甘氨酸

甘氨酸是氨基酸系列20个成员中结构最简单的一个，又称氨基醋酸，为人体非必需的一种氨基酸，在分子中同时具有酸性和碱性官能团，在水溶液中为强电解质，在强极性溶剂中溶解度较大，基本不溶于非极性溶剂，而且具有较高的沸点和熔点，通过水溶液酸碱性的调节可以使甘氨酸呈现不同的分子形态。甘氨酸的侧键是一个氢原子。 由于其α碳还有一个氢原子，甘氨酸不是旋光异构的。由于甘氨酸的侧键非常小，它可以占据其它氨基酸无法占据的空间，比如作为胶原螺旋内的氨基酸。常温下为白色晶体或浅黄色结晶性粉末。有独特的甜味，能缓和酸、碱味，掩盖食品中添加糖精的苦味并增强甜味。人体若摄入甘氨酸的量过多，不仅不能被人体吸收利用，而且会打破人体对氨基酸的吸收平衡而影响其它氨基酸的吸收，导致营养失衡而影响健康。以甘氨酸为主要原料生产的含乳饮料，对青少年及儿童的正常生长发育很容易带来不利影响。密度1.1607。熔点232~236℃（分解）。溶于水，不溶于乙醇和乙醚。能与盐酸作用而成盐酸盐。存在干低级运物的筋肉中。可由一氯乙酸与氢氧化铵作用而成，也可由明胶水解、精制而得。 氨基酸是含有氨基的有机酸，构成蛋白质的基本单位。无色晶体，熔点较高（200℃以上），能溶于水，具两性电离特性，与茚三酮试剂发生灵敏的颜色反应。1820年在蛋白质的水解产物中发现了结构最简单的甘氨酸，到1940年已发现自然界中有20种左右的氨基酸。它们为人体或动物合成蛋白质所必需，多属L-型α-氨基酸。根据氨基酸分子中所含氨基和羧基数目的不同，将氨基酸分为中性氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸等）这类氨基酸分子中只含有一个氨基和一个羧基；酸性氨基酸（谷氨酸、天门冬氨酸），这类氨基酸分子中含有一个氨基和二个羧基；碱性氨基酸（赖氨酸、精氨酸）这类氨基酸的分子中含二氨基一羧基；组氨酸具氮环，呈弱碱性，也属碱性氨基酸。氨基酸可从蛋白质水解制得，也可化学合成。60年代以来，工业上多用微生物发酵法生产，如味精厂已普遍改用发酵法生产谷氨酸。近年来利用石油烃类及其他化工产物作氨基酸发酵原料来生产氨基酸。 精确称取预经105℃干燥2h的试样约175mg，放入一250m1烧瓶，加冰醋酸50ml溶解后，加2滴结晶紫试液(TS-74)，用0.1ml/L高氯酸滴定至蓝绿色终点。同时进行空白试验，并作必要修正。每Ml0.1mol/L高氯酸相当于甘氨酸(C2H5NO2)7.507mg。 LD₅₀7930 mg/kg(大鼠，经口)。
可安全用于食品(FDA，§172．812 2000)。 作为氨基酸源，占食品中总蛋白质量的3.5%(FDA，§172．320，2000)。
作为饮料中加入糖精钠后的苦味掩盖剂，限量0.2%(以成品饮料计)；作为食用油脂中单、双甘油酯的稳定剂，限量0.02%，以单、双甘油酯量计(FDA§172．812，2000)。
FEMA：饮料、糖果、焙烤食品、肉类、看肠、肉汤、调味料，均150(mg/kg)。 20世纪80年代后期,日本三菱公司把过筛选的好氧土壤杆菌属,短杆菌属,棒状杆菌属等微生物菌属加入到含有碳源、氮源及无机营养液的介质中进行培植,然后将该类菌种在25～45℃,pH值在4～9的情况下,使乙醇胺转化为甘氨酸,用浓缩中和离子交换处理得到甘氨酸。
