从胱氨酸母液中提取L．精氨酸工艺概述

　　摘要：介绍了特殊沉淀法、电渗析法和离子交换法从胱氨酸母液中提取L-精氨酸的过程，并讨论了NaCl、NH4Cl对离子交换法提取L.精氨酸的影响。

　　L-精氨酸化学名为α-氨基-δ-胍基戊酸，L-精氨酸易吸水，为了便于贮存和运输，通常将它制成盐酸盐。L-精氨酸盐酸盐呈白色结晶性粉末，无臭，苦涩味，易溶于水，水溶液呈碱性，等电点pI为lO.76，在水中溶解度0℃和5O℃时分别为83g/L和400g/L，极微溶于乙醇，不溶于乙醚，熔点为 224℃ 。

　　L.精氨酸是人体和动物体内的半必需氨基酸，也是生物体尿素循环的一种重要中间代谢物，在医药工业上具有广泛的用途。临床上除作为复方氨基酸输液的主要组分之一外，L-精氨酸及其盐类广泛地用作氨中毒性肝昏迷的解毒剂和肝功能促进剂，对病毒性肝炎疗效显著，对肠道溃疡、血栓形成、神经衰弱和男性无精病等症都有治疗效果，而且在饥饿、创伤或应急状态下，L-精氨酸就成为必需氨基酸。此外，L-精氨酸也是配制营养或特殊治疗用途的重要原料。

　　近些年来，随着我国经济的发展。人民生活水平的逐步提高，L-精氨酸的需求量在逐年上升，L-精氨酸的生产技术的研究开发具有相当高的社会及经济效益。

　　L-精氨酸的主要生产方法有发酵法和蛋白酸解提取两种。国内外均有使用发酵法来生产L-精氨酸的报道，特别是在工业发达国家，由于资源和环保等原因，基本上采用发酵法生产或从其它国家进口。发酵法原料为淀粉或糖，生产过程不会对环境产生影响，但存在发酵液酸含量较低，发酵时间长，设备庞大，动力费用高，投资大等缺点而难以在我国工业上得到大规模推广。最早生产L-精氨酸方法是蛋白质酸解提取法，从明胶、脱脂大等加酸水解后提取分离出来的，这种方法因原料成本高而受到限制。由于在毛发、动物血粉等廉价的蛋白中精氨酸的含量较高，开发从这些动物蛋白质的酸解液中提取L.精氨酸生产技术具有较高的经济效益和应用前景。

　　我国广泛利用丰富的毛发资源来生产胱氨酸，提取胱氨酸后的母液中L.精氨酸的含量高达5%左右，是提取L.精氨酸的一个良好来源。现有少数厂家试图从胱氨酸母液提取L.精氨酸，但由于技术落后、收率低、成本高，尚未形成规模生产。可能是技术保密的原因，国外很少有从蛋白质水解液中提取氨基酸工艺方面的研究报道。

　　以下分别介绍国内采用特殊沉淀法、电渗析法和离子交换法从毛发水解制取胱氨酸后母液中提取L-精氨酸的过程，并指出其存在的缺点。

　　1 特殊沉淀法

　　特殊沉淀法是向含有精氨酸的蛋白水解中和液中加入沉淀剂，使精氨酸与沉淀剂生成溶解度小的复合物而沉淀，实现精氨酸与其它氨基酸的分离。常用的沉淀剂有苯甲醛。在搅拌下向中和后的蛋白水解液中加入苯甲醛，过程保持pH值高于8.5，使精氨酸与苯甲醛的复合物沉淀出来，静置6h后过滤，得苯亚甲基精氨酸粗品。用浓盐酸将苯亚甲基精氨酸粗品溶解，调整pH为4.0，减压蒸馏，回收苯甲醛。加入活性炭脱色、过滤，浓缩结晶。结晶用乙醇冲洗后烘干得到L-精氨酸盐酸盐。这一工艺是利用精氨酸与苯甲醛在碱性和低温条件下，形成溶解度较小的苯亚甲基精氨酸而沉淀，实现精氨酸与其它组分的分离。此外，L-精氨酸也能与五氯酚作用，生成难溶性复合物沉淀，滤取该沉淀，进一步精制可得L-精氨酸盐酸盐。苯甲醛沉淀法从蛋白水解液中提取L-精氨酸的工艺流程。

