谷氨酰胺二肽合成方法及其在生猪养殖中的应用

广东工业大学轻工化工学院 卫林进 李大光

广州天科生物科技有限公司 舒绪刚

谷氨酰胺二肽相对于谷氨酰胺单体，溶解度高，热稳定性好，并能够被小肠黏膜完整吸收，然后在肠黏膜、肝、肾、骨骼肌等组织器官中被快速分解，产生体内所需的氨基酸，提高血浆中谷氨酰胺浓度，从而发挥谷氨酰胺的作用 （周荣艳和彭健，2005）。常见的谷氨酰胺二肽有甘氨酰谷氨酰胺二肽和丙氨酰-L-谷氨酰胺二肽（俗称力肽）两种类型，其可分解产生谷氨酰胺。本文对目前谷氨酰胺二肽合成方法及其在畜牧养殖中的应用作一综述。

1 谷氨酰胺二肽合成方法

目前，国内外已知的二肽及多肽合成方法主要有四类：生物酶法、微生物发酵法、化学反应法和多肽固相合成法。

1.1 生物酶法 生物酶法是指通过一些具有生物活性和专一性的分解酶（天然或化工合成）水解目标大分子蛋白质，形成具有生物活性的小分子肽和氨基酸；或通过氨基酸合成酶进行氨基酸的组装与成肽（林军，2009；黄惟德，1985）。 其特点是反应条件温和，原料廉价易得，但存在酶解效率不高，产物活性较低的问题。此外，分解物中具有生物活性的肽片段从两个氨基酸到十几个氨基酸不等，得到的产品中副产物居多，目标产物纯度较差，后续分离提纯过程繁琐，导致总体产率偏低（马海乐等，2010；徐力等，2004）。

1.2 微生物发酵法 发酵法是指利用特定微生物的代谢活动将廉价原料转变为目标多肽的方法，其特点是发酵使用的细菌或酵母易于培养，原料获取方便，条件容易控制（汤亚杰等，2007；陈坚等，2004）。但酵母细胞中目标活性肽含量较低，酵母用量大，收率低，远远不能满足市场需求，理论上仅为一种多肽生产方式，可以在实验室进行小剂量合成。

1.3 化学反应法 化学反应法是通过一系列化学反应对氨基酸前期处理，然后进行肽键缩合的合成方法，是目前二肽及多肽小分子的研究热点，其应用前景最为广阔。这是因为化学合成法反应机理和操作方法多样，反应条件易于控制，反应迅速、彻底，而且各个步骤产率高，产品专一性较好，具备工业化生产的理论条件。但氨基酸在中性条件下是以分子内的两性离子形式（+H3NCH（R）COO-）存在，氨基酸之间直接缩合成酰胺键的反应在一般条件下难以进行；而且氨基酸肽酯反应无定向性，产物易发生消旋，若反应物侧链官能团处理不当，易引入副产物（杨梅林，2006）。此外，一些试剂，如催化剂、保护基团试剂等毒副作用大且价格昂贵，化学合成步骤较多，因此整体产率不高，且生产成本高，制约了该方法的广泛使用。目前国内外已有的谷氨酰胺二肽化学合成方法主要有以下几种。

1.3.1 活化酯法 活化酯法合成多肽是目前为止一种较为常用的合成方法，通过氨基保护、羧基活化、肽键缩合、去除保护基团，最终得到目标产物（Kato 和 Kurauchi，1999）。该方法的优点是反应条件温和，使γ位酰胺基在反应中比较稳定，不易发生水解；缩合产物可以分离得到纯品；氢解后杂质较少，易于用重结晶法分离纯化；原料工业来源充足。但总体反应步骤较多，且反应中要用到一些价格较高的原料导致成本增大。因此，若将该工艺路线进行改进和优化，将会成为一种理想的制备谷氨酰胺二肽的方法。

1.3.2 酰氯法 谷氨酰胺直接与α-氯代酰氯在碱性条件下生成酰胺键，然后进行氨解得到最终产物，最后分离提纯即可得到目标产品。此法巧妙利用活性较大的酰氯与氨基酸中氨基进行反应，生成酰胺键，具有反应温和，合成路线短，收率高的优点，但常用的2-D-氯丙酰氯价格昂贵，氨解过程中可能发生消旋，得到消旋产物，难以分离。一种改进方式是原料采用谷氨酸，先在酸性条件下与醇形成谷氨酸脂，然后在pH=8左右与酰氯反应，最后进行氨解，得到谷氨酰胺二肽。此法的优点：一是避免了以往反应中γ-酰胺的水解，二是选用廉价的谷氨酸，降低生产成本，适合工业化生产（金辉，2003）。

