氨基酸理化特性(l) 無色結晶： 熔點約在230以上，大多沒有確切的熔點，熔融時分解并放出CO2;都能溶于強酸和強堿溶液中，除胱氨酸、酪氨酸、二碘甲狀腺素外，均溶于水；水中溶解度各不同，取決于側鏈;除脯氨酸和羥脯氨酸外，均難溶

12、于乙醇和乙醚。(2)有堿性(二元氨基一元梭酸，例如賴氨酸);酸性(一元氨基二元梭酸，例如谷氨酸);中性(一元氨基一元梭酸，例如丙氨酸)三種類型。 大多數氨基酸都呈顯不同程度的酸性或堿性，呈顯中性的較少。所以既能與酸結合成鹽，也能與堿結合成鹽。(3)除甘氨酸外都有不對稱的碳原子，呈旋光性。同時由于空間的排列位置不同，又有兩種構型:D型和L型，組成蛋白質的氨基酸，都屬L型。由于以前氨基酸來源于蛋白質水解(現在大多為人工合成)，而蛋白質水解所得的氨基酸均為a一氨基酸，也稱為編碼氨基酸(或標準氨基酸)。在生化研究方面氨基酸通常指a一氨基酸。L型氨基酸 與 D型氨基酸L- amino acidD- am

13、ino acid比旋光度是氨基酸的重要物理常數之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據。構成蛋白質的20種氨基酸在可見光區都沒有光吸收，但在遠紫外區(220nm)均有光吸收。在近紫外區(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。可以通過測定280nm 處的紫外吸收值的方法對氨基酸溶液進行定量。 苯丙氨酸的max257nm，257=2.0 x102酪氨酸的max275nm，275=1.4x103色氨酸的max280nm，280=5.6x103(4)氨基酸的光吸收（5）氨基酸的兩性性質和等電點 氨基酸是兼性離子 質子受體和質子供體。 所謂兼性離子是指在同一分子上帶有能釋放質子的正離子

14、基團和能接受質子的負離子基團。兼性離子本身既是酸又是堿。因此它既可以和酸反應，也可以和堿反應。 實驗證明：氨基酸在水溶液中或在晶體狀態時，都以兼性離子形式存在。 氨基酸在結晶形態或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兼性離子。在兼性離子中，氨基是以質子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(-COO-)存在。在不同的pH條件下，兩性離子的狀態也隨之發生變化。COO-CHH3N+RCOOHCHH3N+RCOO-CHH2NRPH 1 7 10凈電荷 +1 0 -1 正離子 兼性離子 負離子 等電點(pI)：使分子處于兼性離子狀態，在電場中不遷移(分子的凈電荷為零)時溶液的p

15、H值。 每一種氨基酸都有特定的pI ，這是由于各種氨基酸分子上所含有的氨基、羧基等基團的數目以及各種基團的解離程度不同所造成的。 一般一氨基一羧基的氨基酸等電點在pH 6左右，這是由于羧基的解離程度大于氨基，故PI偏酸，堿性氨基酸pI在pH 10左右，酸性氨基酸的pI在pH 3左右。 向氨基酸溶液中加酸時，羧基接受質子，使氨基酸帶正電， 加堿時，氨基釋放質子，與OH-中和，使氨基酸帶負電。 當溶液的pH=pI時，氨基酸以兩性離子存在 當溶液的pHpI時，氨基酸溶液中正離子占優勢 當溶液的pHpI時，氨基酸溶液中負離子占優勢。 氨基酸是蛋白質的基本組成材料 蛋白質用強酸、強堿處理后，可以得到各種

16、各樣的氨基酸。在動植物組織中可以分離得到400多種不同的氨基酸。第一個氨基酸早在兩個世紀前就已經被發現，而最后一個氨基酸在1935年才發現。直到1965年才搞清楚，只有20種氨基酸才是合成蛋白質的原材料(稱為Primary amino acid )。20種氨基酸的發現年代表天冬酰氨 1806 Vauquelin 天冬門芽甘氨酸 1820 Braconnot 明膠亮氨酸 1820 Braconnot 羊毛、肌肉酪氨酸 1849 Bopp 奶酪絲氨酸 1865 Cramer 蠶絲谷氨酸 1866 Ritthausen 面筋天冬氨酸 1868 Ritthausen 蠶豆苯丙氨酸 1881 Schul

17、tze 羽扇豆芽丙氨酸 1881 Weyl 絲心蛋白 賴氨酸 1889 Drechsel 珊瑚精氨酸 1895 Hedin 牛角組氨酸 1896 Kossel,Hedin 奶酪胱氨酸 1899 Morner 牛角纈氨酸 1901 Fischer 奶酪脯氨酸 1901 Fischer 奶酪色氨酸 1901 Hopkins 奶酪異亮氨酸 1904 Erhlich 纖維蛋白甲硫氨酸 1922 Mueller 奶酪蘇氨酸 1935 McCoy et al 奶酪氨基酸的名稱與符號alanine丙氨酸AlaAarginine 精氨酸 ArgRasparagine天冬酰氨 Asn AsxNaspartic

