全 文 ：收稿日期:2006 - 12 - 13
作者简介:李玉洁 ,女(1981 -)硕士研究生 ,研究方向为分离科学。
从火棘果中提取精氨酸的研究
李玉洁 ,田 萍 ,姚秉华
(西安理工大学应用化学系 , 710054西安 )
摘要:以天然野生植物火棘果为原料分离提取精氨酸 ,考察了树脂类型 、吸附方式 、温度 、 pH值 、洗脱液 、脱色及精制方法
等因素对提取精氨酸的影响 ,并对产物进行了分析鉴定。结果表明 , 在 20℃、 pH值 7 ～ 8的条件下 ,选用 D001型大孔阳离子
交换树脂静态吸附 , 40 m in即达到饱和;以 3 m o l L - 1氨水为洗脱液 , 流速控制在 40 m L h- 1 , 精氨酸的洗脱率达到 90%以
上;采用 711型阴离子树脂进行脱色 , D001型大孔阳离子交换树脂动态精制 ,精氨酸的提取率达到 95. 83%。
关键词:火棘果;精氨酸;提取;离子交换法
中图分类号:Q503 文献标识码:A 　　文章编号:1006 -8376(2007)01 - 0047 -04
　　火棘(Pyracan tha),属蔷薇科常绿灌木 ,在我国
资源丰富。其果实鲜红 ,不仅富含红色素 ,还含有丰
富的蛋白质 、维生素及钙 、磷 、铁和膳食纤维等 [ 1, 2] 。
据报道 [ 3] ,其果实中还有一种非常特殊的养分叫
“菊泰” ,是一种可促进性荷尔蒙分泌的精氨酸 。因
此 ,火棘果可作为开发精氨酸的天然原料。 L -精
氨酸是一种重要的半必需氨基酸 ,在医药和食品工
业中具有广泛的用途 。国内外对精氨酸的制备有发
酵法 、毛发水解法等 [ 4, 5] 。本文以火棘果为原料 ,对
从天然植物中分离提取 L -精氨酸的工艺进行了研
究 ,获得了有效除去火棘果中大量红色素的方法 ,建
立了较优的提取工艺 。为火棘果的开发利用 ,变废
为宝 ,提供了一条可参考的途径 。
1　实验部分
1. 1　材料与仪器
火棘果:采自西安地区 ,鲜果含水量 77%左右 ,
晒干待用。
L -精氨酸标准样:上海丽珠东风生物技术有限
公司生产。
D001型大孔阳离子交换树脂 , 711型阴离子交
换树脂:西安电力树脂厂生产;其他试剂均为分析纯
试剂。
UV -2102PC型紫外 /可见分光光度计:尤尼柯
仪器有限公司;FTIR -8900型红外光谱仪:日本岛津
公司;WXG -4旋光仪:上海索光光电技术有限公司。
1. 2　实验方法
1. 2. 1提取
将火棘干果用粉碎机粉碎 ,溶解于 50℃蒸馏水
中 ,料液比为 1:3。 200目筛网过滤后收集滤液 ,采
用离子交换法 [ 6]分离提取滤液中的精氨酸。
1. 2. 2脱色和精制
用氨水洗脱后得到的精氨酸粗提液经 711型阴离
子交换树脂脱色;减压蒸馏至粘稠 ,在等电点条件下 ,
置于无水乙醇溶液中 0℃静置过夜 ,得到精氨酸粗品。
精制时 ,将粗品用 10倍的蒸馏水完全溶解 ,上
柱 、洗脱 、浓缩 、结晶 ,得精氨酸精品。
1. 2. 3分析测试
精氨酸的定量测定采用甲萘酚次氯酸钠化学
法[ 7] ;定性分析采用纸层析法;结合红外和紫外光
谱法对特征基团进行鉴定 ,并对旋光度进行测定 。
2　结果与讨论
2. 1　树脂的选择
L -精氨酸的吸附采用静态法 。将一定量的离
子交换树脂与一定体积的火棘果滤液加入到烧杯
中 ,恒温搅拌 ,测定溶液中剩余的 L -精氨酸浓度 ,
计算平衡吸附率。见图 1。
图 1　树脂饱和吸附时间曲线
氨基酸和生物资源　2007, 29(1):47～ 50
Am ino Acids＆B iot ic R esources
DOI牶牨牥牣牨牬牨牳牳牤j牣ajsh牣牪牥牥牱牣牥牨牣牥牨牫
由图 1可知 , L -精氨酸在 D001大孔阳离子交
