1、苯丙氨酸的应用及发展刘浩鹏河北化工医药职业技术学院 石化 30901班 18 号摘要 L-苯丙氨酸是人体必需但自身无法合成的八大氨基酸之一，也是一种重要的医药和食用化学品中间体。在医药行业主要用于生产氨基酸输液和合成氨基酸类药物；在食品行业主要用于合成甜味剂阿斯巴甜。其中合成阿斯巴甜是 L-苯丙氨酸目前的主要用途，在其消费构成中约占 90%。关键词 L-苯丙氨酸 应用 发展前景第一章 L-苯丙氨酸的生产工艺1.1理化性能L一苯丙氨酸(L 一 Phenyl习 a苗 ne)又名 L一苯基一 a一氨基丙酸，为白色结晶粉末。有苦味。熔点:283(分解)。在自然界中广泛存在于卵、乳和动物蛋白中，含量 5
2、%6%，植物性蛋白质中约含 1%。L 一苯丙氨酸可溶于水，在水中的溶解度为 3%，难溶于乙醇、乙醚，在 10耐水中的溶解度为 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。 11.2生产工艺 151.2.1提取法此法是使脱脂大豆在盐酸存在下水解，除去酸性氨基酸后，再用树脂吸附苯丙酮酸和酪氨酸，用溶剂将苯丙氮酸溶出，利用溶剂差从氨基酸中分出，此法由于提纯难度大，产物收率不高。其提取方法很多，主要有锌盐沉淀法、等电点中和法、有机溶剂萃取法、活性炭吸附提取以及离子交换法。在这些方法中，最为重要的是离子交换法。离子交
3、换法所用的离子交换树脂为高分子产品，在其分子结构中高分子聚合物骨架十分稳定，可逆交换反应在树脂上可以反复进行，使用寿命长，因此离子交换法是一种目前较为普遍的氨基酸提取方法。可以选用阳离子型离子交换树脂对体系中的 L一苯丙氨酸进行吸附提取。1.2.2发酵法20世纪 60年代日本中山公司用糖质发酵制苯丙氨酸获得成功，并由协合发酵公司实现了工业化生产。20 世纪 70年代用糖质发酵的发酵液苯丙氨酸浓度可达 42.6%。用苯丙酮酸为原料，经发酵法制得的工艺是首先用氯化节与 co合成苯丙酮酸，再使 L一天冬氨酸与苯丙酮酸在固定床反应器内用固定化细胞提取，进行离子交换、提浓得产品，选用的菌株能使 L一苯丙
4、氨酸的转化率不小于 90%。用甲醇、乙醇与乙酸为原料，用乳糖发酵短杆菌 AJC2140。使发酵液中 L一苯丙氨酸含量达 20妙。用裂解烃棒状杆菌及碳 12一 14正构烷烃发酵生产L一苯丙氨酸，其含量可以达到 4.5妙。直接发酵法较其他方法生产成本低 30%。例如以 P.dacunhae发酵培养，以培养液作为酶源，直接添加固体 L一天冬氨酸可以实现酶转化。具体工艺过程是将 P.dacunhae菌种用表面活性剂处理后装入瓶内进行摇瓶种子培养后再移入发酵罐内，通入无菌空气使酶液进行生化酶反应后再经过滤得粗品，再经后处理得产品。发酵法技术的关键是产物的分离。传统方法使用离子交换法，但在分离前必须对发酵
5、液进行预处理，因此耗资较高。1.2.3生物工程酶法（我国主要采用此种方法） 8市场上供应的 L一苯丙氨酸除少量由化学法合成外，大部分是由微生物发酵生产的。微生物合成苯丙氨酸以糖类为碳源，首先由糖代谢中心途径分流出来的磷酸烯醇丙酮酸(PEP)和赤鲜糖一 4一磷酸(E 一 4一 P)缩合形成脱氧阿拉伯糖型庚酮糖磷酸(DAHP)，然后经过一系列生化反应来完成。催化各步反应的酶及其合成代谢调控方式因微生物种类不同而有所差别。用转氨基酶反应生产 L一苯丙氨酸，曾选用最好的产生此酶的菌株 Citrobacte击euindii。此菌株细胞可有效地由丙酮酸和供作氨基授体的氨基酸生产 L一苯丙氨酸。当使用 L一
