左旋肉碱的制备、功能及其应用

1、| 维普资讯 开发应用中国食品潘加剂China Food Additives-左旋肉碱的制备.功能及其应用向智男(华南理工大学轻工与食品学院，广州510640)播 要：主要介绍了左旋肉截的制备方迭、功能特性以更产品应用的现状，井对其开发前景进行了概述和 关摊词：击旋肉雜；制备*功能特性；应用Studies on preparations, functional propertiesand applications of L-camitineXIANG Zhi-nan(College of Light Industry and Food ScienceSouth China Univereily

2、of Technology * Guangzhou 510640)Abtitract： This article mainly introduces the Rind ion propertied and the synthesis of L - Camitine. Furthermore, th赴 applications of L - Camitine nowadays? are also iUuslrated,Key *ordi： L - Camilinej funclionHl properties； preparationapplicalien386| 维普资讯 386| 维普资讯

3、o前盲肉碱有三种光学异构体，即左旋（L-八 右 旋（D-和消旋（DLA）三种。其中只有L- 肉碱具有生理活性，而D-肉碱和Db-肉碱则会 对肉碱乙酰转移酶和肉碱脂肪醸转穆酶有竟争性 抑制作用左旋肉碱（Le旳WEitine）被认为悬一 种类维生素的功能因子，化学名为L-3 -羟基- 4-三甲機丁議，分子式CtHSNO3,稳定性好, 能耐200龙氐上的高温，在pH3&的溶液中可 放置1年。它是动物体内与能暈代谢有关的化 合物，生化作用有：促进脂肪酸氧化； 调节线粒体内酰基比率：网罗过量的或非理性 的酰基团；影响氨基酸的代谢；与尿素结合 促进休内氨的排岀，防止过量氨产生的毒性。另 外”左旋肉

4、碱对脂溶性维生素及C弧P的吸收也 有作用；可间接参与糖元异生过程；防止高血 氨；参与精子的成熟过程等。随着现代科技的不 断发展，左旋肉碱逐渐应用于食品、医药保健领 域，并已被瑞士、迭国、美国和世界卫生组织法 定为多用途营养剂。1补充的必要性左旋肉碱为人体代谢必需*在人体中有两个 来源：一是内源性合成，必须有赖氨酸、蛋氨 鞍、烟鰻、维生素：维生襄B占和铁的参与，此 合成是有限的：二是外源性补充，即从日常膳食 中摄取此方式占主要方面。成人休中约含左旋 肉碱加克，主要分布于骨骼肌、心肌、肝脏中， 其中心肌含暈最高。由表1知，膳食中L-肉碱 主要来源于动物，以羊肉中最丰富,而植物中由 于缺乏肉碱合成的

5、前体赖氨酸和蛋氨酸，因 而其含量扱少或无口人体补充L-肉碱非常重要。首先，许名个 体处于缺乏或边缘性缺乏狀态.表现在血液和组 织中肉碱水平较低常见于剧烈运动者、禁食或386| 维普资讯 壬电伤田中国食品梅加剂 壬旣 g E .Chititi Fo胡 胡询欣| 维普资讯 | 维普资讯 >1肉St衽部分盍物申的含 me/Kg)也会导致肉碱的缺乏，尤其是休内合成能力较低| 维普资讯 食物L-肉牡 的"L-肉麻 的割ft的老人和婴儿。山羊肉2100羊奶30 72&面包62制备方法羔羊肉780牛奶2012,1直接提取法牛肉640脱脂奶粉12O-L5O花生1早期的左旋肉碱是从肉浸膏

6、中分离岀来的, 典型的方法是Carter等1952年用450g牛肉浸膏措肉3003OT-5OT甘蓝0提取6 6g纯晶肉碱"近年仍有关于从牛肉或牛乳兔肉210乳清執(去乳糖800-10000处理液中提取左旋肉碱的专利报道。2.2生物合成法曲肉B5 - 145酵毋24覆菜叶0L-肉碱的生物合成始于赖氨酸和蛋氨酸口鸡蛋8大豆gjo桔子卄0首先是富含赖氨酸的蛋白质在蛋白质甲基化酶的鸡肉75大麦10-3B土豆0催化下，由S-腺昔蛋氨酸供给甲基将名肽链中羊册26小遼3-12卷心菜0的赖氨酸转化为童-三甲基赖氨酸.随后通过休 内蛋白酶水解生成三甲基敕氨酸，再通过四步酶素食者、肥胖者.孕妇、男性不育

