《生物学]氨基酸类生化产品制备技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物学]氨基酸类生化产品制备技术（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、氨基酸类生化产品制备技术,杜开峰 15928974159 四川大学化工学院,氨基酸概述,蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。,早在1878年，恩格斯就在反杜林论中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。” 可以看出，第一，蛋白体是生命的物质基础；第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式；第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断的新陈代谢。 现代生物化学的实践完全证实并发展了恩格斯的论断。 氨基酸是构成蛋白质的基石。,氨
2、基酸是生物有机体的重要组成部分,是组成蛋白质的基本单元,具有极其重要的生理功能。 随着生物的进步，人类对生物体内的生理机能及代谢活动的了解，氨基酸在生物体内的重要生物机能越来越清楚。氨基酸是生命机体之营养，生存和极为重要的物质，在生命体内物质代谢调控、信息传递方面扮演重要角色。 人类的疾病状态和氨基酸的存在情况有直接关系。,数量：近30年来，在开发和研究氨基酸方面均取得重大进展，在发现新氨基酸种类和数量方面已由60年代50种左右，到现在已突破400种。 产量：60年代初世界氨基酸产量不过10万吨，现在已跃上百万吨，产值超百亿美元。 预计：但与实际需求量还有较大距离，据专家们预计，到2009年年
3、产值可望达到300亿美元。 其中，用于合成的氨基酸市场年增长率约为7 % ,在2009 年将达到10 亿美元, 用于合成甜味肽的氨基酸的市场份额将超过4 亿美元。,氨基酸的发展,国际上的发展,国内发展,我国氨基酸类生化产品近10 年虽发展迅速,但与发达国家比较,无论在品种、产量或开发能力上,均有较大差距,不能满足市场需求。目前,我国进口的近200 种生化药中,氨基酸类约占1/4 ,其中制剂品种略多于原料药,制剂中近一半为大输液。这也说明我国氨基酸类药有着广阔发展前途。,氨基酸的应用价值,氨基酸是构成生物体蛋白质的基本单位，人体体液中缺少某种氨基酸就会发生不同的疾病。因此，氨基酸对维持和补充病人
4、的营养，抢救垂危病人的生命起到了重要的作用。蛋白质氨基酸有20种，非蛋白质氨基酸有400多种，其衍生物和合成的多肽品种达数千种之多。 氨基酸广泛应用于医药、食品、保健、饲料、化妆品、农药、肥料、制革、科学研究等领域。,氨基酸在医药行业的应用 氨基酸作为蛋白质的基本组成单位，直接参与生物体内的新陈代谢和其他生理活动，在医药方面可用作营养剂、代谢改善剂、抗溃疡、防辐射、抗菌、治癌、催眠、镇痛以及为特殊病人配制人工合成膳食等。以氨基酸为原料的激素、抗菌素、酶抑制剂、抗癌药等生物活性多肤也不断出现，已在工业上生产的多肽有谷胱甘肽、促胃液素、催产素、降钙素等。 1.氨基酸为主要原料 谷氨酸、精氨酸；赖氨
5、酸；酪氨酸；色氨酸；甲硫氨酸；胱氨酸、半胱氨酸；天冬氨酸等。 （氨基酸输液、激素、抗生素、抗癌剂等）,2、氨基酸衍生物为主要原料 4一羟基脯氨酸；N-乙酰-L谷酰胺铝；二羟基铝-L-组氨酸；组氨酸-维生素U-蛋氨酸、N-乙酰色氨酸的铝、钛、铋等 可以治疗慢性肝炎、防止肝硬化、恢复疲劳、治疗抑郁症和脑血管障碍引起的运动失调；还可以作为抗生素及抗高血压药、抗肿瘤及抗菌增效剂等。 3、多肽 该类药品也是今后的发展重点之一。多肽在临床上使用非常广泛，主要用于治疗癌症、HIV病毒和免疫系统功能减退、对传统抗生素产生抗体的感染以及疫苗等。已在工业上生产的多肽有谷胱甘肽、促胃液素、催产素、促ACTH、降钙素
