63-68-3 / 蛋氨酸的作用和功效是什么

蛋氨酸是氨基酸輸液和復(fù)合氨基酸的主要成分之一。蛋氨酸可用于合成藥用維生素，利用蛋氨酸具有的抗脂肪肝作用,又可制作保肝制劑。因此，蛋氨酸可用于防治慢性或急性肝炎、肝硬化等肝臟疾病，也可用于緩解砷、三氯甲烷、四氯化碳、苯、吡啶和喹啉等有害物質(zhì)的毒性反應(yīng)。

下面，我們一起來(lái)為大家詳細(xì)介紹蛋氨酸：

【背景及概述】^[1][2]

蛋氨酸分子式C₅H₁₁NO₂S，分子量149。21。學(xué)名甲硫基丁氨酸。天然為L(zhǎng)-型，是構(gòu)成蛋白質(zhì)的一種組成。白色片狀晶體或結(jié)晶性粉末。左旋體熔點(diǎn)280～ 281℃(分解)，溶于水，不溶于無(wú)水乙醇、乙醚、苯、石油醚和丙酮。消旋體熔點(diǎn)281℃(分解)，溶于水、酸和堿的稀溶液，易溶于95%的乙醇，不溶于乙醚。L-型或D-型蛋氨酸均有相同的生物活性。在蛋白質(zhì)合成中，蛋氨酸是信息核糖核酸“翻譯”成蛋白質(zhì)過(guò)程中的第一步。無(wú)蛋氨酸的存在，蛋白質(zhì)生物的合成就無(wú)法開(kāi)始。適用于防治肝臟疾病和砷中毒，也用作食品的添加劑。蛋氨酸被廣泛用于醫(yī)藥、食品、飼料和化妝品等領(lǐng)域，其中飼料添加劑的用量最大。作為禽類(lèi)第一限制性必需氨基酸，蛋氨酸是動(dòng)物飼料里一種必不可少的添加劑，加有蛋氨酸的動(dòng)物飼料可以在短時(shí)間內(nèi)幫助動(dòng)物快速成長(zhǎng)，增加瘦肉量和縮短飼養(yǎng)周期，節(jié)省大約40%的飼料。在醫(yī)藥工業(yè)中，蛋氨酸是氨基酸輸液和復(fù)合氨基酸的主要成分之一。

蛋氨酸除了參與動(dòng)物體內(nèi)甲基的轉(zhuǎn)移及磷的代謝和腎上腺素、膽堿和肌酸的合成外，還是合成蛋白質(zhì)和胱氨酸的原料。隨著全球人口數(shù)量以及生活水平的不斷上升，使得長(zhǎng)期以來(lái)全球市場(chǎng)對(duì)蛋氨酸的需求一直保持著快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的蛋氨酸主要有4 個(gè)品種，分別為固體蛋氨酸、液態(tài)羥基蛋氨酸、液體蛋氨酸鈉鹽和固體羥基蛋氨酸鈣鹽。近幾年，全球蛋氨酸需求量以年4%～5% 的幅度增長(zhǎng)，2010 年全球蛋氨酸的年生產(chǎn)能力突破100 萬(wàn)t，產(chǎn)量約為90 萬(wàn)t。

【生理功能】^[3]

1. 提高免疫功能

1）非特異性免疫：研究報(bào)道，臨界蛋氨酸缺乏會(huì)降低肉仔雞外周淋巴細(xì)胞吞噬功能試驗(yàn)表明，肉仔雞血清球蛋白含量隨飼糧液態(tài)蛋氨酸羥基類(lèi)似（LMA）添加水平的提高呈線性增長(zhǎng)，外周淋巴細(xì)胞吞噬活性和血清溶菌酶活性隨LMA 添加水平的提高呈先上升后下降的趨勢(shì)，表明飼糧中添加LMA可提高肉仔雞飼料利用率和非特異性免疫功能。

2）特異性免疫

體液免疫大量研究表明，飼糧中蛋氨酸水平可影響動(dòng)物的體液免疫。在粗蛋白質(zhì)為21%的飼糧中添加6 種不同水平的蛋氨酸飼喂0～21 日齡肉仔雞，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)鞍彼崴綖?。60%時(shí)出現(xiàn)綿羊紅細(xì)胞抗體效價(jià)增加，但當(dāng)?shù)鞍彼崴綖?。70%時(shí)不影響接種后血清抗體效價(jià)。細(xì)胞免疫家禽日糧適量添加蛋氨酸可促進(jìn)外周血、胸腺和脾臟T 淋巴細(xì)胞的增殖轉(zhuǎn)化能力，蛋氨酸缺乏則降低T 淋巴細(xì)胞的增殖轉(zhuǎn)化能力。

