【色氨酸的作用及应用是什么】[背景和概述] [1][2]

色氨酸被称为-氨基--吲哚丙酸，有三种异构体：左旋、右旋和右旋。色氨酸于1825年首次被发现，并于1902年由Hokinst从酪蛋白中首次分离出来。分子式为C11H12N2O2，分子量为204.23，白色晶体或淡黄色片状晶体或粉末，无味右旋或特殊甜味，溶于水或热乙醇，不溶于氯仿和乙醚，在稀酸或稀碱中稳定。【色氨酸的作用及应用是什么】用水加热会产生少量的吲哚，在氢氧化钠和硫酸铜存在下加热会分解产生大量的吲哚。如果迅速加热到210，颜色会变黄，在290会发生分解反应，在长时间光照下会发生着色反应。L-色氨酸是人类和动物必需的八种必需氨基酸之一，不能自行合成。因此，人类和动物只能通过食物摄取左旋色氨酸。色氨酸主要存在于植物和微生物中，在动物中含量很少。而且，色氨酸在人体内几乎不代谢，无毒。【色氨酸的作用及应用是什么】L-色氨酸，又称第二必需氨基酸，广泛应用于医药、食品、饲料添加剂、农业环境检测等行业。目前，人们越来越重视左旋色氨酸的重要性。而且，左旋色氨酸的应用不仅仅局限于传统的医药、食品和饲料添加剂行业，还逐渐在一些新的领域有了更多的应用。例如，氨基酸增白剂逐渐应用于化妆品行业；作为健康饮料，许多氨基酸饮料不仅在欧美等发达国家广受欢迎，而且逐渐进入中国饮料市场并被大众所接受。【色氨酸的作用及应用是什么】随着科学技术的发展，人们相信对色氨酸的利用会有更多的探索和发现。随着基因工程、代谢工程和定向进化技术的发展，人们可以更好地了解色氨酸的生物合成途径和调控机制，进一步加强优秀产酸菌株的建设。随着发酵技术的不断提高，左旋色氨酸的市场前景十分广阔。

[生理功能] [3]

1.免疫功能

色氨酸与畜禽的免疫功能密切相关。例如，当猪发生慢性肺炎时，血浆色氨酸水平逐渐降低；日粮中添加0.04%的左旋色氨酸能显著提高蛋鸭的脾脏指数，添加0.06%的左旋色氨酸能显著提高其胸腺指数。【色氨酸的作用及应用是什么】在鸡日粮中添加左旋色氨酸可以显著提高干扰素和免疫球蛋白的水平，显著增强机体对传染性法氏囊病的免疫保护作用。日粮中添加0.05%的左旋色氨酸可显著增加免疫器官如胸腺、法氏囊和蛋鸭脾脏的重量，日粮中添加左旋色氨酸可通过刺激免疫球蛋白和免疫球蛋白的分泌，显著提高扬州鹅的脾脏指数和体液免疫。【色氨酸的作用及应用是什么】从以上可以推断，当炎症反应发生时，人体对色氨酸的需求增加，色氨酸分解代谢增加；日粮中添加一定量的色氨酸有助于畜禽免疫器官的发育，提高机体免疫力。色氨酸代谢产生的5-羟色胺、N-乙酰血清素和褪黑激素能通过清除自由基阻止核转录因子B(NF-B)进入细胞核，从而抑制肿瘤坏死因子 (TNF-)的产生，增强机体的免疫功能。此外，N-乙酰血清素可以通过调节一氧化氮合酶来影响诱导型一氧化氮合成，从而调节机体的免疫功能。色氨酸分解代谢可促进骨髓T淋巴细胞前体向成熟T淋巴细胞的分化，而T淋巴细胞的分化和代谢产物在B淋巴细胞的成熟中起重要作用，从而影响B淋巴细胞分泌IgG的能力。

