氨基酸的分离与提纯

氨基酸的分离与提纯摘要：国内外外氨基酸分离离与提纯的发发展研究现状状及其在生产产实践中的应应用。关键词：氨基酸酸，分离，提提纯，应用1前言氨基酸及其衍生生物是组成蛋蛋白质的基本本单元，广泛泛用于医药、食食品、饲料、化化妆品工业等等领域。例如如，在食品加加工和饲料工工业,L-谷氨酸一钠钠可作为增鲜鲜剂，L-天冬氨酸、甘甘氨酸和DL-丙氨酸等也也用作食品风风味改良剂，另另外，L-天冬酰苯丙丙氨酸甲酯作作为低热量甜甜味剂(Asparrtame))，在国外已已广泛应用于于饮料等食品品。L-赖氨酸和DL蛋氨酸广泛泛应用于改进进饲料成份的的营养价值。L-赖氨酸还用用于强化面粉粉和强化米的的生产。在医医药卫生方面面，除了大量量应用结晶氨氨基酸输液外外，某些氨基基酸及其类似似物也被用于于治疗某些疾疾病。例如LL-多巴[L-3-(3，4-二轻基苯基)丙氨酸]是治疗帕金金森氏病的重重要药物，而而α-甲基-多巴为有用用的降压药物物。L-谷酰胺及及衍生物用于于治疗胃溃疡疡，L-色氨酸和5-羟基-L-色氨酸酸是有效的抗抗抑郁剂。另另外某些氨基基酸衍生物具具有抗肿瘤的的作用。一些些肽类例如催催产素，血管管紧张肽和促促胃液激素等等，它们具有有医疗效果的的激素效应。氨氨基酸聚合物物，例如聚--γ-甲基-L-谷氨酸已被被用作人造革革的原料。总总之，氨基酸酸及其衍生物物将会随着科科学研究和工工业生产的发发展，而被更更加广泛地应应用[1]。然而，国国内氨基酸的的生产远不能能满足其需求求。2氨基酸的性性质氨基酸是一种具具有两性官能能团的物质。氨氨基酸分子既既含有氨基又又含有羧基，在在溶液中主要要以—NH3+，—C00—形式存在。氨氨基和羧基的的电离取决于于溶液的pH值和氨基酸酸的等电点Pl：在pH低于等电点点P1时，羧基基的电离被抑抑制，氨基酸酸带正电荷；；在pH值高于等电电点Pl时，氨基的的电离被抑制制而带负电荷荷。在等电点点时，氨基酸酸的溶解度最最小，最易从从溶液中析出出。按照侧链链基团的不同同，氨基酸可可以分为3类：酸性氨氨基酸，中性性氨基酸，和和碱性氨基酸酸。而各种氨氨基酸的等电电点不同，酸酸性氨基酸＜＜中性氨基酸酸＜碱性氨基基酸。利用这这个性质，可可以把它们进进行分离提纯纯[2]。3氨基酸的分离离与提纯氨基酸的分离提提纯可采用沉沉淀、离子交交换、溶剂萃萃取法、反向向微胶团萃取取、液膜萃取取和电渗析等等方法。最常常用的是离子子交换法。近近年来，新的的氨基酸分离离提纯方法的的研究十分活活跃，报道最最多的是反应应萃取、反向向微胶团萃取取和液膜萃取取等。3.1特殊沉淀淀法特殊沉淀法[114]是最早早应用于混合合氨基酸分离离的方法之一一。某些氨基基酸可以与一一些有机或无无机化合物结结合，形成结结晶性衍生物物沉淀，利用用这种性质向向混合氨基酸酸溶液中加入入特定的沉淀淀剂，使目标标氨基酸与沉沉淀剂沉淀下下来，达到与与其他氨基酸酸分离的目的的。较为成熟熟的工艺有：：精氨酸与苯苯甲醛在碱性性和低温条件件下，可缩合合成溶解度很很小的苯亚甲甲基精氨酸，分分离这种沉淀淀，用盐酸水水解除去苯甲甲醛，即可得得精氨酸盐酸酸盐[4]]；亮氨酸与与邻—二甲苯-4-磺酸反应，生生成亮氨酸的的磺酸盐，后后者与氨水反反应得到亮氨氨酸[1]。特殊沉淀法虽然然操作简单、选选择性强，但但是由于沉淀淀剂回收困难难，废液排放放污染加剧，残残留沉淀剂的的“毒性”等已逐渐被被其他分离方方法所取代。3.2离子交换换法英国曾经成功地地开发了将胱胱氨酸母液通通过离子交换换层析柱分离离出精氨酸、组组氨酸和赖氨氨酸[5]；前苏苏联也有过以以离子交换层层析法从胱氨氨酸母液中提提取精氨酸、组组氨酸、赖氨氨酸、苯丙氨氨酸和异亮氨氨酸的报道[[6]；国内内的许多研究究单位及胱氨氨酸生产单位位开展了大量量的关于离子子交换法从蛋蛋白水解液中中提取氨基酸酸工艺的研究究[1，4，7，8]。