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1、左旋肉碱在食品中的开发、应用和市场前景黄麟（北京林业大学 经济管理学院， 100083）摘要：营养素左旋肉碱作为一种“不须节食，无害健康”的减肥产品近日来风靡全国，其作用机理和应用进展却鲜有关注和讨论，本文将就左旋肉碱的开发及作用机理、在食品中的应用和市场前景来进行讨论，发现其可辅助治疗慢性疲劳综合症、改善维持性血透患者贫血、作为婴幼儿配方奶粉的营养补助剂、作为水产动物食品添加剂、添加于运动员饮品以增加能量、配合有氧运动可做减肥、健美食品等，具有广阔的应用空间和良好的市场前景。关键字：左旋肉碱；营养素；食品前 言近几个月，一位称“西木博士”的人在某电视节目中鼓吹一种名为“左旋肉碱”的营养素可以
2、“快速无害减肥” ，可以达到不用忍饥挨饿饥渴迅速瘦身的效果，甚至可以 28 天瘦 7 到 15 斤。此节目一出，左旋肉碱的各式制剂开始风靡各大商场，爱美人士，尤其是女性，争相购买，有人称取得了良好的减肥效果，也有人称不仅没有减肥效果，还导致增加了严重的身体负荷。本文将就左旋肉碱的开发及作用机理、在食品中的应用和市场前景来揭开这个神秘的物质左旋肉碱。左旋肉碱，又称左旋肉碱、维生素 BT、L 一肉毒碱等，因其最早被发现在肉的提取物中，故称之为肉碱，其化学名称为 3 一羟基一 4 一三甲胺基丁酸内酯，为类维生素营养素，属维生素 B 族，是人类及动物必需的营养物质。左旋肉碱广泛存在于自然界中，是食物的
3、组成成份，山羊肉中含量最高，约为 21gkg，而植物性食物中含量极少甚至没有，人体本身也能合成左旋肉碱，成人体内约有 20 克左旋肉碱，主要分布于心肌、骨骼肌中。 1实验表明：肉碱是一种必需营养素，其功能与活体器官和组织的代谢密切相关。人们还发现用外源性肉碱治疗某些疾病，可改善临床症状.1973 年 Engel 报道首例肉碱缺陷症并开始用肉碱进行治疗，直到 1984 年才明确左旋肉碱是一种很重要的营养剂，其后许多厂商将其添加到奶粉、茶叶等中作为保健品应用。另有报道，将左旋肉碱添加到畜、禽、水产品饲料中可提高瘦肉率。 2正 文1 左旋肉碱的开发与提取1.1 开发过程本世纪初，俄国的两位科学家 G
4、ulewitsch 和 Krimberg 发现左旋肉碱为肉中的成分。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 等人确证了维生素 BT 即为肉碱。从 1953 年开始肉毒碱被列在美国化学文摘中 Vitamin BT 的索引栏目下。1958 年，Fritz 发现左旋肉碱能加速脂肪代谢速率，确立了其对人体脂肪酸氧化的重要作用。揭示了它是人体必需营养物质。80 年代左旋肉碱作为商品上市。1985 年在芝加哥召开的国际会议上左旋肉碱被正式列为“特定条件的必需营养品” 。1988 年法国规定肉碱可作为营养强化剂，1989
5、年法国又重申肉碱可作为多用途营养剂。l993 年美国食品与药物管理局 (FDA)专家委员会认为左旋肉碱是 “公认安全无毒的” 。1996 年，我国第 16 次全国食品添加剂标准化技术委员会通过，允许饮料、乳饮品、饼干、固体饮料、乳粉中使用左旋肉碱。左旋肉碱及其制剂（片、胶囊、口服液）已被收入美国药典 22 版。添加左旋肉碱的食品现在已成为全球研究开发的热门对象，在国际市场上也不断走红，其销售额持续攀升，我国出口连年大幅增长，引起人们关注。研究表明，左旋肉碱是哺乳动物能量代谢中必需的体内天然物质，其主要功能是促进脂类代谢。在缺血、缺氧时，脂酰一 CoA 堆积，线粒体内的长链脂酰卡尼汀也堆积，游离
