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。

下面，我們一起來為大家詳細介紹蛋氨酸：

【背景及概述】^[1][2]

蛋氨酸分子式C₅H₁₁NO₂S，分子量149。21。學名甲硫基丁氨酸。天然為L-型，是構成蛋白質(zhì)的一種組成。白色片狀晶體或結晶性粉末。左旋體熔點280～ 281℃(分解)，溶于水，不溶于無水乙醇、乙醚、苯、石油醚和丙酮。消旋體熔點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)過程中的第一步。無蛋氨酸的存在，蛋白質(zhì)生物的合成就無法開始。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、飼料和化妝品等領域，其中飼料添加劑的用量最大。作為禽類第一限制性必需氨基酸，蛋氨酸是動物飼料里一種必不可少的添加劑，加有蛋氨酸的動物飼料可以在短時間內(nèi)幫助動物快速成長，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合氨基酸的主要成分之一。

蛋氨酸除了參與動物體內(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，使得長期以來全球市場對蛋氨酸的需求一直保持著快速增長態(tài)勢目前市場上銷售的蛋氨酸主要有4 個品種，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，2010 年全球蛋氨酸的年生產(chǎn)能力突破100 萬t，產(chǎn)量約為90 萬t。

【生理功能】^[3]

1. 提高免疫功能

1）非特異性免疫：研究報道，臨界蛋氨酸缺乏會降低肉仔雞外周淋巴細胞吞噬功能試驗表明，肉仔雞血清球蛋白含量隨飼糧液態(tài)蛋氨酸羥基類似（LMA）添加水平的提高呈線性增長，外周淋巴細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，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?shù)鞍彼崴綖?。60%時出現(xiàn)綿羊紅細胞抗體效價增加，但當?shù)鞍彼崴綖?。70%時不影響接種后血清抗體效價。細胞免疫家禽日糧適量添加蛋氨酸可促進外周血、胸腺和脾臟T 淋巴細胞的增殖轉(zhuǎn)化能力，蛋氨酸缺乏則降低T 淋巴細胞的增殖轉(zhuǎn)化能力。

2. 提高抗氧化能力

研究發(fā)現(xiàn)蛋氨酸是重要營養(yǎng)素之一，通過轉(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程，低蛋氨酸水平飼糧會顯著降低精子密度和有效精子數(shù)量。

4. 解毒功能

蛋氨酸是動物的必需氨基酸，可利用其所帶的甲基對有毒的物質(zhì)或藥物進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合使其毒性大大降低，因而對動物具有防病保健功能。

【應用】^[1]

1.在醫(yī)藥工業(yè)中的應用

蛋氨酸是必需氨基酸，對人體有重要營養(yǎng)價值。蛋氨酸能維持機體生長發(fā)育和氮平衡，在動物代謝過程中，對腎上腺素合成膽堿和肝脂肪有一定的作用，蛋氨酸能促進肝內(nèi)脂肪代謝，臨床用于慢性肝炎、肝硬變、脂肪肝等的預防和治療。亦可用于磺胺類藥物、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)中的應用

蛋氨酸是畜禽合成動物蛋白必需的最重要的氨基酸之一，為蛋白質(zhì)飼料的強化劑和彌補氨基酸平衡的營養(yǎng)添加劑，由于蛋氨酸無法在動物體內(nèi)合成，需從食物中攝入，因此將它加入飼料中，可以促進禽畜生長、增加瘦肉量和達到縮短飼養(yǎng)周期的效果并有效地提高蛋白質(zhì)的利用率。當畜禽缺少蛋氨酸時就會表現(xiàn)為發(fā)育不良、體重減輕、肝和腎機能受到破壞，出現(xiàn)肌肉萎縮和毛質(zhì)變壞等現(xiàn)象。而在動物飼料中添加1kg 蛋氨酸，相當于50 kg 魚粉的營養(yǎng)價值，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 %，在反芻動物日糧中同時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在動物體內(nèi)的生物利用。