7、者等。许多病促反应合成L-肉碱*人如心脏病、髙血脂症、肾病、肝硬化、甲状腺2-3化学合成法| 维普资讯 功能低下以及某些肌肉疾病等.其肉碱水平普遍 低下。其次，膳僅中赖氨酸*维生素及铁含量低2 3.1以环氣氯丙烷为起始原料| 维普资讯 | 维普资讯 a CH氐 竺 也” :HQ (CHjJj N* CH 】CHCHj Cl 匹史(CH jjN+CHjC HCH3 CN 卫+OHOa OHQ OH何吧严严凹円独整 血)何(0H)时005血 OH2-3.2以氯乙酰乙酸乙酯为起始原料CICHjCOCHjCOOCHj 竺!也匕(CH$)jN*Cr CHjCOCHCOOCiHj 昱CH3)3N* Cr

8、CHSCH( OH) CH3GOOCZH,Cl CHjCH(OH)CH3COOH 拆技捕*1(CHS )$N *CH2CH(OH)口丘COO*<L -camitinc)13.3以甘露糯醇为起始原料ClhOHHOHCHOH ZnClj CHOHCHOH 内爾 CHOHHOHPbfCHjCOOJ*眄5"CHO,CHjOHPbCI4(CHahNHjCHCTH/OO *OHNfCHjhCH,0H 寸d T CHWfCHaXCrCH2C| 维普资讯 中国食品潘加剂一比血China Food Additive| 维普资讯 干燥一f14消堆体拆分塗化学合成消旋肉碱虽已完全工业化，但由于 不能

9、将L -型和有负作用的D -型分开 一般禁 止使用。如杲将消旋肉碱（DL-肉碱）乙醸化, 再光学拆分*可得到较高光学纯度的左陡肉碱口 14.1化学拆分美国专利3151149使用D- （ +）-樟脑- 10-磺酸对fiL-肉戦进行拆分但要使用处N® 除去成本高，收宰低（门睞）*纯度低 （人广存在人生产条件苛刻（關口见光使容器变 黑几李全等人研究了左旋肉碱盐酸盐的新合成 法*以氯乙战乙酯为原料*经格氏反应、还原、 铁化、水解及拆分反应*合成了产物：跖°X4.2生物拆分利用微生物专一降解右離肉碱的能力生产左 旋肉#L Charles #次试验选育出降解右旋肉械有 特效的崗株，经2

10、5X, 44h的培养，右旋肉緘全 部消失，左旋肉碱剩下38%HJOZ4,3酶法拆分将QL-肉碱酰化，制成離胺、乙旣肉碱等， 再筛选动物微生物中存在的酯酶、酰胺酶等进行 生物转化。中山清等报道用假单抱菌的酰胺解光 学拆分DL-构型的消旋肉蹴 以制备得到光学纯 度为99抵的左礎肉减。2* 44右能肉碱的再利用消旋所得的右旋肉碱以前是作废物处理的。 CiEnnessi从右靛肉碱岀发*经酰化、酸水解、内 酯化、水解，再通过离子交换柱，加上M胡0虫】 然后在Na.CO.水洛液中搅拌可得到左旋肉碱. 15微生物发酵法细菌、放线菌、酵母菌和霊菌等许多微生物 中都有能水解合成L-肉碱的菌株。利用液体深 层培养

11、或固体炭酵，筛选优良菌株，可生产左旋 肉械。瑞士龙沙公司已将微生物发酵法工业化生 产左旋肉碱酒石酸'X6肉碱衍生化法2. 6.1从脱氢肉碱岀发在由40单位的肉緘脱氢酶、NAD*2mM.甲 酸脱氢酶40单位、HCONHjSOmM.磷酸50mM （pH7.5）.氯6mft/50rnL组成的混合液中匀 速加入脱氢肉碱盐酸盐0.8M,甲酸0. 8M.加完 后，调节温度至30T,加人2MNH40Ht调 pH?. 0o经过70九 获得厲施左旋肉碱，收率 96% 国 o16.2从巴豆甜菜碱出发巴豆甜菜碱是生物合成L-肉碱的前体。江 苏省微生物研究所用此法酶转化产h -肉碱5g/ L,转化率40% 0

