从头发中提取胱氨酸.doc

Study on Extraction of Cystine from Hair胱氨酸是由两个-巯基-a-氨基丙酸组织的含硫氨基酸,学名为双巯丙氨酸,白色六角形板状晶体或结晶粉末,不溶于乙醇.、乙醚,难溶于水.易溶于酸、碱溶液,但在热碱溶液中可被分解.胱氨酸比半胱氨基稳定,在体内转变成半胱氨酸后参与蛋白质合成和各种代谢过程,有促进毛发生长和防止皮肤老化等作用.临床上用于治疗膀胱炎、各种秃发症、肝炎、神经痛、中毒性病症、放射损伤以及各种原因引起的臣细胞减少症,并是治疗一些药物中毒等的特效药.在食品工业、生化及营养学研究领域也有广泛的应用.胱氨酸存在于人发、猪毛、羊毛、马毛、羽毛及动物角等的蛋白质中,其中人发含量最高,达17.6% .胱氨酸是氨基酸中最难溶于水的一种,因此可利用这种特性,通过酸性水解,从废杂猪毛、人发、鸡毛、羊毛等角蛋白中,分离提取胱氨酸.目前随着养殖业的发展,我国废旧杂毛资源很广,但利用率极低,从这些废旧杂毛中提取胱氨酸具有重要的现实意义.提取胱氨酸技术投资少,成本低,产品可供出口创汇,利润可观.(一)原料及试剂1. 毛发 选用各种毛发作原料,目前国内主要用人发和猪毛提取胱氨酸.原料要干净.2. 盐酸 见血红素的制备.这里用作水解液,选用工业盐酸.3. 氢氧化钠 见血红素的制备.这里用作调节 PH 值,可选用过夜烧碱代替.4. 醋酸钠 见血红素的制备.这里作调节 PH 值用,选用化学纯试剂.5. 氨水 见血红素的制备.用于调节 PH 值,选用化学纯试剂.6. 活性炭 一种粉状、粒状或丸状的无定形具有多孔的炭.每克总面积可达 50 0 1000 米,有很强的吸附性能.含碳量 10% 98% ,用途甚多.它的微孔表面能聚集气体、液体或溶解的物质.对于许多气体和液体,吸附物质的质量可接近于碳的质量.它的吸附是有选择性的,非极性物质易于吸附;同一系列物质,吸附的多少,一般随沸点、压力的增加和温度的降低而增加.用它可回收挥发性溶剂的蒸气,除去气体里杂质,以调节空气和用于防毒面具;液体吸收剂活性炭可用来精制蔗糖,以及控制饮用水源、饮料和食物中的气味、味道和颜色.另外,还用作金属盐催化剂的载体.制造活性炭的原料很多,木炭、泥炭和褐煤、骨头以及坚果壳、煤、石油焦炭等含碳物质,都可以用来制造活性炭.这里用作脱色剂,选用糖用和医用两种.7. 骨炭粉 由动物的骨骼加工制成的粉末.主要成分是磷酸三钙、骨胶和脂肪.不溶于水.这里作脱水剂,选用医用级骨炭粉.8. 二乙胺四乙酸 见从男性尿液中提取尿激酶.这里用于脱铁,选用化学纯试剂.9. 硫酸铜 见从男性尿液中提取尿激酶.这里用于判定反应终点,选用化学纯试剂.10. 硝酸 见从男性尿液中提取尿激酶.这里用作溶剂,选用化学纯试剂.11. 硝酸银 这里用于配制检定溶液,选用分析纯试剂.12. 醋酸 见凝血酶的提取.选用化学纯试剂.13. 硫化氢 是一种大气污染物.有毒,恶臭,无色气体.选用化学纯品.14. 硫氰酸铵 是硫氰酸的铵盐,这里用于检测铁盐,选用化学纯试剂.15. 亚硫酸钠 这里用作还原剂,选用分析纯试剂.16. 碘化钾 这里用于配制沉淀溶液,选用分析纯试剂.17. 