进入20世纪90年代以后,国外合成甘氨酸的技术有了新的进展,日本Nitto化学工业公司将培养的假细胞菌属,酪蛋白菌属,产碱杆菌属等菌属以0.5%(质量分数,干重)加入到含甘氨酸胺基质中,在30℃,pH值7.9～8.1情况下,反应45h,几乎所有的甘氨酸胺水解生成甘氨酸,转化率达99%。尽管目前生物法尚处于研究阶段,但是其具有高选择性,无污染,因此将是极具发展潜力的合成路线。 白色单斜晶系或六方晶系晶体，或白色结晶粉末。无臭，有特殊甜味。 易溶于水，在水中的溶解度：25℃时为25g/100ml；50℃时为39.1g/100ml；75℃时为54.4g/100ml；100℃时为67.2g/100ml。极难溶于乙醇，在100g无水乙醇中约溶解0.06g。几乎不溶于丙酮和乙醚。 用于制药工业、生化试验及有机合成 用作缓冲剂，用于组织培养基的制备，铜、金和银的检验，医药上用于治疗重症肌无力和进行性肌肉萎缩、胃酸过多、慢性肠炎、儿童高脯氨酸血症等疾病。 治疗重症肌无力和进行性肌肉萎缩；治疗胃酯过多症，慢性肠炎（常于抗酸剂合用）；与阿司匹林合用，可减少其对胃的刺激；治疗儿童高脯氨酸血症；作为生成非必需氨基酸的氮源, 加入混合氨基酸注射液中。 甘氨酸主要作为鸡饲料营养性添加剂。 营养增补剂。主要用于调味等方面。
调味 与丙氨酸合用于含醇饮料，添加量：葡萄酒0.4%，威士忌酒0.2%，香槟酒1.0%。其他如粉末汤料约添加2％；酒糟腌的食品1%。由于其能一定程度呈虾、墨鱼味，可用于调味酱。
对枯草杆菌及大肠杆菌的繁殖有一定抑制作用。故可用作鱼糜制品、花生酱等的防腐剂，添加量1%～2%。
缓冲作用 因甘氨酸为具有氨基和羧基的两性离子，故有很强的缓冲性。对食盐和醋等的味感能起缓冲作用。添加量为盐腌品0.3%～0.7%，酸渍品0.05%～0.5%。
抗氧化作用(利用其金属螯合作用) 添加于奶油、干酪、人造奶油可延长保存期3～4倍。为使焙烤食品中的猪油稳定，可添加葡萄糖2.5%和甘氨酸0.5%。速煮面用的小麦粉中添加0.1%～0.5%，同时可起调味作用。医药上用作制酸剂(胃酸过多症)、肌肉营养失调治疗剂、解毒剂等。亦为苏氨酸等氨基酸的合成原料。
按我国GB 2760—96规定可用作香料。 甘氨酸又名氨基乙酸(aminoacetic acid)，在农药生产上用于合成拟除虫菊酯杀虫剂的中间体甘氨酸乙酯盐酸盐，也可合成杀菌剂异菌脲和除草剂固体草甘膦，另外，它也用于化肥、医药、食品添加剂、调味品等行业。 该品在化肥工业中用作脱除二氧化碳的溶剂。在医药工业中，可用作氨基酸制剂、金霉素的缓冲剂和作为抗巴金森氏病药物L-多巴的合成原料，又是咪唑酸乙酯的中间体，其本身也是一种辅助治疗药，可治疗神经性胃酸过多，对抑制胃溃疡的酸过多亦有效。在食品工中业用作合成酒、酿造制品、肉食加工和清凉饮料的配方和糖精去基剂，作为食品添加剂，甘氨酸可作为调味品单独使用，也可以与谷氨酸钠、DL-丙氨酸，枸橼酸等配合使用。在其他工业方面，可作为pH调节剂，添加于电镀液，或者用作其他氨基酸的原料。在有机合成和生物化学中用作生化试剂和溶剂。 医药及农药中间体，化肥脱二氧化碳溶剂，电镀液等 化肥工业用作脱除二氧化碳的溶剂。