牛磺酸性质、用途与生产工艺
牛磺酸(Taurine)又称β-氨基乙磺酸,最早由牛黄中分离出来,故得名。外观为无色或白色斜状晶体,无臭,化学性质稳定,溶于乙醚等有机溶剂,是一种含硫的非蛋白氨基酸,在体内以游离状态存在,不参与体内蛋白的生物合成。牛磺酸虽然不参与蛋白质合成,但它却与胱氨酸、半胱氨酸的代谢密切相关。
![Taurine.jpg Taurine.jpg](/NewsImg/2022-03-10/6378251497229028114776060.jpg)
牛磺酸以游离形式广泛存在于动物各种组织细胞内液中,植物中很少含有牛磺酸,哺乳动物的主要脏器,如:心脏、脑、肝脏中含量较高;含量最丰富的是海鱼、贝类、海洋植物紫菜、墨鱼、章鱼、虾,贝类的牡蛎、海螺、蛤蜊等,鱼类中的青花鱼、竹荚鱼、沙丁鱼等牛磺酸含量也很丰富。紫菜中的牛磺酸含量为干紫菜总量的1%左右,这个量甚至高于某些海洋动物体内的含量。在鱼类中,鱼背发黑的部位牛磺酸含量较多,是其他白色部分的5~10倍。
- 促进婴幼儿脑组织和智力发育:牛磺酸在脑内的含量丰富、分布广泛,能明显促进神经系统的生长发育和细胞增殖、分化,且呈剂量 依赖性,在脑神经细胞发育过程中起重要作用。
- 提高神经传导和视觉机能:猫以及夜行猫头鹰之所以要捕食老鼠,其主要原因是老鼠体内含有丰富的牛磺酸,多食可保持其锐利的视觉。婴幼儿如果缺乏牛磺酸,会发生视网膜功能紊乱。
- 防止心血管病:牛磺酸在循环系统中可抑制血小板凝集,降低血脂,保持人体正常血压和防止动脉硬化;对心肌细胞有保护作用,可抗心律失常;对降低血液中胆固醇含量有特殊疗效,可治疗心力衰竭。
- 影响脂类的吸收:肝脏中牛磺酸的作用是与胆汁酸结合形成牛黄胆酸,牛磺胆酸对消化道中脂类的吸收是必需的。牛磺胆酸能增加脂质和胆固醇的溶解性,解除胆汁阻塞,降低某些游离胆汁酸的细胞毒性,抑制胆固醇结石的形成,增加胆汁流量等。
- 改善内分泌状态,增强人体免疫:牛磺酸能促进垂体激素分泌,活化胰腺功能,从而改善机体内分泌系统的状态,对机体代谢以有益的调节;并具有促进有机体免疫力的增强和抗疲劳的作用。
- 影响糖代谢:牛磺酸可与胰岛素受体结合,促进细胞摄取和利用葡萄糖,加速糖酵解,降低血糖浓度。研究表明,牛磺酸具有一定的降血糖作用,且不依赖于增加胰岛素的释放。
- 抑制白内障的发生发展:牛磺酸具有调节晶体渗透压和抗氧化等重要作用,在白内障发生发展过程中,晶状体中山梨酸含量增加,晶体渗透压增加,而作为调节渗透压的重要物质牛磺酸浓度则明显降低,抗氧化作用减弱,晶体中的蛋白质发生过度氧化,从而引起或加重白内障的发生。补充牛磺酸可抑制白内障的发生发展。
- 改善记忆的功能:在牛磺酸与脑发育关系的动物实验研究中发现,牛磺酸可促进大白鼠的学习与记忆能力。补充适量牛磺酸不仅可以提高学习记忆速度,而且还可以提高学习记忆的准确性,并且对神经系统的抗衰老也有一定作用。
- 维持正常生殖功能:正常的生殖功能需要用牛磺酸来维持。有资料证实,猫饲料中牛磺酸含量低于0.101%时,其生殖功能不良,死胎、流产和先天缺陷率增高,幼仔存活率下降。含0.105%以上时,才能维持正常的生殖功能。
- 其他功能:牛磺酸防治缺铁性贫血有明显效果,它不仅可以促进肠道对铁的吸收,还可增加红细胞膜的稳定性;
- 牛磺酸还是人体肠道内双歧菌的促生因子,优化肠道内细菌群结构;还具有抗氧化、延缓衰老作用;能够促进急性肝炎恢复正常;对四氯化碳中毒有保护作用,并能抑制由此所引起的血清谷丙转氨酶的升高。