18、acid天冬氨酸Asp AsxDcystine半胱氨酸CysCglutarmine谷氨酰胺Gln GlxQglutarmic acid谷氨酸Glu GlxEglycine甘氨酸GlyGhistidine組氨酸HisHisoleucine異亮氨酸IleIleucine亮氨酸LeuLlysine賴氨酸LysKmethionine甲硫氨酸MetMphenylalanine苯丙氨酸PheFproline脯氨酸ProPserine絲氨酸SerSthreonine蘇氨酸ThrTtryptophan色氨酸TrpWtyrosine 酪氨酸TyrYvaline纈氨酸ValV不用的字母JUZBOX二十種氨基酸的化

19、學結構從少數蛋白質中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質氨基酸。這些氨基酸都是由相應的基本氨基酸衍生而來的。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質氨基酸的結構如下。幾種重要的不常見氨基酸氨基酸的化學性質 氨基酸的成鹽反應氨基酸與酸、堿都可形成鹽，并可溶于水。與銅離子、銀離子、汞離子形成的鹽，多數不溶于水。在提取分離過程中可以利用氨基酸的成鹽性質進行分離、精制。-氨基和-羧基共同參與的反應用途：是多肽和蛋白質生物合成的基本反應 氨基酸與茚三酮反應 氨基酸與茚三酮水合物共熱，被氧化成醛、氨、二氧化碳，而茚三酮水合物被還原。在堿

20、性溶液中還原茚三酮與茚三酮和氨進一步縮合，生成一種藍紫色化合物。 反應中產生的二氧化碳以及顏色，可用來定性定量氨基酸。脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應產生黃色。氨基酸氨基的反應 氨基酸羧基的反應側鏈基團的化學性質巰基（-SH）的性質作用：與金屬離子的螯合性質可用于體內解毒。側鏈基團的化學性質巰基（-SH）的性質作用：氧化還原反應可使蛋白質分子中二硫鍵形成或斷裂。胱氨酸半胱氨酸側鏈基團的化學性質巰基（-SH）的性質作用：氧化還原反應可使蛋白質分子中二硫鍵斷裂。磺基丙氨酸胱氨酸6HCOOOH+ 6HCOOH米倫反應：酪氨酸與米倫試劑（硝酸汞溶于含有少量亞硝酸的硝酸中）反應即生成白色沉淀，加熱后變成紅色

21、。含有酪氨酸的蛋白質也有此反應；扳口反應：在堿性溶液中，胍基與含有萘酚及次溴酸鹽的試劑反應，生成紅色物質。這對于精氨酸專一性較強、靈敏度較高的一個反應；Pauly反應：組氨酸的咪唑基仔堿性條件下，可與重氮化的對氨基苯磺酸偶聯產生紅色物質。酪氨酸也有此反應；醛類反應：在硫酸存在下，色氨酸與對二甲氨基苯甲醛反應產生紫紅色化合物，此反應用于鑒定色氨酸；鉛黑反應：胱氨酸和半胱氨酸被強堿破壞后，能放出硫化氫，與醋酸鉛反應生成黑色的硫化鉛沉淀。氨基酸特殊基團的反應氨基酸產品的提取、純化及精制氨基酸一般通過生物材料水解、發酵液及合成獲得。氨基酸的制備1 化學合成法 以某些相應化合物為原料，經氨解、水解、縮合

22、、取代及氫化還原等化學反應合成氨基酸 由于應用化學合成法所得的氨基酸一般是外消旋體，必須經過拆分才能得到光學純產物。故用化學合成法生產氨基酸時除考慮合成工藝條件外，還要考慮異構體的拆分與D一異構體的消旋利用，三者缺一勢必將影響其應用。而應用不對稱合成方法進行合成，又面臨成本昂貴，對于大量需求的氨基酸無實用價值，對于部分特需氨基酸則有意義，如L一多巴，己經可以工廠化手性加氫合成。L-脯氨酸合成路線以濃硫酸為脫水劑，使L-谷氨酸與乙醇縮合成L-谷氨酸-乙酯，后者經硼氫化鉀還原即成L-脯氨酸臨床上用于治療皮膚病，能促進傷口愈合，也是復方氨基酸注射液的原料。2 蛋白質水解 以動物蛋白質為原料，經強酸水

