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氨基酸在食品及醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用趨勢(shì)

Tag：氨基酸  
    氨基酸是生物有機(jī)體的重要組成部分，在生命現(xiàn)象中起著至關(guān)重要的作用。隨著生物科學(xué)的進(jìn)步，人類對(duì)生物體內(nèi)的生理機(jī)能及代謝活動(dòng)的了解，氨基酸在生物體內(nèi)的重要生物機(jī)能越來越清楚。氨基酸是生命機(jī)體之營(yíng)養(yǎng)，生存和發(fā)展極為重要的物質(zhì)，在生命體內(nèi)物質(zhì)代謝調(diào)控、信息傳遞方面扮演重要角色。

    近30年來，在研究、開發(fā)和應(yīng)用氨基酸方面均取得重大進(jìn)展，在發(fā)現(xiàn)新氨基酸種類和數(shù)量方面已由60年代50種左右，到現(xiàn)在已突破400種。在產(chǎn)量方面，60年代初世界氨基酸產(chǎn)量不過10萬噸，現(xiàn)在已躍上百萬噸，產(chǎn)值超百億美元。但與實(shí)際需求量還有較大距離，據(jù)專家們預(yù)計(jì)，到2000年年產(chǎn)值可望達(dá)到300億美元。氨基酸作為人類營(yíng)養(yǎng)添加劑、調(diào)味劑、飼料添加劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥等在食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)及人類健康、保健等諸多方面有著廣泛的應(yīng)用。

    1 氨基酸的功能

    氨基酸的功能一直引起人們的濃厚興趣，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、農(nóng)牧漁業(yè)、農(nóng)藥、化妝品、保健品等各個(gè)領(lǐng)域。

　　1.1　氨基酸在醫(yī)藥上的應(yīng)用　洛斯氮平衡理論的確立與人類發(fā)現(xiàn)在正常代謝組織蛋白中缺乏某一種即會(huì)導(dǎo)致整個(gè)有機(jī)體代謝紊亂，使氨基酸成為維持人體營(yíng)養(yǎng)和治療很多疾病的醫(yī)療藥物。

　　醫(yī)藥是氨基酸相對(duì)用量不大但品種最多的一個(gè)部門，目前世界上用于藥物的氨基酸及氨基酸衍生物的品種達(dá)100多種。

　　1.1.1　復(fù)合結(jié)晶氨基酸輸液　所謂氨基酸輸液，是各種氨基酸按一定比例和要求，也就是模式配合組成的一種靜脈注射液，根據(jù)模式不同，氨基酸輸液可分為不同類型。氨基酸輸液在我國(guó)發(fā)展極為迅速，1994年全國(guó)各種氨基酸輸液只1000萬瓶，1996年則上升到6000萬瓶，估計(jì)到2000年可達(dá)到1億瓶以上。

　　氨基酸營(yíng)養(yǎng)輸液　是一種給人體補(bǔ)充蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的靜脈注射液，其氨基酸組成和配比依其模式不同而不同，如Wuj-N模式、FAO理想模式、FAO/WHO參考模式、人乳和雞蛋蛋白模式、土豆—雞蛋模式等。

　　代血漿用輸液　此類氨基酸輸液以補(bǔ)充維持患者血容量為目的，通常采用11種氨基酸組成，輸液中加入右旋醣酐等作為血容量補(bǔ)充劑。

　　止血用氨基酸輸液　這種氨基酸輸液由普通氨基酸輸液與止血?jiǎng)┤绨被核峤M成，它一方面補(bǔ)充因失血引起的蛋白質(zhì)損失，同時(shí)阻止繼續(xù)出血。

　　嬰幼兒用氨基酸輸液　根據(jù)嬰幼兒旺盛生長(zhǎng)期體內(nèi)保留氮及能量極少，嬰幼兒腎功能尚未發(fā)育完全，肝臟等組織對(duì)營(yíng)養(yǎng)素處理能力較差這一特點(diǎn)，配方選用高含量的支鏈氨基酸和精氨酸，而將谷氨酸和甘氨酸適當(dāng)減少，并配合適量葡萄糖、維生素和電解質(zhì)等。

