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1、第一页，讲稿共二十六页哦二、氨基酸类药物的生产方法二、氨基酸类药物的生产方法 1、目前全世界天然氨基酸的年总产量在目前全世界天然氨基酸的年总产量在百万吨百万吨左右，左右，其中产量较大者有其中产量较大者有谷氨酸、蛋氨酸谷氨酸、蛋氨酸及及赖氨酸赖氨酸，其次为，其次为天门冬天门冬氨酸、苯丙氨酸氨酸、苯丙氨酸及及胱氨酸胱氨酸等。它们主要用于等。它们主要用于医药、食品、医药、食品、饲料及化工饲料及化工行业中。行业中。2、氨基酸的生产方法有天然氨基酸的生产方法有天然蛋白质水解法、发酵法、酶蛋白质水解法、发酵法、酶转化法转化法及及化学合成法化学合成法等四种。等四种。3、氨基酸及其衍生物类药物已有百种之多，但
2、主要氨基酸及其衍生物类药物已有百种之多，但主要是以是以20种氨基酸为原料经种氨基酸为原料经酯化、酰化、取代酯化、酰化、取代及及成盐成盐等化学等化学方法或酶转化法生产。方法或酶转化法生产。第二页，讲稿共二十六页哦（一）水解法（一）水解法1、基本原理与过程、基本原理与过程 以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过酸、酸、碱或酶水解成碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种药用氨基酸的方法称为水解法。药用氨基酸的方法称为水解法。目前用水解法生产的氨基酸有目前用水解法生产的氨基酸有L-胱氨酸、胱氨酸、L-精氨酸、精氨酸
3、、L-亮氨酸、亮氨酸、L-异亮氨酸、异亮氨酸、L-组氨酸、组氨酸、L-脯氨酸及脯氨酸及L-丝氨酸丝氨酸等等。水解法生产氨基酸的主要过程为水解法生产氨基酸的主要过程为水解、分离水解、分离和和结晶结晶精精制三个步骤。制三个步骤。第三页，讲稿共二十六页哦（1）蛋白质水解方法）蛋白质水解方法 目前蛋白质水解分为目前蛋白质水解分为酸水解法、碱水解法酸水解法、碱水解法及及酶水解法酶水解法三三种。种。酸水解法酸水解法：蛋白质原料用：蛋白质原料用610molL盐酸或盐酸或8molL硫酸于硫酸于110120（回流煮沸）水解（回流煮沸）水解1224h，除酸，除酸后即得多种氨基酸混合物。此法后即得多种氨基酸混合物。
4、此法优点优点是水解迅速而彻底是水解迅速而彻底，产物全部为，产物全部为L-L-型氨基酸型氨基酸，无消旋作用。，无消旋作用。缺点缺点是是色氨酸色氨酸全全部被破坏，部被破坏，丝氨酸丝氨酸及及酪氨酸酪氨酸部分被破坏，且产生大量废部分被破坏，且产生大量废酸污染环境。工业上较普遍采用。酸污染环境。工业上较普遍采用。第四页，讲稿共二十六页哦 碱水解法碱水解法：蛋白质原料经：蛋白质原料经6molL氢氧化钠或氢氧化钠或4molL氢氧化钡于氢氧化钡于100水解水解6h即得多种氨基酸混合物即得多种氨基酸混合物。该。该法法水解迅速而彻底水解迅速而彻底，且，且色氨酸不被破坏色氨酸不被破坏，但，但含羟基含羟基或或巯基巯基
5、的氨基酸全部被破坏，且的氨基酸全部被破坏，且产产生消旋作用生消旋作用。工业上多不采。工业上多不采用。用。酶水解法酶水解法：蛋白质原料在一定：蛋白质原料在一定pH和温度条件下经和温度条件下经蛋蛋白水解酶白水解酶作用分解成作用分解成氨基酸氨基酸和和小肽小肽的过程称为酶水解法。的过程称为酶水解法。此法此法优点优点为反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸为反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸不破坏，无消旋作用。不破坏，无消旋作用。缺点缺点是水解不彻底，产物中除是水解不彻底，产物中除氨基酸外，尚含较多肽类。工业上氨基酸外，尚含较多肽类。工业上很少用很少用该法生产氨基该法生产氨基酸而主要用于生产水解蛋白及蛋白胨