23、解后，得到各種氨基酸。提取法原料廉價，所需的原料種類少，且在中國大陸原料資源相當豐富。工業生產時可同時得到十多種氨基酸產品，生產規模易擴大，容易實現工業化生產，利用蛋白質為資源，進行氨基酸的工業化生產，在中國大陸己成為發展氨基酸工業的重要途徑。另外，許多醫藥用氨基酸品種必須得依靠提取法提供。現在全世界醫藥用氨基酸中至少有6種尚須用提取法生產，它們分別是組氨酸、精氨酸、絲氨酸、胱氨酸、脯氨酸及酪氨酸。提取法的發展潛力很大。常用方法：酸水解法；堿水解法；酶水解法水解氨基酸分離 精制氨基酸蛋白質酸水解法堿水解法酶水解法溶解度法特殊試劑吸附法吸附法離子交換法結晶重結晶 酸水解 通常用6-10mol/L

24、鹽酸在110一120條件下，水解12-24h，所得水解產物即為氨基酸的混合液，可加熱蒸發除去鹽酸。 優點是水解徹底，氨基酸都是L一型，沒有旋光異構體產生; 缺點是色氨酸幾乎全部被破壞，而且水解液因色氨酸與醛基化合物作用生成的腐黑質而呈黑色，需脫色去除； 另外，腐蝕設備、勞動條件差、產生大量廢物。此法也是目前氨基酸工業生產的主要方法之一，也可用于蛋白質的分析。 堿水解法 蛋白質用6mol/L NaOH煮沸6h即可完全水解得到氨基酸混合液。 優點是不破壞色氨酸; 缺點是半胱氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、精氨酸和賴氨酸等被大部分破壞;而且部分氨基酸轉變為D一型，D一氨基酸的實用價值大大降低。 因此，這種方法

25、很少用于提取氨基酸。 酶法水解 蛋白質水解酶能水解肽鍵，所需的條件溫和，一般在常溫常壓下、pH2一8下進行。任何氨基酸都不被破壞，也不發生旋光異構現象。但是此法水解不徹底，中間產物(短肽等)較多。三種水解法的比較名稱水解條件優點缺點注酸水解法用610ml/L HCl(或1.82倍工業HCl或4mol/L ),在110120C下，水解1224h水解完全徹底，全部是L氨基酸，不引起氨基酸消旋作用色氨酸全被破壞；絲氨酸部分被破壞；腐蝕設備；勞動條件差；產生大量廢酸工業生產常采用堿水解法用6mol/L NaOH或2mol/L ，在100C水解6h水解完全，色氨酸不被破壞，不腐蝕設備氨基酸發生消旋作用；

26、絲氨酸、精氨酸、蘇氨酸、胱氨酸等大部分被破壞一般很少采用酶水解法用胰酶或胰漿、微生物蛋白酶等，在適宜的PH、溫度、一定的時間和酶濃度下水解蛋白質反應條件溫和；氨基酸不被破壞；不發生消旋作用；設備簡單；勞動條件較好水解不徹底；中間產物多肽類較多；一般時間較長；易污染菌用于制造蛋白胨、水解蛋白、氨基酸生產比較少用 3. 發酵法 由微生物利用糖類、氨等廉價碳氮源直接生產L一氨基酸，是借助微生物具有合成自身所需各種氨基酸的能力。 氨基酸發酵法有廣義和狹義之分。狹義指通過特定微生物在以碳源和氮源以及其它成分的培養基中生長，直接產生氨基酸的方法。廣義者除直接發酵法外，尚包括添加前體發酵法及酶轉化技術生產氨

27、基酸。 應用發酵法生產氨基酸產量最大的是谷氨酸，其次為賴氨酸。但發酵法中菌種的選育相當麻煩，且不好控制。生產的產品單一，純度不高，有伴生氨基酸產生。隨著現代生物技術和工程技術的發展，發酵生產氨基酸呈現誘人前景。4. 酶轉化法原理：酶轉化法亦稱為酶工程技術，實際上是在特定酶的作用下使某些化合物轉化成相應氨基酸的技術。基本過程：培養產酶微生物將酶或細胞固定化并裝填于反應器中加入相應底物合成特定氨基酸反應液經分離純化成成品。特點：工藝簡單、可連續操作、可長期反復使用、產物濃度高、轉化率及生產效率較高、副產物少。L-天冬氨酸轉化反應2、氨基酸分離（1）溶解度法 ：依據不同氨基酸在水中或其他溶劑中的溶解

