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摘 要：本文研究的是从毛发中提取胱氨酸，即以头发为原料，盐酸为水解液，水解提取胱氨酸。分别研究了提取温度、pH值、时间等条件对胱氨酸收率的影响。结果表明，影响毛发中提取胱氨酸含量的主要因素为提取温度，其次为提取时间、pH值和加碱速度等。实验表明最佳的提取工艺条件为提取温度为115℃，pH值为4.8，提取时间为8个小时，加碱速度为4mL/min。在这个工艺条件下的产量为6.19g。
关键词：毛发 胱氨酸 提取 水解条件 产率
一、简介
胱氨酸，即L-胱氨酸，1810年由Wollaston从膀胱结石中发现，1832年，Berzelius将其命名为胱氨酸，学名为双-β-硫代-α-氨基丙酸，分子式为C6H12N2O4S2，分子量为240.3，呈白色六角形板状结晶或者白色结晶粉末，熔点258-261℃，溶于稀酸和碱溶液，极难溶于水，不溶于乙醇。胱氨酸的常用生产方法主要有发酵法、合成法和水解法。而胱氨酸在毛发中约有14%的含量，因此，我国主要利用毛发天然蛋白资源为原料，采用酸水解法生产制备胱氨酸。其优点：水解彻底，水解终产物为L-氨基酸，无旋光异构体产生。而从蛋白质水解液中分离个别氨基酸，通常可用柱层析、薄纸层析，以及电泳等方法。多采用等电点沉淀法.
二、反应原理
毛发是一种角蛋白，强酸可破坏其内部结构，将其水解。本实验中将毛发用适当浓度的盐酸进行水解，控制水解时间，反应温度等其它反应条件，用碱调节溶液的pH至胱氨酸的等电点，此时，由于静电引力的作用，彼此聚集，溶解度最小，沉淀最容易析出。
1.试剂与仪器
1.1试剂
毛发，30%的工业盐酸，3%盐酸，30%氢氧化钠溶液，10%氢氧化钠溶液，氨水，活性炭，蒸馏水。分别产自洛阳市化学试剂厂，上海振欣试剂厂，北京化工厂，安徽安特生物化学有限公司和实验室制备。
1.2仪器
采用pHS-3C型精密酸度计，产自上海大普仪器有限公司；FA1104型电子天平，产自上海良平仪器有限公司；智能恒温电热套，产自郑州长城科工贸易有限公司；DZF-6050型真空干燥箱，产自上海博迅实业有限公司医疗设备厂；循环水式多用真空泵，产自昆山市超声仪器有限公司；各种玻璃仪器，产自宁波市化学有限公司。
2.水解过程
选用盐酸作为人发的水解液，以碱中和、沉淀，活性炭作为脱色剂，再用重结晶的方法提纯粗品。流程如下：毛发→清洗（脱脂）→酸水解→过滤→碱中和结晶→过滤→胱氨酸粗品（Ⅰ）→酸溶解→一次脱色→过滤→滤液→碱中和结晶→过滤→胱氨酸粗品（Ⅱ）→酸溶→二次脱色→过滤→滤液→碱中和结晶→过滤→洗涤干燥→胱氨酸精品
3.实验步骤
3.1头发的预处理：
将头发用水洗3—4次，直至洗净，然后晒干。
3.2水解：
安装一套带电动搅拌、测温仪的回流装置，按毛发与工业盐酸质量比为1：2（100g：200g）的比例装入500毫升三颈烧瓶中，装上回流冷凝器。预先加热并调节电热套温度达190℃左右，在20min内将烧瓶内物质加热到115℃左右。待毛发全溶解后，恒温加热，并控制温度在115℃，用电动搅拌7-10h。静置，抽滤。
3.3中和：
将以上过滤好的滤液在搅拌下加入30%NaOH溶液，当中和到pH达到4.0时，停止加碱液，然后改用氨水中和到pH为4.8左右，停止搅拌，静置12小时以上，使胱氨酸沉淀完全。抽滤、水洗二次得灰棕色粗胱氨酸。
