用双极性膜电渗析法分离混合氨基酸_王辉

ISSN1000-0054CN11-2223/N清华大学学报(自然科学版)JTsinghuaUniv(Sci&Tech),2004年第44卷第12期2004,Vol.44,No.122/311588-1591用双极性膜电渗析法分离混合氨基酸王辉,余立新(清华大学化学工程系,北京100084)收稿日期:2003-12-09基金项目:国家“九七三”基础研究基金项目(2003CB615700)作者简介:王辉(1979-),男(汉),辽宁,硕士研究生。通讯联系人:余立新,教授,E-mail:yulixin@tsinghua.edu.cn摘要:为开发新的混合氨基酸分离技术,提出用双极性膜电渗析分离混合氨基酸的方法。在对混合氨基酸溶液中离子成分进行分析的基础上,预测了使用该法的可行性,并通过三室双极性膜电渗析法实验验证了理论计算的结果。对于等电点相差很大的谷氨酸和精氨酸以及等电点相差比较大的谷氨酸和甘氨酸以及精氨酸和甘氨酸两元混合物,可以实现很彻底的分离,得到纯度96%以上的产品,电流密度可以达到5～10mAcm-2。对于等电点相差很小的丝氨酸和脯氨酸,则分离难度较大,电流密度在1mAcm-2以下。该法不需使用缓冲溶液,可提高分离过程的效率。关键词:氨基酸;双极性膜;电渗析;分离中图分类号:O629.7文献标识码:A文章编号:1000-0054(2004)12-1588-04SeparationofmixedaminoacidsbybipolarmembraneelectrodialysisWANGHui,YULixin(DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Amembranedialysismethodwasdevelopedtoseparateaminoacidmixtures.Abipolarmembraneelectrodialysisprocesswasdevelopedtoseparateaminoacidsbasedoncalculatedcationandanionconcentrationsintypicalaminoacidmixtures.Three-chamberedelectrodialysisexperimentsverifiedtheprediction.Foraminoacidswithverylargeisoelectricpointdifferences,suchasglutamicacidandarginine,orwithmoderateisoelectricpointdifferences,suchasglutamicacidandglycineorarginineandglycine,theseparationprocessyieldsverypureaminoacidswithmorethan96%purity.Thecurrentdensityrangesfrom5～10mAcm-2.Forprolineandserinewhichhaveasmallisoelectricpointdifference,theseparationisdifficulttoachieveandthecurrentdensityisbelow1mAcm-2.Bufferingsolutionisnotneededinthisprocessandtheseparationefficiencycanberaised.Keywords:aminoacid;bipolarmembrane;electrodialysis;separation电渗析技术早已在氨基酸和蛋白质的生产中使用,但是目前主要用于氨基酸脱盐以及分离氨基酸和糖类物质[1,2]。现有电渗析技术用于混合氨基酸分离时必须使用缓冲溶液调节溶液的pH值,得到每种氨基酸和盐的混合物,然后通过电渗析脱盐得到纯的氨基酸产品。使用缓冲溶液的办法虽然可以有效地控制溶液的pH值,但同时引进了杂质离子,增加了分离的困难和能耗[36]。为开发新的混合氨基酸分离技术,本文提出使用三室型双极性膜电渗析分离混合氨基酸的方法。通过理论计算进行了预测,并且通过实验进行了验证。该方法不需使用缓冲溶液调节pH值,避免了杂质离子的引入,从而可以大大提高氨基酸的纯度,简化分离过程,降低分离能耗。1理论分析1.1混合氨基酸溶液中氨基酸的存在形态以氨基酸的二元混合溶液为例,计算其在水溶液中的存在形态和浓度,以便进行理论预测。1.1.1计算原理以精氨酸和谷氨酸的混合水溶液为例说明计算溶液组分的方法。下文中:精氨酸用A表示,谷氨酸用G表示。精氨酸和谷氨酸在水中的解离反应式如下:A++