甘氨酸的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、甘氨酸的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢徐澤輝刁春霞黃亞茹?；郏ㄖ袊虾Ｊ突す煞萦邢薰荆?#160;    摘要：我國是世界上甘氨酸生產(chǎn)國之一，目前中國甘氨酸的生產(chǎn)技術基本都采用已經(jīng)被國外淘汰的氯乙酸氨解法工藝，雖然經(jīng)過持續(xù)的改進，提高了反應的收率和產(chǎn)品的質(zhì)量，但與國外技術相比較，仍有生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品質(zhì)量差的劣勢，且只能生產(chǎn)工業(yè)級甘氨酸。文章分析了國內(nèi)外甘氨酸的生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場情況，對制約我國甘氨酸發(fā)展的重要因素進行了討論，建議重點發(fā)展以羥基乙腈為原料的直接Hydantion工藝，生產(chǎn)純度在99.5以上的甘氨酸產(chǎn)品，進一步拓展其在食品加工業(yè)中的應用。 

2、0;  關鍵詞：甘氨酸 生產(chǎn) 市場     甘氨酸是氨基酸系列中結(jié)構(gòu)最為簡單，人體非必需的一種氨基酸，在分子中同時具有酸性和堿性能團，在水溶液中為強電解質(zhì)，在強極性溶劑中溶解度較大，基本不溶于非極性溶劑，而且具有較高的沸點和熔點，通過水溶液酸堿性的調(diào)節(jié)可以使甘氨酸呈現(xiàn)不同的分子形態(tài)1。根據(jù)甘氨酸的制備工藝和產(chǎn)品的純度可分為食品級、醫(yī)藥級、飼料級和工業(yè)級四種規(guī)格產(chǎn)品。在食品加工中甘氨酸可用作食品的防腐劑，延長其保質(zhì)期；在含酒精飲料和動植物食品的加工中，則作為調(diào)味劑、甜味劑、增香劑、營養(yǎng)增補劑，此外，在甜醬、醬油、醋、果汁中添加甘氨酸，達

3、到改善食品的風味和增加食品營養(yǎng)的目的。在醫(yī)藥方面，甘氨酸可以合成多種藥物，如治療高血壓藥物鹽酸地拉普利、抑制胃潰瘍用碳酸鈣制劑、撲熱息通甘氨酸鹽、單甘氨酸乙酰水楊酸鈣、利血胺注射液、抗巴帕金森氏病藥物L-多巴、甲砜霉素等2。工業(yè)級甘氨酸則主要用于大規(guī)模生產(chǎn)除草活性最強的除草劑草甘膦3。    甘氨酸化學合成工藝主要有氯乙酸氨解法、施特雷克法（Strecker）和海因法（Hydantion）三種。目前國內(nèi)仍采用在國外已被淘汰的氯乙酸氨解法技術，而國外則采用改進的施特雷克法和海因法技術路線。由于原料和工藝的不同，氯乙酸氨解法具有生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品質(zhì)量差的特點，

4、所生產(chǎn)的甘氨酸大多為工業(yè)級，純度一般在95左右，嚴重制約了其下游的應用，而國外廠商大多利用丙烯腈副產(chǎn)氫氰酸和羥基乙腈生產(chǎn)甘氨酸，該法生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好，一般純度可以達到99以上。1 生產(chǎn)技術1.1 氯乙酸氨解工藝47    該工藝以氯乙酸與氨水為原料，在烏洛托品催化劑作用下制得。先將催化劑溶解在氨水中，在良好攪拌下滴加氯乙酸，投料結(jié)束后，升高度，保一段時間，再降至一定度時，用乙醇或甲醇重結(jié)晶兩次，就可以得到純度為95左右的甘氨酸。    該工藝雖然簡單且對設備要求不高，但由于產(chǎn)生大量的無機鹽，使得產(chǎn)品的提純非常

