牛磺酸的的合成研究进展及应用前景

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2020年06月10日 11:35
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广东化工 2006 年第8 期
· 14 · 第33 卷总第160 期
牛磺酸的的合成研究进展及应用前景
贾振宇,黎新明,张翠荣
(仲恺农业技术学院化学化工系,广东广州 510225)
[摘要]牛磺酸具有特殊的生物学功能,广泛应用于医药、食品、饲料、有机合成等领域。本文简述了牛磺酸的制备方法,通
过各种合成方法的比较,提出牛磺酸合成技术的研究方向,同时分析了其应用前景。
[关键词]牛磺酸;合成;应用
Preparation and Application of Taurine
Jia Zhenyu, Li Xinming, Zhang Cuirong
(Department of Chemistry and Chemical Engineering, Zhongkai University of Agriculture and Technology,
Guangzhou 510225, China)
Abstract: Taurine can be widely used in drug, food, feed and organic synthesis. In this paper, preparation method of taurine were
summarized, and suggestions were given based on comparison of preparation method of taurine as well.
Keywords: taurine;preparation;application
牛磺酸(Taurine)又名牛胆酸、牛但碱、牛胆素,其化学名
为2-氨基乙磺酸(H2N-CH2-CH2-SO3H)。牛黄酸具有广泛的生
物学功能,不仅参与维持机体内的环境稳态,而且在中枢神经、
消化系统、生殖系统心血管、免疫和内分泌等系统生理功能正
常发挥具有重要的调节作用[1]。牛磺酸的生物学作用是近年来
学术界的研究热点,国际组织自1990 年开始每年都举办一次
“International Taurine Symposium”( 国际牛磺酸学术研讨会)。由
于牛磺酸的特殊功能,目前已广泛应用于医药、食品、饲料、
有机合成等领域,也可作为荧光增白剂、生化试剂、湿润剂、
pH 缓冲剂等,西方发达国家已普遍应用于医药、食品和饲料添
加剂[2]。近年来,国内外市场行情看好,随着应用研究的深入
开展,牛磺酸将具有广阔的前景。
1 牛磺酸的制备方法
1.1 生物中提取
牛磺酸广泛存在于生物组织中,在牛胆汁中牛磺酸的含量
最高,它与胆汁酸结合是以牛磺胆酸的形式存在,不能简单的
[收稿日期]2006-06-18
方式分离提取,需要水解后再分离提取。而在海洋生物牡蛎、
鲍鱼、章鱼、海蜇、蛤蜊、海胆、鳗鱼等生物中牛磺酸含量丰
富,牛磺酸以游离的形式存在,可以直接提取[3,4]。牛磺酸易溶
于热水,不溶于无水乙醇,可采用热水提取,离子交换提纯,
无水乙醇沉淀得到白色针状结晶物。表1 为鱼类和贝类体内牛
磺酸含量情况。可以看出沙虫干中牛磺酸含量最高,达1837
mg/(100 g),其次马氏珠母贝中牛磺酸含量为1383 mg/(100 g)。
目前从海洋生物体内提取牛磺酸是人们关心和研究的热点,随
着海洋经济的发展,海洋药物将成为一大经济产业。
1.2 发酵法