28、度差異而進行分離的方法。 胱氨酸/酪氨酸，酪氨酸易溶于熱水。（2）特殊試劑沉淀法 ：系采用某些有機或無機試劑與相應氨基酸形成不溶性衍生物的分離方法。 精氨酸與苯甲醛生成沉淀，鹽酸去除苯甲醛（3）吸附法 ：利用吸附劑對不同氨基酸吸附力的差異進行分離的方法。 活性炭吸附苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸（4）離子交換法：利用離子交換劑對不同氨基酸吸附能力的差異進行分離的方法。沉淀分離法特殊試劑沉淀法、等電點沉淀法和有機溶劑沉淀法。 特殊試劑沉淀法是最早應用于混合氨基酸分離的方法之一。某些氨基酸可以與一些有機化合物或無機化合物結合，形成結晶性衍生物沉淀，達到與其它氨基酸分離的目的，但是，特殊沉淀法的沉淀劑回收

29、困難，排放廢液中參雜有沉淀劑，加重了污染，殘留在氨基酸產品中的沉淀劑還會影響純度。精氨酸與苯甲醛在堿性和低溫條件下,可縮合成溶解度很小的苯亞甲基精氨酸,將沉淀用鹽酸水解除去苯甲醛,即可得精氨酸鹽酸鹽；亮氨酸與鄰- 二甲苯- 4 - 磺酸反應,生成亮氨酸的磺酸鹽,后者與氨水反應,得到亮氨酸。組氨酸與氯化汞作用,生成組氨酸汞鹽的沉淀,再經硫化氫的處理就可得組氨酸 亮氨酸與鄰- 二甲苯- 4 - 磺酸反應,生成亮氨酸的磺酸鹽,后者與氨水反應,得到亮氨酸。發酵液酸化液酸化過濾濾液水解脫色液脫色液脫色氨解液亮氨酸磺酸復鹽pH2.580oC,20min鄰- 二甲苯- 4 - 磺酸氨解80oC,60min過

30、濾亮氨酸粗品亮氨酸溶液活性炭脫色常溫下結晶減壓濃縮濃縮液亮氨酸結晶亮氨酸精品干燥80oC,3h 等電點沉淀法是根據氨基酸的等電點不同，在等電點時，氨基酸分子的凈電荷為零，有利于氨基酸分子的彼此吸引而形成結晶體沉淀下來。 沉淀法具有簡單、方便、經濟和濃縮倍數高的優點，廣泛應用于氨基酸工業提取中。 目前較成熟的工藝有:苯甲醛縮合提取精氨酸;鄰一二甲苯一4一磺酸沉淀提取亮氨酸;氯化汞沉淀提取組氨酸;從生產半胱氨酸的廢母液中回收胱氨酸;此外目前國內味精廠也都采用等電點沉淀法提取谷氨酸。 有機溶劑沉淀法是利用某種有機溶劑使需要提取的物質在溶液中的溶解度降低而形成沉淀。 離子交換法 利用離子交換樹脂對不同

31、的氨基酸吸附能力的差異對氨基酸合物進行分組或實現單一成分的分離。離子交換法是氨基酸工業中應用最廣泛的分離與純化方法之一。 氨基酸是一種兩性電解質，在酸溶液中，氨基酸以陽離子狀態存在，因而能被陽離子交換樹脂交換吸附;在堿性溶液中，氨基酸能以陰離子的狀態存在，因而能被陰離子交換樹脂吸附。根據氨基酸分子中既有氨基又有羧基的兩性電離特性，分子中側鏈基團(R)的性質和等電點的范圍，調節氨基酸混合液的PH值，選擇恰當的離子交換樹脂，配合相應的交換基團，可以從混合氨基酸中分離出酸性、堿性和中性氨基酸。 缺點：由于離子交換法分離混合氨基酸僅僅是利用各種氨基酸之間等電點的差異，因此只有當欲被分離的混合氨基酸之間

32、的等電點相差較大時才能較好地分開，對于等電點相近的混合氨基酸只能部分得以分開或根本就難以分離; 氨基酸離子在樹脂中的擴散速度較慢，因此一方面要求料液的流速較低。另一方面對于氨基酸濃度較高的料液在上離子交換柱前還要進行稀釋，這就必然導致所需的設備太大; 此外，離子交換法由于本身的生產原理決定了生產過程難以連續化。 正是這些缺點，離子交換法用于混合氨基酸的分離并沒有在大規模的生產中推廣。膜分離法 膜過濾法可以實現混合溶液的分離是因為在膜和溶液的界面處存在以下機理: 親水性等原因所引起的選擇性透過; 篩分效應- 待分離物質分子的直徑大于膜孔的直徑,將被截留, 反之則透過; 電荷效應(Donnan 效