医药工业用作金霉紊的缓冲剂、氨基制酸剂，用于制备L型多巴等药物，食品工业用作调味剂、糖精去苦剂，用于酿造、肉食加工、配制清凉饮料。另外，还可用作pH值调节剂和用于配制电镀液等。 甘氨酸是用于聚丙烯酰胺凝胶电泳的 Tris-甘氨酸和 Tris-甘氨酸-SDS 运行缓冲液的成分。甘氨酸也是蛋白质印迹 Towbin 转移缓冲液的成分。 用作生化试剂，用于医药、饲料和食品添加剂，氮肥工业用作无毒脱碳剂 1.施特雷克（Strecker)法用甲醛与氰化钠（或氰化钾）和氯化铵反应，同时加入冰醋酸，有亚甲基氨基乙腈的结晶析出。将产物经过滤，在硫酸存在下加入乙醇进行分解，得到氨基乙腈硫酸盐。然后加入氢氧化钡分解得到甘氨酸的钡盐。最后加入一定量的硫酸使钡定量沉淀并滤掉。将滤液浓缩、放置冷却，析出甘氨酸结晶。2.一氯乙酸法将氨水和碳酸氢铵混和加热至55℃，加入一氯乙酸水溶液，在55℃反应2h。加热至80℃除去余氨，用活性炭脱色。过滤，脱色液加95%乙醇使甘氨酸结晶析出，过滤，用乙醇洗涤，烘干得粗品。粗品用热水溶解，再加乙醇重结晶即得成品。收率约42%。3.从蚕丝水解液中提取将25kg废蚕丝，加入6N工业盐酸75L，在110-120℃加热回流22h，充分水解直至双缩脲反应不呈紫色为止。水解结束后，加一倍体积水，按每升加30-40g粉状活性炭，在60℃搅拌30min。用涤纶布在过滤缸内滤除杂质得棕色水解液约150L。先用活性炭吸附水解液中的酪氨酸，再用离子交换柱分离出甘氨酸，同时也可分离得到丙氨酸、丝氨酸。在上述生产方法中，一氯乙酸法较简单，实际上，将一氯乙酸加入氨水贮罐中，在室温下放置较长时间就可以生成甘氨酸。工业生产， 以乌洛托品溶液作介质，由一氯乙酸与高浓度氨在70℃反应2h，经甲醇（或乙醇）沉淀、精制处理可得白色结晶的甘氨酸，此法收率达92-94%，产品含量99%。原料消耗定额：一氯乙酸（95%）1600kg/t、液氨880kg/t、乌洛托品350kg/t、甲醇（95%）1100kg/t。此外，以明胶为原料，经水解、精制过滤、干燥也可制得甘氨酸 其制备方法主要有Strecker法和氯乙酸氨化法。
Strecker法
使甲醛、氰化钠、氯化铵一起反应，再加入冰醋酸，析出亚甲基氨基乙腈；将亚甲基氨基乙腈在硫酸存在下加入乙醇分解，得到氨基乙腈硫酸盐；将此硫酸盐用氢氧化钡分解，得到甘氨酸钡盐；然后加入硫酸使钡沉淀，过滤，将滤液浓缩，冷却后即析出甘氨酸结晶。HCHO[NaCN]→[NH₄Cl]CH₂=N—CH₂CN
CH₂=N—CH₂CN[H₂SO₄]→[C₂H₅OH]H₂NCH₂CN·H₁SO₄
H₂NCH₂CN·H₂SO₄[Ba(OH)₂]→(NH₂CH₂COO)₂Ba
(NH₂CH₂COO)₂Ba[H₂SO₄]→H₂NCH₂COOH
氯乙酸氨化法
将氨水和碳酸氢铵混合加热到55℃，加入氯乙酸水溶液，反应2h，再加热到80℃除去余氨，用活性炭脱色，过滤。脱色液加95％乙醇使甘氨酸结晶析出，过滤，用乙醇洗涤，烘干得到粗品。再用热水溶解，加乙醇重结晶，即得甘氨酸成品。ClCH₂COOH[NH₄HCO₃]→[NH₄OH]H₂NCH₂COOH
此外，也有从蚕丝水解液中提取、以明胶为原料水解等方法制取甘氨酸。 由甲醛为原料，与氰化钠和氯化铵合成N-亚甲基氨基乙腈，再与乙醇和硫酸化合成氨基乙腈合硫酸，与氢氧化钡化合成氨基乙酸钡，最后与硫酸作用而得。此法成本较低，但因氰化钠(或氢氰酸)关系，国内一般不采用。