6、。酸而主要用于生产水解蛋白及蛋白胨。第五页，讲稿共二十六页哦（2）氨基酸分离方法）氨基酸分离方法 氨基酸分离方法较多，通常有溶解度法、等电点沉淀法、氨基酸分离方法较多，通常有溶解度法、等电点沉淀法、特殊试剂沉淀法、吸附法及离子交换法等。特殊试剂沉淀法、吸附法及离子交换法等。溶解度法溶解度法：是依据不同氨基酸在水中或其它溶剂中的：是依据不同氨基酸在水中或其它溶剂中的溶溶解度差异解度差异而进行分离的方法。而进行分离的方法。胱氨酸胱氨酸和和酪氨酸酪氨酸均均难溶于水难溶于水，但在，但在热水热水中中酪氨酸酪氨酸溶解度溶解度较较大，而大，而胱氨酸胱氨酸溶解度变化溶解度变化不大不大，故可将混合物中胱氨酸、，
7、故可将混合物中胱氨酸、酪氨酸及其它氨基酸彼此分开。酪氨酸及其它氨基酸彼此分开。特殊试剂沉淀法：特殊试剂沉淀法：系采用某些有机或无机试剂与相应系采用某些有机或无机试剂与相应氨基酸形成氨基酸形成不溶性衍生物不溶性衍生物的分离方法。的分离方法。第六页，讲稿共二十六页哦吸附法：吸附法：是利用吸附剂对是利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差异不同氨基酸吸附力的差异进进行分离的方法。如行分离的方法。如颗粒活性炭颗粒活性炭对苯丙氨酸、酪氨酸及色对苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的吸附力大于对其它氨酸的吸附力大于对其它非芳香族非芳香族氨基酸的吸附力，故氨基酸的吸附力，故可从氨基酸混合液中将上述氨基酸分离出来。可从氨基酸混合
8、液中将上述氨基酸分离出来。离子交换法：离子交换法：是利用是利用离子交换剂对不同氨基酸吸附离子交换剂对不同氨基酸吸附能力的差异能力的差异进行分离的方法。氨基酸为进行分离的方法。氨基酸为两性电解质两性电解质，在，在特定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态不同，故特定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态不同，故同一种离子交换剂对不同氨基酸的吸附力不同。同一种离子交换剂对不同氨基酸的吸附力不同。第七页，讲稿共二十六页哦（3）氨基酸的精制方法）氨基酸的精制方法 分离出的特定氨基酸中常含有少量其它杂质，需进行精制，分离出的特定氨基酸中常含有少量其它杂质，需进行精制，常用的有常用的有结晶和重结晶技术结晶
9、和重结晶技术，也可采用，也可采用溶解度法溶解度法或或结晶与溶结晶与溶解度法相结合解度法相结合的技术。的技术。丙氨酸在稀乙醇或甲醇中溶解度较小，且丙氨酸在稀乙醇或甲醇中溶解度较小，且pI为为6.0，故丙氨，故丙氨酸可在酸可在pH6.0时，用时，用50冷乙醇结晶或重结晶加以精制。冷乙醇结晶或重结晶加以精制。溶解度与结晶技术相结合溶解度与结晶技术相结合的方法精制氨基酸。如在沸水中的方法精制氨基酸。如在沸水中苯丙氨酸苯丙氨酸溶解度溶解度大于酪氨酸大于酪氨酸100倍，若将含少量酪氨酸的苯丙倍，若将含少量酪氨酸的苯丙氨酸粗品溶于氨酸粗品溶于15倍体积（倍体积（wv）的热水中，调）的热水中，调pH4.0左右
