鋇鹽法從二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物制備亮氨酸的研究

摘 要：二氯苯磺酸可選擇性地從毛發(fā)水解液中沉淀亮氨酸，得到二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物。本文研究了二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物提純的方法及二氯苯磺酸與亮氨酸分離的方法，最終得到符合質(zhì)量要求的亮氨酸產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用水中重結(jié)晶法可大幅度提高二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物的純度;復(fù)合物中亮氨酸占氨基酸總量的比例由粗品的49.0%提高到94.8%。Ba2+可與二氯苯磺酸結(jié)合生成二氯苯磺酸鋇沉淀，采用鋇鹽脫除二氯苯磺酸沉淀劑法方法簡單，脫除沉淀劑的效果較好，脫除率達(dá)92.2%;亮氨酸產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到美國藥典（USP34）標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品收率為4.1%。二氯苯磺酸沉淀劑容易再生，再生回收率不低于97%。

關(guān)鍵詞：毛發(fā);沉淀;亮氨酸;二氯苯磺酸;鋇鹽

中圖分類號：Q517

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

氨基酸可作為營養(yǎng)物質(zhì)、藥物及化工原料。蛋白質(zhì)水解提取法是生產(chǎn)氨基酸的一種重要方法[1-7]。以動物毛發(fā)（人發(fā)、豬毛、鴨毛、雞毛等）為原料的氨基酸生產(chǎn)工藝已在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，提取的品種已從單一的胱氨酸到同時(shí)提取胱氨酸、酪氨酸、亮氨酸、精氨酸等多種氨基酸[8-14]。從毛發(fā)中提取氨基酸的傳統(tǒng)工藝流程如下：

其中胱氨酸和酪氨酸是采用中和沉淀法分離，精氨酸一般采用離子交換樹脂法分離[11]，亮氨酸一般采用二甲苯磺酸沉淀法分離[12-14]。

作者提出了一條新的生產(chǎn)工藝[15]，基本工藝流程如下：

二氯苯磺酸與二甲苯磺酸結(jié)構(gòu)相似，前者苯環(huán)上有兩個氯原子，后者苯環(huán)上有兩個甲基。它們都是高效的氨基酸沉淀劑。二甲苯磺酸只能沉淀亮氨酸，二氯苯磺酸既能沉淀亮氨酸，也能沉淀精氨酸。在新工藝中使用二氯苯磺酸為沉淀劑，從毛發(fā)水解液中選擇性地分步沉淀亮氨酸和精氨酸。沉淀亮氨酸、精氨酸后的母液可繼續(xù)分離提取胱氨酸和酪氨酸。新工藝簡化了工藝流程，大幅度提高了亮氨酸、精氨酸的收得率，方便了母液的綜合利用，減輕了環(huán)境污染。

二氯苯磺酸從水解液中沉淀亮氨酸得到二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物。但由于水解液中成分復(fù)雜，且沉淀有很強(qiáng)的夾帶與吸附效應(yīng)，導(dǎo)致從水解液中得到二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物沉淀純度較低，需進(jìn)一步提純。本文研究了二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物提純的方法。

為制備亮氨酸產(chǎn)品，還需將二氯苯磺酸除去或分離?？梢越梃b的是二甲苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物的分離方法[13，14]，采用的方法是在氨性溶液中加熱，再冷卻，亮氨酸形成結(jié)晶析出，二甲苯磺酸陰離子與銨離子溶解在溶液中。但這一方法在二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物的分離中并不適合。因?yàn)槎缺交撬徜@在水中的溶解度較小，在同樣的條件下，二氯苯磺酸銨與亮氨酸同時(shí)析出結(jié)晶，無法實(shí)現(xiàn)二者的分離。

作者提出了一種利用鋇鹽與二氯苯磺酸形成難溶沉淀的新方法，實(shí)現(xiàn)了二氯苯磺酸與亮氨酸分離，最終得到符合質(zhì)量要求的亮氨酸產(chǎn)品。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 原材料、試劑和儀器

毛發(fā)：實(shí)驗(yàn)中采用鴨毛為原料，羅江晨明生化制品有限公司提供。工業(yè)鹽酸：含31% HCl，工業(yè)級，用于水解鴨毛。其它化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

RE-85C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海青浦滬西儀器廠;DK-98-IIA電熱恒溫水浴鍋：天津泰斯特儀器有限公司;85-2磁力攪拌器：江蘇金壇大地自動化儀器廠;SHA-B恒溫水浴振蕩器：金壇實(shí)驗(yàn)儀器公司;UV-1801紫外可見分光光度計(jì)：北京瑞利分析儀器公司;液相色譜儀：LabTECH，北京萊伯泰科儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 二氯苯磺酸沉淀亮氨酸