硫酸甲醛溶液 用甲醛作溶剂,将硫酸溶解在甲醛中,配成所需的浓度,本工艺是配成每升甲醛液中含 1 摩尔的硫酸溶液.所用甲醛和硫酸选用化学纯试剂.18. 溴液 用溴配制的溶液.本工艺是用水配制成 0.1mol/l选用化学纯试剂配制.(二)常规提取工艺1. 工艺流程废杂毛 (猪毛、人发等) r(清洗)r 干净废杂毛 r(水解) r水解液 r(中和) r胱氨酸粗品 r(提纯) r沉淀物 (粗品) r(精制) r结晶r(干燥) r精品2. 操作步骤( 1 )清洗:除去废杂毛内混杂的泥沙、石块、草木、铁杂物等,用60左右的热水,加少量洗涤剂,搅拌洗涤 4 6 分钟,洗取吸附在杂毛上的油脂,然后捞出,再用清水冲洗干净,滤干,放在通风处晒干或烘干备用.( 2 )水解:按废杂毛的量,先量取 2 倍30% 工业盐酸,加入到玻璃钢或搪瓷水解罐中,通蒸气加热到 70 80 ,立即投入已清洗晒干的废杂毛适量,继续加热,间隙搅拌,使温度均匀.升温到 100 时开始记温,每隔半小时记温 1 次,在11.5 小时内升温至 110 左右(即灌温),以后继续维持灌压 14.7 千帕(气压 490 千帕),水解 13 小时左右(用玻璃钢盘管加热,水解时间可缩短为 6 7 小时),水解期间要有回流装置,保证水解酸度,使水解更完全.水解时间可从水解罐内溶液温度达 100 时计算起.水解完全后,停止回流(回收的盐酸可重用),立即趁热过滤.这时过滤很困难,应先用玻璃布抽滤除去大的黑腐质,然后再用双层纱布抽滤,将滤液移到中和锅或缸中,滤液用 1 : 1 的盐酸冲洗 2 3 次,冲洗液一并倒入中和锅或缸内,准备中和.( 3 )中和:将过滤好的滤液趁热在搅拌下加入浓度 30% 40% 氢氧化钠(工业烧碱)溶液,当中和到 PH 值达 4.0 时,停止加碱液,然后改用醋酸钠饱和溶液中和到 PH 值为 4.8 左右,停止搅拌,静置 10 12 小时,用涤纶布过滤沉淀物,甩干或吊干(抽滤液可供回收谷氨酸或制备化学酱油),即得粗品.中和时温度应保持在 50 左右,而且要在半小时内完成.( 4 )提纯:称取适量的胱氨酸粗品,加入粗品量 13% 14% 的工业盐酸(浓度为 30% ),搅拌 30 分钟左右,等粗品全部溶解后,再加入糖用活性炭粉(按每 100 千克粗品加 4 5 千克化学炭粉投料),加热到 90 98 ,在此温度下恒温搅拌 2 3 小时.然后过滤脱色液(回收活性炭粉,再生后可重用),滤液加热到 80 85 ,在搅拌下加入浓度 30% 氢氧化钠溶液,调节 PH 值至 4.8 时,停止加碱液,静置,使结晶沉淀完全.虹吸上清液(可供回收胱氨酸和酪氨酸),底部沉淀滤干后可离心甩干或直接用吊包吊干,即得灰白色的提纯胱氨酸粗品.( 5 )精制、干燥:称取适量胱氨酸提纯后的粗品,加入 5 倍量的 1 : 12 的盐酸,加热到 40 时,加入 5% 骨炭粉(按粗品量加),升温到 60 ,保温搅拌 1 小时.然后用布氏漏斗过滤,滤液再经 3 号重熔漏斗过滤,滤液应无色透明,如仍带色,再进行脱色处理.将滤液移入搪瓷缸中,搅拌下加入 10% 氨水调节溶液 PH 值至 4.8 ,静置 5 6 天,即有胱氨酸精品析出,过滤出结晶,用无离子水洗至无氯离子,用吊布吊干后放入搪瓷盘中在烘箱内烘干(保持温度在 60 左右)或真空干燥,即得产品.