6、谷氨酸为氨基授体时，在保温 24h时为 89m彭 nl。由 L一苯丙酮酸生成 L一苯丙氨酸的转化率为 50份 80%。在使用 L一天门冬氨酸为氨基授体时，尽管 L一苯丙氨酸的生成速率较低，但转化率可达到 80%一 100%o当用丙酮酸转变为 PEP(磷酸烯醇丙酮酸)时，在这种情况下几乎达到最大理论产量 86%(m。厂 mol)。底物的吸收利用和产物的胞外分泌，在氨基酸生产上也很重要。在一些菌株中，特别是大肠杆菌，在以葡萄糖为唯一碳源情况下，其吸收是以糖一磷酸基转移系统而实现的，代谢中间物 PEP是此系统的磷酸基供体，微生物细胞法转化生产 L一苯丙氨酸有三种方法二一是以苯丙酮酸为基础原料，利用转
7、氨酶转天然聋白质水娜法将脱脂大豆用盐水解，除去酸性氨基酸，用活性炭或脱色树脂吸附苯丙氨酸和酪氨酸，然后用溶剂将苯丙氨酸溶出，分离后即得介苯丙氨酸。该法收率太低，生产成本高，目前在国外已遭淘汰。我国目前生产 Z一苯丙氨酸的企业主要采用该法生产，产量极低，产品多用于自己生产药物或作生化试剂，少有商品供应市场。 10第二章 L-苯丙氨酸的应用 1、4、67L一苯丙氨酸是人体八大必须氨基酸之一，也是目前很热门的低热量甜味剂天苯二肤的重要组成部分。氨基酸是一种重要的生物化工产品，它广泛应用于食品、饲料添加剂以及医药领域，也被用作合成特殊化学物质的中间体，其应用大致如下:4.1食品业低热质甜味剂、鳌合剂以
8、及多肤。大部分氨基酸的生产是由微生物发酵完成的。用作碳源的初级原材料一般为甜菜或甘蔗糖蜜。近十年来，苯丙氨酸最重要的用途是合成天冬二肤甜味剂(Asparta 幻 ne，简称为 APM)，它是由 L一天门冬氨酸与 L一苯丙氨酸结合而成的缩二氨基酸甲醋，L 一苯丙氨酸是生产二肪甜味剂 AsPartame的主要原料，近年来因其价格昂贵而成为 AsP一 e开发与生产过程中的瓶颈。降低 Aspar-tame生产原料成本，很大程度上决定于 L一苯丙氨酸的利用率。提高 L一苯丙氨酸的利用率可由两条途径来实现:一是提高Aspe的反应产率;二是回收副产物中或未参加反应的 L一苯丙氨酸。Aspartame 采用天
9、冬活性物法合成。产品过滤分离后，滤液再进行水解。反应完成后冷却至室温，将水解液稀释，并用氨水调节 pH值为 2一 3，再以沉淀法去除酸根离子后，以一定流量上离子交换柱吸附。吸附完后以蒸馏水洗脱，洗脱液于 60下减压浓缩，加乙醇结晶得产品。天冬二肤甜味剂是塞雷公司研究室的研究人员在合成一种专门治疗胃溃疡的药物时意外发现的，是合成四肤的中间体。它具有很强的甜味，无臭，呈白色结晶状粉末，其甜度大约为蔗糖的 150、200倍，如与食盐共用其甜度可达蔗糖的 490倍。天冬甜二肤的甜味与砂糖相似，但实际用量只需很少，天冬二肤的发热量极低，很适合于减肥和糖尿病人用。塞雷公司就天冬甜二肤对人和动物的安全性作了
10、大量研究，1967 年提出了有关安全性试验资料，申请准予天冬甜二肤作为食品添加剂。随着天冬甜二肤生产中苯丙氨酸需求量的增大，苯丙氨酸发酵法生产工艺正在积极开发中。天冬甜二肤在美国已工业化生产，其产量达数千吨，而且仍在持续增长，因而其合成的原料苯丙氨酸和天门冬氨酸的市场需求量亦相应增长。美国苯丙氨酸和天门冬氨酸产量的增加，将会大大增加对 L一天冬氨酸的需求。苯丙氨酸是重要的医药和食用化学品中间体。近年来，氨基酸类抗癌药物、营养保健品的开发应用，也促进了苯丙氨酸的生产发展。4.2营养化妆品L一苯丙氨酸为人体必需的氨基酸组分，既可用于护肤品，又可用于护发用品。如用于发乳，头发的主成分是角质蛋白，含多
11、种氨基酸，如老年白发能及时补充所需营养，可推迟白发的生成。白发生成的原因是由于角质蛋白缺少氨基酸等元素所致。脑素肤中富含 L一苯丙氨酸等 n肤，是生发剂良好的营养物，L 一苯丙氨酸与其他天然组分混合，能增加使用效果，拓宽应用范围。如氨基酸和糖类混合使用，对皮肤和头发的保湿效果更好，能提高对酶氨酸酶的抑制活性，有益于皮肤增白和提高皮肤、毛发的光泽。在洗发、染发香波中，最大特点是使用能提高染发效果的特料氨基酸，如 L一苯丙氨酸等。一种配方介绍如下:十二烷基硫酸钠 1500%;椰子油脂肪酸钠 1000%;焦磷酸钾 70%;对苯二胺80%;过硼酸钠 70%;L一苯丙氨酸 60%;L一脯氨酸盐 40%。