　　特殊沉淀法分离精氨酸虽然操作简单，选择性强，但是由于苯甲醛、五氯酚等沉淀剂本身有一定的毒性，回收困难，提取精氨酸后的废液排放会对环境造成污染，因此这种方法逐渐被其它分离方法所取代。

　　2 电渗析法

　　电渗析法提取L-精氨酸的基本原理是：在中性条件下，酸性氨基酸是阴离子，碱性氨基酸是阳离子，中性氨基酸离子净电荷为零，在静电电场作用下，酸性氨基酸向阳极运动，碱性氨基酸向阴极运动，中性氨基酸仍停留在淡化池中，初步实现分离;然后再将碱性氨基酸通过活性炭处理，精氨酸被吸附，而赖氨酸不被吸附，达到分离与纯化的目的。黄玉秀等人曾运用电渗析法，将混合氨基酸溶解于5% Na2SO4溶液体系中，调节pH=3.0，将其置于膜面积400cm2 的电渗析池中，接通电源，施加3 A/m2 电流强度形成的电场，经24h电析，碱性氨基酸和酸性氨基酸的迁移率均达到90%以上。然后将碱性氨基酸通过活性炭处理，有95%以上的精氨酸被吸附，而赖氨酸不被吸附，达到分离与纯化的目的。精氨酸收率为0.40% 一4.00% ，纯度为95.00%。

　　电渗析法虽然原理简单，但设备复杂，投资较大，生产控制有一定的难度，精氨酸回收率不高，该分离方法的应用不广。3 离子交换法

　　离子交换法从蛋白水解液中提取L-精氨酸的研究报道较多。其基本原理是利用氨基酸的两性电解质的性质，当溶液pH值低于氨基酸等电点时，氨基酸以阳离子形式存在，能被阳离子交换树脂吸附;当溶液pH值高于氨基酸等电点时，氨基酸以阴离子形式存在，能被阴离子交换树脂吸附。

　　英国曾经开发了将胱氨酸母液通过离子交换层析法分离出精氨酸。前苏联也有过同样的报道。

　　我国在20世纪80年代初就有利用胱氨酸一次粗品母液分离提取精氨酸的报道，马勇等人利用人发渣及猪毛水解提取胱氨酸后的母液为原料，通过732树脂柱层析分离，717树脂柱层析纯化，成功地分离出L-精氨酸，产品质量符合日本味之素公司标准。施跃峰等利用废羊毛水解提取胱氨酸后的母液为原料，通过适当改进后的离子交换柱层析分离法提取L-精氨酸，也成功地通过了中试。甘林火等研究发现，影响离子交换法从蛋白水解中和液中提取L-精氨酸提取率的主要因素是溶液中无机盐的浓度。他们通过实验分别考察了两种无机盐(NaCI和NH4c1)浓度对国产732型阳离子交换树脂吸附L-精氨酸的影响。结果表明，精氨酸吸附率随着无机盐浓度的增大而迅速下降，这是因为无机盐阳离子与精氨酸阳离子形成竞争吸附，随着无机盐浓度的不断增大，无机盐阳离子的竞争优势迅速上升，导致精氨酸被吸附的比率降低，精氨酸的吸附量就相应的减少了。

　　因此要从蛋白水解中和液中提取L-精氨酸，必须先将原料液中的无机盐尽可能的除去。国内虽然有不少离子交换法从蛋白水解中和液提取L-精氨酸的研究报道，但至今仍未形成规模化生产。经调查，主要的问题是L-精氨酸盐酸盐中含有少量其它的氨基酸，这是由于离子交换树脂在洗脱时各种氨基酸未完全分开，是离子交换法本身所存在的缺陷，只能尽量克服，难以完全解决;另一问题是胱氨酸母液是经大量稀释后上柱吸附，洗脱液中精氨酸含量不高，洗脱液需大量的浓缩，造成了生产成本高。

　　4 结 论

　　目前可用于从蛋白水解中和液中提取L-精氨酸的三种方法均各有阻碍产业化的缺陷，仍有待于进一步的研究开发，如寻找新型的无毒沉淀剂或开发专门的离子交换树脂。

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