6、左旋肉碱因大量消耗而降低。缺血、缺氧导致 ATP 水平下降，细胞膜和亚细胞膜通透性升高，堆积的脂酰CoA 可致膜结构改变，膜相崩解而导致细胞死亡。另外，缺氧时以糖无氧酵解为主，脂肪酸等堆积导致酸中毒，离子紊乱，细胞自溶死亡。足够量的游离左旋肉碱可以使堆积的脂酰一 CoA 进入线粒体内，减少其对腺嘌呤核苷酸转位酶的抑制，使氧化磷酸化得以顺利进行。左旋肉碱是肌肉细胞尤其是心肌细胞的主要能量来源， 31.2 生产方法制备左旋肉碱的生产方法主要有三种：提取法、化学合成法、生物合成法。提取法最早是从肉浸膏中分离提取左旋肉碱，Caner 等人于 1952 年用 450g 牛肉浸膏提取出 06g 线晶左旋肉
7、碱。提取纯化的步骤比较复杂，主要技术关键是分离。近年虽有不少关于提取左旋肉碱的专利报道，但由于提取纯化的步骤较多，且产量较少，难以形成规模生产。化学合成法最早开始于 20 世纪 5O 年代，1953 年就已有合成 DL 一卡尼汀的专利报道，20 世纪 60 年代已有小规模工业生产。80 年代初，我国石家庄制药厂就曾生产过混旋体，称为康胃素，用于治疗消化器官的一些症状。后来，由于发现右旋体产生的不利影响，于是开始着重研究左旋体的制备。化学法一般主要采取两种途径，一是直接用 DL 一混旋体作原料，利用拆分剂析出左旋体，二是以不同的化学物质为原料进行合成，比如用半乳糖酸、R 一苹果酸等。目前工业上一
8、般采用环氧氯丙烷为原料经过氨化、酸化等几步反应，在反应过程中进行手性化，得到左旋体。现在关于左旋肉碱的化学合成方法的研究已有几十种。生物合成法制备左旋肉碱主要有两种方法：第一种是微生物发酵法。很多研究者发现不仅动物组织中普遍存在肉毒碱，不少种微生物中也存在左旋肉碱，已报道的能产生左旋肉碱的微生物涉及到细菡、放线菌、酵母菌、真菌中几十个属种的上百种微生物。但单纯的液体发酵法，不管是细菌、酵母还是真菌，产生左旋肉碱的水平均较低，为 085 164 gg 菌体。而真菌的固态发酵，生产左旋肉碱的水平在 12.50mgkg 原料。添加前体如丁基甜菜碱，可显著提高左旋肉碱的水平。在固体培养基中加人促进菌丝
9、体生长的物质，也可提高左旋肉碱的产量。第二种是利用酶法转化，这是目前研究最多的，也是最有前途的方法。主要有：1DL 一肉毒碱衍生物的酶法拆分。 2 B 一脱氢肉毒碱的酶法转化。3反式巴豆甜菜碱的酶法水解。4一丁基甜菜碱的酶法羟化等。江苏微生物研究所于1996 年申请了国家专利，用大肠杆菌发酵，酶转化巴豆甜菜碱生产左旋肉毒碱，产量 15 ，转化收率为 42，但尚未工业生产。国外左旋肉碱的生产厂家主要有意大利的 SigmaTao 公司，瑞士的 L0nza 公司以及日本的昧之素株式会社和大琢株式会社。SigmaTao 公司采用化学合成方法生产左旋肉碱，它于 1981 年在意大利上市左旋肉碱钠盐，商品
10、名为 Carnitene，用于治疗心血管疾病。L0nza 公司是世界上左旋肉碱产量最大的公司，其产量约占世界总产量的 23，主要采用微生物发酵方法，利用脓杆菌连续转化一丁基甜菜碱生产左旋肉碱，并拥有酒石酸盐的专利及独特的拆分技术。我国自 20 世纪 90 年代开始生产左旋肉碱原料药，刚开始时产量很少，1998 年，东北制药总厂经多年努力，开发成功全合成左旋肉碱生产路线并投人生产，从此我国左旋肉碱原料药生产走上了快速路。经过十多年的发展，现在全国已有十余家企业生产左旋肉碱原料药，生产方法多采用合成方法，产能也有大幅提高。20 世纪末，我国左旋肉碱原料药产能仅为几十吨，目前产能已达 5000 余吨
11、，年产量达到近 2000 吨，其中大部分供应出口。现在国内左旋肉碱原料品种有左旋肉碱钠盐、左旋肉碱酒石酸盐等，制剂品种主要有片剂、胶囊、口服液等。主要的生产企业为东北制药总厂、沈阳科硕营养科技有限公司、开原亨泰精细化工厂、上海绿源精细化工厂、浙江嘉善诚达药化有限公司等。另外常州三维工业技术研究所、华中理工大学也都曾开发过左旋肉碱，但均未规模生产。目前，东北制药总厂已成为我国最大全球第三的左旋肉碱原料药生产企业，年产量和年出口量均居全球前列。2009 年 8 月，东北制药总厂左旋肉碱生产线接受了日本医药品及医疗器械综合机构(PMDA) 的官方审计，通过了日本药政机构严格检查并获得该产品向日本药品