33、應) - 若膜表面帶與待分離物質同種電荷, 則會產生靜電排斥作用,反之則會產生吸引作用。 國外膜分離工藝已應用于乳制品工業。采用反滲透濃縮乳清，使用超濾法從乳清中制備濃縮蛋白質，使用微米膜分離乳清中的蛋白質，去除脫脂乳中的細菌，使用納濾膜去除乳清中的礦物質。近些年，又開始研究膜過濾分離蛋白質、肽和氨基酸的可行性。在人體的新陳代謝過程中存在大量生物膜滲透現象。研究氨基酸的膜分離不僅可以找出有效的生物分離技術，而且有助于加深對這些新陳代謝過程的了解。萃取法（反應萃取法）氨基酸不溶于普通有機溶劑,因此采用通常的溶劑萃取法不能奏效,必須采用反應萃取法,即選擇適當的反應萃取劑,其解離出來的離子與氨基酸解

34、離出來的離子發生反應,生成可以溶于有機相的萃取配合物,從而使氨基酸從水相進入有機相。 近年來,采用溶劑萃取法分離氨基酸的研究報道很多,但大多是提出了專利申請,或處于研究階段,未見工業報道。要實現工業化,至少要先解決兩個問題: 其一是萃取過程中乳化的問題。 其二是低毒萃取劑的選擇和萃取劑殘留物對于產品質量的影響。萃取法用于處理發酵液,也取決于新方法在收率上與原來的方法相比較能夠獲得多大的經濟效益。3、氨基酸精制 結晶 發酵液和提取液采用上述方法進行初步的分離提取之后,要得到具有一定粒度分布和晶體形狀的成品還必須對其進行濃縮結晶和重結晶。這也是決定最終產品質量的關鍵。醫藥用輸液氨基酸必須具有較高的

35、純度,這就要求結晶產品具有較大的粒度,以便于與母液分離;較小的晶體也易于形成聚結體,夾雜母液,降低產品的純度。電泳 電泳是指帶電質點在電場中向與本身所帶電荷相反的電極移動的現象。由于不同氨基酸具有不同的等電點，在一定pH條件下，不同氨基酸就帶有不同性質的電荷，從而在外電場的作用下被分離開。 電泳的方向和速度主要取決于所帶電荷性質、數目及相對分子質量的大小。舉例：氨基酸產品的制備舉例胱氨酸的制備；甘氨酸鐵的制備；從木槿葉中復合氨基酸的提取色氨酸提取工藝的研究發酵法提取賴氨酸舉例：胱氨酸的制備胱氨酸的概念 分子式C6H12N2O4S2，分子量240.30，學名雙巰丙氨酸。在蛋白質中常以半胱氨酸殘基

36、分布在肽鍵中，再以其組成-S-S-橋鍵的胱氨酸殘基形式將肽鍵交聯起來。 白色晶體或結晶粉末。是蛋白質中主要含有二硫鍵的氨基酸。溶于水，不溶于乙醇。等電點5.05，有三種異構體，熔點：左旋體258261（分解），右旋體247249（分解），消旋體為260（分解）。-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC胱氨酸用途 胱氨酸系由2個半胱氨酸所組成，而半胱氨酸是人體內一種“非必須氨基酸”，是合成蛋白質的基礎。由于半胱氨酸含巰基基團，所以它是氨基酸類物質中為數不多的少數幾種具有解毒功效的天然氨基酸。 半胱氨酸可與谷氨酸、甘氨酸等氨基酸一起組成谷胱甘肽，谷胱甘肽是一種重要的天然解毒劑，在人

37、體內能清除掉重金屬、有害化學物質與吸入體內的香煙中的尼古丁等有害氣體，使人體不受有毒有害物質的侵害。 半胱氨酸還能加強細胞膜的堅牢度，防止香煙煙氣進入（如肺泡細胞里）以及酒精分子等有害物質進入肝細胞內； 中和掉肝臟內的乙醇氧化后產生的乙醛等有害化學物質以及藥物分子等代謝物；抗體內產生的自由基等； 激活白細胞活性，促進手術或燒傷后皮膚創面的愈合，防止致癌物引起細胞癌變以及其他各種有益生理作用。 半胱氨酸新發現的另一重要作用是防止肝纖維化（肝硬化）。全球各地因酗酒或病毒性肝炎所引起的肝硬化病人總數已達驚人的數千萬人之眾，僅美國即有1000萬人患有肝纖維化。半胱氨酸衍生物之一“N-乙酰半胱氨酸”已被

38、開發成抗肝硬化新藥，并已在歐美等多個國家上市。 對半胱氨酸的研究愈深入，就發現其生理作用越多。半胱氨酸可謂是一種最佳天然抗病強身氨基酸而非單純營養性氨基酸可比。可以肯定，隨著醫學研究的深入，今后還會陸續發現半胱氨酸的更多潛在保健用途。而正是由于半胱氨酸具有多種全新醫療保健新用途，因此半胱氨酸已成為國際市場上最熱門的暢銷氨基酸原料藥產品之一，其風頭甚至蓋過其他氨基酸產品。我國擁有原料生產優勢 半胱氨酸的生產原料主要是人發渣和豬毛，而我國是世界第一人口大國，每年僅理發后產生的人發渣即是一個巨大的胱氨酸潛在資源，再加上生豬屠宰后剩下的豬毛也是一大胱氨酸提取原料，為我國成為胱氨酸原料生產大國奠定了基礎

