谷氨酰胺研究進(jìn)展L-谷氨酰胺(Gln)是由L-谷氨酸和氨化合而成,與谷氨酸一樣也是20種氨基酸中一個(gè)。1883年Schulze從甜菜汁中發(fā)覺(jué)了Gln。以后又前后從發(fā)芽種子及蛋白質(zhì)中檢出。1935年,HansKerbs首次發(fā)覺(jué)哺乳動(dòng)物腎臟合成和分解L-Gln能力,大家開(kāi)始逐步了解它作用。并在隨即研究中,Kerbs強(qiáng)調(diào)多數(shù)氨基酸都有多個(gè)功效,但L-Gln功效是最豐富。1955年,HarryEagle綜述了哺乳動(dòng)物細(xì)胞Gln營(yíng)養(yǎng)需要,并強(qiáng)調(diào)了它是一個(gè)很關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素。多年來(lái),伴隨大家對(duì)L-Gln生理、生化、臨床等方面研究深入和發(fā)展,Gln對(duì)生命關(guān)鍵性正日漸突出,被認(rèn)為是現(xiàn)在所知道最關(guān)鍵氨基酸之一,并被稱(chēng)之為條件性必需氨基酸,也是一個(gè)極有發(fā)展前途新藥。L-谷氨酰胺理化性質(zhì)L-谷氨酰胺(L-glutamine,L-Gln)是L-谷氨酸γ-羧基酰胺化一個(gè)條件性必需氨基酸（圖1）,相對(duì)分子質(zhì)量146.15,熔點(diǎn)185℃(分解),晶體呈白色斜方或粉末狀,結(jié)晶狀態(tài)下穩(wěn)定,無(wú)臭,稍有甜味,溶于水(水溶液呈酸性),等電點(diǎn)5.65,幾乎不溶于乙醇和乙醚。L-Gln圖1L-谷氨酰胺分子結(jié)構(gòu)L-谷氨酰胺生理特征L-谷氨酰胺是組成人體蛋白質(zhì)所必需20種氨基酸之一,是機(jī)體含量最豐富氨基酸,占全部游離氨基酸60%以上,關(guān)鍵儲(chǔ)存在腦、骨骼肌和血液中,含有很廣泛生理作用:(1)維持機(jī)體免疫功效?，F(xiàn)有資料表明谷氨酰胺不僅是淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞關(guān)鍵能量物質(zhì),甚至可能是多種免疫細(xì)胞關(guān)鍵能源物質(zhì)。小腸作為人體關(guān)鍵最大免疫器官,是利用L-谷氨酰胺關(guān)鍵器官,它吸收細(xì)胞以很高速率利用谷氨酰胺,說(shuō)明谷氨酰胺在機(jī)體免疫中發(fā)揮著十分關(guān)鍵作用。(2)調(diào)整蛋白質(zhì)合成和分解。谷氨酰胺是蛋白質(zhì)合成關(guān)鍵調(diào)整劑,在運(yùn)動(dòng)中能夠調(diào)整蛋白質(zhì)合成和降低肌肉蛋白質(zhì)分解,從而維持機(jī)體生理功效。(3)谷氨酰胺是機(jī)體內(nèi)氮和碳關(guān)鍵運(yùn)載工具。(4)維持體內(nèi)酸堿平衡。谷氨酰胺能夠作為腎臟生成氨載體,直接參與氨代謝,從而起到維持酸堿平衡關(guān)鍵作用。(5)調(diào)整糖代謝。谷氨酰胺能夠經(jīng)過(guò)糖異生作用生成葡萄糖,維持血糖濃度平衡。(6)細(xì)胞燃料。谷氨酰胺為快速生長(zhǎng)和分化細(xì)胞(如血管內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、腸粘膜上皮細(xì)胞等)提供能量起源。每1mol·L-1谷氨酰胺直接經(jīng)三羧酸循環(huán)能夠產(chǎn)生30mol·L-1ATP。故谷氨酰胺產(chǎn)能對(duì)谷氨酰胺依靠性細(xì)胞(尤其是小腸粘膜細(xì)胞,對(duì)谷氨酰胺含有很高攝取率和利用率)含有愈加關(guān)鍵意義。