专利名称：从甘蔗梢中提取氨基酸的方法
技术领域：
本发明属一种从甘蔗梢中提取氨基酸的方法。
背景技术：
蔗梢是蔗茎生长点(蔗黄)所在部位，在甘蔗生长发育过程中，蔗茎的养料尽量提供给生长点，故它含有丰富的营养物质，如蛋白质、淀粉、氨基酸、维生素、酶类及矿物质等。 蔗梢中氨基酸的含量是蔗茎中的约5倍左右。氨基酸是构成生物体蛋白质分子的基本单位，与生物的生命活动有着密切的关系。它在机体内具有特殊的生理功能，是生物体内不可缺少的营养成分之一。氨基酸除具有众所周知的营养作用以外，近年医药研究部门已确认某些氨基酸的医疗价值，如精氨酸、谷氨酸作为肝昏迷抢救药物之一；组氨酸用于治疗胃及十二指肠溃疡和肝炎；蛋氨酸用于治疗肝硬化和脂肪肝；赖氨酸、蛋氨酸大量用作强化食品，促进儿童发育；天冬氨酰胺是治疗心脏病和高血压的良药等。广西甘蔗年产量超过4400万吨，甘蔗蔗梢的量非常大，但蔗梢对制糖工业几乎没有用处，每年被砍割下来的数百万吨蔗梢或被还田，或做牲畜饲料，对其加工利用的程度不大，没有发挥资源优势。如果能根据甘蔗蔗梢的成分，对其做一些深加工方面的研究，充分开发利用其潜在价值，对带动地方经济是大有益处的。
发明内容
本发明要求解决的技术问题是提供一种能变废为宝、充分利资源、用甘蔗梢做原料提取氨基酸的方法。本发明以如下技术方案解决上述技术问题(1)对甘蔗梢压榨出的甘蔗梢汁，首先用真空抽滤除去汁中的泥土、蔗渣，再用活性炭静态吸附脱色，脱色时将原汁稀释50倍，pH为2 5，活性炭用量2 6g/100mL，吸附时间为50 150min，加热温度为50°C 90°C ；(2)使用活性炭动态吸附蔗梢汁中的酪氨酸和苯丙氨酸，活性炭的用量为1 5g/100mL, pH为5 6 ；再用氨水和乙醇从活性炭中动态洗脱酪氨酸和苯丙氨酸，氨水的浓度为0. 5 2. Omo 1/L,乙醇的浓度为30% 90% ；(3)用离子交换吸附法分离碱性氨基酸(组氨酸、赖氨酸、精氨酸)，洗脱剂为以下五种中的一种或两种NH4Cl, NH4Cl-NH3 · H2O(1 1)、NH3 · H2O, NH4COOH-NH3 · H2O(1 1)、 NH4COOH,流速为 1 ;3mL/min。步骤1所述的活性炭静态吸附脱色的pH为4，加热温度为80°C，吸附时间为 75min，活性炭用量为4g/100mL。步骤2所述的活性炭动态吸附酪氨酸和苯丙氨酸时，流速控制在1 1. 5mL/min。步骤2所述的从活性炭中动态洗脱氨基酸时，先用蒸馏水洗柱，控制流速在2 3mL/min,至无茚三酮反应为止；然后用氨水洗脱，控制流速约在2 3mL/min，分步收集，配
3合Pauly反应检查，合并酪氨酸显浅红色部分，得到酪氨酸洗脱液；再改用60%乙醇洗脱， 至无茚三酮反应为止，得到苯丙氨酸洗脱液。本发明的活性炭要经过预处理，用0. 5mol/L的NaOH溶液、0. 5mol/L HCL溶液、自来水与蒸馏水按顺序处理，洗净浸泡，待其PH值变为中性时将其烘干。步骤3所述的分离碱性氨基酸时，利用离子交换法从蔗梢汁溶液中提取三种碱性氨基酸的最佳上柱及洗脱流速为lmL/min ；若需制备三种碱性氨基酸，可分别用三种不同浓度的 NH3 · H2O (0. 05mol/L,0. lmol/L, 2mol/L)洗脱先用 0. 