39、。其次，胱氨酸的提取工藝（鹽酸水解法）相對來說比較簡單，非常容易上馬，因此，在此后幾十年里，以人發、豬毛為主要原料的胱氨酸生產線在全國各地迅速開花。到上世紀70年代末，我國已形成年產5000噸工業級胱氨酸的生產能力；至90年代末，我國胱氨酸出口量已占國際市場需求量的80，平均年出口胱氨酸數量始終保持在3000噸左右。 我國又開發出利用雞、鴨毛和豬蹄甲殼等下腳料提取胱氨酸的新工藝，從而大大拓展了胱氨酸原料的來源。因此，迄今為止，日本、美國等仍在進口我國提取法生產的胱氨酸原料藥，現在我國仍為世界胱氨酸第一產銷大國。（一）原料與試劑廢雜毛、鹽酸、氫氧化鈉、醋酸、醋酸鈉、氨水、硫酸銅、硝酸、硝酸銀、硫

40、化氫、硫氰酸銨、亞硫酸鈉、碘化鉀、活性炭、骨炭份、硫酸甲醛溶液、溴液。（二）提取工藝 1. 工藝流程廢雜毛清洗廢雜毛清洗水解 濾液濾液（棄去）沉淀物提純上清液（回收氨基酸）濾渣（棄去）中和精制沉淀（粗品）濾液（棄去）結晶干燥成品2. 操作步驟（1）清洗：出去廢雜毛內混雜的泥沙、石塊、草木、鐵雜物等，用60oC左右的熱水，加入少量洗滌劑，攪拌洗滌4-6分鐘，洗去吸附在雜毛上的油脂，然后撈出，再用清水沖洗干凈，濾干，放在通風處晾干或烘干備用。（2）水解：按廢雜毛的量，先量取2倍30%的工業鹽酸，加入到玻璃鋼或搪瓷罐中，通蒸汽加熱到70-80oC，立即投入到已清洗曬干的廢雜毛適量，繼續加熱，間隔攪拌

41、，使溫度均勻，升溫到100oC開始記溫，每隔0.5h記溫一次，在1-1.5h內升溫至110oC（罐溫），以后繼續維持罐壓14.7kPa,水解13小時左右（用玻璃鋼盤管加熱，水解時間可以縮短至6-7h），水解期間要有回流裝置，保證水解酸度，使水解更完全，水解時間可從水解罐內溶液溫度達100oC時計算。 水解完全后，停止回流，立即趁熱過濾，這時過濾很困難，應先用玻璃布抽濾出去大的黑腐質，然后再用雙層紗布過濾，將濾液移到中和鍋或缸中，濾液用1：10鹽酸沖洗2-3次，沖洗液一并倒入中和鍋或缸內，準備中和。（3）中和：將過濾好的濾液趁熱在攪拌下加入濃度30-40%的氫氧化鈉溶液，當中和到pH值達4時，停

42、止加堿液，然后，改用醋酸鈉飽和溶液中和到pH值為4.8左右，停止攪拌，靜置10-12小時。用滌綸布過濾沉淀物，甩干（濾液可回收谷氨酸或制備化學醬油），即得粗品。中和溫度要保持在50oC左右，而且要保持在半小時內完成。（4）提純：稱取適量的胱氨酸粗品，加入粗品量13-14%的工業鹽酸，攪拌30分鐘，等粗品完成溶解后，再加入糖用活性炭粉（按照每100kg粗品加4-5kg活性炭粉投料），加熱到90-98oC，此溫度下恒溫攪拌2-3h，然后過濾脫色液（回收活性炭粉，再生后可重用），濾液加熱到80-85oC，攪拌下加入30%氫氧化鈉溶液，調節pH值至4.8時，停止加堿液，靜置，使結晶沉淀完全，虹吸上清液

43、，底部沉淀濾干后可離心甩干或直接吊包吊干，即得灰白色的提純胱氨酸粗品。（5）精制、干燥：稱取適量胱氨酸粗品，加入5倍量的1：12的鹽酸，加熱到40oC，加入5%骨炭粉，升溫到60oC，保溫攪拌1h。然后用布氏漏斗過濾，濾液再經過3號垂溶漏斗過濾，濾液應為無色透明，如仍帶色，再進行脫色處理。 將溶液移入搪瓷缸中，攪拌下，加入10%氨水調節溶液pH值至4.8，靜置5-6d，即有胱氨酸精品析出，過濾出結晶，用無離子水洗至無氯離子，用吊布吊干后放入搪瓷盤中在烘箱內烘干，即得產品。（四）產品的規格和含量的確定規格：外觀、熔點、比旋光度、干燥失重、澄明度、氯化物測定、 殘渣測定、重金屬檢測、鐵鹽檢驗等。2