3.其它方面的應用　

在醫(yī)學美容方面，日本首先開發(fā)出了氨基酸美容食品- 氨基酸埃斯泰。經(jīng)研究證明，美容效果主要來自9 種必需氨基酸以及谷氨酸、脯氨酸、精氨酸。有的促進蛋白質(zhì)的合成，有的促進構成皮膚的膠原蛋白、角蛋白等蛋白質(zhì)的合成，有的促進生長激素的分泌，有助肌膚健康，有的提高睡眠質(zhì)量和人體免疫功能，從總體上改善營養(yǎng)、體質(zhì)、睡眠、人的應激能力，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，因為蛋氨酸分子中所含的硫原子能清除由基。身體細胞內(nèi)的核酸膠原蛋白質(zhì)的合成都需要蛋氨酸，對服用避孕藥的婦女，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、化妝品等領域中也有廣泛的應用。

【制備】^[4]

一、化學法生產(chǎn)蛋氨酸

蛋氨酸的生產(chǎn)方法分為化學法和生物法兩大類；化學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發(fā)展出自己蛋氨酸生產(chǎn)工藝，其余的化學方法在工藝路線、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60 年代發(fā)展起來的蛋氨酸生產(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行加成反應生成甲硫基丙醛； 甲硫基丙醛與NaCN 或HCN、NH₄HCO₃ 發(fā)生縮合反應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；進一步采用H₂SO₄、HCl 或CO₂ 酸化即得DL-蛋氨酸，最后濃縮、結晶、分離得到蛋氨酸成品，反應方程式如圖2

2）氰醇法：氰醇法工藝的產(chǎn)品主要為液體DL-蛋氨酸羥基類似物或固體DL-蛋氨酸羥基類似物鈣鹽。丙烯醛、甲硫醇在催化劑作用下進行加成反應生成甲硫基丙醛；甲硫基丙醛再與NaCN 或HCN 反應生成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似物( MHA) ；2-羥基-4-甲硫基丁酸與Ca( OH)₂ 或CaO 進一步反應可制得蛋氨酸羥基類似物( MHA-Ca) ，反應方程式如圖

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行反應，得到β-甲硫乙基乙酰乙酸乙酯，然后與NH3 反應，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)率達到70%，反應方程式見圖：

4. 固液相轉(zhuǎn)移催化法

在甘氨酸乙酯鹽酸鹽、苯甲醛、無水硫酸鎂、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)率達到59%，反應方程式見圖：

二、生物法生產(chǎn)蛋氨酸

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

1.酶拆分法制備L-蛋氨酸

L-蛋氨酸在動物體內(nèi)不需經(jīng)酶轉(zhuǎn)化直接被動物體吸收利用，主要用于醫(yī)藥行業(yè)，如用于配制復合氨基酸輸液、營養(yǎng)增補劑； 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拆分的方法把化學合成的DL-蛋氨酸拆分為L-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、結晶等過程制得L-蛋氨酸，反應方程式見圖：

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 型，主要借助微生物具有合成各種氨基酸的能力，通過對菌株的誘變處理，選育出各種營養(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，達到過量合成氨基酸的目的。蛋氨酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)機制復雜，生產(chǎn)代謝途徑受到嚴格的反饋抑制，在蛋氨酸生物合成途徑中，不僅關鍵酶天冬氨酸激酶受賴氨酸和蘇氨酸的協(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-腺苷蛋氨酸對高絲氨酸-O-轉(zhuǎn)乙酰酶的反饋抑制作用較強，蛋氨酸生產(chǎn)菌調(diào)節(jié)代謝調(diào)控途徑如下：

3. 化學-酶法生產(chǎn)蛋氨酸

化學法是采用化學法合成海因、氰醇或蛋氨腈，然后利用化學水解的方法制得固體蛋氨酸或液體蛋氨酸羥基類似物，化學-酶法是以化學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法和酶法相結合制備蛋氨酸以達到減少反應步驟，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)狀及其應用前景[J]. 湖北工業(yè)大學學報, 2006, 21(6): 66-71.

[2]中學教師實用化學辭典

[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)上的研究與應用[J]. 中國飼料, 2014 (12): 21-24.

[4] 黨萬利, 金利群, 鄭裕國, 等. 蛋氨酸生產(chǎn)工藝研究進展[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2012, 38(4): 152-158.