- 对肾毒性有保护作用,牛磺酸对顺铂所致的兔原代肾小管上皮细胞改变有保护作用;牛磺酸可镇静、镇痛和消炎,对冻伤、KCN中毒及偏头疼也有防治作用。
取试样1g,加水20ml使之溶解,取5ml,加稀盐酸试液(TS-117)5滴及10%亚硝酸钠液5滴,应产生无色气泡。
取试样0.5g,加氢氧化钠试液(TS-224)7.5ml,缓缓蒸发至干,然后用500℃高炉中热解2h,残渣加水5mt,混匀后过滤,加5%亚硝基铁氰化钠试液(TS-227)l滴,应产生紫红色。
精确称取试样约0.2g,加水50ml溶解,加甲醛试液(TS-112)5ml,加酚酞试液(TS-167)3滴,用0.1mol/L氢氧化钠滴定至出现粉红色,同时进行空白试验。
牛磺酸含量(%)=Vc×1.1252/W×100
式中 V——0.1mol/L氢氧化钠液的消耗量之差;
W——试样量;每Ml0.1mol/L氢氧化钠相当于牛磺酸0.1252g;
c——氢氧化钠浓度,mol/L。
GB 14880-94规定用于乳制品、婴幼儿食品及谷类制品、强化饮料,0.3~0.5g/kg;乳饮料、饮液,0.1~0.5g/kg。
GB 2760--2002(g/kg):配制酒0.1~0.5;果冻0.3~0.5;豆奶粉、豆粉,0.3~0.5;豆浆、豆乳,0.06~0.1;儿童口服液4.0~8.0;果汁(果味)型饮料,0.4~0.6;可可粉及其他口味营养型固体饮料110~140mg/100g(相应营养型乳饮料按稀释倍数降低使用量);果冻0.3~0.5mg/kg;果汁(果味)型饮料0.4~0.6。
FEMA(mg/kg):焙烤制品250;肉制品585;汤类500;小吃食品2100;无醇饮料30;早餐谷物1000;油脂565;干酪630;禽类550;蛋类190;鱼类190;加工蔬菜200;调味品1125;甜沙司、肉羹汤、复水蔬菜375;坚果制品640;代乳品190;代糖品3750;调味香料70000。
添加剂中文名称
允许使用该种添加剂的食品中文名称
添加剂功能
最大允许使用量(g/kg)
最大允许残留量(g/kg)
牛磺酸
食品
食品用香料
用于配制香精的各香料成分不得超过在GB 2760中的最大允许使用量和最大允许残留量
化学性质
白色结晶或结晶性粉末,无臭,味微酸。熔点大于300℃(分解)。易溶于水,水溶液pH值4.1~5.6,不溶于乙醇、乙醚和丙酮。对热稳定。小白鼠经口LD
50大于10g/kg。
用途
牛磺酸虽不是构成蛋白质的氨基酸,但分布很广,是人体生长发育所必需的氨基酸,对促进儿童,尤其是婴幼儿大脑等重要器官的生长发育有很重要的作用。我国规定可用于儿童口服液,最大用量4.0~8.0g/kg;在婴幼儿食品、乳制品及谷类制品中使用量为0.3~0.5g/kg;在饮液和乳饮料中使用量为0.1~0.5g/kg。
用途
大量用于医药工业、食品工业,也用于洗涤剂工业和荧光增白剂的生产中。此外还用于其他有机合成和生化试剂。适用于感冒、发热、神经疼、扁桃体炎、支气管炎等。
用途
用于治疗感冒、发烧、神经痛、扁桃体炎、支气管炎、风湿性关节炎以及药物中毒等疾病
用途
牛黄酸虽不是构成蛋白质的氨基酸,但分布很广,是动物体生长发育所必须的氨基酸,对促幼龄的生长发育有很重要的作用。
用途
营养强化剂(尤适用于非母乳喂养者,因母乳中含3.3~6.2mg/100ml,牛乳仅0.7mg/100m1)。