刘艳梅（19779年3月5日），女，硕硕士在读，主主要研究方向向：清洁生产产与资源回收收。尽管氨基酸的存存在形态A±所呈现的净净电荷为零，但但是这类存在在形态几乎不不溶于普通有有机溶剂中。因因此，采用通通常的溶剂萃萃取是不能奏奏效的。目前前人们采用了了两种形式的的离子交换反反应萃取。一一种是在高ppH下萃取氨基基酸阴离子[[9]，另一一种是在低pH下萃取氨基基酸阳离子[[10]。季季铵盐(如甲基三辛辛基氯化铵TOMACC)和酸性磷氧氧类萃取剂[如二(2-乙基已基)磷酸D2EHPA]是典型的阴阴离子萃取剂剂和阳离子萃萃取剂。Nato等人[[11]研究究了高pH时，TOMAC对各种氨基基酸的萃取平平衡。氨基酸酸阳离子和季季铵盐阳离子子之间发生离离子交换。不不同氨基酸的的萃取平衡常常数有很大的的差异。对色色氨酸所获得得的萃取平衡衡常数最大。它它是甘氨酸萃萃取平衡常数数的260倍。萃取平平衡常数KA值同Nazakki等人提出的的氨基酸的亲亲油比关联较较好。Haenssel[100]等人用TOMAC作载体对D，L-苯丙氨酸的的反应萃取作作了平衡研究究。由于缓冲冲离子与OH—竞争萃取，平平衡常数受到到初始pH值的影响。另另外，氨基酸酸的浓度越低低，则季铵盐盐浓度对分配配系数的影响响就越大。在在实验室规模模的脉冲筛板板塔中，氨基基酸反应萃取取实验结果表表明[12]]，季铵盐对对氨基酸的反反应萃取存在在一定的障碍碍。由于季铵铵盐较高的表表面活性，使使脉冲筛板塔塔中的反应萃萃取操作限制制在两相通量量较低以及振振幅、频率较较低的范围之之内，故脉冲冲筛板塔的效效率较低[113]。文献[15，116]研究了了用D2EHPA-煤油溶剂萃萃取异亮氨酸酸的反应机理理，表明D2EHPA—煤油溶剂体体系对于芳香香族氨基酸、亮亮氨酸、异亮亮氨酸及碱性性氨基酸中的的精氨酸都有有着较好的分分离效果。文文献[17]]研究了D2EHPA—煤油溶剂萃萃取苯丙氨酸酸、色氨酸、脯脯氨酸、酪氨氨酸、丝氨酸酸、半胱氨酸酸、赖氨酸、组组氨酸的萃取取规律及其温温度效应，发发现萃取分配配比与氨基酸酸的结构有关关，它取决于于氨基酸中A基团的极性性、所含的碳碳原子数和氨氨基酸的空间间结构。萃取取反应为放热热反应，温度度升高对萃取取不利。苯丙丙氨酸、色氨氨酸、亮氨酸酸、异亮氨酸酸和精氨酸在在D2EHPA-煤油溶剂中中的分配比较较高，具有一一定的工业应应用前景，而而酸性氨基酸酸基本上不被被萃取。文献献[18]研究究了D2EHPA与各种氨基基酸在酸性条条件下的萃取取平衡，确定定了萃取反应应式和萃取平平衡常数，并并考察了有机机溶剂、溶液液的pH值、萃取剂剂的浓度对分分配比以及氨氨基酸的性质质对萃取效果果的影响，发发现D2EHPA对碱性氨基基酸的萃取效效果最好，对对酸性氨基酸酸则最差，对对中性氨基酸酸而言，苯丙丙氨酸、亮氨氨酸和缬氨酸酸的效果最好好，而酪氨酸酸、丝氨酸、甘甘氨酸和丙氨氨酸的效果最最差。离子交换法分离离混合氨基酸酸仅仅是利用用各种氨基酸酸之间等电点点的差异，因因此只有当欲欲被分离的混混合氨基酸之之间的等电点点相差较大时时才能较好地地分开，对于于等电点相近近的混合氨基基酸只能部分分得以分开或或根本就难以以分离；氨基基酸离子在树树脂中的扩散散速度较慢，因因此一方面要要求料液的流流速较低．另另一方面对于于氨基酸浓度度较高的料液液在上离子交交换柱前还要要进行稀释，这这就必然导致致所需的设备备太大；此外外，离子交换换法由于本身身的生产原理理决定了生产产过程难以连连续化。所以以离子交换法法用于混合氨氨基酸的分离离并没有在大大规模生产中中推广开来[[14]。3.3萃取法3.3.1溶剂剂萃取法由于氨基酸是离离子型化合物物，它们在非非极性溶剂中中的溶解度很很低，因此物物理萃取法难难以用来提取取氨基酸。