(三)土法提取工艺 操作步骤( 1 )清洗:除去废旧毛内混杂的泥沙、石块、草木、铁杂等物,用60 左右的热水,加少量洗涤剂,搅拌洗涤 4 5 分钟,洗去吸附在杂毛上的油脂,放在通风处晒干或烘干备用.( 2 )提取:按废杂毛量,先量取 2 倍体积 30% 的工业盐酸,加入到耐酸缸中,通蒸气加热到 70 80 ,立即投入已清洗晒干的废旧杂毛,继续加热,间歇搅拌,使缸内温度均匀.升温到 100 时开始记温,每隔半小时记温一次,在1小时内升温至 110 120 ,以后继续维持罐压在 14.7 千帕(气压 490 千帕),水解 10 小时左右.然后加入 3% 的活性炭,搅拌 2 小时左右,趁热用玻璃布过滤,收集滤液.( 3 )中和:将以上滤液加热到 50 左右,搅拌下用 30% 左右的氢氧化钠溶液中和滤液至 PH 值为 4.8 ,然后静置过夜,过滤除去滤液,收集沉淀物(粗品).( 4 )提纯:将以上沉淀的粗品用 13% 14% 的盐酸溶液溶解,在搅拌下,加热到 85 ,加入粗品量的 10% 的活性炭,搅拌脱色 1 2 小时,然后趁热过滤,收集滤液.( 5 )结晶:将滤液加热至 80 90 ,用氨水中和至 PH 值为 4.8 ,搅拌均匀,静置过夜,然后过滤,滤液可供制备酪氨酸,收集结晶物备下步用.( 6 )精制:将结晶物用 1 : 12 的盐酸溶液溶解,搅拌均匀,加热到 80 90 ,加入晶体量的 5% 的活性炭,搅拌脱色 1 小时左右,趁热过滤,在滤液中加入 2% 的二乙胺四乙酸进行脱铁,搅拌 30 分钟后,再过滤,收集无色透明滤液.( 7 )沉淀:将滤液用 2 号砂芯滤球过滤,滤液用 2 3 倍体积的蒸馏水稀释,然后加热到 80 ,搅拌均匀,用氨水调节 PH 值至 4 4.1 ,冷却至室温静置过夜,过滤出结晶物.( 8 )干燥:将结晶沉淀物,用无离子水洗涤至无氯离子,然后滤干,于60 70 下烘干,粉碎过筛,即为产品.(四)工艺说明1. 水解终点的判定 毛发角蛋白是由胱氨酸、精氨酸等十几种氨基酸构成的.经酸水解后利用等电点沉淀法提取光氨酸,收率基本稳定在 3% 4% ,最高平均收率 7% 8% .要提高从毛发中提取光氨酸的产量,主要取决于毛发的水解程度.如果酸浓度高,试剂速度液加快,反之则试剂速度慢.另一方面,水解时间也很关键,时间短,水解不彻底,时间长,则氨基酸被破坏,因此正确判断水解终点,控制水解时间很重要.本工艺终点检查采用以下方法:取水解进行 10 小时以上的水解液 2 毫升放在一支试管中,然后加入 10% 氢氧化钠溶液 2 毫升,再滴加 2% 硫酸铜溶液 3 4 滴,摇匀后,如仍有明显蓝色即表明水解已完全,如颜色变化则表明水解不完全,应继续水解.2. 酸度的控制 在操作过程中,调节 PH 值时最好用酸度计检查,特别是调节 PH 值至 4.8 左右时(胱氨酸等电点为 5.05 ),一定要调节好,不然会产生结晶不易析出的现象.3. 温度的控制 温度对于水解很重要,温度低,反应时间长;温度高,虽可加快水解,但对胱氨酸有破坏作用.生产中,水解温度多控制在 110 左右,中和和脱色温度控制在 70 80 ,以防止其它氨基酸析出.4. 