44、. 含量：化學滴定法工藝說明水解終點的確定:加入10%氫氧化鈉溶液2mL，在滴加硫酸銅溶液幾滴，搖勻后，如仍有明顯的天藍色表明水解完全。 酸度的控制:操作過程中，調節pH值至4.8左右時，一定要調節好，不然會出現結晶不易析出的現象；溫度的控制：水解溫度多控制在110oC,中和脫色控制在85-90oC，以防酪氨酸析出。注意鐵離子影響：氨水中和要先濃后稀，先快后慢，若產品中鐵含量過高，脫色前，加入適量的EDTA除去。如何提高產率：控制好水解、中和及過濾等步驟。注意綜合利用：除產品外，還含有一定數量的精氨酸、谷氨酸、亮氨酸、天門冬氨酸等，可綜合利用。舉例2. 甘氨酸鐵的制備背景介紹 與人體營養有關的

45、金屬礦物元素，主要包括鐵、鋅、鈣、銅、錳等。它們在人體中含量雖然不高，但有著極其重要的生理作用，參與人體幾乎所有的代謝過程。常規膳食或飼料一般滿足不了人和動物體對微量元素的需要，必須額外添加或強化。而金屬元素氨基酸螯合物作為新一代礦物營養強化劑，有著廣泛的應用前景。金屬元素的吸收途徑 金屬礦物元素主要有Ca、Fe、Cu、Mn、Zn、Co等。這些礦物元素礦物元素吸收途徑主要有以下兩種： （1）離子吸收模式； （2）金屬離子螯合物吸收模式（1）離子吸收模式（1）金屬離子化；（2）陽離子和粘膜細胞表面的蛋白質絡合；（3）結合離子主要利用礦物質泵主動轉運透過膜，同時也可能有少 量擴散；（4）進入粘膜細

46、胞，完整的蛋白質復合物受到pH變化的影響而釋放 出離子；（5）陽離子和位于末端網狀組織的儲藏肽重新絡合；（6）離子遷移至底膜；（7）原生質中pH變化導致金屬離子從儲藏肽中釋放并還原；（8）離子被位于底膜的外圍蛋白再次結合；（2）金屬離子螯合物吸收模式 完整吸收假說：金屬氨基酸螯合物及其蛋白鹽并非通過離子吸收模式，而是利用氨基酸或小肽的吸收機制被完整吸收。其核心是金屬離子以共價鍵和離子鍵與氨基酸配位體鍵合，被保護在螯合物的核心，并且金屬螯合物以整體的形式穿過粘膜細胞膜，被吸收進入粘膜后金屬螯合物.完全或部分水解為氨基酸和離子，離子在細胞內與儲藏的小肽螯合由離子途徑進入血液。 以上吸收模式表明，氨

47、基酸螯合物要優于無機鹽。氨基酸金屬離子螯合物通過氨基酸或小肽的吸收途徑進入腸細胞；而無機鹽金屬離子通過離子吸收途徑，常會遇到的雜質離子干擾，雖然它們的最終吸收都是通過離子吸收途徑，吸收速度和效率低于氨基酸螯合物。 氨基酸螯合物的應用營養強化面粉、母乳化奶粉等新一代礦物營養強化劑復合甘氨酸鐵的合成1.實驗材料 蛋氨酸；甘氨酸；硫酸亞鐵；氧化鋅；氧化鈣；硫酸銅；氯化錳；維生素C；工業酒精。復合甘氨酸鐵的合成工藝甘氨酸螯合鐵的合成工藝（1）稱取45 g的甘氨酸，用150 mL去離子水溶解在三頸燒瓶中，水 浴加熱至50恒溫。（2）待甘氨酸完全溶解后，加入抗氧化劑（維生素C），同時充氮 氣使三頸瓶中溶液

48、處于無氧狀態。（3）加入9.76 g氯化亞鐵，用40氫氧化鈉溶液調pH至5.5，反應 15 min后，所得反應液用乙醇處理得到沉淀，再用乙醇洗滌沉 淀數次。（4）向已達到水溶性良好要求的甘氨酸螯合鐵中加適量水溶解，再 按照1:1(w:w)加入麥芽糊精、1.25%的抗氧化劑，在均質壓力 為30 MPa條件下均質兩次，再噴霧干燥得到產品。 氨基酸含量的測定 凱式定氮法測定。 制備步驟：鐵含量測定：鄰菲啰啉比色法甘氨酸螯合鐵中鐵含量的測定：1總鐵含量測定：準確稱取0.05g左右的樣品置于100 mL燒杯中，加入2 mL濃鹽酸，待樣品完全溶解后，用去離子水定容至100 mL容量瓶中。2亞鐵含量測定：準