　　治療用氨基酸輸液　用于肝病的氨基酸輸液，是根據(jù)肝硬化病人圖譜表現(xiàn)為支鏈氨基酸(Leu、Lie、Val)含量偏低，而芳香族氨基酸(Try、Phe、Tyr)偏高，血清中支/芳比下降特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。此類輸液要求富含支鏈氨基酸。再如腎病用氨基酸輸液，要求補(bǔ)充體內(nèi)的氨基酸基本參加體內(nèi)蛋白質(zhì)合成，不產(chǎn)生或僅產(chǎn)生極少氮，改善患者的營(yíng)養(yǎng)和代謝狀況，減少患者尿毒癥癥狀，獲得正氮、正鉀平衡、提高血清蛋白含量，達(dá)到改善腎功能效果。再如腫瘤患者氨基酸輸液，是針對(duì)不同腫瘤患者特殊的氨基酸圖譜，配合治療藥物而設(shè)計(jì)的。

　　1.1.2　要素膳及氨基酸口服液　要素膳是一種含氨基酸營(yíng)養(yǎng)素齊全，不需或稍經(jīng)消化即可吸收的無渣膳食，可供口服與管飼之用。它比靜脈營(yíng)養(yǎng)簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、安全而又符合生理狀態(tài)，是近代臨床營(yíng)養(yǎng)上的重大進(jìn)展。氨基酸口服液發(fā)展迅速，用結(jié)晶的L型氨基酸按FAO/WHO模式配制的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已有產(chǎn)品銷售。

　　氨基酸要素膳適用于各種原因的蛋白質(zhì)缺乏和衰弱的病人，以及對(duì)蛋白質(zhì)無力消化的病人，如腸道潰瘍病人、手術(shù)后病人和大面積燒傷病人等。要素膳除營(yíng)養(yǎng)類型外，還有許多特殊應(yīng)用的要素膳，如嬰兒用、肝功能衰竭、腎功能衰竭用以及糖尿病用等多種。

　　2　氨基酸的深層次加工及新產(chǎn)品開發(fā)

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外氨基酸產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)除了在生產(chǎn)技術(shù)和手段方面突飛猛進(jìn)外，氨基酸深層次加工及新產(chǎn)品開發(fā)是另一趨向。氨基酸產(chǎn)品的涵義已從傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)氨基酸發(fā)展到包括非蛋白質(zhì)氨基酸、氨基酸衍生物及短肽類在內(nèi)的一大類對(duì)人類生活和生產(chǎn)起著愈來愈重要作用的產(chǎn)品類群，這為氨基酸生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更大市場(chǎng)，為氨基酸及相關(guān)產(chǎn)業(yè)注入新的活力。

　　2.1　在醫(yī)藥方面，氨基酸衍生物作為治療藥用于臨床目前相當(dāng)活躍，無論在治療肝性疾病、心血管疾病，還是潰瘍病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、消炎等方面都已廣泛使用，用于治療的氨基酸衍生物不下數(shù)百種。如4-羥基脯氨酸在治療慢性肝炎、防止肝硬化方面都很有效。N-乙酰-L-谷酰胺鋁、二羥基鋁-L-組氨酸、組氨酸-維生素u-蛋氨酸、N-乙酰色氨酸的鋁、鈦、鉍均為抗?jié)儾∮行幬�。N-二甲基氨基-乙基-N-乙酰谷氨酸能恢復(fù)疲勞、治療郁抑癥和腦血管障礙引起的運(yùn)動(dòng)失調(diào)。L-a-甲基-β酪氨酸與胼基苯丙氨酸脫羥酶的合劑，D-3-巰基-2-甲基丙�；�-L脯氨酸和利尿藥合劑，都是很好的抗高血壓藥。精氨酸阿司匹林、賴氨酸阿司匹林，既保持了阿司匹林鎮(zhèn)痛作用，又能降低副作用。N-乙酰半胱氨酸甲酯鹽酸對(duì)支氣管炎有很好療效。

　　氨基酸聚合物現(xiàn)正成為一種新的外科材料被用于臨床試驗(yàn)。如以亮氨酸和酯化的谷氨酸或天門冬氨酸共聚而成的仿天然皮膚的層狀傷口裹敷物，包扎傷口后可以不必再解開而成為皮膚一部分。

　　多肽類藥物也是氨基酸類藥物應(yīng)用的一個(gè)重要方面，如谷胱甘肽是一種用于治療肝病、藥物中毒、過敏性疾病及預(yù)防白內(nèi)障的有效藥物。由9個(gè)氨基酸綜合的加壓素，對(duì)細(xì)動(dòng)脈、毛細(xì)血管的血壓有促進(jìn)上升作用，還有抗利尿作用。