日本shoko(1986) 专利报道,用链球
菌或微生物提取的酶,
从结合型胆汁酸制取游离牛磺酸,将来源于牛肉的链球菌在含
有 1.5 kg 牛胆汁提取物和葡萄糖的培养基中 37℃培养 2 天,
可以产45 g 牛磺酸。据Nakanishi(1998)报道,将一株谷氨酸棒
状杆菌在含有葡萄糖、蛋白胨、KH2PO4、K2HPO4、MgSO4、
生物素、酵母膏、尿素和维生素B1 的培养基中28℃摇瓶发酵 24
h, 然后在含有糖浆、KH2PO4、MgSO4、CaCO3、维生素 B1 的
[作者简介]贾振宇(1966-) ,男,博士,副教授,主要研究方向为精细化工技术。

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培养基中 28 摇瓶发酵 4 天,最后牛磺酸产量为 870 mg/L[6]。
表1 海洋鱼类和贝类牛磺酸含量[5]
序号鱼和贝类(干基)牛磺酸含量/(mg/100g)
1 日本对虾 199
2 竹荚鱼 206
3 蛤蜊 211
4 枪乌贼 342
5 赤贝紫贻 427
6 紫贻贝 440
7 姥蛤 571
8 海松贝 638
9 翡翠贻贝 802
10 蝾螺 945
11 牡蛎 1200
12 马氏珠母贝 1383
13 沙虫干 1837
1.3 化学合成法
牛磺酸的生物提取,由于原料的来源、成本和产量的限制,
人们通过化学合成法制备了牛磺酸。化学合成法制备牛磺酸根
据原料和工艺不同,目前有二十多种方法,表2 为根据不同原
料制备牛磺酸的方法,但是由于受到收率、原料来源、生产成
本及合成工艺条件和设备要求高的影响,真正工业化的方法很
少[7]。
表2 牛磺酸的制备方法及产率情况比较
序号合成方法最终收率/%
1 乙醇胺硫酸酯化法 85
2 乙醇胺氯化法 48
3 巯基乙醇法 87.6
4 硫酸胩氨化法 96.5
5 2-氯乙胺氢盐酸盐合成法 94.8
6 2-氨基乙醇法 83
7 胱胺氧化法 87.6
8 乙撑亚胺合成法 88.9
9 乙二磺酸酐合成法 95.7
10 N-乙烯基烷基酰胺合成法 89
目前,国内外多数生产厂家都采用乙醇胺法生产牛磺酸,
该方法原料易得,合成工艺简单,设备投资少。
以乙醇胺为原料合成牛磺酸,按合成路线又分为酯化法和
氯化法。
(1)酯化法:以乙醇胺、硫酸、亚硫酸钠为原料,首先硫酸
与乙醇胺进行酯化反应,合成出中间体2-氨基乙基硫酸酯,
中间体2-氨基乙基硫酸酯再与亚硫酸钠进行磺化反应合成牛
磺酸。
H2NCH2CH2OH+H2SO4→H2NCH2CH2OSO3H+H2O;
H2NCH2CH2OSO3H+Na2SO3→H2NCH2CH2SO3H+ Na2SO4
在酯化反应过程中,反应不易进行完全,影响乙醇胺的转
化率,采取的方法有:加热120℃以上,促进反应脱水;加适
量的浓硫酸,作脱水剂;加入挟带剂以恒沸混合物的形式将水
蒸出;减压脱水等方法都可提高酯化反应率[8]。中间体2-氨基
乙基硫酸酯与亚硫酸钠进行的磺化反应,由于反应较慢,加热
回流时间长,能耗大,反应过程中硫酸酯易水
解,同时产生一
乙醇胺副产物,造成收率降低。日本学者山本勇等针对该反应
中存在的问题进行了改进,通入氨气添加适量的硫酸酯,抑制
水解反应,可提高牛磺酸收率达90%以上。最近,我国科技人
员对存在问题进行改进的方法是通入氮气,可以提高牛磺酸的
合成收率达85%[9]。
(2)氯化法:以乙醇胺、盐酸、亚硫酸钠为原料,反应为氯
化和磺化两步进行。氯化过程中生成的中间体2-氯乙胺盐酸
盐经磺化制备出牛磺酸。
H2NCH2CH2OH+2HCl→HCl·NH2CH2CH2Cl+H2O;
HCl·NH2CH2CH2Cl+Na2SO3→NH2CH2CH2SO3H+ 2NaCl