10、，左右，经脱色过滤可除去大部分酪氨酸；滤液浓缩至原体积的经脱色过滤可除去大部分酪氨酸；滤液浓缩至原体积的13，加，加2倍体积（倍体积（vv）的）的95乙醇，乙醇，4放置，滤取结晶，放置，滤取结晶，用用95%乙醇洗涤，烘干即得苯丙氨酸精品。乙醇洗涤，烘干即得苯丙氨酸精品。第八页，讲稿共二十六页哦2、用水解法生产氨基酸的品种及工艺、用水解法生产氨基酸的品种及工艺 绝大多数氨基酸均可采用酸水解法生产，但目前由于绝大多数氨基酸均可采用酸水解法生产，但目前由于发酵方法及酶工程技术的迅速发展，发酵方法及酶工程技术的迅速发展，仅有几种氨基酸仍采仅有几种氨基酸仍采用酸水解法生产用酸水解法生产。现胱氨酸与亮氨酸
11、生产为例。现胱氨酸与亮氨酸生产为例。L-胱氨酸（胱氨酸（L-Cystine，L-Cys2）的制备：）的制备：（1）L-胱氨酸的结构与性质：以胱氨酸的结构与性质：以毛、发毛、发及及蹄甲等角蛋白蹄甲等角蛋白中中含量最多。其分子由两分子半胱氨酸脱氢氧化而成，结构含量最多。其分子由两分子半胱氨酸脱氢氧化而成，结构为：为：第九页，讲稿共二十六页哦 L-胱氨酸自稀酸中形成六角形六角形或或六角柱形晶体六角柱形晶体，分解点分解点258261，pI为为5.05，25D 为为-232。在25水中溶解度为0.011，在75水中为0.052。溶于无机酸及无机碱，在热碱液中可被分解热碱液中可被分解。不溶于乙醇、乙醚及丙
12、酮乙醇、乙醚及丙酮。可被还原为还原为L-半胱氨酸半胱氨酸。（2）工艺路线）工艺路线 第十页，讲稿共二十六页哦（3）工艺过程）工艺过程水解水解：在：在1-1.5h内升温至内升温至110117水解水解7h（自（自100时时计）后出料计）后出料,玻璃布过滤玻璃布过滤,收集滤液。收集滤液。中和中和：用：用30%工业碱调至工业碱调至pH4.8，静置，静置36h，涤纶布滤取，涤纶布滤取沉淀，离心甩干得沉淀，离心甩干得L-胱氨酸粗品胱氨酸粗品。粗制粗制：加入：加入10mol/L盐酸、水，升温至盐酸、水，升温至6570，搅拌，搅拌0.5小时，加活性炭小时，加活性炭16kg/0.2t粗品粗品，于，于8090保温
13、保温0.5h，滤除活性炭。用，滤除活性炭。用30%工业碱调滤液至工业碱调滤液至pH4.8，静置结晶，静置结晶，吸出上清液后，底部沉淀经离心甩干得胱氨酸粗品（，吸出上清液后，底部沉淀经离心甩干得胱氨酸粗品（）。）。第十一页，讲稿共二十六页哦精制、中和精制、中和：粗品粗品加入加入1mol/LHCl，升温至升温至70，加活，加活性炭性炭1.52.5kg/50kg粗品粗品，85搅拌搅拌0.5h，过滤，加，过滤，加1.5倍体积蒸馏水，升温至倍体积蒸馏水，升温至7580，搅拌下用，搅拌下用12氨水（化学氨水（化学纯）中和至纯）中和至pH3.54.0，析出结晶，滤取胱氨酸结晶，蒸馏水，析出结晶，滤取胱氨酸结
14、晶，蒸馏水洗至无氯离子，真空干燥得洗至无氯离子，真空干燥得L-胱氨酸成品。胱氨酸成品。检验与检验与含量测定含量测定：应为六角形或六角柱形白色结晶，含量在：应为六角形或六角柱形白色结晶，含量在98.5以上，干燥失重小于以上，干燥失重小于0.5，炽灼残渣小于，炽灼残渣小于0.2，氯化，氯化物小于物小于0.15，铁盐小于，铁盐小于0.001，重金属小于，重金属小于20ppm。作用与用途作用与用途：L-胱氨酸具有胱氨酸具有增强造血机能、升高白细胞、促增强造血机能、升高白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上用于治疗。临床上用于治疗辐射损伤、辐射损伤、重金属中毒、慢性肝