3.4纯化：
将粗胱氨酸置于500mL圆底烧瓶中，加入200mL3%HCI使之溶解，并加入10克活性炭，装上冷凝器，回流煮沸20分钟。然后脱色液过滤，水洗残渣二次，得无色澄清滤液。若滤液颜色尚深，需再用4克活性炭处理直至无色为止。滤液倒入500mL烧杯中，在搅拌下加10%NaOH溶液，调pH至4.0时，停止加碱液，然后改用氨水中和到pH至4.8左右，静置3天，使结晶沉淀完全。抽滤、沉淀用热水洗二次，抽干后，放在烘箱内烘干（保持温度在60℃左右）或真空干燥，即得产品约5～7克。
三、结果与讨论
1.实验结果分析
1.1 提取温度对胱氨酸收率的影响
固定毛发与盐酸比例（100g：200g）及pH=4.8、提取时间8小时、加碱速度4mL/min等结果如下：提取温度为115℃的时候胱氨酸的收率为最大。随着温度升高，产率逐渐地升高，当温度超过115℃后，产率逐渐降低。随着温度的升高，水解液中胱氨酸的水解率也在升高，同时会增加胱氨酸分解的破坏程度，导致产率降低，随着温度的升高，盐酸挥发的速度也会加快，所以这个也是导致产率降低的原因。
1.2 提取时间对胱氨酸收率的影响
改变提取时间来得出胱氨酸的收率，提取时间对胱氨酸收率的影响实验结果 如下：提取时间在8小时的时候胱氨酸的收率为最大。随着提取时间增加，产率逐渐地升高，在提取时间为8小时的时候达到顶峰，之后随着时间的增加，产率逐渐降低。在8小时包括8小时之后的水解过程中，产率趋于稳定。
1.3 pH值对胱氨酸收率的影响
pH值对胱氨酸收率的影响实验结果如下：加碱调pH值，在本实验中先后出现二次，每次分别需要调节二次，可知pH值对产品的收率和质量有很大影响。经比较，可知在pH值为4.8的时候胱氨酸的收率为最大。随着pH值的升高，产率逐渐地升高，但是当pH值超过4.8后，产率逐渐降低。
1.4 加碱速度对胱氨酸收率的影响
本实验中先后有两次加碱调pH值的步骤，故加碱速度对于胱氨酸的收率和质量是有很大影响的。毛发与盐酸配比为1：2，其他条件不变，改变滴加碱的速度，按流程进行实验，实验结果由表3-4可见，加碱速度过快影响胱氨酸的收率，过快使沉淀不充分，形成的颗粒较小，产品质量也就不高。加碱的最佳速度为4mL/min。
2.稳定性考察
为了考察上述优选工艺条件的稳定性，按提取胱氨酸的最佳提取工艺条件：提取温度为115℃，pH值为4.8，提取时间为8个小时，加碱速度为4mL/min重复实验3次，以提取胱氨酸的产率作为指标，3次实验结果的提取率都比较接近，平均提取率为6.19%。所以认为上述正交实验得出的最优水平是可靠的，该工艺稳定可行。
四、总结和展望
本实验研究的是从毛发中提取胱氨酸及其含量的测定，根据大量的参考文献，对影响胱氨酸产率的提取温度、提取时间、pH值及加碱速度等因素再进行优化，选择最优的反应条件。水解过程中，一些资源加以综合利用，使某些原料回收再利用，含有的多种氨基酸（如精氨酸、酪氨酸等），都可以分离提纯，提高效益。母液进一步处理后，可生产出肥料、食品添加剂、饲料等多种产品，生产效益大大提高。
参考文献
[1] 刘勋.从人发中连续提取亮氨酸和胱氨酸工艺初探[J].氨基酸和生物资源，2000，22（2）：30-33
