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蘇氨酸(Threonine)化學(xué)名稱為α-氨基-β-羥基丁酸，1935年由W.C.Rose在纖維蛋白水解物中分離和鑒定出來。1936年，Meger對它的空間結(jié)構(gòu)進行了研究，因結(jié)構(gòu)與蘇糖相似，故將其命名為蘇氨酸。蘇氨酸有4種異構(gòu)體，天然存在并對機體有生理作用的是L-蘇氨酸。分子式為C4H9NO3，相對分子質(zhì)量為119.12，熔點為255～256℃，比旋光度[α]20D=-25.0～-29.0°(5mol/LHCl)，白色晶體或結(jié)晶性粉末微甜；解離常數(shù)pKCOOH=2.15，pKNH2=9.12，電點pI(25℃)=5.64，溶解度為20g/100mL水(25℃)，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有機溶劑。L-蘇氨酸是必需氨基酸，必須從食物中獲取。
L-蘇氨酸對于保持體內(nèi)的氮平衡是必需的，并促進正常的生長發(fā)育。此外，它對于保持心血管、肝臟、中樞神經(jīng)、腸、免疫系統(tǒng)的功能也有作用。由于缺乏維生素B12、II型瓜氨酸血癥、敗血癥、氨基酸或氮失衡，可導(dǎo)致血液中的蘇氨酸含量不足。此外，素食主義者由于食用缺少蘇氨酸含量的谷類，可以導(dǎo)致蘇氨酸不足。對于各種疾病或先天性代謝異常的診斷、患者的長期營養(yǎng)補充、氨基酸代謝異常疾病的相關(guān)研究等而言，L-蘇氨酸的定量是必須的。
已報道過多種L-蘇氨酸的定量方法。通過四乙酸鉛使蘇氨酸變?yōu)橐胰?，用濃聚硫酸吸收，檢測乙醛與對羥基聯(lián)苯縮合的色素，來測量蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物、明膠、血清中的蘇氨酸，可以通過HPLC、質(zhì)譜、氨基酸分析裝置等定量。這些方法存在操作危險，需要多個步驟，使用昂貴的儀器，不適合操作多個樣品的大規(guī)模篩選方法的問題。
在人體和動物所需的8種必需氨基酸中，蘇氨酸是僅次于蛋氨酸、賴氨酸、色氨酸的第4種氨基酸。蘇氨酸在人的生長發(fā)育中發(fā)揮越來越重要的作用，被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、飼料工業(yè)、以及醫(yī)療等方面。
1）在食品方面，由于當(dāng)前食品加工度高、生產(chǎn)量大、保存期長、流通領(lǐng)域廣，營養(yǎng)素容易受到破壞和損失，需要加以補充。因此，食品強化劑在食品工業(yè)中的重要性日益突出，氨基酸類強化劑在食品強化劑生產(chǎn)中占有重要的地位。蘇氨酸與葡萄糖共熱可產(chǎn)生焦香味，有增香作用。一般與其他氨基酸合并用于強化谷物，有時也用于糕點、嬰兒食品、牛奶中，起抗氧化作用。
2）在飼料添加劑方面，蘇氨酸和賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸一起列為4大飼料添加劑，主要用于未成年仔豬和家禽等。蘇氨酸是畜禽飼料中的重要元素，在畜禽飼料中添加蘇氨酸，能提高飼料蛋白質(zhì)的生物學(xué)價值，平衡各種氨基酸，促進蛋白質(zhì)沉積，降低動物氨的排泄，減輕環(huán)境污染，改善飼養(yǎng)條件。
3）在醫(yī)藥工業(yè)方面，蘇氨酸應(yīng)用也十分廣泛，其鐵鹽可作抗貧血藥，可用于配置氨基酸輸液和綜合氨基酸制劑，同時其自身還具有促進人體發(fā)育和抗脂肪肝的藥用療效，也是制造高效抗生素單酰胺菌素的中間體，以及用于生化研究。在臨床上蘇氨酸還具有提高免疫的功能：蘇氨酸有促進骨髓T淋巴細胞前體分化發(fā)育成為成熟T淋巴細胞的作用。
蘇氨酸是谷蛋白中第二限制性氨基酸，它的分子結(jié)構(gòu)中含有羥基，對人體皮膚有保濕作用。在膜蛋白中蘇氨酸的羥基能與寡糖鏈結(jié)合，對保護細胞膜起重要作用。此外，蘇氨酸代謝生成甘氨酸，提供一碳單位。另外，蘇氨酸是11種、14種、17種、18種、20種氨基酸大輸液的主要成分之一。氨基酸大輸液常用于手術(shù)前后、創(chuàng)傷、燒傷、骨折、營養(yǎng)不良、慢性消耗性疾病等的輔助治療，在臨床方面有著廣泛的應(yīng)用。