15、炎、牛皮癣重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣及及病后或产后继发性脱发病后或产后继发性脱发。第十二页，讲稿共二十六页哦(二二)发酵法发酵法 1、基本原理与过程、基本原理与过程 工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。利用微生物代谢中间产物加入利用微生物代谢中间产物加入NH3或或HNO3，合成，合成氨基酸。氨基酸。第十三页，讲稿共二十六页哦第十四页，讲稿共二十六页哦 初生氨基酸初生氨基酸：微生物通过：微生物通过固氮作用、硝酸还原固氮作用、硝酸还原及自外界及自外界
16、吸收氨使吸收氨使酮酸氨基化酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过成相应的氨基酸，或微生物通过转氨转氨酶酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸酮酸上，生成上，生成的新氨基酸也称为的新氨基酸也称为初生氨基酸初生氨基酸。次生氨基酸次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化转化成的其它氨基酸。成的其它氨基酸。大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。作用而产生。第十五页，讲稿共二十六页哦第十六页，讲稿共二十六页哦 2、发酵法生产的氨基酸品种及工艺、发
17、酵法生产的氨基酸品种及工艺 微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸。目前绝大部分氨基酸皆可通过目前绝大部分氨基酸皆可通过发酵法发酵法生产，其生产，其缺点缺点是产是产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，成本高。本文仅以成本高。本文仅以L-异亮氨酸直接发酵法为例，说明发酵法异亮氨酸直接发酵法为例，说明发酵法的基本过程。的基本过程。第十七页，讲稿共二十六页哦 L-L-异亮氨酸（异亮氨酸（L-IsoleucineL-Isoleucine，L-IleL-Ile）的制备）的制备（1 1
18、）L-L-异亮氨酸的结构与性质异亮氨酸的结构与性质：L-Ile存在子所有蛋白质存在子所有蛋白质中，为中，为人体必需氨基酸人体必需氨基酸之一，分子式为之一，分子式为C6H13NO2，分子量，分子量为为131.17，结构式为：，结构式为：第十八页，讲稿共二十六页哦 L-Ile在乙醇中形成在乙醇中形成菱形叶片状菱形叶片状或或片状片状晶体，分解点为晶体，分解点为285286，L-Ile溶于热醋酸溶于热醋酸，在，在20乙醇乙醇中溶解度为中溶解度为0.072，在，在25水中为水中为4.12，在，在75水中为水中为6.08，不溶于乙，不溶于乙醚。醚。（2 2）工艺路线）工艺路线第十九页，讲稿共二十六页哦（3
19、 3）工艺过程）工艺过程 菌种培养菌种培养 种子培养基组成（种子培养基组成（%）为：）为：葡萄糖葡萄糖 2 尿素尿素 0.3 玉米浆玉米浆 2.5豆饼水解液豆饼水解液0.1（以干豆饼计）（以干豆饼计）pH6.5。二级种子培养基另加二级种子培养基另加菜籽油菜籽油0.4，其余同一级种子培养，其余同一级种子培养基。基。一级种子培养：一级种子培养：1000ml三解瓶中培养基装量为三解瓶中培养基装量为200ml，接种一环牛肉膏斜面接种一环牛肉膏斜面AS1.998菌种，摇床菌种，摇床30培养（冲培养（冲程程7cm，频率，频率105次次min）16h。二级种子培养：接种量二级种子培养：接种量3.5，培养，培