05mol/L 氨水洗脱(洗脱液流速为约lmL/min)，待流出约20mL实体积后；开始分步收集，每管10mL，用0. lmol/L氨水洗脱，洗脱至无茚三酮反应，再用2mol/L氨水洗脱，洗至茚三酮反应检测基本上无显色为止，对收集洗脱液进行层析，层析池后，利用Pauly试剂检测和坂口试剂检测确定收集液组成，再进行结晶及重结晶得到精制的组氨酸、赖氨酸、精氨酸。若制备单一的精氨酸，采用 NH4COOH 和 NH4COOH-NH3 · H2O 结合使用，首先用 0. 2mol/L 的 NH4COOH-NH3 · H2O 洗脱组氨酸、 赖氨酸，洗至无茚三酮反应时，用去离子水洗至无C00H—，再用0. ImoVLNH3 · H2O和lmol/L NH3 · H2O相继洗脱，得单一的精氨酸，这样不仅可使组氨酸、赖氨酸与精氨酸获得较好分离， 同时又节省洗脱剂且产品不含NH4COOH,较易纯化。本发明的离子交换树脂要经过预处理，将732阳离子树脂放入烧杯中，加入过量的蒸馏水浸泡Mh，搅动树脂，除去悬浮的破碎树脂。然后，用2mol/L的HCl浸泡约池，用蒸馏水洗至PH5 6，然后用2mol/L的NaOH浸泡3h，再用蒸馏水洗至pH5 6，最后用2mol/ L的HCl作转型处理，用蒸馏水洗至中性。本发明的方法显著优点有应用活性炭来脱色和吸附苯丙氨酸与酪氨酸，大大提高了原料的利用率，降低了对设备的要求，提高了工作效率，而且活性炭吸附滤除了上柱液中的杂质，还解决了单纯分离交换柱中树脂易毒化的问题；同时先用活性炭吸附后用离子交换树脂分离比较好的解决了单纯离子交换苯丙氨酸、酪氨酸和组氨酸之间的交叉重叠现象。
具体实施例方式本发明提供了一种物理和化学方法相结合的手段从甘蔗梢中提取氨基酸的方法。 在本发明的方法中，用活性炭吸附分离酪氨酸和苯丙氨酸，用离子交换吸附法分离碱性氨基酸，洗脱剂和分离条件的选择是实现本发明的关键。本方法在对甘蔗梢汁进行了真空抽滤后，活性炭在PH为2 5、活性炭用量2 6g/100mL、吸附时间为50 150min、加热温度为50°C 90°C的条件下对甘蔗梢汁进行脱色的预处理；预处理后的甘蔗梢汁经活性炭在流速为1 1. 5mL/min、pH为5. 8的条件下吸附，然后用1. 5mol/L氨水洗脱，控制流速约在 2 3mL/min，分步收集，配合Pauly显色反应检查，至酪氨酸转阴显色，合并含酪氨酸部分， 再改用60 %乙醇洗脱，至无茚三酮反应为止，洗脱液经脱色低温结晶过滤得苯丙氨酸与酪氨酸的粗品；滤液再用离子交换树脂吸附交换，洗脱流速为lmL/min ；洗脱剂为以下五种中的一种或两种NH4C1、NH4Cl-NH3 · H20(1 1) >NH3 · H2O, NH4COOH-NH3 · H2O (1 1) ,NH4COOH, 洗脱液减压浓缩结晶得组氨酸、赖氨酸、精氨酸粗品，再经脱色过滤结晶烘干得精制氨酸。实施例1取甘蔗梢压榨成汁，过滤，滤去泥土等大分子杂质，将滤清汁稀释50倍，用活性炭脱色，脱色PH值为4. 0，加热温度为80°C，活性炭用量为4g/100mL，脱色时间为75min，活性炭对蔗梢汁溶液的脱色率达到75. 37%，氨基酸损失率为13. 75% ；过滤后取滤汁调pH为 5. 8，以流速为1 1. 