按文獻(xiàn)[15]的方法從鴨毛水解液中沉淀亮氨酸，得到二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物沉淀。

1.3.2 二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物沉淀重結(jié)晶

按1.3.1的方法，由400 g鴨毛的水解液沉淀得到二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物沉淀粗品，置于燒杯中，加適量水，加熱至80℃，得重結(jié)晶溶解液，溶液體積約500 mL。靜置，冷卻至室溫（20℃）結(jié)晶，12 h后抽濾，用水洗滌兩次，干燥得二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物沉淀精品。

1.3.3 鋇鹽法脫除沉淀劑

將二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物沉淀精品50 g置于燒杯中，加水，加熱至80℃溶解，溶解液約200 mL。趁熱加入75 mL 250 g/L氯化鋇溶液，維持溫度60℃，攪拌1 h。再攪拌冷卻至室溫。抽濾，用水洗滌兩次，得濾液320 mL。

1.3.4 制取亮氨酸

脫除沉淀劑后濾液旋蒸至約100 mL，冷卻結(jié)晶，抽濾，得亮氨酸粗品。再采用常規(guī)的水溶、脫色、濃縮、結(jié)晶的方法精制，得亮氨酸精品。

1.3.5 二氯苯磺酸沉淀劑再生

將脫除沉淀劑得到的二氯苯磺酸鋇沉淀（干重41 g）置于200 mL燒杯中，加50 mL水?dāng)嚿?，呈泥漿，加熱至80℃，一次性加入3 mol/L硫酸25 mL，繼續(xù)保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 h。抽濾，水洗三次。濾液為回收的二氯苯磺酸沉淀劑，濾渣為硫酸鋇。

1.3.6 液相色譜法測定氨基酸含量

采用大連依利特公司的氨基酸分析系統(tǒng)，按文獻(xiàn)[16]的方法進(jìn)行氨基酸分析。

1.3.7 二氯苯磺酸鹽溶解度的測定

取適量二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物、二氯苯磺酸銨、二氯苯磺酸鈉和二氯苯磺酸鋇于100 mL錐形瓶中，加水20 mL，樣品量應(yīng)足夠，以保證樣品不會完全溶解。在恒溫水浴震蕩器中震蕩10 h，靜置2 h。取清液稀釋，在274 nm處用紫外可見分光光度計(jì)測定其吸光度，與標(biāo)準(zhǔn)樣對照計(jì)算樣品中二氯苯磺酸的含量，再推算此二氯苯磺酸鹽在水中的溶解度。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝路線

采用二氯苯磺酸沉淀法，以毛發(fā)為原料提取氨基酸是先將毛發(fā)酸水解，再從水解液中沉淀亮氨酸，得到二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物。再對復(fù)合物重結(jié)晶、脫除沉淀劑及精制工序最終得到亮氨酸產(chǎn)品。為提高亮氨酸產(chǎn)品收率，還需對工藝過程中產(chǎn)生的母液合理套用，最終形成的亮氨酸提取工藝路線見圖1。

2.2 二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物沉淀的精制

毛發(fā)水解液含有十七種氨基酸及其它雜質(zhì)，從毛發(fā)水解液中沉淀得到的二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物含雜量很高（表1），需進(jìn)一步提純。

二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物是一種依靠靜電引力的鹽結(jié)晶，在水中的溶解度隨溫度升高而升高。因此可以采用在水中升溫溶解、再降溫結(jié)晶的方式進(jìn)行精制。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在80℃溶液中，結(jié)晶完全溶解，冷卻到室溫（20℃）可析出大量結(jié)晶。

按1.3.1和1.3.2的方法，從400 g羽毛水解液得到二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物粗品80.4 g;重結(jié)晶后得到二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物精品50.0 g。各種物料中氨基酸分布情況見表1。

由表1可見，二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物粗品中含有大量的其它氨基酸，經(jīng)過重結(jié)晶精制后得到的復(fù)合物精品中其它氨基酸含量大幅降低，其它氨基酸占氨基酸總量的比例由粗品的51.0%降為5.2%;亮氨酸占氨基酸總量的比例由粗品的49.0%提高到94.8%，可見精制效果顯著。

2.3 鋇鹽法脫除沉淀劑

與二氯苯磺酸類似，二甲苯磺酸也能與亮氨酸形成二甲苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物結(jié)晶。為得到亮氨酸產(chǎn)品，常采用氨解的方法將亮氨酸與二甲苯磺酸分離，具體方法是將復(fù)合物結(jié)晶分散于水中，升溫至80～90℃，加氨水調(diào)pH7～8，再冷卻結(jié)晶。由于亮氨酸溶解度較小，此時(shí)亮氨酸析出，鄰二甲苯磺酸及銨鹽留在溶液中，可以實(shí)現(xiàn)亮氨酸與二甲苯磺酸的分離。