【色氨酸的作用及应用是什么】色氨酸的功效与作用

2.抗氧化功能

近年来，有报道表明色氨酸与机体的抗氧化功能有关。日粮中添加0.18%色氨酸可提高超氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽含量，显著提高谷胱甘肽过氧化物酶活性。色氨酸的抗氧化功能与褪黑激素有关。【色氨酸的作用及应用是什么】褪黑激素是一种分布广泛的多功能激素，其抗氧化功能已被许多研究证实。褪黑激素本身是一个富含电子的芳香吲哚环，它能与亲电自由基反应，清除各种自由基，发挥抗氧化作用。此外，由褪黑激素氧化形成的环状3-羟基褪黑激素硫酸盐、6-羟基褪黑激素硫酸盐和N-乙酰基-N-甲酰基-5-甲氧基脲胺也具有抗氧化能力。这些代谢物主要通过提供自由电子清除活性氧或增强超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性来抑制机体的过氧化作用。

[应用] [1]

1.色氨酸在医学研究中的应用

色氨酸在制药工业中的应用一直是制药工业的研究热点。色氨酸及其代谢产物可广泛参与生物体的代谢过程，在色氨酸分解代谢过程中可产生多种生理活性物质，如5-羟色胺(5-HT)、色素、烟酸、吲哚乙酸、生物碱、辅酶、褪黑激素和植物激素。【色氨酸的作用及应用是什么】这些代谢产物可以广泛参与人体的各种生理活动，同时参与多种生理调节。近年来，人们发现色氨酸不仅用于制造氨基酸注射液，而且对抑郁症、高血压和疼痛也有很好的疗效，在欧美一些国家已经广泛用于临床治疗。临床研究发现，色氨酸与铁和维生素结合可以增强其对运动性贫血的治疗效果，还可以与组氨酸一起用于治疗消化道溃疡。

2.色氨酸在饲料添加剂工业中的应用

色氨酸是饲料市场上除酪氨酸和蛋氨酸以外的三种氨基酸饲料添加剂之一。如果家禽体内的左旋色氨酸供应不足，动物体内会出现一系列的失调症状，如脂肪堆积缓慢、生长缓慢，有时还会出现睾丸发育不良。【色氨酸的作用及应用是什么】另外，在饲料中添加少量的L-色氨酸可以达到促进动物增重的目的，效果良好。色氨酸可以参与体内脂肪代谢，降低动物肝脏脂肪含量，从而提高畜禽肉的瘦肉率，降低畜禽攻击行为的可能性。烟酰胺是L-色氨酸的中间代谢产物之一，可用作饲料添加剂，可显著提高家禽的生长速度，预防动物烟酰胺缺乏。另一种代谢中间体5-羟色胺能促进动物体内-球蛋白的产生，增强家畜的抗病能力。色氨酸作为饲料添加剂具有良好的效果，但在大规模应用中仍有不足。主要原因是目前色氨酸的生产工艺不够高，无法大规模生产L-色氨酸，所以有成本限制，所以只用于仔猪饲料添加剂。

3.色氨酸在食品工业中的应用

人体不能自己合成左旋色氨酸。为了满足自身的需要，它需要从外界获取左旋色氨酸，而其主要来源是食物。色氨酸在人和动物的新陈代谢中起着重要的作用，所以色氨酸也被称为第二必需氨基酸。【色氨酸的作用及应用是什么】色氨酸在食品添加剂中的应用越来越受到重视。色氨酸在国内外许多地方已被制成食品添加剂，摄入后会对人体生理活动产生许多积极的影响，如提高植物卵的利用效率，加速蛋白质的分解和利用。此外，色氨酸容易与金属离子反应。当它被用作螯合剂时，它通常被用作防腐剂，添加到奶粉中以防止变质，或者被用作鱼类防腐剂。

4.色氨酸在农业和环境监测中的应用

色氨酸在控制农业害虫方面也有一些应用。例如，左旋色氨酸可以使中国南方的毛毛虫拒绝进食并死亡。色氨酸也可以添加到水杨酸和环磷酸中作为稳定剂，可以增强其杀虫效果。色氨酸具有吲哚环，荧光吸收好，是最具荧光性的氨基酸，因此可以用于检测生物生态系统和自然环境中的有毒金属离子。色氨酸对环境高度敏感，某些物质的轻微极性变化会改变其吸收光谱。因此，使用色氨酸作为极性探针可以检测环境中某些成分的极性变化。

[准备] [1]

生产色氨酸的传统方法主要是化学合成和蛋白质水解。随着生产技术的不断进步，市场上占主导地位的方法是许多公司采用的微生物法生产左旋色氨酸。微生物法主要包括酶法、直接发酵法和微生物转化法。

