l-苯丙氨酸的制備、應(yīng)用及發(fā)展

1、苯丙氨酸的應(yīng)用及發(fā)展劉浩鵬河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院石化30901班18號(hào)摘要L苯丙氨酸是人體必需但自身無法合成的八大氨基酸之一，也是一種重要的醫(yī)藥和食用化學(xué)品中間體。在醫(yī)藥行業(yè)主要用于生產(chǎn)氨基酸輸液和合成氨基酸類藥物；在食品行業(yè)主要用于合成甜味劑阿斯巴甜。其中合成阿斯巴甜是L苯丙氨酸目前的主要用途，在其消費(fèi)構(gòu)成中約占90%。關(guān)鍵詞L苯丙氨酸應(yīng)用發(fā)展前景第一章L苯丙氨酸的生產(chǎn)工藝1.1理化性能L一苯丙氨酸(L一Phenyl習(xí)a苗ne)又名

2、L一苯基一a一氨基丙酸，為白色結(jié)晶粉末。有苦味。熔點(diǎn):283℃(分解)。在自然界中廣泛存在于卵、乳和動(dòng)物蛋白中，含量5%~6%，植物性蛋白質(zhì)中約含1%。L一苯丙氨酸可溶于水，在水中的溶解度為3%，難溶于乙醇、乙醚，在10耐水中的溶解度為51℃:449。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生產(chǎn)工藝[1]~[5]1.2.1提取法此法是使脫脂大豆在鹽酸存在

3、下水解，除去酸性氨基酸后，再用樹脂吸附苯丙酮酸和酪氨酸，用溶劑將苯丙氮酸溶出，利用溶劑差從氨基酸中分出，此法由于提純難度大，產(chǎn)物收率不高。其提取方法很多，主要有鋅鹽沉淀法、等電點(diǎn)中和法、有機(jī)溶劑萃取法、活性炭吸附提取以及離子交換法。在這些方法中，最為重要的是離子交換法。離子交換法所用的離子交換樹脂為高分子產(chǎn)品，在其分子結(jié)構(gòu)中高分子聚合物骨架十分穩(wěn)定，可逆交換反應(yīng)在樹脂上可以反復(fù)進(jìn)行，使用壽命長(zhǎng)，因此離子交換法是一種目前較為普遍的氨基酸提

4、取方法?？梢赃x用陽(yáng)離子型離子交換樹脂對(duì)體系中的L一苯丙氨酸進(jìn)行吸附提取。1.2.2發(fā)酵法20世紀(jì)60年代日本中山公司用糖質(zhì)發(fā)酵制苯丙氨酸獲得成功，并由協(xié)合發(fā)酵公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代用糖質(zhì)發(fā)酵的發(fā)酵液苯丙氨酸濃度可達(dá)42.6%。用苯丙酮酸為原料，經(jīng)發(fā)酵法制得的工藝是首先用氯化節(jié)與co合成苯丙酮酸，再使L一天冬氨酸與苯丙酮酸在固定床反應(yīng)器內(nèi)用固定化細(xì)胞提取，進(jìn)行離子交換、提濃得產(chǎn)品，選用的菌株能使L一苯丙氨酸的轉(zhuǎn)化率不小于9

5、0%。用甲醇、乙醇與乙酸為原料，用乳糖發(fā)酵短桿菌AJC2140。使發(fā)酵液中L一苯丙氨酸含量達(dá)20妙。用裂解烴棒狀桿菌及碳12一14正構(gòu)烷烴發(fā)酵生產(chǎn)L一苯丙氨酸，其含量可以達(dá)到4.5妙。直接發(fā)酵法較其他方法生產(chǎn)成本低30%。例如以P.dacunhae發(fā)酵培養(yǎng)，以培養(yǎng)液作為酶源，直接添加固體L一天冬氨酸可以實(shí)現(xiàn)酶轉(zhuǎn)化。具體工藝過程是將P.dacunhae菌種用表面活性劑處理后裝入瓶?jī)?nèi)進(jìn)行搖瓶種子培養(yǎng)后再移入發(fā)酵罐內(nèi)，通入無菌空氣使酶液進(jìn)行生

6、化酶反應(yīng)后再經(jīng)過濾得粗品，再經(jīng)后處理得產(chǎn)品。發(fā)酵法技術(shù)的關(guān)鍵是產(chǎn)物的分離。傳統(tǒng)方法使用離子交換法，但在分離前必須對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，因此耗資較高。1.2.3生物工程酶法（我國(guó)主要采用此種方法）[8]市場(chǎng)上供應(yīng)的L一苯丙氨酸除少量由化學(xué)法合成外，大部分是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的。微生物合成苯丙氨酸以糖類為碳源，首先由糖代謝中心途徑分流出來的磷酸烯醇丙酮酸(PEP)和赤頭發(fā)的主成分是角質(zhì)蛋白，含多種氨基酸，如老年白發(fā)能及時(shí)補(bǔ)充所需營(yíng)養(yǎng)，可推遲白發(fā)