20、养8h，如此逐级，如此逐级第二十页，讲稿共二十六页哦放大培养得足够量菌种。放大培养得足够量菌种。灭菌、发酵灭菌、发酵 发酵培养液组成（发酵培养液组成（%）为）为:硫酸铵硫酸铵 4.5 豆饼水解液豆饼水解液 0.4，玉米浆，玉米浆 2.0 碳酸钙碳酸钙 4.5 pH7.2，淀粉水解还原糖初糖浓，淀粉水解还原糖初糖浓 度度 11.5。在在5m3发酵罐中添加发酵罐中添加3吨发酵培养液，加热至吨发酵培养液，加热至118120，维持在，维持在1.1105Pa压力，灭菌压力，灭菌30min，立即通，立即通冰盐水冷却冰盐水冷却至至25。接入。接入1菌种（菌种（vv），维持），维持180转转min的搅拌速的搅
21、拌速度，升温至度，升温至3031，以以0.2L（minL）通气量发酵）通气量发酵60h，在，在2450h之间不断补加之间不断补加尿素尿素至至0.6，氨水至，氨水至0.27。第二十一页，讲稿共二十六页哦 除菌体、酸化除菌体、酸化 发酵结束后，发酵液加热至发酵结束后，发酵液加热至100并维持并维持10min，冷却过，冷却过滤，滤液加工业硫酸和草酸至滤，滤液加工业硫酸和草酸至pH3.5，过滤除沉淀。，过滤除沉淀。离子交换、吸附分离离子交换、吸附分离 上述滤液每分钟上述滤液每分钟以树脂量以树脂量1.5的流速进的流速进H十十-型型732离子离子交换柱交换柱（40100cm），以），以100L去离子水洗柱
22、去离子水洗柱，再以，再以60、0.5molL氨水按氨水按3L/min的流速进行洗脱的流速进行洗脱，分部收集洗，分部收集洗脱液。脱液。第二十二页，讲稿共二十六页哦 浓缩赶氨浓缩赶氨 合并合并pH312的洗脱液，的洗脱液，7080减压蒸馏、浓缩减压蒸馏、浓缩至粘至粘稠状，加去离子水至原体积的稠状，加去离子水至原体积的14，再浓缩至粘稠状。如，再浓缩至粘稠状。如此重复三次。此重复三次。脱色、浓缩、中和脱色、浓缩、中和 上述浓缩物加去离子水至原体积的上述浓缩物加去离子水至原体积的14，搅拌均匀，搅拌均匀，加加2molL盐酸调盐酸调pH3.5，加上，加上1（wv）活性炭活性炭，70搅拌搅拌脱色脱色1h。
23、滤除活性炭，滤液减压浓缩至适当体积，用。滤除活性炭，滤液减压浓缩至适当体积，用2molL氨水调氨水调pH6.0，5沉淀过夜沉淀过夜,过滤抽干，过滤抽干，105烘烘干得：干得：L-异亮氨酸半成品。异亮氨酸半成品。第二十三页，讲稿共二十六页哦精制、烘干精制、烘干 每每10kg L-异亮氨酸半成品加异亮氨酸半成品加8L浓盐酸浓盐酸和和20L去离子水去离子水，加，加热至热至80，搅拌溶解，加，搅拌溶解，加10kg氯化钠氯化钠至饱和，加工业至饱和，加工业碱液调碱液调pH10.5，过滤，滤液用碱调，过滤，滤液用碱调pH 1.5，5放置过夜。滤取沉淀放置过夜。滤取沉淀，用，用80L，去离子水加热至，去离子水
24、加热至80搅拌溶解，加适量搅拌溶解，加适量氯化钠氯化钠和和1%（wv）活性炭活性炭，70搅拌搅拌脱色脱色lh过滤，滤液减压浓缩过滤，滤液减压浓缩至适当浓度，用至适当浓度，用氨水调氨水调pH6.0，5放置结晶过夜放置结晶过夜。次日过。次日过滤收集结晶，抽干，于滤收集结晶，抽干，于105烘房中烘干得烘房中烘干得L-异亮氨酸成品异亮氨酸成品。（4）检验）检验 应为应为菱形叶片菱形叶片状或状或片状片状晶体，含量应为晶体，含量应为98.5101.5，干燥失重不超过，干燥失重不超过0.3，炽灼残渣炽灼残渣不大于含量测定与不大于含量测定与L-亮氨亮氨酸的规定相同。酸的规定相同。第二十四页，讲稿共二十六页哦氯化物低于氯化物低于0.05，硫酸盐低于，硫酸盐低于0.03，铁盐低于，铁盐低于0.003,重金属低于重金属低于0.0015，砷盐低于，砷盐低于1.5ppm。（5）作用与用途）作用与用途 L-Ile为必需氨基酸，是复方氨基酸输液为必需氨基酸，是复方氨基酸输液的重要成份之一。的重要成份之一。第二十五页，讲稿共二十六页哦感谢大家观看感谢大家观看第二十六页，讲稿共二十六页哦