　　氨基酸衍生物還可作為抗生素和抗菌增效劑。如用長(zhǎng)鏈脂肪酸�；傻腘-�；被�、有高級(jí)醇經(jīng)酯化而成的氨基酸酯、用低級(jí)醇把N-�；被狨セ傻腘-�；被狨ィ瑢�(duì)革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌有廣譜的抗菌活性，對(duì)霉菌也有作用，廣泛用作活性劑和防腐劑。再如青霉素G和溶菌酶中加入氨基酸衍生物，特別是加入氨基酸酯，則青霉素G和溶菌酶表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抗菌力和溶菌力。

　　氨基酸衍生物已廣泛用作抗腫瘤藥物，其作用方式有：(1)以氨基酸作為載體的抗腫瘤藥物，如苯丙氨酸芥子氣，L-纈氨酸、L-谷氨酸、L-賴氨酸與苯二胺氮芥共結(jié)合物。(2)利用氨基酸衍生物作為腫瘤細(xì)胞所需氨基酸的結(jié)構(gòu)類似物達(dá)到抗腫瘤的目的，如S-氨甲酰-L-半胱氨酸。(3)氨基酸衍生物作為酶抑制劑的抗腫瘤藥物。如N-磷酸乙酰-L-天門冬氨酸是一個(gè)天門冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酚基酶的過渡狀況抑制劑，利用這個(gè)抑制劑可中斷嘧啶核苷酸的合成途徑達(dá)到抗腫瘤目的。(4)氨基酸衍生物作為中間產(chǎn)物的腫瘤抑制劑。(5)使癌細(xì)胞逆轉(zhuǎn)的氨基酸衍生物。

　　2.2　在食品工業(yè)方面，氨基酸衍生物已廣泛用作食品調(diào)味劑、添加劑和抗氧防腐劑，如6-氮色氨酸的甜度比蔗糖高1300倍，低熱量的二肽甜味劑(L-天門冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯)比蔗糖甜150倍。我國(guó)研制的L-天門冬氨酰氨基丙二酸甲葑酯的甜度超過蔗糖2～3萬倍。補(bǔ)鈣食品—氨基酸蟄合鈣和天門冬氨酸鈣已商品化。

　　2.3　氨基酸生產(chǎn)狀況及市場(chǎng)前景　據(jù)1993年公布的資料統(tǒng)計(jì)，全世界氨基酸產(chǎn)量達(dá)100萬t，據(jù)估計(jì)現(xiàn)在已不低于120萬噸。其中作為調(diào)味品及食品添加劑的約占50%，飼料添加劑約30%，藥用和保健、化妝品及其他用途的氨基酸約為20%，但世界市場(chǎng)總需求量至少為200萬t。由于氨基酸需求量大，價(jià)格貴，世界各大氨基酸生產(chǎn)國(guó)的廠商積極發(fā)展氨基酸生產(chǎn)技術(shù)，搶占世界市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。

　　日本是氨基酸生產(chǎn)大國(guó)。1981年在華沙召開第一次氨基酸國(guó)際會(huì)議以后，日本看準(zhǔn)了氨基酸產(chǎn)業(yè)，1987年日本為保持其氨基酸生產(chǎn)與出口大國(guó)地位，通產(chǎn)省成立了由產(chǎn)業(yè)、大學(xué)和政府有關(guān)專家組成的“氨基酸化學(xué)研究會(huì)”，著手研究建立以氨基酸為基礎(chǔ)的新型化學(xué)產(chǎn)業(yè)體系。這進(jìn)一步促進(jìn)了日本氨基酸工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。目前，日本的世界市場(chǎng)占有率為35%，銷售額占50%。日本除谷氨酸、賴氨酸和蛋氨酸外，小品種氨基酸占總產(chǎn)量的12%，大多數(shù)是氨基酸輸液原料，控制著世界氨基酸輸液原料的一大部分市場(chǎng)。