5mL/min流入含IOOg活性炭的吸附柱内吸附酪氨酸和苯丙氨酸，配合茚三酮反应检查，至有紫红色反应，即停止上柱；先用蒸馏水洗柱，控制流速约在2 3mL/ min，至无茚三酮反应为止；然后用1. 5mol/L氨水洗脱，控制流速约在2 3mL/min，分步收集，配合Pauly反应检查，直到Panly反应不显浅红色为止，合并含酪氨酸转阴显色部分， 得到酪氨酸洗脱液；再改用60%乙醇洗脱，至无茚三酮反应为止，得到酪氨酸洗脱液。将酪氨酸洗脱液用旋转蒸发器减压浓缩赶氨，调pH值为2，加2 %活性炭颗粒脱色，过滤，滤液冷却至室温，冰箱内4°C下放置两天，小心分离滤液，有白色针状晶体析出，过滤得酪氨酸及滤液，再重结晶一次，用95 %乙醇洗涤，放置烘箱60°C烘干得酪氨酸成品，纸层析检测为单一斑点。将酪氨酸过滤液和苯丙氨酸洗脱液混合，同酪氨酸浓缩提纯步骤，得苯丙氨酸晶体，纸层析检测为单一斑点。将50mL处理完毕的732阳离子树脂置于1 X 40cm的离子交换柱内，取200mL活性炭吸附苯丙氨酸、酪氨酸后的蔗梢汁氨基酸溶液上柱，流速控制在ImL/ min，至流出液中有组氨酸显色反应(即Pauly显色反应检测)时，用去离子水洗至无氨基酸出来为止(不同温度条件下的吸附茚三酮检验)，先用0. 05mol/L氨水以约lmL/min流速洗脱，待流过约20mL实体积后，开始分步收集，每管10mL，继而用0. lmol/L氨水洗脱，洗脱至无茚三酮反应，再用2mol/L氨水洗脱，洗至茚三酮反应检测基本上无显色为止，共收集洗脱液86管。将第15-32管含有组氨酸的洗脱液进行减压浓缩，待有结晶出来，趁热用盐酸调至pH2. 5，并加入二倍于溶液量的95%无水乙醇，静置沉淀，过滤，得组氨酸粗品；将粗品溶于去离子水中，加热溶解，用盐酸调至PH2. 5，加1.5%溶液量的活性炭进行脱色、过滤， 滤液加二倍溶液量的95%无水乙醇，冷却结晶，过滤后低温烘干，纸层析检测为L-组氨酸成品。将第37-55管含有赖氨酸的洗脱液进行减压浓缩至糖浆状，用盐酸调至pH4左右，加入三倍溶液量的95%无水乙醇，冷却放置，过滤，得赖氨酸粗品；将粗品溶解于去离子水， 加热溶解，加1.5%活性炭脱色，过滤，再减压浓缩至结晶出现，加二倍溶液量的95%无水乙醇，冷却结晶，过滤后低温烘干，纸层析检测为L-赖氨酸成品。将第57-86管含有精氨酸的洗脱液进行减压浓缩，待有结晶出来，趁热用盐酸调至PH4. 0左右，并加入二倍于溶液量的95%无水乙醇，静置沉淀，过滤，得精氨酸粗品；将精氨酸粗品溶于去离子水，加热溶解， 用盐酸调至PH4.0，加溶液量的活性炭脱色，过滤，滤液加二倍溶液量的95%无水乙醇， 冷却结晶，过滤后低温烘干，纸层析检测为L-精氨酸成品。实施例2取甘蔗梢压榨成汁，过滤，滤去泥土等大分子杂质，将滤清汁稀释50倍，用活性炭脱色，脱色PH值为3. 22，加热温度为77. 8°C，活性炭用量为5g/100mL，脱色时间为70min, 过滤；取滤汁IOOmL,调pH为6，以流速为1 1. 5mL/min流入重量为500g活性炭的吸附柱内吸附先用蒸馏水洗柱，控制流速约在2 3mL/min，至无茚三酮反应为止；然后用2. Omol/L氨水洗脱，控制流速约在2 3mL/min，分步收集，配合Pauly反应检查，直到 Panly反应不显浅红色为止，合并含Tyr转阴显色部分，得到酪氨酸洗脱液；再改用50%乙醇洗脱，至无茚三酮反应为止，得到苯丙氨酸洗脱液。