1.3.3 酸酐法 酸酐中羰基作为活性亲电中心，可以与带孤对电子的氨基发生亲核取代反应，形成肽键，得到二肽。目前已有的酸酐法是N-羧基内酸酐（NCA）法和混合酸酐法（Stehle 等，1982）。区别在于前者通过甘氨酸或丙氨酸与光气二氯化碳环合生成N-羧基内酸酐；而后者是氨基酸与酯制的直链状酸酐。该方法的优点是反应条件温和，速度快，收率高，但是中间体N-羧基内酸酐不稳定，以及混合酸酐有两个羰基活性中心，若不采取对应措施易发生同等加成反应，得到难以分离的副产物，限制了其工业化应用。

1.3.4 保护γ-酰胺法 大多研究认为，谷氨酰胺作为肠外营养物质不宜直接被机体吸收利用，主要原因是谷氨酰胺本身的水溶液稳定性差，自身的酰胺键易发生水解，生成对人体有害的环化产物-焦谷氨酸（李幼生和黎介寿，2002）。Yasutsugu（1992）研究表明，使用呫吨氢醇将其保护起来再进行酯化缩合反应，避免了γ酰胺基团的水解。这种方法可以避免L-谷氨酰胺的γ-酰胺水解，但是无疑增加了操作步骤，而且呫吨氢醇价格昂贵，使得该方法仅理论可行。

1.4 固相合成法 固相是指多肽合成中的载体是固相，一般以不溶性的氯甲基聚苯乙烯树脂为载体，其他氨基酸原料在载体上进行多肽缩合。氯甲基聚苯乙烯树脂作为不溶性的固相载体，首先将一个氨基被封闭基团X保护的氨基酸共价连接在固相载体上。在三氟乙酸的作用下，脱掉氨基的保护基，这样第一个氨基酸就与固相载体相连接。然后氨基被封闭的第二个氨基酸的羧基通过N，N’-二环己基碳二亚胺 （DCC）活化，羧基被DCC活化的第二个氨基酸再与已接在固相载体上的第一个氨基酸的氨基反应形成肽键，这样在固相载体上就生成了一个带有保护基的二肽。重复上述肽键形成反应，使肽链从C端向N端生长，直至达到所需要的肽链长度。最后脱去保护基X，用HF水解肽链和固相载体之间的酯键，就得到了合成好的肽。固相合成的优点主要表现在最初的反应物和产物都是连接在固相载体上，因此可以在一个反应容器中进行所有的反应，便于自动化操作，加入过量的反应物可以获得高产率的产物，同时产物很容易分离。但是固相合成法对于载体条件要求苛刻，合成过程中伴随缩合位点，产物异构，原料间缩合等问题的发生，产物中存在数量较为可观的副产物，而且整体反应速度慢。

2 谷氨酰胺二肽在生猪养殖中的应用

2.1 在断奶仔猪上的应用 断奶仔猪，尤其是早期断奶仔猪，由于从采食母乳过渡到固体饲料，易造成仔猪断奶后采食量降低而导致营养不足，并且因饲料中抗原物质引起仔猪肠道过敏反应，导致仔猪出现生长迟缓、腹泻、免疫力下降等为主要特征的 “早期断奶综合征”，给养猪业带来直接经济损失。研究表明，断奶仔猪日粮中添加甘谷二肽，能明显降低仔猪腹泻率，提高仔猪采食量、日增重，表明甘谷二肽有增强仔猪免疫力，促进仔猪生长的作用（黄冠庆等，2003）。此外，由甘氨酰谷氨酰胺二肽在仔猪体内分解而生成的谷氨酰胺作为细胞供能物质和氮源，能促进仔猪肠道细胞的修复、器官的生长和蛋白质的合成，有利于仔猪生长。

2.2 在妊娠和哺乳期母猪上的应用 活性二肽另一个重要的用途是通过二肽与一些动物体内所需的微量元素或者重要的金属元素进行螯合，得到营养价值更高的氨基酸螯合物类产品。尽管螯合物在动物体内的吸收机制目前尚无定论，但目前主要有两种观点：一是金属离子与二肽螯合，形成稳定的电中性化合物，通过细胞膜进入血浆，进而被吸收；二是微量元素氨基酸螯合物利用氨基酸和小肽吸收机制，通过小肠刷状缘，以氨基酸和肽类形式被吸收，这种方式使得金属元素吸收和循环进入机体的效率更高。杨玲媛和陈永丰（2011）研究表明，在妊娠和哺乳期母猪日粮中添加适量氨基酸螯合铁可有效减少死胎，提高仔猪初生重和初生仔猪含铁量，并能预防仔猪贫血和提高仔猪存活率。

3 前景展望

综上所述，谷氨酰胺二肽及其衍生物具有良好的市场前景。但由于谷氨酰胺二肽生产难度大，我国的工业化生产技术尚不成熟，导致成本过高，主要依赖进口。因此，如何设计一条高效的合成路线，对于降低活性肽生产成本，扩大谷氨酰胺二肽的应用范围至关重要，这也是今后活性肽类产品的一个发展方向。

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