2. 提高抗氧化能力

研究發(fā)現(xiàn)蛋氨酸是重要營(yíng)養(yǎng)素之一，通過(guò)轉(zhuǎn)硫途徑可生成谷胱甘肽（GSH）、半胱氨酸和硫酸鹽等代謝物，這些含硫氨基酸和GSH 都是抗氧化物質(zhì)。GSH 等抗氧化物質(zhì)可清除體內(nèi)的H₂O₂和脂質(zhì)過(guò)氧自由基。

3. 提高繁殖性能

蛋氨酸可以提高種蛋受精率和受精卵孵化率，且出雛后雛雞健壯、整齊。研究表明，蛋氨酸參與精子形成過(guò)程，低蛋氨酸水平飼糧會(huì)顯著降低精子密度和有效精子數(shù)量。

4. 解毒功能

蛋氨酸是動(dòng)物的必需氨基酸，可利用其所帶的甲基對(duì)有毒的物質(zhì)或藥物進(jìn)行甲基化而起到解毒作用。研究發(fā)現(xiàn)，蛋氨酸能和飼糧中的霉菌毒素結(jié)合使其毒性大大降低，因而對(duì)動(dòng)物具有防病保健功能。

【應(yīng)用】^[1]

1.在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用

蛋氨酸是必需氨基酸，對(duì)人體有重要營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。蛋氨酸能維持機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育和氮平衡，在動(dòng)物代謝過(guò)程中，對(duì)腎上腺素合成膽堿和肝脂肪有一定的作用，蛋氨酸能促進(jìn)肝內(nèi)脂肪代謝，臨床用于慢性肝炎、肝硬變、脂肪肝等的預(yù)防和治療。亦可用于磺胺類(lèi)藥物、砷或苯等中毒的輔助治療，還可用作利膽藥，用于調(diào)節(jié)尿的pH 值，減少脂肪的積聚。蛋氨酸是醫(yī)用氨基酸輸液的重要成份，是11 種、14 種、17種、18 種、20 種氨基酸輸液的主要成分之一。

2.在飼料行業(yè)中的應(yīng)用

蛋氨酸是畜禽合成動(dòng)物蛋白必需的最重要的氨基酸之一，為蛋白質(zhì)飼料的強(qiáng)化劑和彌補(bǔ)氨基酸平衡的營(yíng)養(yǎng)添加劑，由于蛋氨酸無(wú)法在動(dòng)物體內(nèi)合成，需從食物中攝入，因此將它加入飼料中，可以促進(jìn)禽畜生長(zhǎng)、增加瘦肉量和達(dá)到縮短飼養(yǎng)周期的效果并有效地提高蛋白質(zhì)的利用率。當(dāng)畜禽缺少蛋氨酸時(shí)就會(huì)表現(xiàn)為發(fā)育不良、體重減輕、肝和腎機(jī)能受到破壞，出現(xiàn)肌肉萎縮和毛質(zhì)變壞等現(xiàn)象。而在動(dòng)物飼料中添加1kg 蛋氨酸，相當(dāng)于50 kg 魚(yú)粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，一般添加量為0。05 %～0。2 %。蛋氨酸在禽用配合飼料中的添加量為0。5～2。5 kg / t ，豬用配合飼料中為0。5 ～1。0 kg /t ，若在肉雞的日糧中增加0。075 %～0。25 %的蛋氨酸，可使肉雞體重增加11。8 %～15。9 %，在反芻動(dòng)物日糧中同時(shí)添加蛋氨酸和密勃隆，可使羊產(chǎn)毛量提高25 %，產(chǎn)奶量提高42 %以上，產(chǎn)肉量×提高12 %，并節(jié)省飼料10 %。用于飼料添加劑的有DL-蛋氨酸、羥基蛋氨酸、羥基蛋氨酸鈣鹽和N-羥甲基蛋氨酸，均可用化學(xué)法合成，另外蛋氨酸金屬鹽可以提高金屬離子包括Zn，Cr，Mn，F(xiàn)e在動(dòng)物體內(nèi)的生物利用。