[2] 孙江华.从人发制备胱氨酸的工艺研究[J].氨基酸和生物资源，2003，25（2）：61-62
[3] 杨秀，王春杰，李晓英.毛发中胱氨酸制备条件的改进及其含量测定[J]周口师范学院報2007， 24（5）：75-77
关键词：毛发 胱氨酸 提取 水解条件 产率
一、简介
胱氨酸，即L-胱氨酸，1810年由Wollaston从膀胱结石中发现，1832年，Berzelius将其命名为胱氨酸，学名为双-β-硫代-α-氨基丙酸，分子式为C6H12N2O4S2，分子量为240.3，呈白色六角形板状结晶或者白色结晶粉末，熔点258-261℃，溶于稀酸和碱溶液，极难溶于水，不溶于乙醇。胱氨酸的常用生产方法主要有发酵法、合成法和水解法。而胱氨酸在毛发中约有14%的含量，因此，我国主要利用毛发天然蛋白资源为原料，采用酸水解法生产制备胱氨酸。其优点：水解彻底，水解终产物为L-氨基酸，无旋光异构体产生。而从蛋白质水解液中分离个别氨基酸，通常可用柱层析、薄纸层析，以及电泳等方法。多采用等电点沉淀法.
二、反应原理
毛发是一种角蛋白，强酸可破坏其内部结构，将其水解。本实验中将毛发用适当浓度的盐酸进行水解，控制水解时间，反应温度等其它反应条件，用碱调节溶液的pH至胱氨酸的等电点，此时，由于静电引力的作用，彼此聚集，溶解度最小，沉淀最容易析出。
1.试剂与仪器
1.1试剂
毛发，30%的工业盐酸，3%盐酸，30%氢氧化钠溶液，10%氢氧化钠溶液，氨水，活性炭，蒸馏水。分别产自洛阳市化学试剂厂，上海振欣试剂厂，北京化工厂，安徽安特生物化学有限公司和实验室制备。
1.2仪器
采用pHS-3C型精密酸度计，产自上海大普仪器有限公司；FA1104型电子天平，产自上海良平仪器有限公司；智能恒温电热套，产自郑州长城科工贸易有限公司；DZF-6050型真空干燥箱，产自上海博迅实业有限公司医疗设备厂；循环水式多用真空泵，产自昆山市超声仪器有限公司；各种玻璃仪器，产自宁波市化学有限公司。
2.水解过程
选用盐酸作为人发的水解液，以碱中和、沉淀，活性炭作为脱色剂，再用重结晶的方法提纯粗品。流程如下：毛发→清洗（脱脂）→酸水解→过滤→碱中和结晶→过滤→胱氨酸粗品（Ⅰ）→酸溶解→一次脱色→过滤→滤液→碱中和结晶→过滤→胱氨酸粗品（Ⅱ）→酸溶→二次脱色→过滤→滤液→碱中和结晶→过滤→洗涤干燥→胱氨酸精品
3.实验步骤
3.1头发的预处理：
将头发用水洗3—4次，直至洗净，然后晒干。
3.2水解：
安装一套带电动搅拌、测温仪的回流装置，按毛发与工业盐酸质量比为1：2（100g：200g）的比例装入500毫升三颈烧瓶中，装上回流冷凝器。预先加热并调节电热套温度达190℃左右，在20min内将烧瓶内物质加热到115℃左右。待毛发全溶解后，恒温加热，并控制温度在115℃，用电动搅拌7-10h。静置，抽滤。
3.3中和：
将以上过滤好的滤液在搅拌下加入30%NaOH溶液，当中和到pH达到4.0时，停止加碱液，然后改用氨水中和到pH为4.8左右，停止搅拌，静置12小时以上，使胱氨酸沉淀完全。抽滤、水洗二次得灰棕色粗胱氨酸。
3.4纯化：