L-蘇氨酸的生產(chǎn)方法有蛋白質(zhì)水解法、化學(xué)合成法[9]和直接發(fā)酵法[10]。蛋白質(zhì)水解法和化學(xué)合成法因其存在種種弊端，工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)基本不再使用。直接發(fā)酵法以其生產(chǎn)成本低、資源節(jié)約、環(huán)境污染小等優(yōu)點逐漸成為工業(yè)化生產(chǎn)L-蘇氨酸的主要方式。
1.蛋白質(zhì)水解提取法
蘇氨酸主要以L型存在于血粉、角蹄、玉米麩質(zhì)粉、棉籽餅、絲膠等天然蛋白質(zhì)中，可將上述蛋白質(zhì)經(jīng)水洗、攪碎、干燥、酸解得水解液經(jīng)濃縮得濃縮液，用活性炭脫色、上柱，接收液作紙層析，收集蘇氨酸部分。但該方法存在不少問題，操作復(fù)雜，需處理大量洗脫液，最主要的是蘇氨酸在這些蛋白質(zhì)中含量較低，尤其是提取目標(biāo)氨基酸時，其他氨基酸作為廢料處理掉，造成資源的浪費。
2.化學(xué)合成法
蘇氨酸的化學(xué)合成路線，主要有巴豆酸法、乙酰乙酸乙酯法、甘氨酸銅法及不對稱環(huán)氧化法等，其中路線較短、收率較高、具有較高工業(yè)價值的方法是甘氨酸銅法。
1）巴豆酸合成法
巴豆酸在乙醇中進行汞化反應(yīng)，再經(jīng)溴化、汞、氨化得DL-蘇氨酸。該法反應(yīng)條件緩和、產(chǎn)率也不低，但步驟較繁、溶劑成本高，加之含汞廢液處理困難等，使其利用價值不大。
2）乙酰乙酸乙酯合成法
將乙酰乙酸乙酯氨化、還原，即可得DL-蘇氨酸，該路線反應(yīng)條件要求高，且產(chǎn)率低。
3）甘氨酸銅合成法
甘氨酸由于與Cu2+絡(luò)合，生成螯合物，從而增強了α氫的酸性，更利于其與乙醛縮合，最終脫去銅，生成DL-蘇氨酸。Cu2+起到了催化劑的作用。也有用五水硫酸銅或氯化銅與甘氨酸和乙醛來制備的。Aune則采用中間體雙(2，5-二甲基-4-惡唑烷羧酸酯)二水合銅，與甘氨酸反應(yīng)合成DL-蘇氨酸。這樣，可以較大地提高產(chǎn)率。但成本也大大增加了。通常，采用廉價的Cu(OH)2CO3和CuCl2為催化劑。合成路線如圖：
4）不對稱環(huán)氧化法
不對稱環(huán)氧化法，具有選擇性高的優(yōu)點，但由于其反應(yīng)過程復(fù)雜，原料成本太高，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。該法以CH2CHCH(OH)CH3為原料，雙鍵經(jīng)環(huán)氧化后，與phCONCO反應(yīng)，生成五元雜環(huán)化合物，再酸化開環(huán)，生成DL-蘇氨酸。
5）非水相反應(yīng)合成
以苯為溶劑，將氰基乙酸丁酯與乙醛，在30～35℃攪拌反應(yīng)6h，經(jīng)過濾，酸化濾液，可得88%的蘇氨酸。上述幾種方法，各有優(yōu)劣，其中甘氨酸銅合成法得到普遍使用。該法成本低，合成路線短，產(chǎn)率高(以甘氨酸計，可達80%以上)。但銅鹽的回收再利用，離子交換脫銅過程繁雜、且洗脫液不易濃縮。
3.微生物發(fā)酵法
直接發(fā)酵法是借助于微生物具有合成自身所需要的氨基酸的能力，通過對特定微生物的誘變處理，選育出營養(yǎng)缺陷型或結(jié)構(gòu)類似物抗性菌株，以解除代謝調(diào)控中的反饋抑制和反饋阻遏，從而達到過量積累某種氨基酸的目的。隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展、工業(yè)微生物生物化學(xué)信息的增多、特別是工業(yè)生物載體系統(tǒng)的成功構(gòu)建，從上世紀70年代末起前蘇聯(lián)研究者開始用基因工程技術(shù)構(gòu)建蘇氨酸菌種，為優(yōu)良的L-蘇氨酸生產(chǎn)菌株的篩選和產(chǎn)酸水平的提高提供了可靠的技術(shù)保障，使微生物直接發(fā)酵法生產(chǎn)L-蘇氨酸成為一種廉價的工業(yè)化生產(chǎn)方法。
[1] L-蘇氨酸的生產(chǎn)方法及研究進展
[2] CN201180012376.9L-蘇氨酸的分析方法和L-蘇氨酸脫氫酶
[3] L-蘇氨酸制備方法評述