3.其它方面的應(yīng)用　

在醫(yī)學(xué)美容方面，日本首先開(kāi)發(fā)出了氨基酸美容食品- 氨基酸埃斯泰。經(jīng)研究證明，美容效果主要來(lái)自9 種必需氨基酸以及谷氨酸、脯氨酸、精氨酸。有的促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成，有的促進(jìn)構(gòu)成皮膚的膠原蛋白、角蛋白等蛋白質(zhì)的合成，有的促進(jìn)生長(zhǎng)激素的分泌，有助肌膚健康，有的提高睡眠質(zhì)量和人體免疫功能，從總體上改善營(yíng)養(yǎng)、體質(zhì)、睡眠、人的應(yīng)激能力，這些均有助于健康肌膚的形成。

另外，蛋氨酸是一種很好的抗氧化劑，因?yàn)榈鞍彼岱肿又兴牧蛟幽芮宄苫?。身體細(xì)胞內(nèi)的核酸膠原蛋白質(zhì)的合成都需要蛋氨酸，對(duì)服用避孕藥的婦女，服用蛋氨酸也有好處。此外蛋氨酸在食品、生化研究、照相技術(shù)、化妝品等領(lǐng)域中也有廣泛的應(yīng)用。

【制備】^[4]

一、化學(xué)法生產(chǎn)蛋氨酸

蛋氨酸的生產(chǎn)方法分為化學(xué)法和生物法兩大類(lèi)；化學(xué)法按原料分為丙烯醛法、氨基內(nèi)酯法、丙二酸酯法、酪朊水解法、固液相轉(zhuǎn)移催化法等，目前世界上主要的蛋氨酸生產(chǎn)公司均以丙烯醛法為基礎(chǔ)發(fā)展出自己蛋氨酸生產(chǎn)工藝，其余的化學(xué)方法在工藝路線、產(chǎn)品收率等方面與丙烯醛法有很大差距，現(xiàn)基本廢棄不用。

1. 丙烯醛法：丙烯醛法是20 世紀(jì)60 年代發(fā)展起來(lái)的蛋氨酸生產(chǎn)工藝，丙烯醛法又分為海因法和氰醇法。

1）海因法：丙烯醛和甲硫醇在催化劑作用下進(jìn)行加成反應(yīng)生成甲硫基丙醛； 甲硫基丙醛與NaCN 或HCN、NH₄HCO₃ 發(fā)生縮合反應(yīng)制得甲硫基乙基乙內(nèi)酰脲(海因) ；而后甲硫基乙基乙內(nèi)酰脲在NaOH 或K₂CO₃作用下水解生成蛋氨酸鈉/鉀鹽；進(jìn)一步采用H₂SO₄、HCl 或CO₂ 酸化即得DL-蛋氨酸，最后濃縮、結(jié)晶、分離得到蛋氨酸成品，反應(yīng)方程式如圖2

2）氰醇法：氰醇法工藝的產(chǎn)品主要為液體DL-蛋氨酸羥基類(lèi)似物或固體DL-蛋氨酸羥基類(lèi)似物鈣鹽。丙烯醛、甲硫醇在催化劑作用下進(jìn)行加成反應(yīng)生成甲硫基丙醛；甲硫基丙醛再與NaCN 或HCN 反應(yīng)生成2-羥基-4-甲硫基丁腈； 采用濃硫酸水解2-羥基-4-甲硫基丁腈即可得蛋氨酸羥基類(lèi)似物( MHA) ；2-羥基-4-甲硫基丁酸與Ca( OH)₂ 或CaO 進(jìn)一步反應(yīng)可制得蛋氨酸羥基類(lèi)似物( MHA-Ca) ，反應(yīng)方程式如圖

2.氨基內(nèi)酯法

氨基內(nèi)酯法又名γ-丁內(nèi)酯法，主要以γ-丁基內(nèi)酯為原料合成蛋氨酸。

3.丙二酸酯法

丙二酸酯法主要以2-甲硫基氯化乙烷和鄰苯二甲酰亞胺基丙二酸乙酯鈉鹽、乙基乙酰胺基氰基乙酸鹽、二乙基乙酰氨基丙二酸鹽、乙基乙酰乙酸酯其中一為原料制備蛋氨酸，產(chǎn)率分別為58%、48%、60.5%、70%，其中將2-甲硫基氯化乙烷和乙基乙酰乙酸酯進(jìn)行反應(yīng)，得到β-甲硫乙基乙酰乙酸乙酯，然后與NH3 反應(yīng)，隨后使用NaOH 水解得到蛋氨酸亞砜，使用硫酸鈣還原蛋氨酸亞砜值得DL-蛋氨酸，產(chǎn)率達(dá)到70%，反應(yīng)方程式見(jiàn)圖：

