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L-苯丙氨酸的作用

发布日期:2019/3/27 10:40:54

背景及概述[1][2]

L-苯丙氨酸是具有生理活性的芳香族氨基酸,是人和动物不能靠自身自然合成的氨基酸之一,作为人体代谢过程中必需的八种氨基酸之一;主要用于:(1)安全使用于任何食品饮料中;用于食品,可添加于焙烤食品中,强化苯丙氨酸的营养作用;还与糖类发生氨基-羧化反应以改善食品香味,以及补充人体所需功能性食品氨基酸平衡;是合成二肽甜味剂阿斯巴甜(Aspartame)的主原料;(2)用于医药,是苯丙氨苄、甲酸溶肉瘤素等氨基酸类抗癌药物的中间体,也是生产肾上腺素、甲状腺素和黑色素的原料,是配制氨基酸输液及综合氨基酸制剂的重要成份,用于合成抗病毒药物、维生素B6等。

近年来,由于阿斯巴甜已成为国际市场最为流行的甜味剂产品,在食品、饮料行业得到了广泛的应用,故成为促进L-苯丙氨酸需求激增的最大推动力。

理化性质及结构[1]

苯丙氨酸(Phenylalanine)的化学名称为α-氨基-β-苯丙酸,分子式为C6H5C2H3(NH2)CO2H,分子量为165.19。商品主要有L-苯丙氨酸、D-苯丙氨酸和DL-苯丙氨酸,主要应用领域为食品与医药部门。L-苯丙氨酸为白色结晶或结晶性粉末,略苦,熔点283℃(分解),比旋度-35.1°(C=1.94,水中),减压升华,溶于水,难溶于甲醇、乙醇、乙醚等。

L-苯丙氨酸是8种必须氨基酸之一,同时它也是生物体内合成酪氨酸的重要原料。苯丙氨酸是某些氨基酸药物和氨基酸营养食品所必需的成份,是合成某些抗癌药物的中间体,如苯丙氨苄、甲酸溶肉瘤素等。其最重要的用途是与L-天冬氨酸合成二肽产品阿斯巴甜(Aspartame,APM);L-苯丙氨酸的另外一个重要用途是用作营养强化剂、氨基酸输液和复合氨基酸制剂的成分。

L-苯丙氨酸是人体和动物的必需氨基酸。在医药、食品、保健品等领域有很大用处,是全球风行的新型甜味剂阿斯巴甜(Aspartame,APM)生产的主要原料。L-苯丙氨酸是自上世纪八十年代以来市场需求增长最快的氨基酸品种,产品90%用于生产阿斯巴甜甜味剂,10%用于医药等方面中。L-苯丙氨酸在医药行业主要用于氨酸酸输液和氨基酸类药物,如抗肿瘤药物对氟苯丙氨酸、苯丙氨苄、甲酸溶肉瘤素等,市场十分紧俏,今后发展前景光明。目前我国医药行业每年需消耗L-苯丙氨酸约400吨左右,主要依赖进口。

目前,由于国内氨基酸大输液和抗癌药的开发利用,特别是对糖精生产实行限制、甜菊糖甜味剂产品遭遇麻烦的情况下,阿斯巴甜需求量激增,大大刺激和推动了L-苯丙氨酸的生产与发展。L-苯丙氨酸制备方法主要有直接发酵法、化学合成法和酶法。

直接发酵法是利用葡萄糖等原料经微生物发酵直接生产出L-苯丙氨酸;化学合成法路线长、副产物多,且产物为光学消旋体,需进行光学拆分,成本高;酶法生产是利用L-苯丙氨酸的合成前体如苯丙酮酸或肉桂酸经过微生物细胞内酶系催化合成L-苯丙氨酸。用发酵法生产L-苯丙氨酸的过程中需要对发酵液进行提取才能得到L-苯丙氨酸,目前所使用的提取方法主要是离子交换法,但是所使用的离子交换树脂是大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂,这种树脂很难将L-苯丙氨酸从发酵液中分离出来,而且收率最多能达到40%、纯度最高为50%。


