以Cyanex 272為流動(dòng)載體的乳狀液膜研究苯丙氨酸的遷移行為

李英華，李 慧，王景蓮

(1.中原工學(xué)院，河南鄭州 450007;2.鄭州蘭博爾科技有限公司，河南鄭州 450009)

氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，與人類的關(guān)系極為密切。近年來用乳狀液膜法分離氨基酸引起了人們的關(guān)注［1-3］，這種方法是常溫、常壓下將萃取和反萃取合二為一，且同時(shí)具有分離和濃縮功能［4］。

苯丙氨酸(phe)是合成甜味劑的兩種成分之一，社會(huì)需求量很大［5］。本實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)氨基酸在乳狀液膜中遷移進(jìn)行基礎(chǔ)性研究。選用Cyanex 272作為流動(dòng)載體，以Span80為表面活性劑，甲苯為成膜溶劑，用純品苯丙氨酸對(duì)乳狀液膜法分離、提純氨基酸進(jìn)行了模擬，得到了在該體系中苯丙氨酸的最佳遷移條件。并且，在此條件下與苯丙氨酸等電點(diǎn)相差較大的精氨酸、天冬氨酸的遷移率較小。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 主要試劑及其配制

Cyanex 272和Span80(化學(xué)純，上海大眾制藥廠)，分別配制成6%(質(zhì)量體積比)和0.1 mol/L的甲苯溶液;茚三酮(分析純，上海試劑三廠)，配制成2%的溶液;鹽酸(分析純，北京化學(xué)試劑二廠)，配制成2 mol/L的溶液;氨基酸(苯丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、精氨酸)(層析純，中國(guó)科學(xué)院東公司生化部)，均配制成0.05 mol/L的儲(chǔ)備液。

1.2 主要儀器

722型光柵分光光度計(jì);821型pH/mv計(jì);高速攪拌機(jī);高速攪拌制乳系統(tǒng);電動(dòng)攪拌裝置。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 乳狀液膜體系的制備

在制乳器中加入所需濃度的表面活性劑Span80和載體Cyanex 272的甲苯溶液，在約2 000 r/min的高速攪拌下，以20～30 mL/min的速度滴加內(nèi)相，膜相與內(nèi)相的體積比為1∶1，攪拌數(shù)分鐘即得穩(wěn)定的油包水型乳狀液。

2.2 氨基酸的遷移

在加有10 mL料相(即被測(cè)液)的小燒杯中加入2.0～2.5 mL乳狀液，置于電動(dòng)攪拌系統(tǒng)下攪拌，在一定時(shí)間內(nèi)(2～15 min)取下，靜置5 min，乳狀液與料液分層。取出一定量的下清液，測(cè)定外相中剩余氨基酸的量。

2.3 氨基酸含量的光度法測(cè)定

在含有氨基酸的10 mL比色管中，加入1 mL pH值為5.25的HAc-Ac-緩沖液，1 mL 3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的茚三酮溶液，在80℃左右的水浴加熱15 min，取出，在流水中冷卻至室溫，在267 nm的最大吸收波長(zhǎng)下以試劑為空白測(cè)其吸光度。

3 結(jié)果與討論

3.1 外相pH值對(duì)苯丙氨酸(phe)遷移的影響

用所配制的Britton-Robison緩沖液，使料液的pH 值分別控制在1.81、2.10、3.29，測(cè)得phe的遷移情況如表1所示。

表1 外相pH值對(duì)phe遷移的影響

操作條件:膜相為3%Span80+0.03mol/L Cyanex272+甲苯;內(nèi)相2mol/L的鹽酸;水乳比為10∶2.5。

結(jié)果表明，當(dāng)外相pH值為1.81時(shí)，phe的遷移率最大。

根據(jù)遷移機(jī)理，在外相酸性條件下，氨基酸可能變?yōu)锳A+(氨基酸的陽(yáng)離子形式)，當(dāng)遷移到內(nèi)相時(shí)，由于親電締合，釋放出AA，載體返回膜相。Phe的等電點(diǎn)pI=5.48，也就是說，料相的pH值＜5.48，phe才能以AA+形成遷移。當(dāng)料相的pH值＞5.48，phe在料相中以AA-形式存在，無法與Cyanex 272(陰離子載體)結(jié)合，所以遷移效果不好。若料相酸度過高，乳狀液與其接觸攪拌后，分散顆粒較大且不均勻，需要適當(dāng)增大攪拌速度，提高遷移率。