5、困難，只能生產(chǎn)工業(yè)級甘氨酸。并產(chǎn)生大量富含氯化銨和甲醛的廢水，所要求的環(huán)保處理費用較高。而且作為催化劑的烏洛托品難以循環(huán)使用，使生產(chǎn)成本增加。1.2 Strecker工藝7    將甲醛水溶液、氰化鈉和氯化銨混合后在低下進行反應，反應結(jié)束后加入醋酸使亞氨基乙腈析出，然后溶解在乙醇內(nèi)，加入硫酸后轉(zhuǎn)化為氨基乙腈硫酸鹽，最后加入化學計量的氫氧化鋇生成硫酸鋇和甘氨酸。該工藝同樣存在生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量差和環(huán)境污染嚴重的缺點。1.3 改進的Strecker 和Hydantion工藝8、9    為了提高甘氨酸的質(zhì)量，降低生產(chǎn)

6、成本和減少環(huán)境污染，國外開發(fā)了以氫氰酸替代氰化鈉或氰化鉀改進的Strecker工藝，反應以氫氰酸、甲醛、氨和二氧化碳為原料，反應液在管式反應器中進行。在低下析出甘氨酸，母液循環(huán)使用，通過改變反應體系中副產(chǎn)物的濃度，使平衡向目標產(chǎn)物方向移動，從而達到提高反應收率的目的。雖然該工藝具有流程短、收率高和不產(chǎn)生污染等諸多優(yōu)勢，但由于氫氰酸的劇毒性和易揮發(fā)性，無法長距離運輸，裝置只能放在其原料裝置附近，制約了甘氨酸生產(chǎn)的發(fā)展。1.4 直接Hydantion工藝10、11    Hydantion工藝的發(fā)展源于尋找氫氰酸的替代品，以消除甘氨酸生產(chǎn)的地域局限性。羥基乙

7、腈是氫氰酸和甲醛的加成產(chǎn)物，其沸點為183，在高下易分解為氫氰酸和甲醛，因此，從生產(chǎn)和化學角度來說，以羥基乙腈為原料來生產(chǎn)甘氨酸，既解決了氫氰酸不易處理的缺陷，又保持了改進Strecker工藝的優(yōu)點，該工藝目前正成為國外最受關注的技術路線之一。1.5 生物法工藝12、13    生物法制備甘氨酸工藝目前尚處于技術開發(fā)階段，有些日本公司在該領域較為活躍，申請了許多專利。它以甘氨腈為原料，在微生物酶的作用下，使甘氨腈水溶液進行水解反應，從而轉(zhuǎn)化為甘氨酸，同時伴隨產(chǎn)生氨，水解時系統(tǒng)中含有至少一種抑制該微生物酶的有機物。1.6 甘氨酸的精制14、15 

8、   由氯乙酸氨解法制取的甘氨酸含量在9095之間，雜質(zhì)含量為410，并帶有較深的色澤，如不進行精制處理，無法滿足食品及醫(yī)藥級甘氨酸的要求。目前工業(yè)上提純甘氨酸的方法是利用活性炭吸附脫色后進行重結(jié)晶。首先將粗甘氨酸溶解在熱水中，加入粉狀活性炭吸附脫色，再經(jīng)過濾分離活性炭后加熱濃縮，當濃縮液體積為原先體積的二分之一時，冷卻至室，再加入34倍體積的乙醇或甲醇使甘氨酸結(jié)晶析出，為了使甘氨酸達到所要求的質(zhì)量指標，這種精制需反復進行23次。通常精制收率為6070，消耗大量的乙醇和活性炭，生產(chǎn)成本較高。為此，有文獻中報道了以強堿性陰離子樹脂和弱堿性陰離子為吸附劑的改進的粗甘氨

9、酸精制工藝，簡化了精制流程，提高了精制的收率。1.7 幾種生產(chǎn)工藝的對比    表14分別是幾種生產(chǎn)工藝路線原料消耗和原料成本16。表1氯乙酸氨解法原料消耗及成本原料名稱純度，單耗/t·t1單價/元·t1成本/元氯乙酸961.5506 50010 075液氨工業(yè)級0.8501 8501 573烏洛托品980.307 2002 160甲醇982.102 3004 830合計   18 638表2 Strecker工藝原料消耗及成本原料名稱純度，單耗/t·t1單價/元·t1成本/元甲醛37