另外,谷氨酰胺還有作為氨流動(dòng)關(guān)鍵載體,大分子合成前體,胃腸管腔細(xì)胞基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)起源,在血液中臨時(shí)解除氨毒作用等。L-谷氨酰胺用途L-谷氨酰胺在食品上用途:L-谷氨酰胺是一個(gè)特殊氨基酸,為快速繁殖細(xì)胞優(yōu)先選擇呼吸燃料,大量證據(jù)表明谷氨酰胺是一個(gè)條件性必需氨基酸,在應(yīng)激情況下,機(jī)體對(duì)谷氨酰胺需要超出其合成能力。所以,能夠經(jīng)過(guò)腸外營(yíng)養(yǎng)或飼料中添加谷氨酰胺以營(yíng)養(yǎng)調(diào)控方法加速動(dòng)物體康復(fù)。L-谷氨酰胺在藥品方面用途:谷氨酰胺作為一個(gè)極有發(fā)展前途新藥,正成為營(yíng)養(yǎng)學(xué)、生理學(xué)、免疫學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。L-谷氨酰胺缺乏會(huì)引發(fā)多個(gè)疾病,立刻補(bǔ)充對(duì)機(jī)體多種機(jī)能有著廣泛而關(guān)鍵影響。1979年日本首先將其作為抗?jié)兯幤吠斗攀袌?chǎng),如日本壽制藥株式會(huì)社生產(chǎn)“麥滋林”,為L(zhǎng)-谷氨酰胺/萸磺酸鈉顆粒劑,能診療胃炎、胃潰瘍和十二指腸潰瘍,療效和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著,該胃藥制劑現(xiàn)已進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。多年來(lái)國(guó)外臨床研究證實(shí)谷氨酰胺能夠診療腹部潰瘍、節(jié)段性回腸炎、過(guò)敏性腸炎和潰瘍,醫(yī)學(xué)研究表明,L-谷氨酰胺還可用于診療運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)綜合癥、恢復(fù)高強(qiáng)度勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)后疲憊,并有重建免疫系統(tǒng)、輔助診療肝病等功效,它還有降低癌癥診療中放療和化療副作用。另外還有用作改善腦功效、促進(jìn)腦神經(jīng)機(jī)能和用于診療酒精中毒等,在發(fā)達(dá)國(guó)家,谷氨酰胺被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)員提升成績(jī)之營(yíng)養(yǎng)配方中基礎(chǔ)成份?，F(xiàn)在,L-谷氨酰胺已大量用于診療運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)綜合癥或運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)。所以谷氨酰胺開(kāi)發(fā)對(duì)中國(guó)氨基酸事業(yè)及醫(yī)療保健事業(yè)將是一個(gè)很大貢獻(xiàn),其社會(huì)效益顯著。L-谷氨酰胺在飼料中利用:含谷氨酰胺飼料能夠增加腸道對(duì)谷氨酰胺攝取,激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)載體,刺激腸粘膜細(xì)胞谷氨酰胺酶活力。