6、等。全球合成多肽原料药的产量在100kg左右，但销售额达2.5亿一3亿美元，而做成制剂的销售额则达25亿一30亿美元。多肽原料药需求量的年增长率在10%以上。,在饲料添加剂行业的应用,主要有蛋氨酸和赖氨酸 功效:促进动物生长发育;改善肉质，提高畜禽生产能力，增加产量；提高饲料利用率，节省蛋白质饲料；降低成本。 国际上配合饲料的发展趋势是以“维生素+矿物质十氨基酸”为主要添加剂，以缓解蛋白质饲料资源供需矛盾。 据饲料工业发展规划，届时所需的蛋氨酸为3万吨以上，赖氨酸2.5一3.0万吨。蛋氨酸具有促进肾上腺素合成胆碱、抗脂肪肝的作用。主要用于鸡饲料，亦可用于猪、牛的配合饲料;在目前鱼粉供应不足的情
7、况下，蛋氨酸与豆类饲料配合使用，还可以部分代替鱼粉。 赖氨酸具有增强畜禽食欲、提高抗病能力、促进外伤治愈的作用，是合成脑神经及生殖细胞、核蛋白质及血红蛋白的必需物质。赖氨酸主要用于猪，亦可用于家禽和犊牛。,氨基酸在日用化工上的应用己有取代化工原料的趋势。 氨基酸及其衍生物与人体皮肤结构相似，易被皮肤吸收，使老化和硬化的表皮恢复水合性和弹性，延缓皮肤衰老。 氨基酸和高级脂肪酸制成的表面活性剂、抗菌剂已成为最高效的添加剂而被广泛使用。 精氨酸或甘、丙、撷氨酸的碳酸盐、聚天门冬氨酸或聚谷氨酸盐、肽氨基盐或半胱氨酸盐等制成的护发剂、染发剂、永久型烫发剂已成为时兴商品供应市场。 添加丝氨酸、酰基谷氨酸钠
8、或酰基一丙氨酸钠及月桂酰基氨酸钠、焦谷氨酸、碱性氨基酸制成的护肤用品。,在化妆品行业的应用,聚谷氨酸和聚丙氨酸正被研制成有良好保温和透气性能的人造皮革和高级人造纤维; 亮氨酸、脱氨酸等正作为发酵工业中多种氨基酸生产菌的添加物而被开发应用; N一脂酰氨基酸作为抗噬菌体污染的优良抑制剂在发酵工业中被应用; 在贵金属提取和电镀工业方面，已开发了天门冬氨酸、组氨酸、丝氨酸在熔金培养液中应用，使熔金能力比对照提高100一200倍;谷氨酸等用于电镀工业的电解溶液; 胱氨酸用于铜矿探测;氨基酸烷基酯用于海上流油回收。,氨基酸在轻工业方面的应用,氨基酸在农业中的应用 农药对环境的污染己构成严重的社会问题，人们
9、一致希望能有不会构成公害的农药问世。氨基酸农药即是无害农药，其易被微生物分解，无毒性、不污染环境，增强植物抗菌能力。 主要品种有:杀虫剂、杀菌剂、除草剂、农药稳定剂、植物生长促进剂、脱叶剂等。,氨基酸的生产现状 据统计全世界氨基酸的年需求量以每年10%的速度增长，年总产量300万吨以上。作为食品添加剂占40%，饲料添加剂占40%，医疗保健等占20%。饲料工业氨基酸应用量较大的有蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸、苏氨酸。 日本在氨基酸产量品种和技术水平均居世界领先地位。我国己成为氨基酸原料生产的大国。其中味精(谷氨酸)年产量120多万吨，产销量居世界第一位，胱氨酸和半胱氨酸产销量也居世界第一位，赖氨酸生产
10、居世界前列。但我国氨基酸生产技术总体水平距国际先进水平较大，尤其表现在菌种产酸率低，生产效益差，高质量、高价值的氨基酸少。目前无论生产规模及产品质量还难与国外抗衡。 临床用氨基酸输液的10多种原料，大多数依赖进口。我国药用氨基酸占世界总产量的1%左右，但销售额占氨基酸产品总额的18%一20%。,氨基酸的物理化学性质,一、氨基酸（天然）,-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,分类,氨基酸理化特性 (l) 无色结晶： 熔点约在230以上，大多没有确切的熔点，熔融时分