4. 固液相轉(zhuǎn)移催化法

在甘氨酸乙酯鹽酸鹽、苯甲醛、無(wú)水硫酸鎂、二氯甲烷的混合液中滴加催化劑三乙胺制備苯亞甲氨基乙酸乙酯，苯亞甲氨基乙酸乙酯和2-氯乙基甲基硫醚在氫氧化鉀和無(wú)水碳酸鉀的皂化作用下合成苯亞甲氨基甲乙硫醚基乙酸乙酯，最后使用濃鹽酸水解得到蛋氨酸，產(chǎn)率達(dá)到59%，反應(yīng)方程式見(jiàn)圖：

二、生物法生產(chǎn)蛋氨酸

近幾年來(lái)生物法在醫(yī)藥品和精細(xì)化工生產(chǎn)中發(fā)展迅速，許多企業(yè)也對(duì)生物法生產(chǎn)蛋氨酸進(jìn)行了大力的研究，生物法生產(chǎn)蛋氨酸主要有酶拆分法、發(fā)酵法和化學(xué)-酶法。

1.酶拆分法制備L-蛋氨酸

L-蛋氨酸在動(dòng)物體內(nèi)不需經(jīng)酶轉(zhuǎn)化直接被動(dòng)物體吸收利用，主要用于醫(yī)藥行業(yè)，如用于配制復(fù)合氨基酸輸液、營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑； 肺炎、肝硬變及脂肪肝、胃潰瘍等的輔助治療等。酶拆分法是利用光學(xué)拆分的方法把化學(xué)合成的DL-蛋氨酸拆分為L(zhǎng)-蛋氨酸。先將DL-蛋氨酸乙?；癁镹-乙酰-DL-蛋氨酸，再采用氨基酸酰酶拆分N-乙酰-DL-蛋氨酸，最后經(jīng)脫色、濃縮、結(jié)晶等過(guò)程制得L-蛋氨酸，反應(yīng)方程式見(jiàn)圖：

2.發(fā)酵法生產(chǎn)蛋氨酸

發(fā)酵法生產(chǎn)的蛋氨酸均為L(zhǎng) 型，主要借助微生物具有合成各種氨基酸的能力，通過(guò)對(duì)菌株的誘變處理，選育出各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型及抗性變異株，以解除代謝調(diào)節(jié)中的反饋及阻遏，達(dá)到過(guò)量合成氨基酸的目的。蛋氨酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制復(fù)雜，生產(chǎn)代謝途徑受到嚴(yán)格的反饋抑制，在蛋氨酸生物合成途徑中，不僅關(guān)鍵酶天冬氨酸激酶受賴(lài)氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制，高絲氨酸脫氫酶受蘇氨酸的反饋抑制，為蛋氨酸所阻遏，而且從高絲氨酸合成蛋氨酸的途徑中，S-腺苷蛋氨酸對(duì)高絲氨酸-O-轉(zhuǎn)乙酰酶的反饋抑制作用較強(qiáng)，蛋氨酸生產(chǎn)菌調(diào)節(jié)代謝調(diào)控途徑如下：

3. 化學(xué)-酶法生產(chǎn)蛋氨酸

化學(xué)法是采用化學(xué)法合成海因、氰醇或蛋氨腈，然后利用化學(xué)水解的方法制得固體蛋氨酸或液體蛋氨酸羥基類(lèi)似物，化學(xué)-酶法是以化學(xué)法合成的氰醇或蛋氨腈為底物，利用腈轉(zhuǎn)化酶水解制備蛋氨酸?；瘜W(xué)法和酶法相結(jié)合制備蛋氨酸以達(dá)到減少反應(yīng)步驟，提高效率，減少副產(chǎn)物，減少三廢，降低成本的目的。

【主要參考資料】

[1] 譚圣君, 邵友元, 李衛(wèi). 蛋氨酸的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景[J]. 湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 21(6): 66-71.

[2]中學(xué)教師實(shí)用化學(xué)辭典

[3] 楊芷, 楊海明, 王志躍, 等. 蛋氨酸的生理功能及其在家禽生產(chǎn)上的研究與應(yīng)用[J]. 中國(guó)飼料, 2014 (12): 21-24.

[4] 黨萬(wàn)利, 金利群, 鄭裕國(guó), 等. 蛋氨酸生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2012, 38(4): 152-158.