飼料中補(bǔ)充谷氨酰胺能夠顯著改善因?yàn)閿嗄虘?yīng)激所造成損害,預(yù)防腸絨毛萎縮,維持腸道正常形態(tài)和結(jié)構(gòu),改善幼仔生產(chǎn)性能。經(jīng)研究確定,在飼料中添加1.0%谷氨酰胺,在幼仔斷奶后第一周可預(yù)防空腸絨毛萎縮,第二周可提升飼料利用率。L-谷氨酰胺在運(yùn)動(dòng)保健品中應(yīng)用:在體育界,血漿L-谷氨酰胺水平作為評(píng)價(jià)過(guò)分訓(xùn)練一個(gè)指標(biāo)備受關(guān)注。測(cè)定血液中L-谷氨酰胺可作為過(guò)分訓(xùn)練檢測(cè)、評(píng)價(jià)指標(biāo)。健美愛(ài)好者及競(jìng)技運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行高強(qiáng)度力量訓(xùn)練時(shí),體內(nèi)L-谷氨酰胺水平可下降50%,此時(shí)立刻補(bǔ)充L-谷氨酰胺能有效地預(yù)防肌肉蛋白分解?？诜﨤-谷氨酰胺能使生長(zhǎng)激素水平提升4倍,并使胰島素分泌增加,促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)和身體增高、增強(qiáng)。L-谷氨酰胺正成為運(yùn)動(dòng)員、健美人士不可缺乏關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑。中國(guó)康比特國(guó)L-谷氨酰胺膠囊和顆粒以及力邦力康舒都以谷氨酰胺為原料,有著很好市場(chǎng);歐普特蒙、寶萊、肌崩科技、韋德?tīng)I(yíng)養(yǎng)等歐美谷氨酰胺產(chǎn)品在全球都取得了非同平常業(yè)績(jī)。L-谷氨酰胺生產(chǎn)方法谷氨酰胺生產(chǎn)方法關(guān)鍵有化學(xué)合成法、發(fā)酵法和酶法?；瘜W(xué)合成法:圖2化學(xué)法合成L-Gln步驟圖關(guān)鍵有如圖2所表示兩種化學(xué)合成法生產(chǎn)L-Gln:由化學(xué)合成法步驟圖可見(jiàn),兩種方法均采取濃硫酸作為必需催化劑,反應(yīng)條件苛刻、反應(yīng)步驟多、收率低。第二種方法雖有所改善,但仍很復(fù)雜,且要求使用催化劑Raney鎳,對(duì)工藝條件提出了新要求?；瘜W(xué)合成法使用化學(xué)試劑在產(chǎn)品中會(huì)有不一樣程度殘留,L-Gln作為一個(gè)藥或功效食品,對(duì)純度有較高要求,而且大量化學(xué)試劑使用會(huì)造成環(huán)境污染,從而限制了產(chǎn)品質(zhì)量及使用范圍。酶法合成Gln酶法生產(chǎn)關(guān)鍵反應(yīng)為:用NH3及谷氨酸作為原料經(jīng)合成酶催化生成Gln時(shí),腺三磷(ATP)是必需,然而因?yàn)锳TP價(jià)格昂貴,難以在工業(yè)上應(yīng)用;同時(shí),酶反應(yīng)底物NH4+、副產(chǎn)物二磷酸腺苷(ADP)都顯著抑制Gln生成,反應(yīng)終了時(shí)僅有少許生成。所以此法不具工業(yè)意義。發(fā)酵法谷氨酰胺生產(chǎn)菌株:1961年,木下一干等首先發(fā)覺(jué)谷氨酸發(fā)酵液中除谷氨酸外還有谷氨酰胺存在。1963年,木下祝郎在谷氨酸微球菌(Micrococcusglutamine)發(fā)酵液中也發(fā)覺(jué)有谷氨酰胺存在?，F(xiàn)在,生產(chǎn)谷氨酰胺菌種關(guān)鍵包含谷氨酸棒桿菌(Corynebacteriumglutamicum)、北京棒桿菌(C.pekinense)、乳糖發(fā)酵短桿菌(Brevibacteriumlactofermentum)、黃色短桿菌(B.flavun)、里建思黃桿菌(Flavobacteriumrigebnse)和鈍齒棒桿菌(C.crenatum)等。