该合成法如果反应控制不当,产品收率很低。我国学者对
氯化法进行了研究[10],氯化率为76.1%, 磺化率为63%,牛磺
酸的总收率仅为48%。
日本学者荒井研一等人[11],将80%浓度的中间体2-氯乙
胺盐酸盐水溶液慢速加入30%浓度的亚硫酸钠溶液中,80℃温
度下恒温反应,经电渗析脱盐,冷却至3℃进行结晶,得牛磺
酸纯度达99.5%,收率达94.8%。
乙醇胺法合成牛磺酸,不论是硫酸酯化法或氯化法,关键
一步是副产物NaCl 和Na2SO4 盐的脱除分离,该过程直接影响
牛磺酸的纯度和收率。利用乙撑亚胺为原料合成牛磺酸是目前
研究的热点[12]。
以乙醇亚胺为原料合成牛磺酸的原理为:
CH2-CH22 + H2O →NH2CH2CH2SO3H
NH
+ SO
该方法合成牛磺酸一步完成,反应条件温和,没有副产物,
精制提纯简单,产品纯度高达99.4%,产率高达90%。由于省
去了乙醇胺法的脱盐过程,设备投资和生产成本大大降低。其
最大的缺点是原料乙撑亚胺沸点较低,有一定的毒性,容易发
生聚合爆炸,给原料的储存和运输带来困难。
美国化学公司用乙醇胺经气相催化脱水环化,合成了乙撑
亚胺,然后用惰性气体作保护剂,并稀释乙撑亚胺气体,立即
与SO2 反应,合成牛磺酸,解决了上述问题[13]。
日本催化剂化学公司用一种催化剂,氮气为稀释剂,乙醇
胺与氮气的配比为98∶2,合成了乙撑亚胺后,在5℃条件下,

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与NH4HSO3 溶液反应制备了牛磺酸,收率为84%[14,15]。
对比目前各种制备牛磺酸的方法,以乙撑亚胺法较为先进,
我国还没有这方面的技术文献,值得去进一步研究。
2 牛磺酸的应用前景[16-20]
牛磺酸是一种含硫氨基酸,具有多种药理作用和营养保健
作用,目前其应用已由最初的药用为主,转向以食品添加剂和
营养保健品为主,成为普遍大众化的消费品。国内外对牛磺酸
从生化、药理、营养,临床等方面进行了深入广泛的研究,一
致认为其可促进婴儿,儿童脑细胞的分化,发育,维持细胞膜,
特别
是视网膜正常的生理功能,对改善脑功能,抑制和治疗老
年痴呆有重要的作用。人体所需一半以上的牛磺酸是从外界摄
取。因此,它作为一种优良的食品添加剂,目前正日益广泛地
应用于食品和饮料行业中。美国,日本等国家99%的牛磺酸用
于食品添加剂,他们已规定在婴儿食品中必须添加牛磺酸。可
以预见,未来牛磺酸在食品添加剂方面的推广应用市场将非常
广阔。
国外牛磺酸的生产和应用起步较早,主要集中在美国,日
本,西欧和东南亚等国家,以美国的产量和销量最大。目前,
牛磺酸被广泛应用于奶粉,乳制品,饮料,滋补品,复合味精
及某些特定食品中,并逐渐扩大到农业,水产业,化学工业等
领域。据统计,美国、日本等发达国家的消费结构大致为:食
品添加剂和营养保健品占98.7%,药品占0.6%,其它占0.7%,
并且大众化食品类添加剂用量所占比例还在增加,美国年产量
超过8000 t, 每年的进口量不断增加,2000 年前进口量为3000
t,近几年已超过5000 t。日本也是牛磺酸消费大国,年消费量
达5000 t 以上,人均年消费量超过60 g, 目前以年3.2%的速度
增长,其中相当一部分需要依赖进口。其它国家的牛磺酸人均
年消费情况大致为:英国34 g,德国32 g,加拿大29 g,法国
26 g,印尼18 g,新加坡17 g,韩国19 g,而我国人均牛磺酸
的消费还不足0.2 g。随着世界经济的发展,各国对牛磺酸的需
求正在以不同的速度增长。
牛磺酸除在食品,医药方面的应用外,还在其它方面得到