3.2 內(nèi)相鹽酸濃度對(duì)phe遷移的影響

HCl作為接受相，可使轉(zhuǎn)入膜相內(nèi)側(cè)的載體接受H+而釋放出AA，這樣H+由內(nèi)相隨載體遷移至外相，從而為氨基酸的遷移提供動(dòng)力。同時(shí)，還要考慮內(nèi)相HCl的滲出，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)料相遷移后，再測(cè)其酸度，pH值幾乎不變，經(jīng)檢驗(yàn)，亦無Cl-存在。在本實(shí)驗(yàn)中，我們選取HCl濃度為2 mol/L。

圖1 內(nèi)相鹽酸濃度對(duì)phe遷移的影響

操作條件:膜相為3%Span80+0.03 mol/L Cyanex 272+甲苯;外相pH值為1.81;水乳比為10∶2.5;遷移時(shí)間為10 min。

3.3 載體Cyanex 272濃度對(duì)遷移的影響

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，載體Cyanex 272濃度太大或太小，都不利于遷移。當(dāng)載體濃度在0～0.03 mol/L之間，phe的遷移率隨載體濃度的增加而增大。因?yàn)镃yanex 272在膜相中是以陰離子(P-)形式存在，可以和氨基酸的陽(yáng)離子形式(AA+)結(jié)合從而達(dá)到苯丙氨酸遷移的目的。但當(dāng)載體濃度繼續(xù)增大時(shí)，遷移率基本不變或略有減小。這可能是因?yàn)檩d體濃度超過一定量時(shí)，對(duì)膜的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;另外，載體濃度過大，和AA+結(jié)合后，不易解離。

表2 載體Cyanex 272濃度的影響

本實(shí)驗(yàn)中，我們選用濃度為0.03 mol/L的載體Cyanex 272。

3.4 表面活性劑Span80的濃度改變對(duì)遷移的影響

我們討論了當(dāng) Span80濃度為1%、2%、3%、4%時(shí)的情況，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)Span80濃度較低時(shí)，phe遷移率不高，當(dāng)Span80濃度為3%時(shí)遷移率較好。事實(shí)上，Span80濃度過高，由于膜的黏度增大，傳質(zhì)阻力增大，不利于分散和離子遷移，遷移率反而降低。

3.5 水乳比對(duì)遷移的影響

我們分別研究了水乳比(水∶乳)分別為10∶1、10∶2.5、10∶3的情況。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們選用水乳比為10∶2.5。一般認(rèn)為，當(dāng)水乳比較小時(shí)，由于乳狀液在料相中的量少，從而減小了乳狀液與料相的接觸面積。這樣，在相同條件下，遷移率降低。當(dāng)水乳比過大時(shí)，乳狀液顆粒分散不均，黏度較高，也不利于遷移。

3.6 在phe最適宜遷移條件下，氨基酸的遷移情況

在Phe最適宜遷移條件下，測(cè)定了幾種具有不同等電點(diǎn)的氨基酸的遷移率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。與phe等電點(diǎn)接近的甘氨酸(pI=5.97)遷移率較高，而等電點(diǎn)相差較大的天冬氨酸(pI=2.97)和精氨酸(pI=10.76)遷移率較低。這說明，通過控制酸度、內(nèi)相鹽酸濃度、載體濃度、表面活性劑用量，可以使得phe與其它氨基酸分離。但該體系還不能達(dá)到完全分離。

表3 不同氨基酸的遷移情況 %

4 結(jié)束語(yǔ)

通過Cyanex 272-Span80-甲苯體系中苯丙氨酸遷移情況的研究，得到了如下結(jié)論:①在該體系中苯丙氨酸最適宜的遷移條件:外相pH值為1.81，內(nèi)相鹽酸濃度為2 mol/L，載體Cyanex 272的濃度為0.03 mol/L，表面活性劑Span80濃度為3%，水乳比為10∶2.5。在此條件下，苯丙氨酸的遷移率可達(dá)到97.4%，說明用Cyanex 272富集、提取氨基酸是較為有效的方法。②在苯丙氨酸最適宜遷移條件下，與其等電點(diǎn)接近的氨基酸遷移率較高，而等電點(diǎn)差別較大的氨基酸遷移率較小，可以分離，但不能達(dá)到完全分離。

［1］韓 偉，嚴(yán) 忠，吳子生，等.液膜法提取濃縮氨基酸［J］.水處理技術(shù)，1995，21(2):77-80.

［2］Hong S A，Choi H J，Nam S W.Concentration of amino acids by a liquid emulsion membrane with a cationic extratant［J］.J Membr Sci，1992，70:225-235.

［3］Hong S A，Yang J W.Process development of amino acid concentration by a liquid emulsion membrane technique［J］.J Membr Sci，1994，86:181-192.

［4］鄭領(lǐng)英，王學(xué)松.膜技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［5］Thien M T，Hatton T A，Wang D I C.Separation and concentration of amino acids using liquid emulsion membranes［J］.Biotechnol Bioeng，1988，32:604-615.