12、2.3从丁-丁基甜菜碱出发7 - 丁基甜菜碱是合成I.-肉碱的直接前休, 可用酶迭羟化而得：休内赖氨酸、甲硫氨酸等物 质生物合成三甲-0-羟基赖氨酸，再由醛缩 臥 醛氧化酶合成乍-丁基甜菜碱，最后由羟化 酶转化为左旋肉碱'1991年瑞士 Kulh H.报道其 突变株HK1349在40QL反应器中，细胞循环法连 续转化号-丁基甜菜做，产左旋肉碱60pL,转 化率95% （图1）。Lonza则采用分批培养的 方式将了-丁基甜菜碱转变成左旋肉藏，使用的 微生物包括假单胞杆菌、酵母菌、根瘤菌.土壤 杆苗及大肠杆歯*HKIW广牛亠丁基甜菜/一生物转化一电律樹一反渗逓 （啊超淀活性城处區+覓第晶一

13、竄牯甜一邸L-肉截图1细脂倩环矗生产左旋肉瑕流程图7基因直组技术法在传统发酵基础上，通过基因重组技术得到 高转化率的微生物菌株，生产左旋肉碱。1対5年 Eichler将大肠杆菌中CaiD. CaiE基因克隆，并获 得转基因工程菌Ejoli k38t使其肉碱消旋酶的 含摄及活性显著提高，可用于将DL-肉碱转化为 肉熱3对制备方法的评价及预测（1）直接提取法得到的左旋肉碱的绝对量 少'并且因有结构类似物的存在而难以分离.提 取纯化较察锁，得率低，不适合工业化生产，经 济性不合理。（2）生物合成法严格限制在肝*肾组织，还 需烟酸、维生素：维生索Ff的参与，其 中维生素f对肉碱的合成速度影响最

14、大。合成一 分子籲氨確和三分子蛋氨酸，赖氨酸提供碳链和开发应用中国食品嶽加剂China Food Additives劉原子*蛋氨酸提供甲基。肌肉组织中肉碱含 量虽然高*但要依赖来自肝、肾的血艇输送。(3) 工业上常采用H还氟氯丙烷为起始原料 的化学合成法，可在反应的不同步骤中进存化学 拆分或反应前加人手性试剂进行不对称诱导得到 左旋肉碱。该法简便.原料廉价*收率较好，但 必须解决N眾CN等造成的污染e o(4) 化学拆分法避开了有毒的駅化物和氯牝 汞*且无需离子交换树脂，操作安全，简便；生 物拆分法尽管纯度很高，但得率太低；通过消旋 处理得到的右旋肉琥在以前是作为康物处理的, 经过一系列反应得

15、到左捉肉碱*这对于废物利 用、降低成本以及环境保护都有很匱要的意义。(5) 微生物发酵迭生产肉碱水平较低.如痕 体发酵法一般含肉碱0. 3a 4mg/g干菌体°另 外，由于菌种筛选较复杂，许多研究仍停留在实 验室水平4(6) 从脱辺肉碱出发的肉减衍生物转蛮法必 须利用昂贵的辅酶NADH.只适于实验室操作* 从巴豆甜菜碱岀发的肉碱衍生物转变法利用拆分 废物柞原料.降低了成本*潜力较大；从y-T 基甜菜碱出发的肉碱衍生物转变迭尽管转化率及 产屋都很高*但由于成本昂贵限制了工业化的生 产规模。(7) 通过基因重组技术生产左旋肉碱尚处于 试验阶段'山于此法潜在的优越性，将是今后的 研

16、究热点。5开发应用5.1健康消脂，用于减肥倉品人休内左旋肉碱不足时#易导致脂类代谢紊 乱，脂类物质在肌纤维和肝脏中积累,产生肥胖 和脂肪肝等。金旋肉碱能充分利用脂肪转优的能 4L提高其燃烧速度，减少多余脂肪的积累°把 肉碱用于治疗肥胖始于20世纪九年代。桑田有 等认为运动不足的肥胖者常饮用加有左旋肉碱的 饮品，同时加强戦炼*可以使体内积累的脂肪被 氧化利用，起到减肥作用国。经常摄入左旋肉碱 对探持健美效果明显，不引起休虚乏力和背养不 良,是一种安全的减肥品°目前，此类减肥食品 在欧美市场深受消费者青睐。5U促进生长发育，应用于婴幼儿負品左旋肉碱属于婴儿的条件必需物质+不但在