将酪氨酸洗脱液用旋转蒸发器减压浓缩赶氨，调PH值为2，加2%活性炭颗粒脱色，过滤，滤液冷却至室温，冰箱内4°C下放置两天，小心分离滤液，有白色针状晶体析出，过滤得酪氨酸及滤液，再重结晶一次，用95%乙醇洗涤，放置烘箱60°C烘干得酪氨酸成品，纸层析检测为单一斑点。将酪氨酸过滤液和苯丙氨酸洗脱液混合，同酪氨酸浓缩提纯步骤，得苯丙氨酸晶体，纸层析检测为单一斑点。将50mL 处理完毕的732阳离子树脂置于lX40cm的离子交换柱内，取200mL经活性炭吸附苯丙氨酸、酪氨酸后的蔗梢汁氨基酸溶液上柱，流速控制在lmL/min，至流出液中有组氨酸显色反应(Pauly反应检测)时，用去离子水洗至无氨基酸出来为止(不同温度条件下的吸附茚三酮检验)，然后用0. lmol/L的NH4C00H-NH3 · H20洗脱，至无茚三酮反应，再用0. 5mol/L的 NH4C00H-NH3 · H20继续洗脱。当洗脱剂用量为150 300mL时，洗脱出来的为组氨酸，将组氨酸的洗脱液进行减压浓缩，待有结晶出来，趁热用盐酸调至PH 2. 5，并加入二倍于溶液量的95%无水乙醇，静置沉淀，过滤，得组氨酸粗品；将组氨酸粗品溶解于去离子水中，加热溶解，用盐酸调至PH2. 5，加1. 5%溶液量的活性炭进行脱色、过滤，滤液加二倍溶液量的 95%无水乙醇，冷却结晶，过滤后低温烘干，纸层析检测为L-组氨酸成品。当洗脱剂用量为 340 690mL时，洗脱出来的为赖氨酸，将赖氨酸的洗脱液进行减压浓缩至糖浆状，用盐酸调至pH4左右，加入三倍溶液量的95%无水乙醇，冷却放置，过滤，得赖氨酸粗品；将赖氨酸粗品溶于去离子水，加热溶解，加1.5%活性炭脱色，过滤，再减压浓缩至结晶出现，加二倍溶液量的95%无水乙醇，冷却结晶，过滤后低温烘干，纸层析检测为L-赖氨酸成品。当洗脱剂用量为690 920mL时，洗脱出来的为精氨酸，将精氨酸的洗脱液进行减压浓缩，待有结晶出来，趁热用盐酸调至PH4.0左右，并加入二倍于溶液量的95%无水乙醇，静置沉淀，过滤，得精氨酸粗品；将粗品溶于去离子水，加热溶解，用盐酸调至PH4.0，加溶液量的活性炭脱色，过滤，滤液加二倍溶液量的95%无水乙醇，冷却结晶，过滤后低温烘干，纸层析检测为L-精氨酸成品。实施例3取甘蔗梢压榨成汁，过滤，滤去泥土等大分子杂质，将滤清汁稀释50倍，用活性炭脱色，脱色PH值为3，加热温度为75°C，活性炭用量为4g/100mL，脱色时间为80min，过滤， 取滤汁IOOmLdif PH为5. 5，以流速为1 1. 5mL/min流入重量为500g活性炭的吸附柱内吸附，先用蒸馏水洗柱，控制流速约在2 3mL/min，至无茚三酮反应为止；然后用1. Omol/ L氨水洗脱，控制流速约在2 3mL/min，分步收集，配合Pauly反应检查，直到Panly反应不显浅红色为止，合并含酪氨酸转阴显色部分，得到酪氨酸洗脱液；再改用70%乙醇洗脱， 至无茚三酮反应为止，得到苯丙氨酸洗脱液。