用途
非选择内源性甘氨酸受体激动剂。属必需磺化氨基酸,调节一些细胞的凋亡,参与许多体内代谢活动;蛋氨酸和半胱氨酸的代谢产物。
用途
甘氨酸受体的非选择性内源激动剂。
用途
用作生化试剂
生产方法
二溴乙烷或二氯乙烷与亚硫酸钠反应}后再与氨作用而成。
2-氨基乙醇与硫酸酯化后(或溴化后),加亚硫酸钠还原而成。
生产方法
1盐酸酯化法
(1)2-氯乙胺盐酸盐的制备。在250mL烧瓶中加入100g浓盐酸,搅拌下缓缓加入乙醇胺61g,升温至145-150℃,通过氯化氢气体至有少量HCL逸出为止;然后蒸馏,在150℃下边减压蒸馏边反应15h,至无水馏出为止;最后将反应液冷却至70℃,加入无水乙醇50g,冷却结晶,经分离、洗涤(用无水乙醇)、真空干燥得成品106g,收率91.3%.
(2)牛黄酸的制备。将66.2gNa2SO3加入500mL烧瓶中,加250mL水溶解,在50℃下开始滴加上述产品58g溶于15mL水的溶液,6h滴完;然后升温至65℃反映3h,升温至90℃反应4h,最后回流1h,测定牛黄酸含量折算收率94%。用电渗析法除去无机盐,然后浓缩结晶得牛黄酸57.2g,提取收率91.5%,纯度99.6%,总收率83.6%.
2硫酸酯化法
(1)2-氨基乙基硫酸氢酯的合成。在500mL烧瓶中加入乙醇胺(36.6g,0.6mol)和甲苯(100mL),在水浴冷却及搅拌下滴加98%的硫酸(61.4g,0.626mol),约需50min滴完;再加入十六烷基三乙基氯化铵(1.4g,0.0039mol),溶剂用四氯化碳(CTC),加热回流1.5-2h,分离出理论量的水(约11mL);经冷却、过滤、洗涤、干燥,得2-氨基乙基硫酸氢酯83g(熔点273-279℃),收率98.1%.
(2)牛黄酸的合成。在500mL烧瓶中加入亚硫酸钠(75.6g,0.60mlo)和250mL水,在氮气保护下缓缓且均匀地加入硫酸氢酯(28.2g,0.2mol),加完后继续回流10-12h生成牛黄酸;减压蒸去其中的水分,在漫漫加入浓硫酸100mL搅拌约1h,使产物溶解完全;滤出无机盐晶体,并用20mL浓盐酸洗涤两次。滤液减压浓缩至体积的一半,加入95%的乙醇50Ml,即有部分结晶析出;将滤液放入冰箱冷冻1-2h,过滤得粗品,再用浓盐酸重结晶一次即得产品21.3g(熔点298-301℃,收率85%。总收率为83%。
3二氯亚砜法
在60℃下乙醇胺盐酸盐与SOCL2按化学式计算反应7h,得2-氯乙醇胺盐酸盐,产率99%。如用350mL 37%的盐酸与溶于800 mL甲苯中的244g乙醇胺反应,110℃共沸除去水分,冷却至50℃,加入3.2g NH4Cl催化剂,然后滴加14 mLSOCl2,生成2-乙醇胺盐酸盐。再将53.7g80%的上述产品溶液在3h内滴加到180mL、浓度为21。4%的亚硫酸钠溶液中,80℃下恒温反应4h,得含39.8g牛黄酸的水溶液,电渗析除盐,冷却至3℃下结晶纯化得产品纯度99.95%,收率95%。
生产方法
1.将2-溴乙磺酸钠与浓氨水配成溶液蒸发至干并加热除去最后的水分。将残余物溶于热水,加入95%乙醇,结晶出牛磺酸,再用80%乙醇重结晶即得成品,收率50%左右。2.一乙醇胺法一乙醇胺与盐酸反应生成氢氯化-β-氯乙胺,再经磺化、酸化、提纯而得。3.丙烯酰胺法由丙烯酰胺与亚硫酸氢钠磺化生成β-磺酸丙酰胺盐,然后用次氯酸钠进行氧化和重排而得。工业生产用乙醇胺与硫酸反应得到2-氨基乙基硫酸酯,再与亚硫酸钠反应生产牛磺酸。