如何提取产率 目前从废杂毛中提取胱氨酸,提取率多在 4% 8% 之间,一般人发的提取率较其它毛发高.造成这种差别的原因之一是原料含量不同,另一个原因是生产中提取不完全,损失大.最关键的步骤是水解、中和及过滤,应细心操作,掌握规律.另外水解时,水解罐应装有回流装置.(五)产品规格和含量测定1. 规格( 1 )外观:产品为白色有光泽的六角形片状结晶粉末,在水中微溶,不溶于酸和有机溶剂,能溶于无机酸中.( 2 )熔点:产品的熔点为 258 261 .( 3 )比旋光度:产品在 25 的比旋光度应为 -195 . -213 .将样品放在 105 恒温烘箱中干燥 2 小时以上,然后精确称样 2 克,加1摩尔 / 升盐酸,将其溶解成 50 毫升的溶液,按中国药典附录所载方法测定.比旋光度计算公式:a25D=180-a/L . d+1.99*(25-t)式中: a m比旋光度;1.99 m温度调整系数;d m溶液的浓度(按上面操作为 4% );a m测定所得旋光读数;t m溶液温度;L m旋光管长度.( 4 )干燥失重:将样品放入 105 恒温箱中干燥至恒重,失重不得超过 0.5% .( 5 )澄明度:精确称取 0.5 克样品,加1:3盐酸溶液 10 毫升,振荡溶解,溶液应无色透明或几乎透明.( 6 )氯化物测定:精确称取 0.25 克样品,加1摩尔 / 升硝酸 10 毫升,使之溶解,再加水稀释至 50 毫升.用10 毫升移液管吸取 10 毫升该溶液于一烧杯中,再加蒸馏水 40 毫升, 1 摩尔 / 升硝酸 1 毫升, 1 摩尔 / 升硝酸银溶液 1 毫升,摇匀.另外取氯化物标准液( 1 毫升含 0.01 毫克氯离子) 7.5 毫升,按上法同样处理,前者的浑浊度不应大于后者,即含氯量l 0.05% .( 7 )残渣测定:分别精确称取样品 4 克、 2 克各置于恒重的白磁钦坩锅或白金坩锅中,在600 800 高温电炉中炭化,冷却后即可测出残渣重量(l 0.001 ).( 8 )重金属检测:取上述 4 克样品 烧后的残渣置于烧杯中,加12 毫升 2 摩尔 / 升盐酸和 0.5 毫升的 1 摩尔 / 升硝酸,在水浴上蒸干,再加 1 摩尔 / 升稀醋酸 2 毫升、蒸馏水 8 毫升,然后移入 50 毫升纳氏比色管中,加1摩尔 / 升硫化氢溶液 10 毫升,加水至刻度,摇匀,在暗处放置 10 分钟以上,与标准铅溶液比较,铅含量不应高于 0.001.( 9 )铁盐检验:取上述 2 克样品 烧遗留的残渣于烧杯中,加2摩尔 / 升盐酸 12 毫升、 1 摩尔 / 升硝酸 0.5 毫升,在水浴中蒸干,再加 1 : 2 盐酸 5 毫升、蒸馏水 10 毫升,然后移入 50 毫升纳氏比色管中,加10% 硫氰酸铵溶液 2 毫升,如显色,即与同样处理后的 6 毫升标准液比较,不得更深(l 0.001 ).( 10 )酪氨酸检测:精确称取干燥的样品 0.1 克置于试管中,加1摩尔 / 升硫酸甲醛溶液 1 毫升,煮沸半分钟,溶液应显竹黄色(含量约为 0.5% ),不得显竹绿色.2. 含量测定 准确称取样品大约 0.3 克置于 100 毫升容量瓶中,加入 10 毫升 1%