L_肉碱的生物学制备及相关研究_潘超

用［６］。如：在仔猪日粮中添加 Ｌ－ 肉碱 ５０ｍｇ／ｋｇ，可 提高其体重和饲料转化效率；家禽饲料中添加 Ｌ－ 肉碱 １０～２０ｍｇ／ｋｇ，可提高母鸡产蛋率，降低雏鸡 死亡率，提高瘦肉率；在鱼饲料中添加 Ｌ－ 肉碱 １０～ ２０ｍｇ／ｋｇ，可提高鱼体重，降低体脂，提高饲料蛋 白质的效率，提高繁殖率［３］。
反式巴豆甜菜碱是生物合成 Ｌ－ 肉碱的一种代 谢途径的前体。据研究报道，很多微生物中具有这 种水解酶，能够水解巴豆甜菜碱生成 Ｌ－ 肉碱，其 中产酶活力较高的菌株有变形杆菌、大肠杆菌、假 单胞菌、柠檬酸杆菌等，某些霉菌、酵母、放线菌 亦有产此酶能力［９，１０］。 这种转化方法有其独特优点， 底物便宜，且可利用拆分废物 Ｄ－ 肉碱进行脱水制 备，但一般菌株均不耐巴豆甜菜碱，产物含量偏 低，且转化率偏低，仅 ４０～５０％。残余底物巴豆甜 菜碱又难以分离回收， 影响成本，影响产品质量。 ２．４．４ γ － 丁基甜菜碱的酶法羟化
酶不仅能大幅度提高反消旋速度，而且具有 催化专一性和立体选择性，在天然有机物化学合 成方面具有其优势。酶转化法的底物主要是 ３－ 脱 氢肉碱、丁基甜菜碱、巴豆甜菜碱和 Ｄ－ 肉碱。相 应的酶有肉碱脱水酶、巴豆甜菜碱脱氢酶、肉碱脱 氢酶、肉碱消旋酶等。 ２．４．１ ＤＬ－ 肉碱衍生物的酶法拆分
将 Ｄ，Ｌ－ 肉碱进行乙酰化，制备成酰胺、腈等 的酯化物，筛选动物、微生物中存在的酯酶、酰胺 酶或腈水解酶等进行生物转化［１０］。 ２．４．２ Ｌ－ 脱氢肉碱的酶法转化
主要是利用 Ｌ－ 抗坏血酸、Ｌ－ 阿拉伯糖、Ｄ － 甘露糖、Ｄ － 苹果酸、（－ ）－ β － 蒎烯、４ － 羟基脯 氨酸、Ｌ－ （＋）－ 酒石酸、Ｄ－ 半乳糖酸 －１ ，４－ 内 酯、（Ｓ）－３－ 羟基丁内酯等为原料经多步反应制得 Ｌ－ 肉碱［８，９］。但反应中或要用到氰化钾等有毒物质， 或要用到三氟乙酸甘，氢化锂铝等昂贵的试剂，原 料来源受限，反应条件苛刻等，难以大规模生产。 ２．２．３ 利用不对称合成法
２． Ｌ－ 肉碱的制备
２．１ Ｌ－ 肉碱的物理提取法 典型的提取方法是 Ｃａｔｅｒ 等在 １９５２ 年报道的
从牛肉中提取左旋肉碱。由于各种食物中左旋肉 碱的绝对含量偏低，并且肉浸汁中存在胆碱（其结 构与左旋肉碱非常相似），很难分离，因而直接提 取法的步骤比较复杂，得率低，成本高。 ２．２ Ｌ－ 肉碱的化学合成 ２．２．１ 直接拆分法
早在上世纪 ６０ 年代，Ｄ，Ｌ－ 肉碱作为胃药已用 于临床，主要用于助消化，增进食欲。后来发现只 有 Ｌ－ 肉碱起作用，Ｄ－ 肉碱有拮抗作用，因此逐渐 为 Ｌ－ 肉碱所替代。Ｌ－ 肉碱的临床研究是从 １９７３ 年 Ｅｎｇｅｌ 报道了首例肉碱缺乏症开始的。Ｌ－ 肉碱可广 泛用于各种缺血性心脏病的治疗。对于一般缺血性 心脏病的治疗，Ｌ－ 肉碱的用量为 １～３ｇ·ｄ－１。对于急 性心肌梗塞、急性心力衰竭，需 ３～６ｇ·ｄ－１。肉碱可 用于肝病患者的辅助治疗。其机理是肉碱可减少肝
这是较早进行酶法制备 Ｌ－ 肉碱的方法，法国 石油研究所 １９８０ 年报道了这方面的研究。Ｊｅａｎ－ ＰａｕｌＶ 等用恶臭假单胞菌提取的肉碱脱氢酶，转化 β － 脱氢肉碱，产率达 ４．５％，转化率 ９ ５ ％。此后 ＳｏｕｐｐｅＪｅｒｏｍｅ 及 Ｏａｔｒｉｃｋ 等相继申报了几个专利，最 好水平可以达到转化液产 Ｌ－ 肉碱 ８％ 左右（０．６Ｍ）， 转化率 ９５％，而且可以用超滤器回收菌体的方法进 行连续生产，生产率达 １．６７ｇ／ｈ．ｌ［１０］。但由于脱氢 还原过程中需要昂贵的辅酶 ＮＡＤＨ，不适宜于工业 生产。为了解决此难点，有人报道了 ＮＡＤＨ 再生方 法和利用 ＮＡＤＨ 的酶法脱氢制备 Ｌ－ 肉碱的研究。 ２．４．３ 反式巴豆甜菜碱的酶法水解