将粗胱氨酸置于500mL圆底烧瓶中，加入200mL3%HCI使之溶解，并加入10克活性炭，装上冷凝器，回流煮沸20分钟。然后脱色液过滤，水洗残渣二次，得无色澄清滤液。若滤液颜色尚深，需再用4克活性炭处理直至无色为止。滤液倒入500mL烧杯中，在搅拌下加10%NaOH溶液，调pH至4.0时，停止加碱液，然后改用氨水中和到pH至4.8左右，静置3天，使结晶沉淀完全。抽滤、沉淀用热水洗二次，抽干后，放在烘箱内烘干（保持温度在60℃左右）或真空干燥，即得产品约5～7克。
三、结果与讨论
1.实验结果分析
1.1 提取温度对胱氨酸收率的影响
固定毛发与盐酸比例（100g：200g）及pH=4.8、提取时间8小时、加碱速度4mL/min等结果如下：提取温度为115℃的时候胱氨酸的收率为最大。随着温度升高，产率逐渐地升高，当温度超过115℃后，产率逐渐降低。随着温度的升高，水解液中胱氨酸的水解率也在升高，同时会增加胱氨酸分解的破坏程度，导致产率降低，随着温度的升高，盐酸挥发的速度也会加快，所以这个也是导致产率降低的原因。
1.2 提取时间对胱氨酸收率的影响
改变提取时间来得出胱氨酸的收率，提取时间对胱氨酸收率的影响实验结果 如下：提取时间在8小时的时候胱氨酸的收率为最大。随着提取时间增加，产率逐渐地升高，在提取时间为8小时的时候达到顶峰，之后随着时间的增加，产率逐渐降低。在8小时包括8小时之后的水解过程中，产率趋于稳定。
1.3 pH值对胱氨酸收率的影响
pH值对胱氨酸收率的影响实验结果如下：加碱调pH值，在本实验中先后出现二次，每次分别需要调节二次，可知pH值对产品的收率和质量有很大影响。经比较，可知在pH值为4.8的时候胱氨酸的收率为最大。随着pH值的升高，产率逐渐地升高，但是当pH值超过4.8后，产率逐渐降低。
1.4 加碱速度对胱氨酸收率的影响
本实验中先后有两次加碱调pH值的步骤，故加碱速度对于胱氨酸的收率和质量是有很大影响的。毛发与盐酸配比为1：2，其他条件不变，改变滴加碱的速度，按流程进行实验，实验结果由表3-4可见，加碱速度过快影响胱氨酸的收率，过快使沉淀不充分，形成的颗粒较小，产品质量也就不高。加碱的最佳速度为4mL/min。
2.稳定性考察
为了考察上述优选工艺条件的稳定性，按提取胱氨酸的最佳提取工艺条件：提取温度为115℃，pH值为4.8，提取时间为8个小时，加碱速度为4mL/min重复实验3次，以提取胱氨酸的产率作为指标，3次实验结果的提取率都比较接近，平均提取率为6.19%。所以认为上述正交实验得出的最优水平是可靠的，该工艺稳定可行。
四、总结和展望
本实验研究的是从毛发中提取胱氨酸及其含量的测定，根据大量的参考文献，对影响胱氨酸产率的提取温度、提取时间、pH值及加碱速度等因素再进行优化，选择最优的反应条件。水解过程中，一些资源加以综合利用，使某些原料回收再利用，含有的多种氨基酸（如精氨酸、酪氨酸等），都可以分离提纯，提高效益。母液进一步处理后，可生产出肥料、食品添加剂、饲料等多种产品，生产效益大大提高。
参考文献
[1] 刘勋.从人发中连续提取亮氨酸和胱氨酸工艺初探[J].氨基酸和生物资源，2000，22（2）：30-33
[2] 孙江华.从人发制备胱氨酸的工艺研究[J].氨基酸和生物资源，2003，25（2）：61-62
[3] 杨秀，王春杰，李晓英.毛发中胱氨酸制备条件的改进及其含量测定[J]周口师范学院報2007， 24（5）：75-77