7、的生成。白發(fā)生成的原因是由于角質(zhì)蛋白缺少氨基酸等元素所致。腦素膚中富含L一苯丙氨酸等n膚，是生發(fā)劑良好的營(yíng)養(yǎng)物，L一苯丙氨酸與其他天然組分混合，能增加使用效果，拓寬應(yīng)用范圍。如氨基酸和糖類混合使用，對(duì)皮膚和頭發(fā)的保濕效果更好，能提高對(duì)酶氨酸酶的抑制活性，有益于皮膚增白和提高皮膚、毛發(fā)的光澤。在洗發(fā)、染發(fā)香波中，最大特點(diǎn)是使用能提高染發(fā)效果的特料氨基酸，如L一苯丙氨酸等。一種配方介紹如下:十二烷基硫酸鈉1500%椰子油脂肪酸鈉1000%焦

8、磷酸鉀70%對(duì)苯二胺80%過硼酸鈉70%L一苯丙氨酸60%L一脯氨酸鹽40%。4.3醫(yī)藥業(yè)復(fù)合氨基酸輸液可用于肝、肺、腦、’腎、嬰兒生長(zhǎng)發(fā)育不良，代血漿和癌癥的輔助治療。由于人體內(nèi)不能自行合成，只能靠供給，復(fù)合氨基酸中含有L一苯丙氨酸，是復(fù)合氨基酸中的主要原料。L一苯丙氨酸是氨基酸類藥物，用于綜合氨基酸制劑，是制備氨基酸類抗癌藥物苯丙氨酸芥，對(duì)氧基苯丙氨酸甲酞肉瘤素的合成原料，也可于生產(chǎn)腎上腺素，甲狀腺素和黑色素等。苯丙氨酸有外消旋DL

9、一型和L一型，人和動(dòng)物不需的氨基酸，同時(shí)它也是生物體，酪氨酸的重要原料。苯丙氨酸的缺乏與生物體的正常代謝和健康有著密切的關(guān)系。先天性代謝疾病是由于上述氨基酸的代謝有障礙而引起的。苯丙氨酸是某些氨基酸藥物和氨基酸營(yíng)養(yǎng)必需的成分，是根據(jù)合成某些抗癌藥物中根據(jù)癌細(xì)胞對(duì)氨基酸的特殊要求，以氨基酸為載體，把抗腫瘸藥物的分子或基團(tuán)載入腫瘤區(qū)，達(dá)到既能抑制腫瘤生長(zhǎng)又能降低腫瘤的目的，苯丙氨酸對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)有重要影響。惡性細(xì)胞所需要的苯丙氨酸是正常細(xì)胞的

10、3、5倍，苯丙氨酸是某些腫瘤物的良好載體。苯丙氨酸在醫(yī)藥行業(yè)主要用于氨基酸輸液和氨基酸類藥物，如抗腫瘤藥物對(duì)氟苯丙氨酸等，供應(yīng)十分緊俏。預(yù)計(jì)2005年，我國(guó)醫(yī)藥行業(yè)每年需消耗苯丙氨酸約400t。L一苯丙氨酸另一個(gè)主要用途就是合成甜味劑阿斯巴甜。目前，阿斯巴甜已在100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)獲準(zhǔn)使用，應(yīng)用于6000多種飲料、食品和醫(yī)藥等產(chǎn)品中，是高效、安全、營(yíng)養(yǎng)型甜味劑，國(guó)際市場(chǎng)需求量以年均15淪20%的速度增長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他人工甜味劑年均5%的

11、增長(zhǎng)速度。預(yù)計(jì)2005年我國(guó)L一苯丙氨酸市場(chǎng)需求量將達(dá)到2000t，產(chǎn)品供不應(yīng)求。第三章L苯丙氨酸發(fā)展3.1國(guó)外市場(chǎng)現(xiàn)狀當(dāng)前全球L苯丙氨酸的需求量在1.5萬t以上主要生產(chǎn)企業(yè)有美國(guó)孟山都、日本味之素、韓國(guó)大象公司等。美國(guó)是世界L苯丙氨酸的主要消費(fèi)國(guó)消費(fèi)量約占世界需求量的一半其次是西歐和日本。西歐的L苯丙氨酸主要供EuroAspartame公司生產(chǎn)阿斯巴甜。2005年我國(guó)L苯丙氨酸的需求量約為3500t其中醫(yī)藥行業(yè)約需500t合成阿斯巴甜

12、約需3000t絕大部分依賴進(jìn)口。[7]3.2我國(guó)苯丙氨酸的現(xiàn)狀在1998年以前，我國(guó)所需L苯丙氨酸全部依賴進(jìn)口，直到2002年，每年仍需進(jìn)口600~700噸L苯丙氨酸主要作為阿斯巴甜生產(chǎn)原料用。受縛于技術(shù)水平等因素，我國(guó)L苯丙氨酸產(chǎn)業(yè)開發(fā)進(jìn)程較為緩慢。L苯丙氨酸目前常用的生產(chǎn)方法主要有天然蛋白質(zhì)水解法、發(fā)酵法、肉桂酸酶法和苯丙酮酸酶法4種。前3種方法因?yàn)榇嬖谥章实?、成本高、?duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，未能得到進(jìn)一步的工業(yè)化應(yīng)用。而苯丙酮酸酶