早早期采用正己己胺和含4~5个碳原子的的低级醇作为为萃取剂从蛋蛋白水解液中中萃取分离十十几种氨基酸酸[19]。但但这种萃取剂剂的分配系数数低，分离系系数差，对萃萃取柱的高度度要求很高，一一般要有30~40理论级才能能有满意的分分离效果。近些年来先后开开发了化学萃萃取法分离提提取氨基酸，其其中有机胺类类和以有机磷磷酸为应用最最多的两大类类萃取剂[220~25,,]，尤其是是在有机磷酸酸为萃取剂的的萃取过程研研究很多，并并开发大量的的工艺过程。采采用高级脂肪肪酸，如月桂桂酸、硬脂酸酸、棕榈酸和和油酸可以有有效地萃取分分离碱性氨基基酸。这些脂脂肪酸无毒、价价廉。但是，碱碱性氨基酸比比较容易用离离子交换法有有效地分离。萃萃取法分离碱碱性氨基酸恐恐怕难有商业业应用前景[[26]。利利用氨基酸不不溶于水，而而易溶于液氨氨的性质，发发展了液氨萃萃取技术[227，28]。应用用这种技术，在在蒸发了氨后后，可获得氨氨基酸的极好好结晶。可以以将戊二酸、谷谷氨酸、天门门冬氨酸和亚亚胺二醋酸从从其相混合的的氨基酸中分分离。化学萃取法分离离混合氨基酸酸主要也是利利用不同氨基基酸之间等电电点差别，与与离子交换法法相似，只有有当混合氨基基酸之间的等等电点相差足足够大时才能能被萃取分离离开，对于等等电点相近的的氨基酸如中中性氨基酸，它它们的等电点点几乎一致，因因此化学萃取取法是难以分分离混合氨基基酸的。3.3.2反胶胶团萃取法反胶团萃取法分分离氨基酸是是从80年代末兴起起的氨基酸分分离技术。用用于萃取氨基基酸的反胶团团的种类有限限，主要集中中于以下两类类：一类是以以AOT[琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠]为代表的磺磺酸盐形成的的反胶团；一一类是有机胺胺盐表面活性性剂形成的反反胶团。这两两类反胶团萃萃取氨基酸的的共同缺点是是只有在氨基基酸水溶液中中的无机盐浓浓度较低时才才具有应用价价值。因此这这两类反胶团团只能应用于于从无机盐浓浓度较低的料料液如发酵液液中萃取分离离氨基酸，对对于像胱氨酸酸母液含大量量无机盐的氨氨基酸料液，这这两类反胶团团就无法应用用。针对国国外报道的反反胶团存在的的缺点，翁连连进[333~35]开开发了一种新新的反胶团，以以二异辛基磷磷酸铵表面活活性剂形成的的反胶团，这这种反胶团具具有比以上两两类反胶团更更强的萃取能能力，在盐酸酸浓度高达4.5moo1／L的胱氨酸母母液中仍具有有令人满意的的萃取率。通通过改变混合合氨基酸水溶溶液中无机盐盐的种类或浓浓度，使等电电点相近的氨氨基酸在同一一种反胶团中中的分配系数数产生较大的的差别，实现现等电点相近近的混合氨基基酸的分离。根根据这一观点点，翁连进已已成功地开发发了从胱氨酸酸母液中提取取精氨酸的工工艺[24]]，该工艺采采用4级萃取，3级洗涤，可可使反胶团中中精氨酸的纯纯度大于98%，整个工艺艺精氨酸的回回收率大于98%，而目前工工业上应用离离子交换法从从胱氨酸母液液中提取精氨氨酸的工艺的的回收率仅10％。3.3.3液膜膜萃取液膜萃取取是将第三种种液体展成膜膜状以便隔开开两个液相，利利用液膜的选选择透过性，使使料液中的某某些组分透过过液膜进入接接受液，然后后将三者各自自分开，从而而实现料液组组分的分离[36]。Thien等人人[37]最先先对氨基酸在在乳状液膜中中的传递进行行研究。他们们采用NaD2EHPA为载体研究究了乳状液膜膜体系中各种种参数，如外外相pH值、表面活活性剂浓度、载载体浓度、搅搅拌速度，以以及内相初始始盐酸浓度等等对L-苯丙氨酸传传递的影响，并并且获得了最最优化条件。实实验证明，经经过一次间歇歇操作以后，80％的L-苯丙氨酸可可以从外相转转移到内相，而而且内相L-苯丙氨酸的的浓度是外相相的8倍。