将酪氨酸洗脱液用旋转蒸发器减压浓缩赶氨， 调PH值为2，加2%活性炭颗粒脱色，过滤，滤液冷却至室温，冰箱内4°C下放置两天，小心分离滤液，有白色针状晶体析出，过滤得酪氨酸及滤液，再重结晶一次，用95%乙醇洗涤，放置烘箱60°C烘干得酪氨酸成品，纸层析检测为单一斑点。将酪氨酸过滤液和苯丙氨酸洗脱液混合，同酪氨酸浓缩提纯步骤，得苯丙氨酸晶体，纸层析检测为单一斑点。将50mL处理完毕的732阳离子树脂置于IX 40cm的离子交换柱内，取200mL经活性炭吸附苯丙氨酸、酪氨酸后的蔗梢汁氨基酸溶液上柱，流速控制在lmL/min，至流出液中有组氨酸显色反应(Pauly 显色反应检测)时，用去离子水洗至无氨基酸出来为止(不同温度条件下的吸附茚三酮检验)，然后用0. lmol/L的NH4C00H洗脱至无茚三酮反应，再用0. 5mol/L的NH4C00H继续洗脱。当洗脱剂用量为180 320mL时，洗脱出来的为组氨酸，将组氨酸的洗脱液进行减压浓缩，待有结晶出来，趁热用盐酸调至PH2. 5，并加入二倍于溶液量的95%无水乙醇，静置沉淀，过滤，得组氨酸粗品；将组氨酸粗品溶解于去离子水中，加热溶解，用盐酸调至PH2. 5，加1. 5%溶液量的活性炭进行脱色、过滤，滤液加二倍溶液量的95%无水乙醇，冷却结晶， 过滤后低温烘干，纸层析检测为L-组氨酸成品。当洗脱剂用量为340 750mL时，洗脱出来的为赖氨酸，将赖氨酸的洗脱液进行减压浓缩至糖浆状，用盐酸调至PH4左右，加入三倍溶液量的95%无水乙醇，冷却放置，过滤，得赖氨酸粗品；将粗品溶于去离子水，加热溶解，加 1.5%活性炭脱色，过滤，再减压浓缩至结晶出现，加二倍溶液量的95%无水乙醇，冷却结晶，过滤后低温烘干，纸层析检测为L-赖氨酸成品。当洗脱剂用量为750 980mL时，洗脱出来的为精氨酸，将精氨酸的洗脱液进行减压浓缩，待有结晶出来，趁热用盐酸调至PH4. 0 左右，并加入二倍于溶液量的95%无水乙醇，静置沉淀，过滤，得精氨酸粗品；将粗品溶于去离子水，加热溶解，用盐酸调至PH4. 0，加1 %溶液量的活性炭脱色，过滤，滤液加二倍溶液量的95%无水乙醇，冷却结晶，过滤后低温烘干，纸层析检测为L-精氨酸成品。
权利要求
1.一种从甘蔗梢中提取氨基酸的方法，其特征是工艺步骤为步骤1对甘蔗梢压榨出的甘蔗梢汁，首先用真空抽滤除去汁中的泥土、蔗渣，再用活性炭静态吸附脱色，脱色时将原汁稀释50倍，PH为2 5、活性炭用量2 6g/100mL、吸附时间为50 150min、加热温度为50°C 90°C ；步骤2使用活性炭动态吸附蔗梢汁中的酪氨酸和苯丙氨酸，pH为5 6;再用氨水和乙醇从活性炭中动态洗脱酪氨酸和苯丙氨酸，氨水的浓度为0. 5 2. Omol/L,乙醇的浓度为 30% 90% ；步骤3用离子交换吸附法分离碱性氨基酸组氨酸、赖氨酸、精氨酸，洗脱剂为以下五种中的一种或两种=NH4Cl、比例为1 1的NH4Cl-NH3 · H2O, NH3 · H2O,比例为1 1的 NH4COOH-NH3 · H2O 和 NH4COOH,流速为 1 3mL/min。
2.如权利要求1所述的从甘蔗梢中提取氨基酸的方法，其特征是步骤1所述的活性炭静态吸附脱色的PH为4，加热温度为80°C，吸附时间为75min，活性炭用量为4g/100mL。
3.如权利要求1所述的从甘蔗梢中提取氨基酸的方法，其特征是步骤2所述的活性炭动态吸附酪氨酸和苯丙氨酸时，流速控制在1 1. 5mL/min。