生产方法
盐酸酯化法
2-氯乙胺盐酸盐的制备在250mL烧瓶中加入100g浓盐酸,搅拌下缓缓加入乙醇胺61g,升温至145~150℃,通人氯化氢气体至有少量HCl逸出为止;然后蒸馏,在150℃下边减压蒸馏边反应15h,至无水馏出为止;最后将反应液冷却至70 0(:,加入无水乙醇50g,冷却结晶,经分离、洗涤(用无水乙醇)、真空干燥得成品106g,收率91.3%。
牛磺酸的制备 将66.2g Na2SO3加入500mI。烧瓶中,加250mL水溶解,在50℃下开始滴加上述产品58g溶于15mL水的溶液,6h滴完;然后升温至65℃反应3h,升温至90℃反应4h,最后回流1h,测定牛磺酸含量折算收率94%。用电渗析法除去无机盐,然后浓缩结晶得牛磺酸57.2g,提取收率91.5%,纯度99.6%。总收率83.6%。
NH2CH2CH2OH+2HCl→NH2CH2CH2Cl·HCl+H2O
NH2CH2CH2Cl·HCl+NA2SO3→NH2CH2CH2SO3H+2NaCl
硫酸酯化法
2-氨基乙基硫酸氢酯的合成 在500mI。烧瓶中加入乙醇胺(36.6g,0.6mo1)和甲苯(100mL),在水浴冷却及搅拌下滴加98%的硫酸(61.4g,0.626m01),约需50min滴完;再加人十六烷基三乙基氯化铵(1.4g,0.0039mol,CTC),加热回流1.5~2h,分离出理论量的水(约11mL);经冷却、过滤、洗涤、干燥得2-氨基乙基硫酸氢酯83g(mp273~279℃),收率98.1%。
牛磺酸的合成 在500mL,烧瓶中加入亚硫酸钠(75.6g,0.60mo1)和250mL水,在氮气保护下缓缓且均匀地加入硫酸氢酯(28.2g,0.2mol),加完后继续回流10~12h生成牛磺酸;减压蒸去其中的水分,再慢慢加入浓盐酸100mL搅拌约1h,使产物溶解完全;滤出无机盐晶体,并用20mL浓盐酸洗涤2次。滤液减压浓缩至原体积的一半,加入95%的乙醇50mL,即有部分结晶析出;将滤液放入冰箱冷冻1~2h,过滤得粗品,再用浓盐酸重结晶一次即得产品21.3g(熔点298~301℃),收率85%,总收率为83%。
NH2CH2CH2OH+H2SO4→NH2CH2CH2OSO3H+H2O
NH2CH2CH2OSO3H+NaSO3→NH2CH2CH2SO3H+NaSO4
二氯亚砜法
在60℃下乙醇胺盐酸盐与SOCl按化学计量反应7h,得2-氯乙醇胺盐酸盐,产率99%。如用350mL37%的盐酸与溶于800mL甲苯中的244g乙醇胺反应,110℃共沸除去水分,冷却至50℃,加入3.2g NH4C1催化剂,然后滴加以14mLSOCl2,生成2-氯乙醇胺盐酸盐。
再将53.7g 80%的上述产品水溶液在3h内滴加到180mL、浓度为21.4%的亚硫酸钠溶液中,80℃下恒温反应4h,得含39.8g牛磺酸的水溶液,电渗析除盐,冷却至3℃下结晶纯化,得产品纯度99.95%,收率95%
NH2CH2CH2OH·HCl+SOCl2→NH2CH2CH2Cl·HCl+SO2+HCl
NH2CH2CH2CL·HCl+Na2SI3→NH2CH2CH2SO3H+2NaCl
牛磺酸
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