实验表表明，任何一一个过程参数数的变化都会会影响到溶质质的分离和浓浓缩的效率。乳乳状液膜系统统的优化必须须根据溶质分分离和浓缩的的相对重要性性来确定。支支撑液膜萃取取综合了膜过过程和溶剂萃萃取过程的优优点，萃取和和反萃取过程程同时进行，减减少了有机相相的使用量。Deblaay等人[38]]用支撑液膜膜回收、浓缩缩和纯化由微微生物发酵生生产的氨基酸酸。从没有过过滤的发酵液液中萃取缬氨氨酸的实验表表明，由于杂杂质的存在，分分离性能明显显下降，但是是缬氨酸的传传递仍然是最最有效的，而而且对缬氨酸酸的选择性大大约是染料的的10倍、葡萄糖糖的100倍、蔗糖的1000倍以上。3.4毛细电渗渗析以集成电路为基基础的毛细电电渗析，通过过添加少量溶溶解聚合物，可可明显提高肽肽缩氨酸和氨氨基酸的溶解解与分离[[39]。毛毛细电渗析已已成为一种应应用广泛的分分离大范围多多种类无机或或有机化合物物的方法。它它可以与传统统的色谱分离离方法相媲美美。因为它的的高分离效率率使之在生物物化学中变得得越来越重要要[40]]。4结论利用我国来源充充足、价格低低廉的自然资资源为原料生生产氨基酸前前景是十分广广阔的。我国国的人发、动动物毛发、蹄蹄角等角质蛋蛋白原料数量量大,而且又有比比较完整的购购销网络,虽然目前在在分离提纯上上还存在一些些问题,但根据我们们的设计和实实验说明,随着新技术术的推广应用用,生产装备的的不断完善,综合利用和和环保意识的的逐步增强,我国氨基酸酸生产的产量量、质量、规规模和效益都都会有一个较较大幅度的提提高。SeparattionaandPuurificcationnofAAminoAcidssAbstracct:thhetecchniquueofseparrationnandpurifficatiionoffaminnoaciidsdoomestiicandaabroaddarerreviewwed.BBriefllyexppatiattetheeappllicatiioninnpracctice..Keyworrds:aaminoacidss;sepparatiion;ppurifiicatioon;appplicaation;;参考文献[1]周骏山..实用氨基酸酸手册[M].无锡市氨氨基酸研究所所.19899,264[2]戴红红,张宗才,张新申.制革废弃物物中氨基酸的的提取和分离离.氨基酸和生生物资源[JJ],20003,255(3):46~488[3]董军芳,,林金清,谭平华,曾颖.分离提纯氨氨基酸的新方方法.福建化工[J],22002（1）:34~~36[4]李良铸,,由木金,卢盛华.生化制药学[M].北京:中国医药科科技出版社,19911[5]ShakkaloVVF.BP113147008[6]USSRR1631188[7]季浩宇..离子交换法法从生产胱氨氨酸废液中分分离提取三种种碱性氨基酸酸.氨基因杂志[J],11994(22):199~22[8]潘秋霞,,王春生.用732阳离子交换换树脂提取碱碱性氨基酸的的工艺研究..氨基酸杂志[J],11994（2）:23~~24[9]HaeenselR,HallwachssW,SSchugeerlK..ChemmEmgSci[JJ],19886,41::1811~~1815[10]TeeromottoM,MiyakkeY,MatsuuyamaH,etal.IISEC’90,Kyyoto,11990[11]NattoT,OOhtakeeT,MMatsummotoMM,etal,JChemEngJJapan,,1991,,24:200~24[12]SchhlichttingEE,HallwachssW,SSchiiggerlKK,CheemEnggProccexx[JJ],19885,19::317~3328[13]刘阳生生,戴猷元,汪家鼎.