4.如权利要求1所述的从甘蔗梢中提取氨基酸的方法，其特征是步骤2所述的从活性炭中动态洗脱氨基酸时，先用蒸馏水洗柱，控制流速在2 3mL/min，至无茚三酮反应为止； 然后用氨水洗脱，控制流速在2 3mL/min，分步收集，配合Pauly显色反应检查，合并酪氨酸显浅红色部分，得到酪氨酸洗脱液；再改用60%乙醇洗脱，至无茚三酮反应为止，得到苯丙氨酸洗脱液。
5.如权利要求1或2或3或4所述的从甘蔗梢中提取氨基酸的方法，其特征是本发明的活性炭要经过预处理，用0. 5mol/L的NaOH溶液、0. 5mol/L HCL溶液、自来水与蒸馏水按顺序处理，洗净浸泡，待其PH值变为中性时将其烘干。
6.如权利要求1所述的从甘蔗梢中提取氨基酸的方法，其特征是步骤3所述的分离组氨酸、赖氨酸、精氨酸时，利用离子交换法从蔗梢汁溶液中提取的最佳上柱及洗脱流速为lmL/min ；若需制备上述三种碱性氨基酸时，可分别用0. 05mol/L、0. lmol/L,2mol/L的 NH3 · H2O洗脱先用0. 05mol/L氨水以流速为0. 8-1. 2mL/min洗脱，待流出约20mL实体积后，开始分步收集，每管10mL，共收集洗脱液86管。再用0. lmol/L氨水洗脱，洗脱至无茚三酮反应，最后用2mol/L氨水洗脱，洗至茚三酮反应检测基本上无显色为止，对收集洗脱液进行层析，层析池后，利用Pauly显色试剂检测和坂口试剂检测确定收集液组成，再进行结晶及重结晶得到精制的组氨酸、赖氨酸、精氨酸；若制备单一的精氨酸，采用NH4COOH和 NH4COOH-NH3 · H2O结合使用，首先用0. 2mol/L的NH4COOH-NH3 · H2O洗脱组氨酸、赖氨酸，洗至无茚三酮反应时，用去离子水洗至无C00H-，再用0. ImoVLNH3 · H2O和lmol/LNH3 · H2O相继洗脱，得单一的精氨酸。
7.如权利要求1所述的从甘蔗梢中提取氨基酸的方法，其特征是本发明离子交换树脂要经过预处理，将732阳离子树脂放入烧杯中，加入过量的蒸馏水浸泡Mh，搅动树脂，除去悬浮的破碎树脂；然后，用2mol/L的HCl浸泡约池，用蒸馏水洗至pH5 6，再用2mol/L的 NaOH浸泡池，用蒸馏水洗至pH5 6，最后用2mol/L的HCl作转型处理，用蒸馏水洗至中性。
全文摘要
本发明公开了一种从甘蔗梢中提取氨基酸的方法，将压榨砍割后的蔗梢压出汁，用真空抽滤除去汁中的泥土、蔗渣，用活性炭对蔗梢汁吸附脱色后，再用活性炭动态吸附酪氨酸和苯丙氨酸，用氨水和乙醇动态洗脱，收集洗脱液，经浓缩结晶，得粗品酪氨酸和苯丙氨酸；再用离子交换吸附法分离出组氨酸、赖氨酸和精氨酸。本发明先用活性炭吸附、后用离子交换树脂分离的方法，不仅提高了原料的利用率、降低了对设备的要求，提高了工作效率，而且较好的解决了单纯离子交换时苯丙氨酸、酪氨酸和组氨酸之间的交叉重叠现象。
文档编号C07C227/40GK102260181SQ20111012426
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者孙卫东, 张业辉, 张娟, 朱蓉艳, 李军委, 牛丽, 谢伟 申请人:广西大学