12、4.3医药业复合氨基酸输液可用于肝、肺、脑、 肾、婴儿生长发育不良，代血浆和癌症的辅助治疗。由于人体内不能自行合成，只能靠供给，复合氨基酸中含有 L一苯丙氨酸，是复合氨基酸中的主要原料。L 一苯丙氨酸是氨基酸类药物，用于综合氨基酸制剂，是制备氨基酸类抗癌药物苯丙氨酸芥，对氧基苯丙氨酸甲酞肉瘤素的合成原料，也可于生产肾上腺素，甲状腺素和黑色素等。苯丙氨酸有外消旋 DL一型和 L一型，人和动物不需的氨基酸，同时它也是生物体，酪氨酸的重要原料。苯丙氨酸的缺乏与生物体的正常代谢和健康有着密切的关系。先天性代谢疾病是由于上述氨基酸的代谢有障碍而引起的。苯丙氨酸是某些氨基酸药物和氨基酸营养必需的成分，是根
13、据合成某些抗癌药物中根据癌细胞对氨基酸的特殊要求，以氨基酸为载体，把抗肿瘸药物的分子或基团载入肿瘤区，达到既能抑制肿瘤生长又能降低肿瘤的目的，苯丙氨酸对肿瘤的生长有重要影响。恶性细胞所需要的苯丙氨酸是正常细胞的 3、5倍，苯丙氨酸是某些肿瘤物的良好载体。苯丙氨酸在医药行业主要用于氨基酸输液和氨基酸类药物，如抗肿瘤药物对氟苯丙氨酸等，供应十分紧俏。预计 2005年，我国医药行业每年需消耗苯丙氨酸约 400t。L 一苯丙氨酸另一个主要用途就是合成甜味剂阿斯巴甜。目前，阿斯巴甜已在 100多个国家和地区获准使用，应用于 6000多种饮料、食品和医药等产品中，是高效、安全、营养型甜味剂，国际市场需求量
14、以年均 15沦 20%的速度增长，远远高于其他人工甜味剂年均 5%的增长速度。预计 2005年我国 L一苯丙氨酸市场需求量将达到 2000t，产品供不应求。第三章 L-苯丙氨酸发展3.1国外市场现状当前,全球 L-苯丙氨酸的需求量在 1.5万 t以上,主要生产企业有美国孟山都、日本味之素、韩国大象公司等。美国是世界 L-苯丙氨酸的主要消费国,消费量约占世界需求量的一半,其次是西欧和日本。西欧的 L-苯丙氨酸主要供 Euro-Aspartame公司生产阿斯巴甜。2005 年我国 L-苯丙氨酸的需求量约为 3500t,其中医药行业约需 500t,合成阿斯巴甜约需 3000t,绝大部分依赖进口。 7
15、3.2我国苯丙氨酸的现状在 1998年以前，我国所需 L-苯丙氨酸全部依赖进口，直到 2002年，每年仍需进口 600700吨 L-苯丙氨酸主要作为阿斯巴甜生产原料用。受缚于技术水平等因素，我国 L-苯丙氨酸产业开发进程较为缓慢。L-苯丙氨酸目前常用的生产方法主要有天然蛋白质水解法、发酵法、肉桂酸酶法和苯丙酮酸酶法 4种。前 3种方法因为存在着收率低、成本高、对环境污染严重等缺点，未能得到进一步的工业化应用。而苯丙酮酸酶法因所采用的转氨酶稳定且活性高，被国内外化工业研究部门认为是最直接、最经济的生产方法。但目前，我国 L-苯丙氨酸的主要生产厂家多采用天然蛋白质水解法和发酵法生产，产量极低，产品
16、多用于自己生产药品或作为生化试剂，几乎没有商品上市。 93.3发展前景随着人们生活水平的不断提高,医药保健事业的不断发展,我国医药保健品、食品添加剂、饲料添加剂等对苯丙氨酸的需求量正迅速扩大,尤其以氨基酸输液、各种品牌的氨基酸胶囊、氨基酸添加剂、氨基酸为原料的甜味剂等发展最快,需求量最大。随着国内市场的进一步开放和人民生活水平的提高,这种低热量的甜味剂在国内的市场也日益增加,因此,市场对L苯丙氨酸的需求也持续增长。苯丙氨酸属高新技术产品,技术含量高,值得开发生产。据专家预计,未来几年内我国 L-苯丙氨酸的年需求量将超过 5000吨,因此,大力开发 L-苯丙氨酸的发酵生产技术,完善其生产工艺,实现规模化工业生产,不仅可以促进我国阿斯巴甜的生产与应用,还将具有重要的社会意义和经济价值。另外苯胺路线也是目前生产苯丙氨酸相对较好方法,具有收率高,成本低,工艺简单,且无三废问题,是今后的发展方向。 3、7