11、解并放出CO2;都能溶于强酸和强碱溶液中，除胱氨酸、酪氨酸、二碘甲状腺素外，均溶于水；水中溶解度各不同，取决于侧链;除脯氨酸和羟脯氨酸外，均难溶于乙醇和乙醚。,(2)有碱性(二元氨基一元梭酸，例如赖氨酸);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)三种类型。 大多数氨基酸都呈显不同程度的酸性或碱性，呈显中性的较少。所以既能与酸结合成盐，也能与碱结合成盐。,(3)除甘氨酸外都有不对称的碳原子，呈旋光性。同时由于空间的排列位置不同，又有两种构型:D型和L型，组成蛋白质的氨基酸，都属L型。由于以前氨基酸来源于蛋白质水解(现在大多为人工合成)，而蛋白质水解所得的氨基酸均
12、为a一氨基酸，也称为编码氨基酸(或标准氨基酸)。在生化研究方面氨基酸通常指a一氨基酸。,L型氨基酸 与 D型氨基酸,L- amino acid,D- amino acid,比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。,构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。 在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。可以通过测定280nm 处的紫外吸收值的方法对氨基酸溶液进行定量。 苯丙氨酸的max257nm，257=2.0x102 酪氨酸的max275nm，275=1.4x103 色氨酸的max280nm，2
13、80=5.6x103,(4),氨基酸的光吸收,（5）氨基酸的两性性质和等电点,氨基酸是兼性离子 质子受体和质子供体。 所谓兼性离子是指在同一分子上带有能释放质子的正离子基团和能接受质子的负离子基团。兼性离子本身既是酸又是碱。因此它既可以和酸反应，也可以和碱反应。 实验证明：氨基酸在水溶液中或在晶体状态时，都以兼性离子形式存在。,氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成兼性离子。在兼性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。,PH 1 7 10 净电荷 +1 0 -1
14、正离子 兼性离子 负离子,等电点(pI)：使分子处于兼性离子状态，在电场中不迁移(分子的净电荷为零)时溶液的pH值。 每一种氨基酸都有特定的pI ，这是由于各种氨基酸分子上所含有的氨基、羧基等基团的数目以及各种基团的解离程度不同所造成的。 一般一氨基一羧基的氨基酸等电点在pH 6左右，这是由于羧基的解离程度大于氨基，故PI偏酸，碱性氨基酸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时，羧基接受质子，使氨基酸带正电， 加碱时，氨基释放质子，与OH-中和，使氨基酸带负电。 当溶液的pH=pI时，氨基酸以两性离子存在 当溶液的pHpI时，氨基酸溶液中正离子占优势 当溶液
15、的pHpI时，氨基酸溶液中负离子占优势。,氨基酸是蛋白质的基本组成材料,蛋白质用强酸、强碱处理后，可以得到各种各样的氨基酸。在动植物组织中可以分离得到400多种不同的氨基酸。第一个氨基酸早在两个世纪前就已经被发现，而最后一个氨基酸在1935年才发现。直到1965年才搞清楚，只有20种氨基酸才是合成蛋白质的原材料(称为Primary amino acid )。,20种氨基酸的发现年代表,天冬酰氨 1806 Vauquelin 天冬门芽 甘氨酸 1820 Braconnot 明胶 亮氨酸 1820 Braconnot 羊毛、肌肉 酪氨酸 1849 Bopp 奶酪 丝氨酸 1865 Cramer 蚕丝 谷氨酸 1866 Ritthausen 面筋 天冬氨酸 1868 Ritthausen 蚕豆 苯丙氨酸 1881 Schultze 羽扇豆芽 丙氨酸 1881 Weyl 丝心蛋白 赖氨酸 1889 Drechsel 珊瑚 精氨酸 1895 Hedin 牛角 组氨酸 1896
