氨基酸的提取与精制

分离工程期末论文

氨基酸的提取与精制Extraction and Separation of

Amino Acid

学院：

化学工程学院

专业班级：

化学工程与工艺化工081

学生姓名：

於马骥学号：

050811139

指导教师：

戴卫东（副教授）

2011年6月

期末论文中文摘要

氨基酸的提取与精制

摘要：综合介绍了氨基酸提取过程中常用的分离技术以及近期的发展动态.如沉淀法、离子交换法、膜分离法和萃取法.并提出了氨基酸提纯精制的关键环节-结晶过程中应该注意的问题.氨基酸是生物有机体的重要组成部分,是组成蛋白质的基本单元,具有极其重要的生理功能。提取和精制是氨基酸工业生产中的一个重要环节,在其投资费用中占有很大比例

关键词：氨基酸; 沉淀法; 离子交换法; 膜分离; 反应萃取; 反向微胶团

期末论文外文摘要

××××Title××××

Extraction and Separation of Amino Acid

Abstract:The separation techniques of amino acids extraction,such as precipitating method,ion-exchange,membrane

separation,liquid-liquid extraction are reviewed.And crystallization,which is the critical step in purification of amino acids,are introduced systematically to be put emphasis on. Amino acids are an important part of the biological organisms, is the basic unit of the component proteins, have very important physiological function. Amino acid extraction and refined is one of the important links in industrial production, in its investment very large proportion in charge

Keywords:amino acid;precipitation;ion-exchange;membrane separation;reactive extraction;reverse micelleation;

1 引言或绪论

R氨基酸是生物有机体的重要组成部分，是组成蛋白质的基本单元，具有极其重要的生理功能。提取和精制是氨基酸工业生产中的一个重要环节，在其投资费用中占有很大比例⋯。研究提取与精制技术，对氨基酸工业的发展致关重要。

发酵法得到的是单一品种的￡一氨基酸，夹杂其它氨基酸的种类和含量较少；蛋白质水解法得到的是多种氨基酸的混合物。目前，多数氨基酸采用

发酵法生产，有的氨基酸则存在多种生产方法并存。氨基酸的发酵液经过预处理、离心或过滤出去菌体后，可对其进行初步的提取。主要的方法涉及沉淀、

吸附、离子交换、萃取和电渗析过程。若想得到高纯度的氨基酸，还需进一步的精制提纯——超滤、结晶。

氨基酸是一种具有两性官能团的物质。氨基酸含有一个a一氨基，一个a一羧基及一个侧链⋯，通：式为RCH(NH：)COOH。当介质的pH达到一定值时，氨基酸分子呈电中性，此时的pH称为氨基酸的等电点(pI)。当介质pH低于等电点，氨基酸以阳离子状态存在；当pH高于等电点，氨基酸以阴离子状态存在。氨基酸的溶解度随pH的变化很大，在等电点时，溶解度最小。

1 沉淀剂分离法

沉淀法分离氨基酸主要包括特殊试剂沉淀法、等电点沉淀法和有机溶剂沉淀法。特殊沉淀法是最早应用于混合氨基酸分离的方法之一。某些氨基酸可以与一些有机化合物或无机化合物结合，形成结晶性衍生物沉淀，达到与其它氨

基酸分离的目的。较为成熟的工艺有：精氨酸与苯甲醛在碱性和低温条件下，可缩合成溶解度很小的苯亚甲基精氨酸，将沉淀用盐酸水解除去苯甲醛，即可得精氨酸盐酸盐；亮氨酸与邻一二甲苯一4一磺酸反应，生成亮氨酸的磺酸盐，后者与氨水反应，得到亮氨酸。组氨酸与氯化汞作用，生成组氨酸汞盐的沉淀，再经硫化氢的处理就可得组氨酸⋯。周锡梁等人给出了从毛发角蛋白质经酸水

解、碱中和、提取胱氨酸后的水解液中提取市场上缺乏的7种氨基酸的方法。分别以苯磺酸、苯甲醛、五氯酚、苯甲酸和苯三酸为沉淀剂分离亮氨酸、精氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸(其中，使用苯甲酸沉淀苯丙氨酸由于缬氨酸的影响，还需使用离子交换法进一步分离)。特殊沉淀法操作简单、选择性强。

