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蛋氨酸的作用和功效是什么

发布日期:2018/9/14 10:03:22

蛋氨酸是氨基酸输液和复合氨基酸的主要成分之一。蛋氨酸可用于合成药用维生素,利用蛋氨酸具有的抗脂肪肝作用,又可制作保肝制剂。因此,蛋氨酸可用于防治慢性或急性肝炎、肝硬化等肝脏疾病,也可用于缓解砷、三氯甲烷、四氯化碳、苯、吡啶和喹啉等有害物质的毒性反应。

下面,我们一起来为大家详细介绍蛋氨酸:

【背景及概述】[1][2]

蛋氨酸分子式C5H11NO2S,分子量149。21。学名甲硫基丁氨酸。天然为L-型,是构成蛋白质的一种组成。白色片状晶体或结晶性粉末。左旋体熔点280~ 281℃(分解),溶于水,不溶于无水乙醇、乙醚、苯、石油醚和丙酮。消旋体熔点281℃(分解),溶于水、酸和碱的稀溶液,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。在蛋白质合成中,蛋氨酸是信息核糖核酸“翻译”成蛋白质过程中的第一步。无蛋氨酸的存在,蛋白质生物的合成就无法开始。适用于防治肝脏疾病和砷中毒,也用作食品的添加剂。蛋氨酸被广泛用于医药、食品、饲料和化妆品等领域,其中饲料添加剂的用量最大。作为禽类第一限制性必需氨基酸,蛋氨酸是动物饲料里一种必不可少的添加剂,加有蛋氨酸的动物饲料可以在短时间内帮助动物快速成长,增加瘦肉量和缩短饲养周期,节省大约40%的饲料。在医药工业中,蛋氨酸是氨基酸输液和复合氨基酸的主要成分之一。

蛋氨酸除了参与动物体内甲基的转移及磷的代谢和肾上腺素、胆碱和肌酸的合成外,还是合成蛋白质和胱氨酸的原料。随着全球人口数量以及生活水平的不断上升,使得长期以来全球市场对蛋氨酸的需求一直保持着快速增长态势目前市场上销售的蛋氨酸主要有4 个品种,分别为固体蛋氨酸、液态羟基蛋氨酸、液体蛋氨酸钠盐和固体羟基蛋氨酸钙盐。近几年,全球蛋氨酸需求量以年4%~5% 的幅度增长,2010 年全球蛋氨酸的年生产能力突破100 万t,产量约为90 万t。

【生理功能】[3]

1. 提高免疫功能

1)非特异性免疫:研究报道,临界蛋氨酸缺乏会降低肉仔鸡外周淋巴细胞吞噬功能试验表明,肉仔鸡血清球蛋白含量随饲粮液态蛋氨酸羟基类似(LMA)添加水平的提高呈线性增长,外周淋巴细胞吞噬活性和血清溶菌酶活性随LMA 添加水平的提高呈先上升后下降的趋势,表明饲粮中添加LMA可提高肉仔鸡饲料利用率和非特异性免疫功能。

2)特异性免疫

体液免疫大量研究表明,饲粮中蛋氨酸水平可影响动物的体液免疫。在粗蛋白质为21%的饲粮中添加6 种不同水平的蛋氨酸饲喂0~21 日龄肉仔鸡,发现当蛋氨酸水平为0。60%时出现绵羊红细胞抗体效价增加,但当蛋氨酸水平为0。70%时不影响接种后血清抗体效价。细胞免疫家禽日粮适量添加蛋氨酸可促进外周血、胸腺和脾脏T 淋巴细胞的增殖转化能力,蛋氨酸缺乏则降低T 淋巴细胞的增殖转化能力。

2. 提高抗氧化能力

研究发现蛋氨酸是重要营养素之一,通过转硫途径可生成谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸和硫酸盐等代谢物,这些含硫氨基酸和GSH 都是抗氧化物质。GSH 等抗氧化物质可清除体内的H2O2和脂质过氧自由基。

3. 提高繁殖性能

蛋氨酸可以提高种蛋受精率和受精卵孵化率,且出雏后雏鸡健壮、整齐。研究表明,蛋氨酸参与精子形成过程,低蛋氨酸水平饲粮会显著降低精子密度和有效精子数量。

4. 解毒功能

蛋氨酸是动物的必需氨基酸,可利用其所带的甲基对有毒的物质或药物进行甲基化而起到解毒作用。研究发现,蛋氨酸能和饲粮中的霉菌毒素结合使其毒性大大降低,因而对动物具有防病保健功能。

【应用】[1]

