在所有的氨基酸中，精氨酸是应用最为广泛的一种。婴儿体内合成精氨酸的能力有限，所以对婴儿来说精氨酸就是一种半必须氨基酸。而精氨酸在成年人体内的应用更是有趣，作用不限于合成蛋白质原料，精氨酸也是人体内唯一能代谢产生一氧化氮的氨基酸。一氧化氮是人体内重要的分子之一，调节多种生理功能，在诸如血管扩张，调节免疫，神经信号传递，细胞粘附等方面都有显著影响。
随着这些一氧化氮的生理功能被挖掘，精氨酸这个天然的一氧化氮提供源的价值日益突显。精氨酸和精氨酸的衍生物可用于治疗高血压、冠心病、糖尿病、脑梗塞和脑动脉硬化，使这些患者血清一氧化氮增高，血粘度降低，使一系列病理生理改变获改善；它们还可作为抗衰老及辅助降血压药物，具有广泛的临床应用前途。精氨酸除了作为医药中间体使用之外，一些具有辅助降血压功能的保健食品也可以采用精氨酸做原料，上述疾病的慢性病患者或高危人群适当补充这样富含精氨酸的保健食品有利于他们控制疾病，提高生活质量。一氧化氮也是引起海绵体平滑肌松弛和勃起的主要介质，所以精氨酸还用在成人保健品中，是主要的功能成分。
血液中的精氨酸浓度与多种疾病也有密切关联，如哮喘，烧伤，坏血病等。保持血液中的精氨酸适当的浓度水平有利于治愈这些疾病和创伤。一些康复食品或配餐中常常会强化精氨酸含量，而健康成人适当补充精氨酸有利于身体健康。一些大型的食品公司也开始关注精氨酸的生理功能了，并资助了相关的研究工作。
精氨酸是体内合成肌酸的前体，肌酸具有促进肌肉纤维的生长，降低脂肪组织的比例。相关的动物试验已经证实精氨酸具有促进肌肉形成的作用。在健身运动后，摄入一定量的精氨酸，可以强化健身的效果。市场上面向健身爱好者推出了精氨酸概念的饮料和富含精氨酸的蛋白粉。
除此之外，精氨酸还有抗牙齿过敏的效果。在高露洁公司的Pro-Relief系列牙膏中，精氨酸盐就是主要的功能成分。精氨酸与碳酸钙形成的复合物可以封堵牙釉质上的小洞，这些小洞可能是导致牙齿敏感的罪魁祸首。该方法并非药物治疗，抗牙齿过敏效果却十分明显，Pro-Relief系列已经全球在22个国家上市。
精氨酸生产工艺主要有发酵法和水解法两种。其中发酵法产品由于环境友好，安全性更高，在食品应用领域更受欢迎。最近几年，全球对精氨酸的需求翻了5倍，随着精氨酸越来越多的应用领域被开辟，精氨酸的市场会越来越大。
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