应用。应用于荧光增白剂的合成,如二本乙烯双嗪类荧光增白
剂中引入牛磺酸基团后,可改善增白剂的水溶性,增强洗涤和
增白效果。这类增白剂主要应用于造纸,纤维素纤维和聚丙烯
酰胺纤维的增白。牛磺酸还可用于活性染料的制备和其它有机
化合物的合成。
我国有近13 亿人口,其中少年儿童就有3.8 亿,若其中1/3
的婴幼儿和儿童的牛磺酸消费量达到世界水平,仅此一项,牛
磺酸的需求就接近4 万t/a。有关部门已把牛磺酸作为营养强化
剂,确定为应采取措施鼓励发展的重要品种,这将是很大的消
费群体。目前我国牛磺酸行业生产厂家有40 多家,总生产能力
达1 万t/a,实际产量仅为3000 t/a 左右,产品主要用于出口,
出口量占总产量的90%。可以相信,随着经济的发展和人们生
活水平的提高,我国牛磺酸的生产和应用将会有广阔的发展前
景。同时,随着牛磺酸的应用研究的不断深入,其应用领域也
将不断扩大。
参考文献
[1]杨建成.牛磺酸在畜牧生产中应用研究进[J].中国畜牧售医,2002,29
(4):17-20.
[2]吕秋风,胡建民
.牛磺酸的研发现状[J].饲料工业,2004,25(12):20-22.
[3]吴红棉,洪鹏志.马氏珠母贝肉内的营养成分及游离氨基酸组成[J].水
产学报,2000,24(2):174-178.
[4]钱俊青,陈俊,任建华.珍珠贝母体中牛磺酸的提取[J].氨基酸和生物
资源,2000,22(1)
:27-30.
[5]谭乐义,章超桦,薛长湖.牛磺酸的生物活性及其在海洋生物中的分布
[J].湛江海洋大学学报,2000,20(3):75-79.
[6]Org.synth.
,Coll.Vol 2,588-565.
[7]龚丽芬,黄慰生,郑志福.牛磺酸的生物活性、提取与测定[J]. 福建化
工,2003(1):26-29.
[8]陈敏元.牛磺酸的制备和应用[J].现代化工,1991(6):29-32.
[9]银秀菊.牛磺酸的合成及应用[J]. 河池师专学报,2002,22(4):60-65.
[10]何骏.牛磺酸的合成[J].安徽化工,2004,127(1):22-24.
[11]Fox RF .Sturman JA . Myocardid turine concentrations in cats with
spontaneous feline myocardial disease and healthy cats fed syntherie
taurine-modidide[J].AM J Ve Res 1992,153-237.
[12]何晓强.牛磺酸合成工艺的改进[J]. 安徽化工,2005,138(6):31-34.
[13]董薇,刘积灵.新合成法制备牛磺酸工艺研究[J].吉林化工学院学报,
2003,20(3):25-29.
[14]JP 47-16807
[15]袁国平,陈赛贞.牛磺酸的研究进展[J].海峡药学,2004,16(3):20-25.
[16]叶琳,石雷. 牛磺酸与小儿营养[J].国外医学·妇幼保健分册,1996,7
(2):56-59.
[17]王丽娟,王勇.牛磺酸药理作用的进展[J].天津药学,2004,16(5)

46-49.
[18]韩金勇.牛磺酸生产应用及市场前景[J].化工技术经济,2002,(1):
29-31.
[19]辛娴.牛磺酸的生产现状及发展展望[J].化工中间体,2002,
(8):19-22.
[20]杜引娣,刘培贤.牛磺酸研究现状与前景[J]. 临床医学实践,2004,13
(1):6-9.
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