如何高效生产亮氨酸？

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：L-亮氨酸是大面积烧伤、外伤、感染及手术前后恢复体力的不可缺少的营养剂，对于维持危重患者的营养需要，抢救患者的生命起着积极的作用。L-亮氨酸与稀土配合物是氨基酸肥料和农药的一种，不仅能增产、防止农作物病虫害，而且能被日光和微生物降解，是目前深受人们喜爱的“绿色农药”。L-亮氨酸的生物生产方法主要有蛋白质水解提取法、酶催化法、微生物发酵法等。

一、生产前准备

（一）查找资料，了解L-亮氨酸生产的基本知识

L-亮氨酸广泛存在于蛋白质中，以玉米麸质及动物血粉中含量最为丰富，在角甲、棉籽饼和鸡毛中含量也较多。L-亮氨酸是人与动物自身不能合成而必须依赖外源供给的人体必需氨基酸之一，是哺乳动物的必需氨基酸和生酮生糖氨基酸。L-亮氨酸的化学名称为2-氨基-4-甲基戊酸或2-氨基异己酸，分子式为C6H13NO2，相对分子质量为131.17，结构式为

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L-亮氨酸自水及乙醇中可得白色片状结晶，pI为5.98，熔点为293℃。在25℃水中溶解度为2.91 g/（100 mL），在乙醇中为0.017 g/（100 mL）；在75℃水中为3.82 g/（100 mL），在乙酸中为10.9 g/（100 mL）；不溶于乙醚。

L-亮氨酸可调节氨基酸与蛋白质代谢，它是骨骼肌与心肌中唯一可调节蛋白质周转的氨基酸，并促进骨骼肌蛋白质的合成。它也是三种支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）之一，参与人体内氨代谢，是一种重要的保肝剂。L-亮氨酸是临床选用的复合氨基酸静脉注射液不可缺少的原料，在氨基酸静脉注射液以及作为补品的氨基酸口服制剂中，L-亮氨酸都占有较大的比重。L-亮氨酸是大面积烧伤、外伤、感染及手术前后恢复体力的不可缺少的营养剂，对于维持危重患者的营养需要，抢救患者的生命起着积极的作用。临床上L-亮氨酸还可用于幼儿体内缺乏亮氨酸引起的特发性高血糖症、糖代谢失调、伴有胆汁分泌减少的肝病、贫血等的治疗。亮氨酸的代谢产物酮异己酸也具有调节蛋白质代谢的作用，亮氨酸的衍生物重氮氧代正亮氨酸可用于治疗白血病。L-亮氨酸还是许多重要物质合成的前体物。例如：L-亮氨酸希夫碱金属配合物具有抗癌、抗病毒、抑制细菌生长等生物活性功能；选用L-亮氨酸作为氨基酸部分的N-稀有脂肪酰基-L-亮氨酸具有较高的抗菌活性。L-亮氨酸与稀土配合物是氨基酸肥料和农药的一种，不仅能增产、防止农作物病虫害，而且能被日光和微生物降解，是目前深受人们喜爱的“绿色农药”。这种农药的降解产物还可促进农作物对微量元素的吸收利用，增加产量，改善作物的品质。

L-亮氨酸的生物生产方法主要有蛋白质水解提取法、酶催化法、微生物发酵法等。

（二）确定生产技术、生产原料和工艺路线

（1）确定生产技术：生物化学制药技术和生物制药下游技术。具体为蛋白质水解提取技术：在酸性条件下，将L-亮氨酸含量较高的蛋白质原料水解，得到各种氨基酸的混合物，经分离、纯化、精制等工序获得L-亮氨酸产品。

（2）确定生产原料：动物血粉。

（3）确定生产工艺路线：如图1-3-5所示。

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图1-3-5　蛋白质水解技术生产L-亮氨酸工艺路线

二、生产工艺过程

（一）水解、赶酸

按5∶1（质量比）的比例向1 t水解罐中加入6 mol/L盐酸500 L和动物血粉100 kg，110～120℃回流水解24 h后，于70～80℃减压浓缩至糊状。加50 L水稀释后，再浓缩至糊状，如此赶酸三次，冷却至室温，滤除残渣。

（二）吸附、脱色

上述滤液稀释1倍后，以0.5 L/min的流速流进颗粒活性炭柱（φ30 cm×180 cm）至流出液出现丙氨酸为止，再用去离子水以同样流速洗至流出液pH4.0为止，将流出液与洗涤液合并。

（三）浓缩、沉淀与解析

上述流出液减压浓缩至进柱液体积的1/3，搅拌下加入1/10体积的邻二甲苯-4-磺酸，甲硫氨酸、异亮氨酸等杂质残存在溶液中，亮氨酸与邻二甲苯-4-磺酸生成不溶性的磺酸盐沉淀而析出。滤取沉淀，用2倍质量的去离子水搅拌洗涤沉淀两次，抽滤压干，即得亮氨酸磺酸盐。向滤饼中加2倍质量的去离子水，摇匀，用6 mol/L氨水中和至pH6～8，于70～80℃保温搅拌1 h，冷却过滤。沉淀用2倍质量的去离子水搅拌洗涤两次，过滤得亮氨酸粗品。

（四）精制

L-亮氨酸粗品用40倍质量的去离子水加热溶解，加0.5%活性炭于70℃保温搅拌脱色1 h，过滤，滤液浓缩至原体积的1/4，冷却后即析出白色片状亮氨酸晶体。过滤收集晶体，用少量去离子水洗涤后抽干，于70～80℃烘干得L-亮氨酸精品。

（五）亮氨酸的检验

（1）质量标准　本品为白色晶体或结晶性粉末；无臭，味微苦。在甲酸中易溶，在水中略溶，在乙醇或乙醚中极微溶解。干燥品含C6H13NO2的量应大于98.5%。比旋光度为+14.9°～+15.6°。其1%水溶液的pH应为5.5～6.5，在430 nm波长处的透光率不得低于98.0%。氯化物含量不得大于0.02%，硫酸盐含量不得大于0.02%，铵盐含量不得大于0.02%，其他氨基酸含量不得大于0.5%。干燥失重不得过0.2%，烧灼残渣不得过0.1%。铁盐含量不得大于0.001%，重金属含量不得过百万分之十。砷盐含量小于0.0001%。每克亮氨酸中含细菌内毒素的量应小于25 EU（供注射用）。

（2）鉴别　本品0.4 mg/mL溶液的色谱图显示的主斑点的位置和颜色与对照溶液的主斑点相同。

本品的红外光吸收图谱应与对照的图谱（光谱集987图）一致。

（3）含量测定　取本品约0.1 g，精密称定，加无水甲酸1 mL溶解后，加冰乙酸25 mL，采用电位滴定法，用高氯酸滴定液（0.1 mol/L）滴定，并将滴定的结果用空白试验校正。1 mL高氯酸滴定液（0.1 mol/L）相当于13.12 mg的C6H13NO2。

如何高效生产亮氨酸？

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