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甘氨酸,化学式为C2H5NO2,是一种非必需氨基酸,具有甜味和鲜味。它易溶于水,在常温下呈无色透明的结晶状固体,无味或有轻微的特殊气味。甘氨酸的分子结构使其具有独特的化学性质,能够与多种物质发生反应,从而在食品制造业中得到普遍应用。
甘氨酸用途广泛,根据甘氨酸的制备工艺和产品的纯度可分为食品级、医药级、饲料级和工业级四种规格产品。
在食品加工中,甘氨酸对枯草杆菌及大肠杆菌的繁殖有一定抑制作用,可用作鱼糜制品、花生酱等的防腐剂,延长其保质期;同时,在含酒精饮料和动植物食品的加工中,因甘氨酸为具有氨基和羧基的两性离子,故有很强的缓冲性,对食盐和醋等的味感能起缓冲作用,则作为调味剂、甜味剂、增香剂,达到改善食品的风味目的。
医药上,甘氨酸用来医治重症肌无力和进行性肌肉萎缩、胃酸过多、慢性肠炎、儿童高脯氨酸血症等疾病。它与阿司匹林合用,可减少其对胃的刺激。此外,甘氨酸作为生成非必需氨基酸的氮源,被加入混合氨基酸注射液中。
畜禽养殖中,甘氨酸则作为饲料中的氨基酸添加剂与引诱剂。用作水解蛋白添加剂,作为水解蛋白的增效剂;此外,在农药生产上用于合成拟除虫菊酯杀虫剂的中间体甘氨酸乙酯盐酸盐,也可合成杀菌剂异菌脲和除草剂固体草甘膦。
在化肥工业中,甘氨酸可用作脱除二氧化碳的溶剂。在医药工业中,可用作氨基酸制剂,也是金霉素缓冲剂、抗帕金森氏病药物L-多巴、维生素B6等的合成原料,还是咪唑酸乙酯的中间体,在其他工业方面,可作为pH调节剂,添加于电镀液,或者在有机合成和生物化学中用作生化试剂和溶剂。
甘氨酸生产的基本工艺较多,工业化和具有工业化生产前景的生产的基本工艺主要有氯乙酸氨解法、氢氰法合成甘氨酸、施特雷克法及生物合成法等。目前国内主要是采用氯乙酸氨解法技术——醋酸和氯反应生成氯乙酸,氯乙酸和氨在乌洛托品的催化作用下生成甘氨酸和氯化铵,在经过降温结晶、加入甲醇分离、过滤、离心、烘干制得合格产品甘氨酸。二、氯化铵法
氯化铵法是甘氨酸生产的主要方法之一,其原理是在碱性条件下,使氯化铵与乌洛托品反应,生成甘氨酸盐,再用盐酸酸化得到甘氨酸。具体操作步骤如下:
1. 将乌洛托品和氢氧化钠配成碱性溶液,加入氯化铵,在搅拌下通入二氧化碳气体,控制反应温度在50-60℃,反应生成甘氨酸盐。
2. 将反应液过滤,除去未反应的乌洛托品和氯化钠等杂质,得到甘氨酸盐溶液。
氯化铵法的优点是原料易得,操作简单便捷,成本低廉。但是,该方法生产的全部过程中会产生大量的废气和废水,对环境污染较大。
施特雷克法是一种改进的氯化铵法,其原理是在氯化铵法的基础上,加入甲醛和,使反应更充分,提高了甘氨酸的收率和纯度。具体操作步骤如下:
1. 将乌洛托品、氢氧化钠和甲醛配成碱性溶液,加入氯化铵和,在搅拌下通入二氧化碳气体,控制反应温度在60-70℃,反应生成甘氨酸盐。
2. 将反应液过滤,除去未反应的乌洛托品和氯化钠等杂质,得到甘氨酸盐溶液。
施特雷克法的优点是提高了甘氨酸的收率和纯度,减少了废气和废水的排放量。但是,该方法使用了等有毒原料,对操作人员的身体健康和环境安全造成了一定的风险。
海因法是一种新型的甘氨酸制造方法,其原理是通过使5-羟甲基海因在酸性条件下水解,生成甘氨酸和甲醛。具体操作步骤如下:
1. 将5-羟甲基海因与硫酸配成酸性溶液,加热至80-90℃,反应生成甘氨酸和甲醛。
2. 将反应液冷却至室温,加入氢氧化钠溶液,调节pH值至中性,使甘氨酸析出。
海因法的优点是反应条件温和,简单易操作,产品纯度高。同时,该方法避免了使用有毒原料,对操作人员的身体健康和环境安全更加友好。
伴随着抗草甘膦转基因作物播种面积的逐步扩大及百草枯的持续退出,草甘膦需求量仍将呈现上涨趋势,进而带动甘氨酸行业发展。未来随着我们国家企业在直接海因法或生物合成法上的技术进步,将带动我国食品、药品级甘氨酸市场发展。
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