氨基酸類藥物

關(guān)于氨基酸類藥物第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二二、氨基酸類藥物的生產(chǎn)方法

1、目前全世界天然氨基酸的年總產(chǎn)量在百萬噸左右，其中產(chǎn)量較大者有谷氨酸、蛋氨酸及賴氨酸，其次為天門冬氨酸、苯丙氨酸及胱氨酸等。它們主要用于醫(yī)藥、食品、飼料及化工行業(yè)中。

2、氨基酸的生產(chǎn)方法有天然蛋白質(zhì)水解法、發(fā)酵法、酶轉(zhuǎn)化法及化學(xué)合成法等四種。

3、氨基酸及其衍生物類藥物已有百種之多，但主要是以20種氨基酸為原料經(jīng)酯化、酰化、取代及成鹽等化學(xué)方法或酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)。第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（一）水解法1、基本原理與過程

以毛發(fā)、血粉及廢蠶絲等蛋白質(zhì)為原料，通過酸、堿或酶水解成多種氨基酸混合物，經(jīng)分離純化獲得各種藥用氨基酸的方法稱為水解法。目前用水解法生產(chǎn)的氨基酸有L-胱氨酸、L-精氨酸、L-亮氨酸、L-異亮氨酸、L-組氨酸、L-脯氨酸及L-絲氨酸等。水解法生產(chǎn)氨基酸的主要過程為水解、分離和結(jié)晶精制三個步驟。

第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（1）蛋白質(zhì)水解方法

目前蛋白質(zhì)水解分為酸水解法、堿水解法及酶水解法三種。①酸水解法：蛋白質(zhì)原料用6～10mol／L鹽酸或8mol／L硫酸于110～120℃（回流煮沸）水解12～24h，除酸后即得多種氨基酸混合物。此法優(yōu)點是水解迅速而徹底，產(chǎn)物全部為L-型氨基酸，無消旋作用。缺點是色氨酸全部被破壞，絲氨酸及酪氨酸部分被破壞，且產(chǎn)生大量廢酸污染環(huán)境。工業(yè)上較普遍采用。第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二②堿水解法：蛋白質(zhì)原料經(jīng)6mol／L氫氧化鈉或4mol／L氫氧化鋇于100℃水解6h即得多種氨基酸混合物。該法水解迅速而徹底，且色氨酸不被破壞，但含羥基或巰基的氨基酸全部被破壞，且產(chǎn)生消旋作用。工業(yè)上多不采用。③酶水解法：蛋白質(zhì)原料在一定pH和溫度條件下經(jīng)蛋白水解酶作用分解成氨基酸和小肽的過程稱為酶水解法。此法優(yōu)點為反應(yīng)條件溫和，無需特殊設(shè)備，氨基酸不破壞，無消旋作用。缺點是水解不徹底，產(chǎn)物中除氨基酸外，尚含較多肽類。工業(yè)上很少用該法生產(chǎn)氨基酸而主要用于生產(chǎn)水解蛋白及蛋白胨。第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（2）氨基酸分離方法

氨基酸分離方法較多，通常有溶解度法、等電點沉淀法、特殊試劑沉淀法、吸附法及離子交換法等。

①溶解度法：是依據(jù)不同氨基酸在水中或其它溶劑中的溶解度差異而進(jìn)行分離的方法。

胱氨酸和酪氨酸均難溶于水，但在熱水中酪氨酸溶解度較大，而胱氨酸溶解度變化不大，故可將混合物中胱氨酸、酪氨酸及其它氨基酸彼此分開。

②特殊試劑沉淀法：系采用某些有機或無機試劑與相應(yīng)氨基酸形成不溶性衍生物的分離方法。第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二③吸附法：是利用吸附劑對不同氨基酸吸附力的差異進(jìn)行分離的方法。如顆?；钚蕴繉Ρ奖彼?、酪氨酸及色氨酸的吸附力大于對其它非芳香族氨基酸的吸附力，故可從氨基酸混合液中將上述氨基酸分離出來。

④離子交換法：是利用離子交換劑對不同氨基酸吸附能力的差異進(jìn)行分離的方法。氨基酸為兩性電解質(zhì)，在特定條件下，不同氨基酸的帶電性質(zhì)及解離狀態(tài)不同，故同一種離子交換劑對不同氨基酸的吸附力不同。第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（3）氨基酸的精制方法