10、0.251 570393氰化鈉700.938 5007 905碳酸氫銨701.021 5501 581氫氧化鋇801.432 4503 500硫酸900.725380275合計   13 654表3 改進的Strecker和Hydantion工藝原料消耗及成本原料名稱純度，單耗/t·t1單價/元·t1成本/元甲醛371.51 5702 355氰化氫1000.57 0003 500碳酸氫銨2.94001 160乙醇950.13 000300催化劑0.005200合計   7 515表4 直接Hydantion工藝原料

11、消耗及成本原料名稱純度，單耗/t·t1單價/元·t1成本/元羥基乙腈1000.927 0006 440氨水0.12 900290二氧化碳0.12 000200合計   6 930    對比上面幾種工藝的原料消耗及產(chǎn)品的收率可以看出，氯乙酸氨解法原料成本最高，Strecker工藝由于氰化物消耗較大，原料成本仍高達13 654元/t，改進的Strecker和直接Hydantion工藝競爭力最強。2 甘氨酸產(chǎn)品的質(zhì)量指標    甘氨酸產(chǎn)品的質(zhì)量決定于所使用的生產(chǎn)工藝和原

12、料，由于中國尚未制定醫(yī)藥級、食品級和飼料級甘氨酸的質(zhì)量標準，這些產(chǎn)品均參照國際上目前使用的甘氨酸質(zhì)量標準執(zhí)行，見表5。表6是中國最大的甘氨酸生產(chǎn)商江西電化有限責任公司目前執(zhí)行的甘氨酸質(zhì)量規(guī)格。表5 國外甘氨酸的質(zhì)量規(guī)格規(guī)格食品和醫(yī)藥級USP24，BP98外觀白色結(jié)晶粉末白色結(jié)晶粉末純度（C2H5NO2），99.501.598.5101.5氯 （以Cl-計），0.0060.007重金屬,，0.0010.002鉛（以Pb計）， 0.000 5硫酸鹽（以SO42-計）， 0.0060.006 5砷（以As計），0.000 1鐵（以Fe計），0.001氨（以NH4計）， 0.01烘干失重，0.070.

13、2灰分，0.050.1PH值5.86.2注：USP-24為美國藥典；BP-98為英國藥典。表6 國產(chǎn)甘氨酸的質(zhì)量規(guī)格規(guī)格醫(yī)藥級食品級飼料級工業(yè)級外觀白色結(jié)晶粉末白色結(jié)晶粉末白色結(jié)晶粉末白色結(jié)晶粉末純度（C2H5NO2），99.5101.598.5101.598.597.5氯 （以Cl-計），0.0070.0210.500.70重金屬,，0.0020.0020.002鉛（以Pb計）， 0.000 5硫酸鹽（以SO4計）， 0.0060.006 5砷（以As計），0.000 20.000 20.000 3鐵（以Fe計），0.003氨（以NH4計）， 0.00.02烘干失重，0.200.20.21.

14、00灰分，0.10.10.1PH值5.56.55.56.5注：食品級符合日本味之素JISK-91標準；工業(yè)級產(chǎn)品規(guī)格符合HG2029-91標準。    對比表5和表6可以看出，國外食品和醫(yī)藥級甘氨酸要求的含量大于99.5，工業(yè)級要求大于98.5，且對氯含量要求極高，最大值不允許超過0.007，反觀國內(nèi)生產(chǎn)的甘氨酸，特別是工業(yè)級和飼料級的質(zhì)量與國外有明顯差距，即使通過精制可生產(chǎn)醫(yī)藥級產(chǎn)品，但生產(chǎn)成本將大幅增加，缺乏市場競爭能力。3 國內(nèi)外甘氨酸的生產(chǎn)現(xiàn)狀    國外甘氨酸生產(chǎn)廠家主要有美國的查特姆公司、法國的斯帕西亞

15、公司、日本的有機合成藥品公司、昭和電工公司和味之素公司等，其中日本是甘氨酸生產(chǎn)和消耗大國，這些公司基本都采用改進的Strecker工藝和直接Hydantion工藝，目前世界甘氨酸年產(chǎn)量已達230 kt。    國內(nèi)甘氨酸的生產(chǎn)規(guī)模目前約為23 kt/a，生產(chǎn)廠家有40余家，其中江西電化有限責任公司有兩套5 kt/a生產(chǎn)裝置17，浙江新安江化工集團公司建有3 kt/a生產(chǎn)裝置，其他主要生產(chǎn)廠家有江蘇南通化工廠、長春農(nóng)安制藥廠、遼寧本溪化工廠、河北石家莊東華化工總廠等。產(chǎn)品均為工業(yè)級甘氨酸，用于生產(chǎn)農(nóng)藥草甘膦和植物生長調(diào)節(jié)劑增甘膦，此外，還建有一套1 kt/