二氯苯磺酸可與陽離子在一定條件下形成結(jié)晶，陽離子包括酸性條件下帶正電荷的亮氨酸，也包括銨離子、鈉離子、鋇離子等。表2為各種二氯苯磺酸鹽在20℃條件下的溶解度和溶度積。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果采用氨解的方法，不能實(shí)現(xiàn)二氯苯磺酸與亮氨酸的分離。原因是二氯苯磺酸銨的溶解度也比較小，在氨解條件下部分二氯苯磺酸銨與亮氨酸一同析出，無法有效分離。

由表2 可見，二氯苯磺酸與鋇離子形成的結(jié)晶溶解度比二氯苯磺酸-亮氨酸的溶解度更小。如果在二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物的熱溶解液中加入氯化鋇溶液，可以生成二氯苯磺酸鋇沉淀，從而釋放出亮氨酸。反應(yīng)式如下：

式中Leu代表亮氨酸;P代表二氯苯磺酸;Leu-P代表二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物;BaP2代表二氯苯磺酸鋇。

按1.3.4的方法脫除二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物中的沉淀劑，濾液中的二氯苯磺酸濃度為0.030 mol/L，脫除率=二氯苯磺酸總量-溶液中殘留量二氯苯磺酸總量

=0.123 mol-0.030 mol/L×0.32 L0.123 mol×100=92.2%。

濾液經(jīng)濃縮、結(jié)晶可得到亮氨酸粗品。濾液中的二氯苯磺酸幾乎全部留在粗品母液中，粗品母液套用到下一批的亮氨酸復(fù)合物重結(jié)晶工序中，可保證二氯苯磺酸的完全回收。

2.4 亮氨酸產(chǎn)品質(zhì)量

按1.3.4的方法，對脫除二氯苯磺酸后的濾液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶即可得到亮氨酸粗品。此粗品中仍含有一定的雜質(zhì)，顏色為黃色。需進(jìn)一步采用常規(guī)的水溶、脫色、濃縮、結(jié)晶的方法精制，得亮氨酸精品。根據(jù)氨基酸行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法，以美國藥典（USP34）標(biāo)準(zhǔn)為參照，對得到的亮氨酸產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

2.5 產(chǎn)品收率

由圖1可以看出，整個亮氨酸提取工藝過程中產(chǎn)生了多種含有亮氨酸的母液，可以分別套用在上一工序中，以提高產(chǎn)品收率。

按此方式進(jìn)行五次實(shí)驗(yàn)，去掉首次運(yùn)行的結(jié)果，計(jì)算亮氨酸的平均收率為4.1%。

2.6 二氯苯磺酸沉淀劑的回收

轉(zhuǎn)化為二氯苯磺酸鋇的沉淀劑需要重新轉(zhuǎn)化為二氯苯磺酸，再次用于沉淀亮氨酸。本文采用加硫酸生成硫酸鋇沉淀，二氯苯磺酸留在溶液中的方法。反應(yīng)式如下：

BaP2 + H2SO4 = BaSO4 + 2P

為了保證二氯苯磺酸完全釋放，需要先將二氯苯磺酸鋇沉淀在水中分散，加熱，再加入稀硫酸生成硫酸鋇沉淀。根據(jù)計(jì)算，41 g二氯苯磺酸鋇需要3 mol/L硫酸23 mL才能完全轉(zhuǎn)化為硫酸鋇，為保證轉(zhuǎn)化效果，可稍多加硫酸，以保證二氯苯磺酸沉淀劑回收完全。按1.3.5的方法得到硫酸鋇濾渣呈黑色，含有部分有機(jī)物雜質(zhì)，可能來自于水解液。硫酸鋇濾渣在105℃烘干后質(zhì)量為16.8 g，在850℃高溫電爐中灼燒2 h后殘?jiān)|(zhì)量為16.3 g。表明硫酸鋇濾渣中的有機(jī)質(zhì)較少，可能含有的二氯苯磺酸更少，可以認(rèn)為97%以上的二氯苯磺酸沉淀劑已被回收到濾液中，可以再次用于沉淀亮氨酸。

3 結(jié)論

3.1 采用水中重結(jié)晶法可大幅度提高二氯苯磺酸-亮氨酸復(fù)合物的純度;

3.2 鋇鹽脫除二氯苯磺酸沉淀劑法方法簡單，脫除沉淀劑的效果較好，脫除率達(dá)92.2%;

3.3 可制得合格的亮氨酸產(chǎn)品，產(chǎn)品收率較高，可達(dá)4.1%（相對于鴨毛重量）;

3.4 沉淀劑容易再生，再生回收率不低于97%。

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（責(zé)任編輯：曾 晶）