采用上述方法从提取胱氨酸后的废水中分离提取多种氨基酸，不仅可以大大降低排放液的含氮量，而且还有附加的经济效益。但是特殊沉淀法的沉淀剂回

收较困难，排放废液中参杂有沉淀剂，加重了污染，残留在氨基酸产品中的沉淀剂还会影响纯度。等电点沉淀法是根据氨基酸的等电点不同，在等电点处，氨基

酸分子的净电荷为零，便于氨基酸彼此吸引形成结晶体沉淀下来。采用这种方法可以从生产半胱氨酸的废母液中回收胱氨酸。半胱氨酸在水溶液中的溶解度比较大，而胱氨酸在等电点处溶解度很小。调整溶液的pH，再加入H 0，将半胱

氨酸氧化成胱氨酸，就可以形成沉淀达到分离的目的。此外，目前国内味精厂也都采用等电点沉淀法提取谷氨酸。【1】

2 离子交换法

离子交换法是利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力的差异对氨基酸混合物进行分组或实现单一成分的分离。其在工业中有成功应用的实例，例如，

味精厂采用强酸性阳离子交换树脂对谷氨酸阳离子进行选择性吸附，以使发酵液中妨碍谷氨酸结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非高子性杂质得

以分离。日本味之素公司研究的氨基酸提纯技术采用逆流连续多级交换，可以大大减少树脂用量和洗涤树脂用水量。GObor Simon等人采用离子交换

热参数泵从水解液和制革废水中浓缩分离氨基酸。利用热参数泵这一非稳态循环过程，根据流动相中氨基酸在不同温度下，在流动相和树脂上的分配系

数不同这一原理，使氨基酸在离子交换柱的一端富集另一端减少，而达到混合氨基酸的分离。Soldatov等人∞研究了液体磺酸基离子交换剂对脂肪族氨基酸阳离子的提取平衡。研究发现该离子交换剂对氨基酸提取的选择性要高于苯乙烯磺酸树脂。Kisay Lee等人发现芳香族氨基酸(苯丙氨酸和酪氨酸)在浓度较高时会发生非离子性吸附，吸附量偏离化学计量数较远，高于金属离子和脂肪族

氨基酸，无法使用钠盐再生。25％(质量分数)的乙醇溶液可以有效地抑制非离子性吸附。Tao Zuvi等人对氨基酸阳离子与氢离子的交换平衡进行了详细的研究，给出了10种氨基酸阳离子在低pH下的热力学平衡方程。离子交换树脂法提取氨基酸处理量大，工艺较成熟。但由于离子交换法分离混合氨基酸仅利用各氨基酸之间等电点的差异，只有当混合氨基酸之间的等电点相差较大时才能较好地分开，对于等电点相近的混合氨基酸只能部分分开或根本难以分离；氨基酸离子在树脂中的扩散速度较慢，因此一方面要求料液的流速较低，另一方面对于氨基酸浓度较高的料液在上离子交换柱前还要进行稀释，这就必然导致所需的设备太大；并且，发酵液必须进行预处理，采用离心分离，或者添加高分子凝集剂使之沉

淀，再用膜过滤等方法把微生物体除去：【2】

3 膜分离法

膜过滤法可以实现混合溶液的分离是因为在膜和溶液的界面处存在以下机理：由于亲水性等原因所引起的选择性透过；筛分效应一待分离物质分子的直径大于膜孔的直径，将被截留，反之则透过；电荷效应(Donnan效应)一若膜表面带与待分离物质同种电荷，则会产生静电排斥作用，反之则会产生吸引作用。

国外膜分离工艺已应用于乳制品工业：采用反渗透浓缩乳清，使用超滤法从乳清中制备浓缩蛋白质，使用微米膜分离乳清中的蛋白质、去除脱脂乳中的细菌，使用纳滤膜去除乳清中的矿物质。近些年，又开始研究膜过滤分离蛋白质、肽和氨基酸的可行性。在人体的新陈代谢过程中存在大量生物膜渗透现象。研究氨基酸的膜分离不仅可以找出有效的生物分离技术，而且有助于加深对这些新陈代谢过程的理解。Timmer等人选用了4种膜，对赖氨酸、亮氨酸和谷氨酸的膜过滤进行