萃取分离氨氨基酸研究进进展,现代化工[J].19998(8)):8~112[14]翁连进进.混合氨基酸酸的分离技术术.化工进展[J].2000（2）:51~~53[15]LiaaoShiisu,LLinZhhou,JJiangGanbuua,ZhhangDDelonggSolvventEExtracctionandIIonExxchangge[J],11993,111(5),,849~~859[16]MaasaakiiTeraamoto,,yoshhikazuuMiyaake,HHidetooExtrractioonofAminooAciddswitthOrgganophhosphoorusEExtracctant[[J].1993::25~266[17]相群星星.用D2EHPA对不同结构构氨基酸萃取取行为研究.清华大学化化工系,1988年毕业论文文[18]曹汉瑾瑾,王德宝,刘沛研等.二（2-乙基己基）磷磷酸对氨基酸酸的萃取平衡衡.高等学校化化学学报[J].1996,,17（3）386~3388[19]CllydC..dewottt,Laansingg,anddMerttrnW,,Fogiie,Miidlandd.Micch.USS28949954[20]WeeberAAlfredd,WillkeDeetlef,,KurzzidionnJohaannes,,KennneckeMarioo.USPP46444067[21]TerramotooMasssaki,NaraHirosshi,MMatsuyyamaHHidetoo,MiyyakeYYoshikkazu.ProSSympSSolvenntExttr[J],,19899:23~228[22]StiienmannThommasJ,,MatttisonPhilllipL..EP33537288[23]LiaaoShiisu,LLinZhhou,JJiangGanhuua,ZhhangDDclongg.SollventExtraactionnandIonEExchannge[J]],19993,11((5):8449~8599[24]MarrieChhristiineBiitar,JeanLouissSaboot,PaaulAiiollett[J].EP2511852[25]TuoominennFrannisW,,SwannaonRRonalddR,MMattissonPhhillippL,MMackayyKemmmethDD,USPP48868888[26]张德隆隆,廖史书.溶剂萃取法法分离氨基酸酸的最新进展展.氨基酸和生生物资源[J].1995,,17（3）:51~~54[27]C..A.56::608996[28]Naakamurra,Waalumioo(SagaamiChhemicaalRessearchhCentter)Jaapan77414,,727[29]ShiintamFurussaki,KazuyyukiKKishi,,JChhentEEngJppn[J],,19900,23((1):911~93[30]EpaaminonndasBBLeoddidis,,TAllanHaatton,,JPhhyaChham[J]],19990,94::6400~~6411[31]MootonarriAdaachi,MakottoHarrada,AkihiiaaShhioi,YasuooSatoo,JphhysChhem[J]],19991(95)):79226~79331[32]WeenhuaWang,,MarttinEWeberr,JuaanHVVers.IndEEngChhemRees[J],11995(334):5599~6006[33]翁连进进.反