49、確稱取0.05 g左右的樣品置于100 mL燒杯中，加入2 mL濃鹽酸，待樣品完全溶解后，用蒸餾水定容至100 mL容量瓶中。取10 mL至150 mL分液漏斗中，加入1 mL 1:1的硫酸溶液，2 mL 20%硫氰酸鉀溶液，混勻。再加入30 mL無水乙醚，振搖提取由三價鐵形成的硫氰酸鐵，反復數次，直至乙醚層無色，除去乙醚層。余下的水層轉入100 mL容量瓶中，定容。 樣品測定：標準曲線法從木槿葉中復合氨基酸的提取背景 木槿葉中含有豐富的蛋白質和游離態氨基酸，蛋白質可通過酸、堿和酶等方法，使肽鏈斷裂，然后水解成氨基酸。試劑及原料木槿葉；氫氧化鈉；鹽酸；無水乙醇；活性炭；提取分離流程木槿葉烘干、

50、粉碎水解濃鹽酸 濾液減壓濃縮抽濾濾渣（棄去）活性炭乙醇脫色離子交換柱干燥結晶減壓濃縮減壓濃縮氨基酸晶體具體步驟（1）采摘新鮮木槿葉，風干，80下烘箱中烘干到恒重，研磨成粉并通過2目篩即為原料，于干燥的廣口瓶中保存備用。（2）稱取5g粉末原料，放在250ml的燒瓶中，加入一定濃度鹽酸，一定溫度下加熱回流數小時，水解完全后，抽濾，濾液減壓蒸餾數次趕酸后，加入活性炭脫色，80一90oC加熱30min，趁熱過濾。（3）脫色濾液減壓濃縮后加入2倍量體積的無水乙醇，沉淀去除水溶性的糖類和蛋白質，取清液，減壓濃縮回收乙醇，通過732陽離子交換柱，收集洗脫液，減壓濃縮至有晶體析出時放入冰箱中過夜，析出晶體，傾

51、出上層清液繼續將其濃縮，析出晶體，合并兩次晶體。氨基酸的測定方法 選用茚三酮分光光度法測定提取液中的氨基酸，因提取的是混合氨基酸，茚三酮對各種氨基酸都有顯色作用，顏明顯，靈敏度高，檢測方式簡便快捷，穩定性好。（4）用水溶解晶體，調節pH為3左右，加入少量活性炭，充分攪拌后過濾，濃縮濾液至有晶體生成后，加入無水乙醇，放入冰箱中過夜，析出氨基酸晶體，再將其用無水乙醇洗滌干凈，于烘箱里50烘干可得氨基酸晶體。色氨酸提取工藝的研究 色氨酸是人和動物生命活動中八科，必需氨基酸之一，對人和動物的生長發育、新陳代謝起著重要作用。 色氨酸作為必需氨基酸在輸液、健康食品、飼料添加劑等方面日益廣泛，隨著蛋氨酸、賴

52、氨酸的大量應用，價格一直較高的色氨酸更希望有廉價高效的生產及提取方法，以便招進色氨酸的應用。因此，研究色氨酸的提取方法是很有實用價值。色氨酸的性質 色氨酸是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸，呈白色或略帶黃色的葉片狀結晶或粉末，無臭或微臭，有甜味，溶于熱吡啶，微溶于乙醇，不溶于氯仿，乙醚。在堿液中較穩定，但存在其它氨基酸或糖類時則易分解。迅速加熱時于210度發黃，290 度熔解(分解)。水中溶解度為1.14%(25C)，等電點5.89。色氨酸提取工藝原則 色氨酸的分離提純，主要是應用它的物理化學性質，如兩性電解質的特性，色氨酸的溶解度，分子大小，分配系數及于吸附劑吸附特性等，基于這些特性分離。 色氨酸提取分離原則: 提取收率高、產品純度高;同時滿足:工藝簡單，操作方便，勞動強度小，使用的原材料、藥品廉價，來源容易，另外還要從減少環境污染等方面綜合考慮。色氨酸精制工藝原則活性炭脫色定量測量標準曲線法定性測量茚三酮法DAB溶液：準確稱取對二甲基苯甲醛0.85g溶于25mL的9M的硫酸 溶液中。色氨酸提取工藝預處理發酵液除蛋白 取100mL發酵液，用草酸調PH至8.0，加入100ppm的陰離子聚丙烯酰胺，常溫靜置30min，過濾，再用水洗，得濾液100mL，并用DAB法測定色氨酸