肉类研究 ３０
２００７ 年第 ６ 期总第 １００ 期
肉类研究
病患者的血氨浓度，降低门脉高压，减少脂类在肝 中积累，Ｌ－ 肉碱还可以降血脂，减肥，治疗血管疾 病。它的另一个重要应用是用于因手术或胃肠瘘， 恶性肿瘤接受全肠外营养支持的病人和新生儿［３］ 。 １．３．２ 保健作用
Ｌ－ 肉碱在营养保健方面的作用也是逐渐被人 们认识的，１９８５ 年在芝加哥召开的国际营养会议 上 Ｌ－ 肉碱被正式列为“特定条件的必需营养品”。 １９９６ 年，我国第 １６ 次全国食品添加剂标准化技术 委员会通过决议，允许饮料、乳饮品、饼干、固体 饮料、乳粉中使用 Ｌ－ 肉碱，许多厂商不失时机地 开发上市了相应产品。这些产品在增强心血管功 能，提高抗疲劳能力，改善消化系统功能，保持机 体活力和耐力方面均有显著作用［３，４］。 １．３．３ 添加于婴儿食品
关键词：Ｌ－ 肉碱；生物合成；功能；应用
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌ－Ｃａｒｎｉｔｉｎｅ ｉｓ ａ ｖｉｔａｍｉｎｅ－ａｎａｌｏｇ ｎｕｔｒｉｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ
ｉｎ ｍｅｄｉｃｉｎｅ， ｈｅａｌｔｈ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｓ ｉｎ ａｎｉｍａｌ ｂｏｄｙ，
ｂｏｔａｎｉｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ． Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ
γ － 丁基甜菜碱是 Ｌ－ 肉碱生物合成的直接前
体。动物体内由赖氨酸、甲硫氨酸等物质生物合成 ε － 三甲基 － β － 羟基赖氨酸， 再由醛缩酶、醛氧 化酶合成γ － 丁基甜菜碱， 最后由羟化酶转化为 Ｌ－ 肉碱［１０］。早在 １９６７ 年 ＬｉｎｄｓｔｅｄｔＧ．报道了鼠肝羟 化酶转化γ － 丁基甜菜碱制备肉碱的研究， 并报道 假单胞菌有类似的机理。１９８２ 年意大利 ＣａｖａｚｚａＣ． 报道了粗糙链孢霉孢子经过超生波破碎作酶液， 转 化 ２－１４ｍｍｏｌ 的γ － 丁基甜菜碱底物，转化率达到 ８０％，瑞士 ＮｏｂｉｌｅＳ．等 １９８６ 年报道了由土壤分离的 农杆菌 ＨＫ４７ 转化γ － 丁基甜菜碱的研究。１９９１ 年 瑞士 ＫｕｌｌａＨ．报道了其突变株 ＨＫ１３４９ 在 ４００Ｌ 反应 器的中式规模下，细胞循环方法连续转化γ － 丁基 甜菜碱底物制备 Ｌ － 肉碱的结果， 产 Ｌ － 肉碱达到 ６０ｇ／Ｌ，转化率 ９５％ 以上，连续数周生产性能不减， 此方法转化率高， 产物分离容易， 纯度亦高。
１９８０ 年，肉毒碱作为商品问世。１９８４ 年 １０ 月 １１ 日，美国食品、药品管理局（ＦＤＡ）管理手册登 载肉毒碱为天然安全物质。１９９３ 年，肉毒碱获得 美国食品药品管理局和世界卫生组织认可，美国 专家委员会确认肉毒碱为“公认安全、无毒物质”。 １９９５ 年，欧共体批准在各种动物饲料中使用左旋 肉毒碱及左旋肉毒碱酒石盐酸盐［１］。
１９５９ 年，Ｆｒｉｔｚ 发现，肉碱在脂肪酸的β － 氧 化过程中起重要作用［２］。随后的研究发现，Ｌ－ 肉碱 是脂肪酸转运到细胞线粒体内的唯一载体，因而 Ｌ－ 肉碱最重要的功能是促进脂肪酸的β － 氧化， 降低血清胆固醇及甘油三脂的含量，提高机体的 耐受力。除上述作用外，Ｌ－ 肉碱还具有解毒酰基 残留物、参与支链氨基酸代谢、调节糖原生成和促 进 ＡＴＰ 转运等生理作用［１，２］。 １．３ Ｌ－ 肉碱的应用 １．３．１ 临床应用