分離出的特定氨基酸中常含有少量其它雜質(zhì)，需進(jìn)行精制，常用的有結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù)，也可采用溶解度法或結(jié)晶與溶解度法相結(jié)合的技術(shù)。丙氨酸在稀乙醇或甲醇中溶解度較小，且pI為6.0，故丙氨酸可在pH6.0時，用50％冷乙醇結(jié)晶或重結(jié)晶加以精制。

溶解度與結(jié)晶技術(shù)相結(jié)合的方法精制氨基酸。如在沸水中苯丙氨酸溶解度大于酪氨酸100倍，若將含少量酪氨酸的苯丙氨酸粗品溶于15倍體積（w／v）的熱水中，調(diào)pH4.0左右，經(jīng)脫色過濾可除去大部分酪氨酸；濾液濃縮至原體積的1／3，加2倍體積（v／v）的95％乙醇，4℃放置，濾取結(jié)晶，用95%乙醇洗滌，烘干即得苯丙氨酸精品。第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二2、用水解法生產(chǎn)氨基酸的品種及工藝

絕大多數(shù)氨基酸均可采用酸水解法生產(chǎn)，但目前由于發(fā)酵方法及酶工程技術(shù)的迅速發(fā)展，僅有幾種氨基酸仍采用酸水解法生產(chǎn)。現(xiàn)胱氨酸與亮氨酸生產(chǎn)為例。L-胱氨酸（L-Cystine，L-Cys2）的制備：

（1）L-胱氨酸的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：以毛、發(fā)及蹄甲等角蛋白中含量最多。其分子由兩分子半胱氨酸脫氫氧化而成，結(jié)構(gòu)為：第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二L-胱氨酸自稀酸中形成六角形或六角柱形晶體，分解點258~261℃，pI為5.05，〔α〕25D為-232°。在25℃水中溶解度為0.011，在75℃水中為0.052。溶于無機酸及無機堿，在熱堿液中可被分解。不溶于乙醇、乙醚及丙酮?？杀贿€原為L-半胱氨酸。（2）工藝路線第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二

（3）工藝過程①水解：在1-1.5h內(nèi)升溫至110～117℃水解7h（自100℃時計）后出料,玻璃布過濾,收集濾液。②中和：用30%工業(yè)堿調(diào)至pH4.8，靜置36h，滌綸布濾取沉淀，離心甩干得L-胱氨酸粗品Ⅰ。③粗制：加入10mol/L鹽酸、水，升溫至65～70℃，攪拌0.5小時，加活性炭16kg/0.2t粗品Ⅰ

，于80～90℃保溫0.5h，濾除活性炭。用30%工業(yè)堿調(diào)濾液至pH4.8，靜置結(jié)晶，吸出上清液后，底部沉淀經(jīng)離心甩干得胱氨酸粗品（Ⅱ）。第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二④精制、中和：粗品Ⅱ加入1mol/LHCl，升溫至70℃，加活性炭1.5～2.5kg/50kg粗品Ⅱ

，85℃攪拌0.5h，過濾，加1.5倍體積蒸餾水，升溫至75～80℃，攪拌下用12％氨水（化學(xué)純）中和至pH3.5～4.0，析出結(jié)晶，濾取胱氨酸結(jié)晶，蒸餾水洗至無氯離子，真空干燥得L-胱氨酸成品。⑤檢驗與含量測定：應(yīng)為六角形或六角柱形白色結(jié)晶，含量在98.5％以上，干燥失重小于0.5％，熾灼殘渣小于0.2％，氯化物小于0.15％，鐵鹽小于0.001％，重金屬小于20ppm。⑥作用與用途：L-胱氨酸具有增強造血機能、升高白細(xì)胞、促進(jìn)皮膚損傷的修復(fù)及抗輻射作用。臨床上用于治療輻射損傷、重金屬中毒、慢性肝炎、牛皮癬及病后或產(chǎn)后繼發(fā)性脫發(fā)。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二(二)發(fā)酵法

1、基本原理與過程工業(yè)上，發(fā)酵實質(zhì)上是利用微生物細(xì)胞中酶的作用，將培養(yǎng)基中有機物轉(zhuǎn)化為細(xì)胞或其它有機物的過程。利用微生物代謝中間產(chǎn)物加入NH3或HNO3，合成氨基酸。第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二★初生氨基酸：微生物通過固氮作用、硝酸還原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相應(yīng)的氨基酸，或微生物通過轉(zhuǎn)氨酶作用，將一種氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到另一種酮酸上，生成的新氨基酸也稱為初生氨基酸。★次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸為前體轉(zhuǎn)化成的其它氨基酸。大多數(shù)氨基酸均可通過以初生氨基酸為原料的微生物轉(zhuǎn)化作用而產(chǎn)生。第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二