這些菌種又可分為2種:一個(gè)原為谷氨酸生產(chǎn)菌種,經(jīng)過(guò)改變條件,由生產(chǎn)谷氨酸轉(zhuǎn)向生產(chǎn)谷氨酰胺;另一個(gè)為谷氨酸產(chǎn)生菌變異株。其中,谷氨酸產(chǎn)生菌變異株生產(chǎn)谷氨酰胺方法較普遍,且誘變劑較易得到,現(xiàn)在常見(jiàn)此方法取得高產(chǎn)菌株?，F(xiàn)在,Gln生產(chǎn)菌種關(guān)鍵采取傳統(tǒng)誘變結(jié)合定向篩選方法選育,誘變包含化學(xué)誘變、物理誘變和物理化學(xué)復(fù)合誘變等,常見(jiàn)誘變劑和誘變?cè)蛴辛蛩岫阴?、亞硝基胍、?射線、紫外線等;定向篩選包含對(duì)氨基苯甲酸結(jié)構(gòu)類(lèi)似物磺胺胍抗性突變篩選、Gln結(jié)構(gòu)類(lèi)似物抗性突變篩選、高NH4+濃度抗性突變篩選等。經(jīng)過(guò)改變發(fā)酵條件使谷氨酸發(fā)酵向谷氨酰胺發(fā)酵轉(zhuǎn)化機(jī)理是:發(fā)酵條件變更發(fā)明了有利于合成谷氨酰胺環(huán)境,谷氨酸產(chǎn)生菌中谷氨酰胺合成酶活力增加,而谷氨酰胺合成酶活力受到抑制,谷氨酰胺大量積累生成,而谷氨酸生成量降低;其次,因?yàn)榧?xì)胞環(huán)境影響,谷氨酰胺易從細(xì)胞中分泌出來(lái)積累在發(fā)酵液中,而谷氨酸滲透性減小(滯留在細(xì)胞內(nèi)),從而使發(fā)酵轉(zhuǎn)化得以實(shí)現(xiàn)。其轉(zhuǎn)化機(jī)理如圖3所表示。圖3L-谷氨酸發(fā)酵向L谷氨酰胺發(fā)酵工藝控制:圖4谷氨酰胺合成發(fā)酵控制如圖4所表示,葡萄糖合成谷氨酸和谷氨酰胺分解為谷氨酸反應(yīng)均是在偏堿性條件下進(jìn)行,由谷氨酸合成谷氨酰胺反應(yīng)亦是在偏堿性條件下進(jìn)行。而谷氨酸生產(chǎn)菌生長(zhǎng)適宜pH值通常在6.2-8.0。所以發(fā)酵前期應(yīng)控制pH值在偏堿性環(huán)境,以促進(jìn)菌體生長(zhǎng),并激活谷氨酸合成酶活性,確保谷氨酰胺合成前體谷氨酸合成;而發(fā)酵后期應(yīng)控制pH值在偏酸性環(huán)境,以增加谷氨酰胺合成酶活性,同時(shí)抑制谷氨酰胺酶活性,使谷氨酰胺大量積累生成,而降低谷氨酸生成量。除上述原因外,影響谷氨酰胺高產(chǎn)原因還有以下多個(gè)方面:(1)NH4+和Cl-濃度。(2)金屬離子Mg2+、Zn2+、Fe2+。(3)玉米漿、尿素。(4)氧供給。市場(chǎng)分析微生物發(fā)酵法是L-Gln關(guān)鍵生產(chǎn)方法,生產(chǎn)國(guó)關(guān)鍵是日本,韓國(guó)也有少許生產(chǎn)。日本發(fā)酵水平為60g/L,韓國(guó)為50g/L。1977年日本用發(fā)酵法生產(chǎn)L-Gln年產(chǎn)量達(dá)100t,1979年上升到500t,1990年則上升到1200t,并有逐年遞增趨勢(shì)。全世界L-Gln生產(chǎn)量逐年遞增,在1986年為900t,1990年為1800t,現(xiàn)在年產(chǎn)量約為10000t。中國(guó)現(xiàn)在只有極少數(shù)廠家以發(fā)酵法生產(chǎn),藥品級(jí)L-Gln關(guān)鍵依靠進(jìn)口。對(duì)于我們這么一個(gè)13億人口大國(guó),L-Gl