由一氯代乙酸加过量的氨而得。本法技术成熟、原料易得，国内多用此法。
副产物氯化铵通过离子交换树脂除去，或由甲醇盐析甘氨酸等方法除去。
由明胶的水解物经单离而得。 甘氨酸没有光学异构体，生产全部采用合成法。合成方法简介如下。
（1）施特雷克（Strecker）法。以甲醛、氢氰酸、氨为原料，先合成氨基乙腈，然后在分解生成甘氨酸。
以甲烷与氨合成粗制的氢氰酸，然后使甲醛液连续吸收氰氢酸，再将反应液和氨于120℃下反应2min生成氨基乙腈，最后加入碱液水解，得到总收率为87%的甘氨酸。
(2)Bucherer法。将三聚甲醛加入碳酸铵和腈化钠的水溶液中，室温下搅拌溶解后于80-85℃下反应3h。得到乙内酰脲水溶液。然后直接加入30%NaOH水溶液，于170℃下水解3h。最后以阳离子交换树脂处理，得到收率为83.2%的甘氨酸。
（3）一氯乙酸氨化法。将氨水与碳酸氢铵混合加热至55℃，加入一氯乙酸水解溶液反应2h。然后升温至80℃脱除剩余的氨，用活性炭脱色。过滤后，滤液加95%的乙醇使甘氨酸结晶析出。分离后用乙醇洗涤。烘干后得粗品。粗品用热水溶解，再加乙醇重结晶，即得成品，收率约42%。
（4）相转移催化法。将氨水2kg加入1L甲醇，然后加入0.3kg六次亚甲基四胺，待溶液澄清后，加入溶有10kg氯乙酸的2L甲醇，体系温度明显上升，到58℃时，伴有大量结晶析出。待温度下降至室温，上层液体澄清时，过滤得结晶，滤液放置2天，又可析出部分结晶。将上述粗品加入2-3倍量的去离子水，加热至70-75℃，溶解后加入2倍体积的甲醇，冷却析出结晶，70℃下干燥2h得精品，产品收率68.6%,纯度99.6% 方法一、一氯醋酸氨化法
胺化主反应： 副反应：

配料比一氯乙酸：氨水=1：60，50℃，反应4h，收率84.50%；一氯乙酸：氨：二氧化碳=1：12：3，60℃,反应4h，收率80.5%；一氯乙酸：甲醛：氨水=1：1.5:3, 30℃，反应4h，收率92%；一氯乙酸：碳酸氢铵：氨水=1：3.0:4.5, 取一氯醋酸、碳酸氢铵分别溶于水中，在搅拌下，将两溶液混合，45℃，加入氨水，升至55℃，搅拌反应2h，加热除去余氨，用活性炭脱色，过滤，滤液加95%乙醇，析出甘氨酸结晶，过滤取结晶，用乙醇洗涤，得甘氨酸粗品。
精制取上述粗品溶于水，加热至85℃，过滤取滤液，并加3～5倍体积的95%乙醇，置于冷库里放置过夜，结晶，过滤， 取结晶，用乙醇洗涤后，加晶体湿重的1～1.25倍量蒸馏水，加热至80℃ 以上，溶解后，再加3～5倍体积的95%乙醇，冷却结晶12h，过滤取结晶，用80%乙醇洗涤后，干燥，即得甘氨酸精品。总收率为41.9%(对一氯醋酸计算)。
方法二，以甲醛为原料的合成法
Strecket法
总收率为31%～50%
Bucherer法
将碳酸铵及氰化钠的水溶液中，加入三聚甲醛，室温下搅拌使之溶解，于80～85℃下反应3h，得已内酰脲。然后加入30%NaOH水溶液，于170℃水解3h,最后以阳离子交换树脂处理，得甘氨酸。收率为83.2%。 以一氯乙酸和氨水为原料，于60℃反应完全后，加热至80℃除去二氧化碳和氨，然后用活性炭处理、甲醇重结晶的纯品。