17、 产能和脂肪代谢过程中起重要作用，而且在促进 发育的某些生理过程，如生酮作用、氮代谢等均 具有一定的功能。婴幼儿合成肉碱的机能只有 成人的15%,待别是早产儿，仅靠母乳供应是不 够的。缺乏外源性左璇肉戚可导致儿童血浆内物 质妓度降低、发育不良，易患心肌病、高氨血 症、反应迟钝及常见的反便感染等。因而须在婴 幼儿食品中添加适量的L-肉碱。目前已有左旋 肉碱的母乳奶粉上市*5,3提高机体耐受力，用于运动员饮料左旋肉碱能提髙人在运动时的耐氧量，增加 骨骼的肌力和耐力.保持竞技时的神经兴奋性. 明显减少二氧化碳的产生和血浆中乳醴浓度，有 助于提高运动成绩，是运动员的重要营养补充物 质。据Decomba

18、z J.等报道*人体运动后肌肉组 织中的游离肉碱浓度约下降20%,多半是以脂酰 左旋肉碱的形式从尿中排出而消耗其在体内的储 量从而延长了身体的恢复期，若此时补充一定量 的左旋肉碱增加其在血浆中的量.可以节约糖原 的消耗，增加楮力和耐力，使体能充分发挥，运 动成绩提髙0柳本行雄用二十八烷醇与L -肉 碱配伍，发现有相乘作用*能使全身肌肉松弛， 同时还提高爆发力和耐力叫目前”左擬肉碱作 为提高比赛成绩合法的营养物已用于运动会中的 田径、举重和划艇等运动员的食品中-国内外均 已有以L-肉械为活性成分的运动饮料上市。5.4保护和支持心、肝和肾的正常功能，应用于 中老年人的营养补荒拥心脏60%-80%能

19、量来源于肉碱，左旋肉碱 在分解脂肪、降低血脂的同时可增强心肌能力， 增加心脏血液输出量.从而保护心脏"随着年龄 的增大，人体内左症肉碱含量递减*而其合成能 力的降低是导致心血管疾病的重要因素，故中老 年人补充左旋肉碱，有利于心肌细胞的活力，还 可保护和支持肝、肾功能。目前已将左旋肉碱作 为心血管病、高血脂症、肾脏病、糖尿病及脂肪 肝患者的营养补充剂。5.5有助于调节内分泌"增强机休抗瘦劳作用， 应用于日常育养保健品左施肉碱可增加机休的抗疲劳作用，提高机中国食品潘加剂开发直用China Food Additives体免疫力、延长免疫细胞寿命,可应用于打常保 讎品中°

20、在太阳神*圣力”功能饮料中添加左诞 肉碱，通过观察小白鼠在摄取后运动中组织糖底 和血浆中游离脂肪酸的变化*对其机理进行探 讨实验显示；左殒肉碱可促使机体消耗脂肪提 供能量，楮备体内糖原，因而有抗疲劳效果“刘。 5*6医学上的临床应用L-肉碱可广泛用于各种缺血性心脏病的治 疗、肝病患者的辅助治疗。另外，由于它主要是 通过肾脏代谢.糖尿病患者以及患有肾功能疾病 的人山于尿液排泄过多使得体内左旋肉碱的消耗 杲大，需要长期补充以满足需要。6市场及前景展望FDA评价左旋肉碱属于安全物质，ADI值为 20叱随着生活水平的提高.人群的亚健 康状态呈上升趋势*而同时保健意识也不断加 强,左旋肉戰应用于食品的需

21、求量必将大幅度增 加。目前世界上只有瑞士、意大利、日本等为左 旋肉碱的主要生产国。我国卫生部批准的保健僮 品有1引4种其中肉碱类仅号种，占0. 58% , 大部分L-肉碱需求还是靠进口，价格昂贵 (3000元/Kg)【叫 亟持研发新进展，以填补国内 空白口综上所述，左旋肉械的工业化生产和应用具有广阔的前景口1J余强兵T叶骨.左旋肉賊塞堆生素的背养素J.断江 大学学报(农业与准命科学版1999h 25 (4)? 4304M.2 称志梏零.L-肉瞰制备和应用研掘的按况JJ-食品与蛍醉工业±(2)； 64.3 李全等.左症肉蠢毬盐楼盐新的合疲方械(H) J.中園 药物代学棗志，知5, 5

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