Ｌ－ 肉碱又称为肉毒碱（Ｃａｒｎｉｔｉｎｅ，ＣＮ）。１９０５ 年，Ｋｒｉｍｂｅｒｇ 首先在肌肉中发现了肉碱。１９２７ 年 Ｔｏｍｉｔａ 等实其分子结构为 Ｌ－ β － 羟 － γ － 三 甲铵丁酸。１９４８ 年，Ｆ ｒ ａ ｅ ｎ ｅ ａ ｌ 在研究黄粉虫 （Ｔｅｎｅｂｒｉｏ）对营养的需求时发现，它们不能在蛋 白质、碳水化合物、矿物质和所有已知维生素的 合成复合体中存活， 他认为昆虫体内及幼虫发育 过程中需要另外一种生长因子，称之为维生素 ＢＴ。１９５２ 年，Ｃａｒｔｅｒ 证实，维生素 ＢＴ 即为肉碱。 由于大多数健康动物能产生足够的肉碱，所以其 重要性长期被忽略。
ｐｒｏｐｅｒｔｙ， ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ， ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈ－
ｏｄｓ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｌ － ｃ ａ ｒ ｎ ｉ ｔ ｉ ｎ ｅ ；ｂ ｉ ｏ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ；ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ；ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
１． Ｌ－ 肉碱的理化性质、功能及其应用
１．１ Ｌ－ 肉碱的理化性质 Ｌ－ 肉碱是肉碱左（Ｌ－ 型）、右（Ｄ－ 型）旋异
构体之一。由于右旋肉碱对肉碱已酰转移酶和肉碱 脂酰转移酶有抑制作用，使右旋肉碱已酰转移酶失 活，所以动物体内只有左旋肉碱具有生理活性。
Ｌ－ 肉碱的化学结构与胆碱和甜菜碱的结构相 似，其分子量为 １６１．２，化学名为 Ｌ－ β － 羟 － γ － 三甲铵丁酸。Ｌ－ 肉碱含有一个可供脂肪酸酯化的 羟基。Ｌ－ 肉碱在 ２００℃以上仍稳定，其饱和键和极 性官能团有良好的水溶性和吸湿性。 １．２ Ｌ－ 肉碱的功能
动物实验已经证明 Ｌ－ 肉碱具有提高耐力、抗 疲劳、增强爆发力的功用，同时有研究证明，运动 员在参加耐力和强度运动项目时，在训练期间 ３ 周 内，每天服用 ３ｇ，赛前 ４０ｍｉｎ 服用 ４ｇ，可获得最 佳成绩；未经训练的人，每次服用 ２ｇ，每日 ３ 次， 持续 １０ 天，也能使运动成绩得到提高［２，４，５］。游泳队 员在饮用该饮品 ２０ 天后，皮脂厚度减少 ０．４７１ｃｍ， 下降率达 １８．３６％，明显提高了运动员的抗疲劳能 力和耐受力，增强了爆发力［２，４，５］。 １．３．５ 减肥健美食品
主要是以氯已酰乙酸已酯、烯丙基溴等为原料 经不对称合成 Ｌ－ 肉碱［７，８］。不对称化学合成 Ｌ－ 肉 碱虽省去了繁杂的化学或酶法拆分操作，但因合成 步骤多，收率低，成本高，Ｄ－ 肉碱消旋化困难，不 能回收，拆分剂昂贵或产生有害物质（Ａｇ＋ 和 ＮａＣＮ 等）造成污染等，工业化生产尚需有突破性的进展。 ２．３ Ｌ－ 肉碱的微生物发酵法
应用研究
Ｌ－ 肉碱的生物学制备及相关研究
潘 超 １ 孙善凤 ２ （１．南京雨润集团技术中心 江苏南京 ２１００４１ ２．安徽省雪润肉食品有限公司 安徽当涂 ２４３１００）
摘键要：Ｌ－ 肉碱是存在于动物组织、植物和微生 物中的一种类似维生素的营养物质，在 临床、保健等行业有着广泛的应用。本 文从理化性质、功能、应用和制备的角 度，综述了 Ｌ－ 肉碱的相关研究进展，为 其大规模的制备提供了理论参考。