　　從世界看，最大的氨基酸市場(chǎng)是飼料添加劑，飼料市場(chǎng)的最新動(dòng)向就是采用低蛋白、高氨基酸、高能量的飼料，用必需氨基酸(尤其是蛋氨酸和賴氨酸)作為補(bǔ)充飼料，為禽業(yè)和養(yǎng)豬業(yè)帶來巨大生產(chǎn)效益。在日本作為飼料添加劑得到認(rèn)可的有蛋氨酸、賴氨酸、色氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸等。日本為了用于飼料添加劑，還開發(fā)生物高技術(shù)生產(chǎn)色氨酸，1989年批準(zhǔn)用重組菌株生產(chǎn)L-色氨酸。日本廠商遇到的難題是國(guó)內(nèi)畜產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，飼料需求量小。據(jù)Frost和Sullivan公司報(bào)告，日本蛋氨酸和賴氨酸的年消耗量為6萬t和3.5萬t。而德國(guó)Degussa公司估計(jì)僅賴氨酸世界市場(chǎng)每年約20萬t。而且蛋氨酸和賴氨酸近十年來需求量逐年以約10%的比例增加。面對(duì)這一現(xiàn)狀，日本公司積極開拓國(guó)際市場(chǎng)，1974年味之素與法國(guó)Qrsan公司合資建立Eurolysine公司，1984年又建立Heatland lysinc工廠，通過發(fā)酵法年產(chǎn)約10萬t氨基酸(主要為賴氨酸)。另外，味之素公司還與Nutrosweet公司合資生產(chǎn)天苯甲酯。日本協(xié)和發(fā)酵工業(yè)公司在美的子公司年產(chǎn)2萬t賴氨酸，其墨西哥子公司也在國(guó)外建立氨基酸廠，在歐洲、北美占領(lǐng)很多市場(chǎng)。

　　歐美廠商一方面鞏固和維持自己的傳統(tǒng)市場(chǎng)，一方面積極研究開發(fā)新技術(shù)。法國(guó)Rhone-Poulene公司和德國(guó)Degussa公司控制著家畜補(bǔ)充飼料市場(chǎng)上占有最大份額的蛋氨酸市場(chǎng)，它們以化學(xué)合成法年產(chǎn)20萬t，近年開始從事發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸。Rhone-Poulene公司還在美國(guó)、東歐尋找伙伴生產(chǎn)蛋氨酸、賴氨酸和蘇氨酸、色氨酸。Degussa公司也在開辟東歐市場(chǎng)，它與斯洛伐克Biotikawgk合資建立Fermes公司，1995年其蘇氨酸產(chǎn)量達(dá)3000t、色氨酸200t、賴氨酸1000t。

　　韓國(guó)氨基酸生產(chǎn)發(fā)展也很快，味元公司年產(chǎn)L-苯丙氨酸1500t、L-精氨酸200t。日韓歐美等國(guó)都在積極開展重組菌株生產(chǎn)氨基酸技術(shù)，如賴氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、精氨酸等，但目前真正投入生產(chǎn)的不多。澳大利亞也建立了賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸的高產(chǎn)工程菌，但本國(guó)無氨基酸發(fā)酵工業(yè)，所需氨基酸從日本和韓國(guó)進(jìn)口。從國(guó)內(nèi)情況來看，我國(guó)的氨基酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，具有一定的規(guī)模，還形成了自己一些優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，我國(guó)是有12億人口的大國(guó)，也是人口老年化發(fā)展進(jìn)程非常迅速的國(guó)家，我國(guó)對(duì)藥用氨基酸及其衍生物的需求量和富含氨基酸飲品(口服液)需求量都十分巨大。據(jù)國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年從國(guó)外進(jìn)口各類氨基酸計(jì)有10多個(gè)品種，500多噸，消耗外匯4000多萬美元。據(jù)國(guó)家醫(yī)藥部門估算，到2000年我國(guó)氨基酸輸液將達(dá)1億瓶以上，各種藥用氨基酸的消耗在5000t以上。味精作為調(diào)味品在我國(guó)具有持久、穩(wěn)定而龐大市場(chǎng)，目前食用谷氨酸的生產(chǎn)主要以發(fā)酵法生產(chǎn)，現(xiàn)已有十多個(gè)萬噸級(jí)生產(chǎn)廠家，年產(chǎn)50多萬噸。如果我們根據(jù)人均消耗0.7kg谷氨酸鈉的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推算，我國(guó)年耗谷氨酸84t，現(xiàn)有谷氨酸年產(chǎn)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。我國(guó)另一類產(chǎn)量較高的是胱氨酸及半胱氨酸系列產(chǎn)品，去年出口量達(dá)3000t以上，幾乎占領(lǐng)了世界市場(chǎng)。我國(guó)建立了幾個(gè)千噸級(jí)的L-賴氨酸廠，但因成本高而大多停產(chǎn)，現(xiàn)L-賴氨酸的年產(chǎn)量只不過近2000t。我國(guó)許多氨基酸研制僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，有的品種只停留在公斤級(jí)，與生產(chǎn)能力相比，我國(guó)氨基酸產(chǎn)品的市場(chǎng)可謂非常龐大。

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