酶法：酶法主要是指利用微生物色氨酸生物合成酶系统的催化作用生产左旋色氨酸。酶法生产色氨酸所用的酶主要包括色氨酸合成酶、丝氨酸消旋酶等。根据提供所需酶的微生物数量，酶法主要分为单菌种酶法和双菌种酶法。【色氨酸的作用及应用是什么】目前，工业生产L-色氨酸的工程菌包括大肠杆菌、明串珠菌、谷氨酸棒杆菌、恶臭假单胞菌等。该方法在发酵过程中直接加入细胞壁溶解酶破坏细胞壁，然后直接使用被细菌裂解的酶，所需的酶也可以在使用前进行固定和纯化。而且，酶法生产色氨酸过程中所需的前体不必是天然原料，甚至化学工程合成的前体也可以作为生产原料，大大降低了生产成本；同时，酶法合成具有产品纯度高、副产物少、产率高、操作简单等优点。目前，日本三井化学公司是世界上色氨酸生产市场最大的公司之一。三井公司酶法生产色氨酸所需的原料是吲哚和丝氨酸，但由于L-色氨酸合成酶和丝氨酸消旋酶活性低，用这种方法生产L-色氨酸的效率不高。以丙酮酸、吲哚和氨为原料，采用酶法生产L-色氨酸。由于丙氨酸价格低廉，底物之一吲哚对酶活性影响不大，因此该方法具有一定的应用前景和发展潜力。

【色氨酸的作用及应用是什么】

2.直接发酵法：直接发酵法的碳源供体主要是廉价的葡萄糖和甘蔗糖蜜等原料，采用高效色氨酸生产菌株，控制发酵条件，直接积累左旋色氨酸，因此直接发酵法也是一种微生物法。然而，由于在微生物中葡萄糖代谢直到左旋色氨酸合成的调节机制是复杂的，所以很难直接从自然界获得高产色氨酸的菌株。因此，选育优良菌株是直接发酵成功的关键。此外，色氨酸生物合成途径的代谢流在微生物中非常弱，并且在合成过程中需要连续添加各种前体，例如L-丝氨酸和谷氨酰胺。为了获得可观的左旋色氨酸产量，这个目标只能通过保持高比例的前体来实现。色氨酸生物合成中有许多调控机制，不仅包括反馈抑制和反馈抑制等粗调控系统，还包括——-弱化子系统。近年来，随着基因重组技术在微生物育种中的广泛应用，为高效基因工程菌的构建和产酸水平的提高提供了良好的技术支持，使直接发酵逐渐成为一种低成本的工业化生产方法。直接发酵生产色氨酸也有其自身的缺点，主要表现在产品复杂，导致后期目标产物分离纯化困难，工艺复杂等。然而，随着代谢工程的发展

3.微生物转化法：微生物转化法也可称为前体转化法，主要是指以葡萄糖为碳源供体，然后培养微生物。在培养过程中，色氨酸合成所需的各种前体，如邻氨基苯甲酸、左旋丝氨酸、吲哚等。然后微生物将利用这些前体在它们自己的色氨酸合成酶的作用下合成色氨酸。该方法首次在工业色氨酸生产企业大规模获得左旋色氨酸。日本昭和电气有限公司使用枯草芽孢杆菌和汉逊酵母。在培养环境中加入邻氨基苯甲酸以获得色氨酸。为了使色氨酸过量积累，必须消除芳香氨基酸代谢过程中各种底物的反馈抑制。【色氨酸的作用及应用是什么】在用这种方法生产左旋色氨酸的过程中，不应该加入太多的前体，这样容易产生反馈抑制。因此，大多数制造商使用分批加料法来连续添加前体。微生物前体的转化方法也存在一些缺点，如前体价格高，不利于成本控制。此外，当前体浓度过高时，合成过程中酶的活性会受到反馈抑制，从而影响色氨酸的积累效率。

[主要参考资料]

陈，刘伟，皮雄娥，等. l-色氨酸的研究进展[J].安徽农业科学，2014，42(14): 4438-4440。

、邓、林双军。色氨酸是天然产物生物合成中的重要结构单元[J]。微生物学杂志，2013，40(10): 1796-1809。

，朱倩，吴，等.色氨酸的生理功能及其在畜禽日粮中的应用[J].动物学报，2016，28(3): 659-664。