12、市场出口通行的 GMP证书。目前，我国共有左旋肉碱药品生产批准文号 29 个，其中原料药生产批文 1 个，生产厂家为东北制药总厂。制剂生产批文有 28 个，其中仅有 1 个生产批文是左旋肉碱口服液，生产厂家为东北制药总厂，其余 27 个生产批文都是注射用左旋肉碱，主要生产企业有吉林敖东药业、江苏奥赛康药业、海南通用康力制药、广东卫伦生物制药、长春富春制药、南京长澳制药、湖南紫光古汉南岳制药、上海新先锋药业、烟台北方制药、珠海亿邦制药、晋城海斯制药等等 3。2 左旋肉碱在食品行业中的应用2.1 血浆补充治疗慢性疲劳综合症国内曾做过血浆左旋肉碱含量低于正常慢性疲劳综合症患者补充左旋肉碱的案例，结果
13、补充左旋肉碱的 10 例病人全部有效，其中 7 例完全治愈，3 例症状明显改善，全部病人的血浆左旋肉碱含量达到正常水平。此案例为左旋肉碱能用在食品领域提供了有利证据。近来经过科学家们不懈的研究，左旋肉碱在食品中的应用已经取得一定的进展，作为一种新型的功能性食品添加剂已为世界各国普遍接受，在不同的食品行业中已经得到了应用。2.2 药用食品改善维持性血透患者贫血有研究表明，给肉碱缺乏的病人补充肉碱后，脂肪利用增加，蛋白质分解代谢减少。因此，在维持性血液透析患者中补充足够的肉碱后可以改善患者的营养状态。另据报道患者补充左旋肉碱后血细胞比容显著上升，红细胞渗透脆性降低，EP0 用量减少。同时补充肉碱可
14、以减少透析中低血压、肌痉挛和心律失常的发生。维持性血透患者普遍存在肉碱缺乏，通过外源性左旋肉碱的补充可以明显改善患者的营养状况和贫血、提高患者的生存质量是安全有效的。建议对长期透析患者可以补充左旋肉碱。 42.3 婴幼儿配方奶粉的营养补助剂大量研究表明,母体营养对于胎儿当前及未来健康状况有重要影响，几乎所有维生素如叶酸和矿物质，以及其他重要成分如左旋肉碱，在新生命的健康与发育过程中都起着重要作用。左旋肉碱是母乳中天然存在的重要元素之一，因此在婴幼儿配方奶粉中强化补充左旋肉碱，使其配方构成最大可能接近人体母乳，具有非常现实的意义。新生儿合成左旋肉碱的效率低于成人，无法满足自身对左旋肉碱的需求，因
15、此左旋肉碱被视为婴儿必需营养素。对婴儿而言，在能够摄取肉类食物之前，母乳是左旋肉碱的唯一天然来源。产后第一周母乳中左旋肉碱的浓度最高（80100nmol/mL） ，此后逐渐下降至 60nmol/mL 左右。由于分娩后左旋肉碱在母乳中的含量要高于在产妇血液中的含量，说明乳腺大量分左旋肉碱到乳汁中。有研究表明，母乳中左旋肉碱分泌量与产妇饮食习惯有关，素食者乳汁中左旋肉碱的含量都明显低于杂食人群左旋肉碱含量。据发现，加入左旋肉碱能够刺激生酮作用。由于酮体的生成和利用是新生儿能量代谢的重要部分，因此,左旋肉碱缺乏造成的生酮作用障碍会对新生儿的代谢造成严重后果。 52.4 作为水产动物食品添加剂现代高密
16、度、集约化的水产养殖方式，尤其是网箱式养鱼，造成鱼类活动量减少；加之天然食物缺乏，鱼类主要靠采食蛋白质含量较低能量偏高的人工配合饲料，从而造成养殖鱼类较野生鱼类体内蛋白质的含量低、脂肪的含量高，并且品质降低、风味下降。在饲料中添加左旋肉碱则能减少脂肪沉积，改善肉质。肉碱不仅可使动物快速生长，而且能够显著提高瘦肉率，改善肉质品质，增强动物的免疫和抗病能力，大幅度提高动物成活率，进而提高养殖业的经济效益。左旋肉碱在动物的繁殖季节能够促进雄体精子的成熟。一系列现象表明，肉碱参与精子的成熟过程，正常情况下，精子中肉碱的含量同精子的成活率、活力及密度呈正相关，可推测在鱼类繁殖季节的饲料中添加左旋肉碱，有提高鱼类受精率的作用，当然这还需大量的研究工作加以证实。 62.5 添加于运动员饮品以增加能量左旋肉碱也是运动员的重要补充营养物质，能提高运动爆发力、增强运动耐力等功能。左旋肉碱决定肌肉产生的能量；运动时肌肉中的左旋肉碱含量增加能够促进能量转化，最大限度地提高人体耐氧量，促使体能充分发挥。有研究证