2、發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸品種及工藝

微生物利用碳源、氮源及鹽類幾乎可合成所有氨基酸。目前絕大部分氨基酸皆可通過發(fā)酵法生產(chǎn)，其缺點是產(chǎn)物濃度低，設(shè)備投資大，工藝管理要求嚴(yán)格，生產(chǎn)周期長，成本高。本文僅以L-異亮氨酸直接發(fā)酵法為例，說明發(fā)酵法的基本過程。第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二

L-異亮氨酸（L-Isoleucine，L-Ile）的制備

（1）L-異亮氨酸的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：L-Ile存在子所有蛋白質(zhì)中，為人體必需氨基酸之一，分子式為C6H13NO2，分子量為131.17，結(jié)構(gòu)式為：第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二L-Ile在乙醇中形成菱形葉片狀或片狀晶體，分解點為285～286℃，L-Ile溶于熱醋酸，在20℃乙醇中溶解度為0.072，在25℃水中為4.12，在75℃水中為6.08，不溶于乙醚。

（2）工藝路線第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二

（3）工藝過程①

菌種培養(yǎng)

種子培養(yǎng)基組成（%）為：葡萄糖2尿素0.3玉米漿2.5豆餅水解液0.1（以干豆餅計）pH6.5。二級種子培養(yǎng)基另加菜籽油0.4，其余同一級種子培養(yǎng)基。一級種子培養(yǎng)：1000ml三解瓶中培養(yǎng)基裝量為200ml，接種一環(huán)牛肉膏斜面AS1.998菌種，搖床30℃培養(yǎng)（沖程7cm，頻率105次／min）16h。二級種子培養(yǎng)：接種量3.5％，培養(yǎng)8h，如此逐級第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二放大培養(yǎng)得足夠量菌種。

②滅菌、發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)液組成（%）為:

硫酸銨4.5豆餅水解液0.4，玉米漿2.0

碳酸鈣4.5pH7.2，淀粉水解還原糖初糖濃度11.5。在5m3發(fā)酵罐中添加3噸發(fā)酵培養(yǎng)液，加熱至118～120℃，維持在1.1×105Pa壓力，滅菌30min，立即通冰鹽水冷卻至25℃。接入1％菌種（v／v），維持180轉(zhuǎn)／min的攪拌速度，升溫至30～31℃，以0.2L／（min·L）通氣量發(fā)酵60h，在24～50h之間不斷補加尿素至0.6，氨水至0.27。

第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二③除菌體、酸化發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液加熱至100℃并維持10min，冷卻過濾，濾液加工業(yè)硫酸和草酸至pH3.5，過濾除沉淀。④離子交換、吸附分離上述濾液每分鐘以樹脂量1.5％的流速進(jìn)H十-型732離子交換柱（Φ40×100cm），以100L去離子水洗柱，再以60℃、0.5mol／L氨水按3L/min的流速進(jìn)行洗脫，分部收集洗脫液。第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二⑤濃縮趕氨

合并pH3～12的洗脫液，70～80℃減壓蒸餾、濃縮至粘稠狀，加去離子水至原體積的1／4，再濃縮至粘稠狀。如此重復(fù)三次。⑥脫色、濃縮、中和上述濃縮物加去離子水至原體積的1／4，攪拌均勻，加2mol／L鹽酸調(diào)pH3.5，加上1％（w／v）活性炭，70℃攪拌脫色1h。濾除活性炭，濾液減壓濃縮至適當(dāng)體積，用2mol／L氨水調(diào)pH6.0，5℃沉淀過夜,過濾抽干，105℃烘干得：L-異亮氨酸半成品。第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二⑦精制、烘干

每10kgL-異亮氨酸半成品加8L濃鹽酸和20L去離子水，加熱至80℃，攪拌溶解，加10kg氯化鈉至飽和，加工業(yè)堿液調(diào)pH10.5，過濾，濾液用堿調(diào)pH1.5，5℃放置過夜。濾取沉淀，用80L，去離子水加熱至80℃攪拌溶解，加適量氯化鈉和1%（w／v）活性炭，70℃攪拌脫色lh過濾，濾液減壓濃縮至適當(dāng)濃度，用氨水調(diào)pH6.0，5℃放置結(jié)晶過夜。次日過濾收集結(jié)晶，抽干，于105℃烘房中烘干得L-異亮氨酸成品