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茶氨酸的合成

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由于茶氨酸在茶叶中的含量只有1%~2%,直接从茶叶中提取和制备茶氨酸会带来很大的成本,因此,国内外许多学者对用合成手段制备茶氨酸的方法进行了大量的研究,并取得了很好的进展,那么茶氨酸的合成方法有哪些呢?让我们来看看。

方法一:化学合成法

在以l -谷氨酸和乙胺为前体合成茶氨酸后,不断进行化学合成法制备茶氨酸的研究。茶氨酸化学合成的一般原理是利用l -谷氨酸给体(主要是酯型l -谷氨酸给体或乙酰化的l -谷氨酸给体),与乙胺或乙胺给体混合,控制反应条件,实现l -谷氨酸与乙胺基团结合形成茶氨酸。

最早的方法是通过热谷氨酸途径合成茶氨酸。1942年,以色列列支敦士登首先在金属催化剂的作用下,用乙胺和吡咯烷酮酸(焦谷氨酸)制得茶氨酸,也率先进行了化学合成茶氨酸的研究。山田改进了这个过程。先用l -吡咯烷酮酸形成铜盐,再与纯乙胺反应溶液反应合成茶氨酸,从而提高茶氨酸合成反应的产率,但反应周期较长,需要7 ~ 10天才能完成一个合成周期。李岩等在6.0~ 12.0MPa的惰性气体环境下,在60~100的温度下,l -吡咯烷酮酸与无水乙胺直接反应合成茶氨酸。郑国斌在李岩方法的基础上进行了改进,茶氨酸得率达到20%以上。

茶氨酸是通过n-取代谷氨酸--酯途径合成的,即先将谷氨酸--羧酸酯化,选择不同的保护基团保护-氨基,用乙胺氨基取代乙氧基,然后加入乙酸去除保护基团。1964年Furuyama等人利用CS2合成茶氨酸,1993年Hirokazu等人利用三苯基甲烷氯,2000年Setsuko等人利用苄氧甲酰基保护谷氨酸的-氨基。

还有一种用n -取代谷酸酐法合成茶氨酸的方法。在该方法中,谷氨酸的-氨基受到保护基团的保护,然后谷氨酸分子内脱水形成谷氨酸酐,谷氨酸酐直接与乙胺反应生成n -取代茶氨酸,再去除保护基团得到茶氨酸。焦庆才以L-谷氨酸为原料,以邻苯二甲酸基为保护基,乙酸酐回流10min,经分子内脱水制得邻苯二甲酸-L-谷氨酸,然后在2mol/L乙胺水溶液中室温常压反应制得中间产物邻苯二甲酸-L-谷氨酸。然后在室温下与0.5mol/L水合肼反应48h,去除保护基团,得到L-茶氨酸,产率为61%。

方法二:微生物发酵法

微生物发酵法,即利用微生物中的谷氨酰胺合成酶模拟茶树内的环境,在ATP提供能量的条件下,催化谷氨酸和乙胺合成茶氨酸。该方法的优点是不需要对-氨基进行乙基化,且作用副产物少,易于分离纯化。具体操作是在含有0.9%NaCl的培养基中培养含有谷氨酰胺合成酶的微生物菌株,获得大量细菌,然后通过纯化谷氨酰胺合成酶或直接将细菌固定成乙胺和谷氨酸的混合物来催化茶氨酸。Abelian和Takashi通过固定硝基或提取谷氨酰胺合成酶来还原假单孢菌(IFO12694)细胞来催化茶氨酸。Hideguki等人从大肠杆菌(K-12)中提取-谷氨酰胺转肽酶,催化谷氨酸和乙胺生成茶氨酸,转化率达到60%。

微生物发酵制备茶氨酸涉及谷氨酰胺酶活性的维持和反应条件的控制,包括反应温度、pH、底物浓度等。这些条件与转化率、产率和生产效率密切相关,且技术条件高,操作复杂,工业化生产难度大。

方法三:植物细胞培养法

植物细胞培养方法是利用茶树细胞离体培养基或茶树愈伤组织细胞培养来调节培养条件,如调节pH、温度、培养基组成,或添加l -谷氨酸、乙胺和激素来促进茶氨酸合成酶金属离子的活性,利用细胞中的茶氨酸合成酶来合成茶氨酸。从而达到茶氨酸富集的效果。

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