1.在医药工业中的应用

蛋氨酸是必需氨基酸,对人体有重要营养价值。蛋氨酸能维持机体生长发育和氮平衡,在动物代谢过程中,对肾上腺素合成胆碱和肝脂肪有一定的作用,蛋氨酸能促进肝内脂肪代谢,临床用于慢性肝炎、肝硬变、脂肪肝等的预防和治疗。亦可用于磺胺类药物、砷或苯等中毒的辅助治疗,还可用作利胆药,用于调节尿的pH 值,减少脂肪的积聚。蛋氨酸是医用氨基酸输液的重要成份,是11 种、14 种、17种、18 种、20 种氨基酸输液的主要成分之一。

2.在饲料行业中的应用

蛋氨酸是畜禽合成动物蛋白必需的最重要的氨基酸之一,为蛋白质饲料的强化剂和弥补氨基酸平衡的营养添加剂,由于蛋氨酸无法在动物体内合成,需从食物中摄入,因此将它加入饲料中,可以促进禽畜生长、增加瘦肉量和达到缩短饲养周期的效果并有效地提高蛋白质的利用率。当畜禽缺少蛋氨酸时就会表现为发育不良、体重减轻、肝和肾机能受到破坏,出现肌肉萎缩和毛质变坏等现象。而在动物饲料中添加1kg 蛋氨酸,相当于50 kg 鱼粉的营养价值,一般添加量为0。05 %~0。2 %。蛋氨酸在禽用配合饲料中的添加量为0。5~2。5 kg / t ,猪用配合饲料中为0。5 ~1。0 kg /t ,若在肉鸡的日粮中增加0。075 %~0。25 %的蛋氨酸,可使肉鸡体重增加11。8 %~15。9 %,在反刍动物日粮中同时添加蛋氨酸和密勃隆,可使羊产毛量提高25 %,产奶量提高42 %以上,产肉量×提高12 %,并节省饲料10 %。用于饲料添加剂的有DL-蛋氨酸、羟基蛋氨酸、羟基蛋氨酸钙盐和N-羟甲基蛋氨酸,均可用化学法合成,另外蛋氨酸金属盐可以提高金属离子包括Zn,Cr,Mn,Fe在动物体内的生物利用。

3.其它方面的应用 

在医学美容方面,日本首先开发出了氨基酸美容食品- 氨基酸埃斯泰。经研究证明,美容效果主要来自9 种必需氨基酸以及谷氨酸、脯氨酸、精氨酸。有的促进蛋白质的合成,有的促进构成皮肤的胶原蛋白、角蛋白等蛋白质的合成,有的促进生长激素的分泌,有助肌肤健康,有的提高睡眠质量和人体免疫功能,从总体上改善营养、体质、睡眠、人的应激能力,这些均有助于健康肌肤的形成。

另外,蛋氨酸是一种很好的抗氧化剂,因为蛋氨酸分子中所含的硫原子能清除由基。身体细胞内的核酸胶原蛋白质的合成都需要蛋氨酸,对服用避孕药的妇女,服用蛋氨酸也有好处。此外蛋氨酸在食品、生化研究、照相技术、化妆品等领域中也有广泛的应用。

【制备】[4]

一、化学法生产蛋氨酸

蛋氨酸的生产方法分为化学法和生物法两大类;化学法按原料分为丙烯醛法、氨基内酯法、丙二酸酯法、酪朊水解法、固液相转移催化法等,目前世界上主要的蛋氨酸生产公司均以丙烯醛法为基础发展出自己蛋氨酸生产工艺,其余的化学方法在工艺路线、产品收率等方面与丙烯醛法有很大差距,现基本废弃不用。

1. 丙烯醛法:丙烯醛法是20 世纪60 年代发展起来的蛋氨酸生产工艺,丙烯醛法又分为海因法和氰醇法。

1)海因法:丙烯醛和甲硫醇在催化剂作用下进行加成反应生成甲硫基丙醛; 甲硫基丙醛与NaCN 或HCN、NH4HCO3 发生缩合反应制得甲硫基乙基乙内酰脲(海因) ;而后甲硫基乙基乙内酰脲在NaOH 或K2CO3作用下水解生成蛋氨酸钠/钾盐;进一步采用H2SO4、HCl 或CO2 酸化即得DL-蛋氨酸,最后浓缩、结晶、分离得到蛋氨酸成品,反应方程式如图2

