以Cyanex 272为流动载体的乳状液膜研究苯丙氨酸的迁移行为

李英华，李 慧，王景莲

(1.中原工学院，河南郑州 450007;2.郑州兰博尔科技有限公司，河南郑州 450009)

氨基酸是组成蛋白质的基本单位，与人类的关系极为密切。近年来用乳状液膜法分离氨基酸引起了人们的关注［1-3］，这种方法是常温、常压下将萃取和反萃取合二为一，且同时具有分离和浓缩功能［4］。

苯丙氨酸(phe)是合成甜味剂的两种成分之一，社会需求量很大［5］。本实验主要是对氨基酸在乳状液膜中迁移进行基础性研究。选用Cyanex 272作为流动载体，以Span80为表面活性剂，甲苯为成膜溶剂，用纯品苯丙氨酸对乳状液膜法分离、提纯氨基酸进行了模拟，得到了在该体系中苯丙氨酸的最佳迁移条件。并且，在此条件下与苯丙氨酸等电点相差较大的精氨酸、天冬氨酸的迁移率较小。

1 实验材料

1.1 主要试剂及其配制

Cyanex 272和Span80(化学纯，上海大众制药厂)，分别配制成6%(质量体积比)和0.1 mol/L的甲苯溶液;茚三酮(分析纯，上海试剂三厂)，配制成2%的溶液;盐酸(分析纯，北京化学试剂二厂)，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)(层析纯，中国科学院东公司生化部)，均配制成0.05 mol/L的储备液。

1.2 主要仪器

722型光栅分光光度计;821型pH/mv计;高速搅拌机;高速搅拌制乳系统;电动搅拌装置。

2 实验方法

2.1 乳状液膜体系的制备

在制乳器中加入所需浓度的表面活性剂Span80和载体Cyanex 272的甲苯溶液，在约2 000 r/min的高速搅拌下，以20～30 mL/min的速度滴加内相，膜相与内相的体积比为1∶1，搅拌数分钟即得稳定的油包水型乳状液。

2.2 氨基酸的迁移

在加有10 mL料相(即被测液)的小烧杯中加入2.0～2.5 mL乳状液，置于电动搅拌系统下搅拌，在一定时间内(2～15 min)取下，静置5 min，乳状液与料液分层。取出一定量的下清液，测定外相中剩余氨基酸的量。

2.3 氨基酸含量的光度法测定

在含有氨基酸的10 mL比色管中，加入1 mL pH值为5.25的HAc-Ac-缓冲液，1 mL 3%(质量分数)的茚三酮溶液，在80℃左右的水浴加热15 min，取出，在流水中冷却至室温，在267 nm的最大吸收波长下以试剂为空白测其吸光度。

3 结果与讨论

3.1 外相pH值对苯丙氨酸(phe)迁移的影响

用所配制的Britton-Robison缓冲液，使料液的pH 值分别控制在1.81、2.10、3.29，测得phe的迁移情况如表1所示。

表1 外相pH值对phe迁移的影响

操作条件:膜相为3%Span80+0.03mol/L Cyanex272+甲苯;内相2mol/L的盐酸;水乳比为10∶2.5。

结果表明，当外相pH值为1.81时，phe的迁移率最大。

根据迁移机理，在外相酸性条件下，氨基酸可能变为AA+(氨基酸的阳离子形式)，当迁移到内相时，由于亲电缔合，释放出AA，载体返回膜相。Phe的等电点pI=5.48，也就是说，料相的pH值＜5.48，phe才能以AA+形成迁移。当料相的pH值＞5.48，phe在料相中以AA-形式存在，无法与Cyanex 272(阴离子载体)结合，所以迁移效果不好。若料相酸度过高，乳状液与其接触搅拌后，分散颗粒较大且不均匀，需要适当增大搅拌速度，提高迁移率。

3.2 内相盐酸浓度对phe迁移的影响

HCl作为接受相，可使转入膜相内侧的载体接受H+而释放出AA，这样H+由内相随载体迁移至外相，从而为氨基酸的迁移提供动力。同时，还要考虑内相HCl的渗出，实验表明，当料相迁移后，再测其酸度，pH值几乎不变，经检验，亦无Cl-存在。在本实验中，我们选取HCl浓度为2 mol/L。

图1 内相盐酸浓度对phe迁移的影响

操作条件:膜相为3%Span80+0.03 mol/L Cyanex 272+甲苯;外相pH值为1.81;水乳比为10∶2.5;迁移时间为10 min。

3.3 载体Cyanex 272浓度对迁移的影响

由实验结果可知，载体Cyanex 272浓度太大或太小，都不利于迁移。当载体浓度在0～0.03 mol/L之间，phe的迁移率随载体浓度的增加而增大。因为Cyanex 272在膜相中是以阴离子(P-)形式存在，可以和氨基酸的阳离子形式(AA+)结合从而达到苯丙氨酸迁移的目的。但当载体浓度继续增大时，迁移率基本不变或略有减小。这可能是因为载体浓度超过一定量时，对膜的稳定性产生影响;另外，载体浓度过大，和AA+结合后，不易解离。

表2 载体Cyanex 272浓度的影响

本实验中，我们选用浓度为0.03 mol/L的载体Cyanex 272。

3.4 表面活性剂Span80的浓度改变对迁移的影响

我们讨论了当 Span80浓度为1%、2%、3%、4%时的情况，从实验结果可以看出，当Span80浓度较低时，phe迁移率不高，当Span80浓度为3%时迁移率较好。事实上，Span80浓度过高，由于膜的黏度增大，传质阻力增大，不利于分散和离子迁移，迁移率反而降低。

3.5 水乳比对迁移的影响

我们分别研究了水乳比(水∶乳)分别为10∶1、10∶2.5、10∶3的情况。根据实验结果，我们选用水乳比为10∶2.5。一般认为，当水乳比较小时，由于乳状液在料相中的量少，从而减小了乳状液与料相的接触面积。这样，在相同条件下，迁移率降低。当水乳比过大时，乳状液颗粒分散不均，黏度较高，也不利于迁移。

3.6 在phe最适宜迁移条件下，氨基酸的迁移情况

在Phe最适宜迁移条件下，测定了几种具有不同等电点的氨基酸的迁移率。实验结果列于表3。与phe等电点接近的甘氨酸(pI=5.97)迁移率较高，而等电点相差较大的天冬氨酸(pI=2.97)和精氨酸(pI=10.76)迁移率较低。这说明，通过控制酸度、内相盐酸浓度、载体浓度、表面活性剂用量，可以使得phe与其它氨基酸分离。但该体系还不能达到完全分离。

表3 不同氨基酸的迁移情况 %

4 结束语

通过Cyanex 272-Span80-甲苯体系中苯丙氨酸迁移情况的研究，得到了如下结论:①在该体系中苯丙氨酸最适宜的迁移条件:外相pH值为1.81，内相盐酸浓度为2 mol/L，载体Cyanex 272的浓度为0.03 mol/L，表面活性剂Span80浓度为3%，水乳比为10∶2.5。在此条件下，苯丙氨酸的迁移率可达到97.4%，说明用Cyanex 272富集、提取氨基酸是较为有效的方法。②在苯丙氨酸最适宜迁移条件下，与其等电点接近的氨基酸迁移率较高，而等电点差别较大的氨基酸迁移率较小，可以分离，但不能达到完全分离。

［1］韩 伟，严 忠，吴子生，等.液膜法提取浓缩氨基酸［J］.水处理技术，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］郑领英，王学松.膜技术［M］.北京:化学工业出版社，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.