16、a醫(yī)藥級甘氨酸裝置。4 甘氨酸生產(chǎn)技術的發(fā)展趨勢    從國外甘氨酸現(xiàn)有生產(chǎn)裝置使用的工藝路線及關于甘氨酸制備技術所申請專利的數(shù)量和內(nèi)容來分析，國外目前甘氨酸的生產(chǎn)完全淘汰了氯乙酸氨解工藝，主要采用以氫氰酸、羥基乙腈為原料的Strecker工藝和Hydantion工藝，通過工藝的不斷改進，提高了產(chǎn)品的收率和產(chǎn)品的質(zhì)量，并有采用生物技術由甘氨腈生產(chǎn)甘氨酸的發(fā)展趨勢。而在中國氯乙酸氨解工藝生產(chǎn)甘氨酸是目前普遍采用的技術，自1969年實現(xiàn)工業(yè)化以來，雖然對其進行了眾多改進性研究1820，使甘氨酸收率由約70提高至85以上，產(chǎn)品甘氨酸含量從95提高到98.5，但

17、其關鍵性指標氯化物含量仍高達0.060.5，由于所得產(chǎn)品純度低、雜質(zhì)含量多而無法滿足食品和醫(yī)藥行業(yè)生產(chǎn)的使用要求。同樣作為草甘膦原料，國外采用純度為98.5101.5的甘氨酸，而國內(nèi)純度只有97.598.5，而且其中的氯化物含量是國外的30倍，生產(chǎn)合格的草甘膦需兩次重結(jié)晶，對產(chǎn)品的收率影響很大。雖然中國已經(jīng)開發(fā)成功了以氫氰酸為原料合成甘氨酸的小試技術16，但反應收率只有73，產(chǎn)品純度只有95，如要實現(xiàn)工業(yè)化還需在反應工藝、產(chǎn)品的精制和連續(xù)化方面進行大量研究。5 甘氨酸的應用及市場狀況5.1 食品    在食品加工中添加甘氨酸能改善食品的風味和品質(zhì)，并具有

18、抗氧化和防腐作用，可以延長食品保質(zhì)期，在發(fā)達國家需求量預計每年增加1015。據(jù)統(tǒng)計資料表明，美國用作食品添加劑的甘氨酸達到10 kt，日本也有3 kt左右，其中僅日本有機合成公司一家就有2.5kt用于食品加工。在國內(nèi)，由于沒有相應的食品級甘氨酸質(zhì)量標準和采用新工藝的生產(chǎn)裝置，使得一些食品加工企業(yè)只能從國外進口，并且極大地阻礙了甘氨酸應用領域的擴展，據(jù)預測中國食品行業(yè)的潛在需求量為10 kt。5.2 農(nóng)藥中間體    草甘膦屬內(nèi)吸傳導型廣譜有機磷農(nóng)藥之一，能有效控制80余種危害較大的雜草的生長，因其具有低毒、易分解、強效、無殘留等優(yōu)點已被美國評為最優(yōu)秀農(nóng)藥之一，目前世界年需求量為140 kt。    中國生產(chǎn)的草甘膦商品是含量為95的固體草甘膦和含量為41的草甘膦異丙胺鹽水劑，中國生產(chǎn)能力超過30 kt/a。目前生產(chǎn)草甘膦的主要工藝是甘氨酸/亞磷酸二甲酯法，每生產(chǎn)1 t需消耗甘氨酸0.96 t，僅生產(chǎn)草甘膦一種產(chǎn)品就消耗了中國市場上80的甘氨酸。此外，甘氨酸還用于近年在中國發(fā)展較快的增甘膦的生產(chǎn)，它由甘氨酸與三氯化磷和甲醛反應制得，每噸需消耗甘氨酸1.3 t。5.3 飼料    在國外，牛羊飼料配