2)氰醇法:氰醇法工艺的产品主要为液体DL-蛋氨酸羟基类似物或固体DL-蛋氨酸羟基类似物钙盐。丙烯醛、甲硫醇在催化剂作用下进行加成反应生成甲硫基丙醛;甲硫基丙醛再与NaCN 或HCN 反应生成2-羟基-4-甲硫基丁腈; 采用浓硫酸水解2-羟基-4-甲硫基丁腈即可得蛋氨酸羟基类似物( MHA) ;2-羟基-4-甲硫基丁酸与Ca( OH)2 或CaO 进一步反应可制得蛋氨酸羟基类似物( MHA-Ca) ,反应方程式如图

2.氨基内酯法

氨基内酯法又名γ-丁内酯法,主要以γ-丁基内酯为原料合成蛋氨酸。

3.丙二酸酯法

丙二酸酯法主要以2-甲硫基氯化乙烷和邻苯二甲酰亚胺基丙二酸乙酯钠盐、乙基乙酰胺基氰基乙酸盐、二乙基乙酰氨基丙二酸盐、乙基乙酰乙酸酯其中一为原料制备蛋氨酸,产率分别为58%、48%、60.5%、70%,其中将2-甲硫基氯化乙烷和乙基乙酰乙酸酯进行反应,得到β-甲硫乙基乙酰乙酸乙酯,然后与NH3 反应,随后使用NaOH 水解得到蛋氨酸亚砜,使用硫酸钙还原蛋氨酸亚砜值得DL-蛋氨酸,产率达到70%,反应方程式见图:

4. 固液相转移催化法

在甘氨酸乙酯盐酸盐、苯甲醛、无水硫酸镁、二氯甲烷的混合液中滴加催化剂三乙胺制备苯亚甲氨基乙酸乙酯,苯亚甲氨基乙酸乙酯和2-氯乙基甲基硫醚在氢氧化钾和无水碳酸钾的皂化作用下合成苯亚甲氨基甲乙硫醚基乙酸乙酯,最后使用浓盐酸水解得到蛋氨酸,产率达到59%,反应方程式见图:

二、生物法生产蛋氨酸

近几年来生物法在医药品和精细化工生产中发展迅速,许多企业也对生物法生产蛋氨酸进行了大力的研究,生物法生产蛋氨酸主要有酶拆分法、发酵法和化学-酶法。

1.酶拆分法制备L-蛋氨酸

L-蛋氨酸在动物体内不需经酶转化直接被动物体吸收利用,主要用于医药行业,如用于配制复合氨基酸输液、营养增补剂; 肺炎、肝硬变及脂肪肝、胃溃疡等的辅助治疗等。酶拆分法是利用光学拆分的方法把化学合成的DL-蛋氨酸拆分为L-蛋氨酸。先将DL-蛋氨酸乙酰化为N-乙酰-DL-蛋氨酸,再采用氨基酸酰酶拆分N-乙酰-DL-蛋氨酸,最后经脱色、浓缩、结晶等过程制得L-蛋氨酸,反应方程式见图:

2.发酵法生产蛋氨酸

发酵法生产的蛋氨酸均为L 型,主要借助微生物具有合成各种氨基酸的能力,通过对菌株的诱变处理,选育出各种营养缺陷型及抗性变异株,以解除代谢调节中的反馈及阻遏,达到过量合成氨基酸的目的。蛋氨酸生物合成的代谢调节机制复杂,生产代谢途径受到严格的反馈抑制,在蛋氨酸生物合成途径中,不仅关键酶天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制,高丝氨酸脱氢酶受苏氨酸的反馈抑制,为蛋氨酸所阻遏,而且从高丝氨酸合成蛋氨酸的途径中,S-腺苷蛋氨酸对高丝氨酸-O-转乙酰酶的反馈抑制作用较强,蛋氨酸生产菌调节代谢调控途径如下:

3. 化学-酶法生产蛋氨酸

化学法是采用化学法合成海因、氰醇或蛋氨腈,然后利用化学水解的方法制得固体蛋氨酸或液体蛋氨酸羟基类似物,化学-酶法是以化学法合成的氰醇或蛋氨腈为底物,利用腈转化酶水解制备蛋氨酸。化学法和酶法相结合制备蛋氨酸以达到减少反应步骤,提高效率,减少副产物,减少三废,降低成本的目的。

【主要参考资料】

[1] 谭圣君, 邵友元, 李卫. 蛋氨酸的研究现状及其应用前景[J]. 湖北工业大学学报, 2006, 21(6): 66-71.

[2]中学教师实用化学辞典

[3] 杨芷, 杨海明, 王志跃, 等. 蛋氨酸的生理功能及其在家禽生产上的研究与应用[J]. 中国饲料, 2014 (12): 21-24.

[4] 党万利, 金利群, 郑裕国, 等. 蛋氨酸生产工艺研究进展[J]. 食品与发酵工业, 2012, 38(4): 152-158.