L-苯丙氨酸

制备 [2]

L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤、模拟移动床离子交换提取、一次性结晶出产品和母液的回收,各工艺步骤具体包括:

步骤一、L-苯丙氨酸的转化液絮凝板框过滤

①配制助滤剂和絮凝剂:

在常温条件下配制助滤剂,在5T的反应釜中,加入2.5T水,投入120kg的助滤剂珠光砂、硅澡土或珍珠岩中的一种或数种,备用。

配制絮凝剂:在30T的反应釜中,加入15T水,升高温度到65℃,投入280kg的絮凝剂聚丙烯酰胺、硫酸铝或聚合氯化铝中的一种或数种,搅拌至溶解后,冷却至25℃;备用。

②制作预涂层:将助滤剂搅拌混匀后打入板框形成预涂层,预涂层厚度3mm;备用。将助滤剂搅拌混匀后打入板框中,在板框滤布上形成预涂层,预涂层厚度0.5~8mm。

③L-苯丙氨酸的转化液絮凝:在20T的苯丙酮酸酶法生产L-苯丙氨酸转化液中,加入上述配制好的絮凝剂2000L和60L的助滤剂,搅拌15min后,静置45min,

④将絮凝后的料液通过已形成预涂层板框过滤去除微生物细胞及其碎片,得过滤液,过滤后溶液的浊度80NTU,透光率56%,收率99.0%。

步骤二、模拟移动床离子交换提取

取步骤一中得到的过滤液10m3,L-苯丙氨酸的浓度15g/L,以3m3/h的进料速度进入离子交换系统,吸附pH值控制在1.8,吸附时间约2.5h后,用流速为5m3/h的纯水进行反洗杂25min,再将0.5mol/L的洗脱剂液碱,温度加热至40℃,以2.5m3/h的流速将吸附在树脂上的L-苯丙氨酸洗脱下来,夹套需要保温80℃,当pH为2.5时开始收集洗脱液的高流,直至收集至pH为10.8时停止。其洗脱液透光率为54.0%,收率为98.9%。

步骤三、一次性结晶出产品

取上述步骤二中得到的洗脱液9m3,其浓度为32.5g/L,浓缩蒸氨35min,将料液循环通过利用废活性炭制成滤饼过滤45min后,将料液打入脱色罐,加入10kg的活性炭,脱色温度为68℃,pH值为5,脱色时间30min,过滤、浓缩、结晶、干燥,得到L-苯丙氨酸晶体290.2kg,其收率为99.2%,纯度为99.6%、透光率99.5%、比旋光度为-34.0°,限量指标均合格。

步骤四、母液的回收

取步骤三提取后得到的母液,加水稀释至浓度为15g/L后,至絮凝板框过滤,按步骤一要求配制好助滤剂珠光砂,絮凝剂聚丙烯酰胺以及制好板框预涂层,预涂层厚度3mm;在母液中加入絮凝剂聚丙烯酰胺、助滤剂珠光砂搅拌后,通过已形成预涂层板框过滤来去除杂质,再将过滤好的溶液经过离交,浓缩结晶等,产品的纯度为99.0%、透光率99.0%、比旋光度为-33.6°,限量指标均合格。

主要参考资料

[1] 崔建东, & 张亚楠. (2008). 苯丙氨酸解氨酶(pal)酶法合成l-苯丙氨酸的研究进展. 中国生物工程杂志(s1), 301-305.

[2] 刘阳生, 戴猷元, & 汪家鼎. (1999). 二(2-乙基己基)磷酸萃取l-苯丙氨酸. 化工学报, 50(3), 289-295.

[3] 徐伟箭, 刘玉堂, 项伟中, 熊远钦, 卢彦兵, & 刘慧君. (2004). L-苯丙氨酸分子印迹聚合物的制备及其性能研究. 湖南大学学报(自科版), 31(4), 1-5.