离子交换法从兔毛中提取L-精氨酸的研究

【作者】 张昊； 张毅； 李雅兴；

【机构】 天津工业大学纺织学院；

【摘要】 我国兔毛资源浪费严重,在纺织加工中每年都有大量的兔毛副产品、不适合纺纱的短纤维、粗毛和两型毛等兔毛原料被丢弃,这些兔毛废弃物属于动物蛋白纤维,含有相当丰富的角蛋白。据统计,我国每年有几十吨的兔毛废弃物会被直接丢弃在垃圾填埋场,既浪费宝贵的角蛋白资源,又加重对环境的污染。如果能够将这些废弃的兔毛进行回收,不仅可缓解当前兔毛废弃物堆积而导致污染环境问题,还使废弃资源重新获得使用价值。本文通过对兔毛中氨基酸的成分组成与含量进行分析,发现兔毛中以精氨酸的含量占6.32%,高于其他制备L-精氨酸的原料,因此兔毛可被认为是一种提取L-精氨酸的良好材料。本课题首次提出兔毛为原料提取L-精氨酸,并通过优化工艺条件来确定一个连续可操作的工艺流程,实现整个生产工艺的产业化。首先,本课题采用酸解法探究兔毛的水解工艺,并以兔毛溶解率及以精氨酸浓度为指标对工艺进行优化,将浴比、温度、时间作为影响因素设计正交试验,获得最佳的水解工艺:兔毛与8mol/L盐酸的浴比为1:2,反应温度为115℃,反应时间为8h。其次,将兔毛水解液进行脱色、脱盐处理研究,对比各种处理方法,最终选择两步法联合处理兔毛水解液,第一步是采用浓缩结晶法除去溶液中部分酸性、中性氨基酸及部分无机盐,该过程的脱盐率为18.7%,L-精氨酸损失率为5.2%;第二步是采用树脂吸附法,反应温度、树脂用量、时间作为影响因素设置单因素试验,考察了四种树脂对色素、无机盐及L-精氨酸的吸附性能。试验结果分析确定兔毛水解液先后通过D3520树脂、201×7树脂的共同吸附达到增强脱色、脱盐效果。最后,选择离子交换法从兔毛水解液中提取L-精氨酸。通过静态法考察001×7、D001和D155三种树脂对L-精氨酸的吸附平衡时间、溶液pH、兔毛水液中以精氨酸初始浓度及吸附等温曲线,结果表明H种树脂的吸附平衡时间分别为60min、60min和150min;001×7、D001树脂的最佳pH为6-7之间,D155树脂的最佳pH为8左右,最佳L-精氨酸初始浓度为20g/L。对三种树脂的吸附等温曲线进行Langmuir方程的线性拟合,得到三种树脂的最大平衡吸附量分别为66.67mg/g、70.42 mg/g、46.51 mg/g,并且三种树脂对L-精氨酸的吸附行为都能很好的用Langmuir方程描述。通过动态法探讨三种树脂在不同上样流速下对L-精氨酸吸附的穿透曲线,结果表明低流速更有利于吸附,最佳上样流速为1mL/min。选择001×7树脂为理想吸附剂,对其穿透曲线进行积分,得到最佳的兔毛水解液体积与树脂质量比为4:1。以氨水为洗脱剂,考察树脂在不同浓度的氨水和洗脱流速下的洗脱曲线,确定氨水浓度为2mol/L,洗脱速度为1mL/min。在上述吸附和洗脱条件下进行工艺,得到该工艺的L-精氨酸吸附量为64.06 mg/g,洗脱率为92%。综合上述每步优化后的工艺,最终形成一个完整、连贯的从兔毛中提取以精氨酸的生产工艺流程,并且在该工艺得到以精氨酸得率为3.15%,提取率为49.85%。更多还原