换树脂上吸附 30m in左右即达到平衡 ,而在 732树
脂上需 4 h才达到吸附平衡。图 2表明 ,吸附平衡
时 732树脂对精氨酸的吸附量为 116. 07 g kg -1 ,
D001树脂为 136. 45 g kg- 1。
图 2　树脂饱和吸附曲线
2. 2　吸附方法的选择
由于精氨酸中含有氨基 、羧基及其他的易与酸
碱作用的基团 ,溶液中离子浓度的变化都会引起溶
液 pH值的变化 ,特别是吸附在近中性的 pH值条件
下进行 ,离子浓度的微小变化都可能使溶液 pH值
出现较大的波动 。为了保持吸附过程中 pH值的相
对稳定 ,采用静态吸附法更有利于及时对溶液 pH
值进行调整 。如果采用动态吸附 ,则难以在合适的
位置加入酸或碱并且混合均匀。因此 ,较为适宜的
吸附方式为静态吸附法[ 7] 。
2. 3温度对吸附的影响
采用 D001型大孔阳离子交换树脂静态吸附 L
-精氨酸 , pH值控制在 7 ～ 8之间 ,于不同温度下进
行精氨酸的吸附实验 。由图 3可知 ,在 10℃ ～ 40℃
的温度范围内 ,树脂对精氨酸的吸附率略有增加 ,但
无显著变化 。因此 ,在提取过程中可选择在室温下
进行。
图 3　温度对精氨酸吸附的影响
2. 4　pH值的影响
L -精氨酸以阳离子形式存在才能被阳离子交
换树脂所吸附 ,因此精氨酸阳离子在溶液中所占比
率的多少对吸附率起着关键的作用 ,而各种离子所
占比率取决于溶液的 pH值。精氨酸的等电点 pI为
10. 76,当溶液 pH值在 4 ～ 8时 ,精氨酸在溶液中主
要以阳离子形式存在 ,吸附率变化较小;当 pH≥8
后 ,精氨酸阳离子所占比率随 pH 值的逐渐升高而
减少 ,不能被交换的精氨酸阴离子所占比率逐渐增
大 ,因此吸附率明显呈下降趋势 。由图 4可知 , pH
值 6时吸附率达到最大值 ,为了有效的与溶液中含
有的少量组氨酸(pI为 7. 47)分离 ,控制溶液的 pH
值在 7. 5 ～ 8较为合适。
图 4　pH值对精氨酸吸附的影响
2. 5　洗脱液的影响
从阳离子交换树脂上把 L -精氨酸洗脱下来的
洗脱剂有两类 ,一类是氨水溶液 ,一类是氢氧化钠等
强碱溶液 。其原理都是利用洗脱液的 pH高于 L -
精氨酸的 pI,使得 L -精氨酸处于带负电荷状态 ,从
而从阳离子交换树脂上解吸下来 。用氨水洗脱的优
点是 ,在后续的蒸发浓缩过程中氨易于挥发除去。
本实验选用 3mol L - 1的氨水为洗脱液 ,在 25℃下 ,
流速为 40mL h-1进行洗脱操作 。由图 5可知 ,洗脱
峰较为集中 ,无拖尾现象 ,精氨酸(500 g干果中)主要
集中在 35 ～ 55mL的洗脱液中 ,洗脱率为 99%。
图 5　精氨酸的洗脱曲线
48 李玉洁等:从火棘果中提取精氨酸的研究
2. 6　脱色方法的选择
火棘果中含有大量矢车菊 - 3 -葡萄糖甙色
素 [ 8] ,对精氨酸的提纯产生了极大的影响 。调整溶
液的 pH值小于精氨酸的 pI,则精氨酸呈阳离子状态
存在 ,不会被阴离子交换树脂所吸附。采用 711型阴
离子树脂吸附溶液中的红色素 ,可达到脱色的目的。
2. 7　精制方法的选择
因脱色后的溶液体积较少 ,精氨酸浓度高且大
量色素已被脱除 ,在 pH值 7. 5 ～ 8条件下利用 D001
阳离子交换树脂对脱色液中精氨酸进行动态吸附 ,
可将残留的少量色素进一步除去 。经氨水洗脱 、浓
缩 、结晶 ,得到亚白色固体粉末 。
2. 8　样品中精氨酸的分析
2. 8. 1纸层析分析
将制备产品与标准品点样层析 ,用茚三酮显色 ,结果
如图 6所示。
图 6　样品与标准品层析图谱
由图 6可以看出 ,产品与标准样在同一位置 ,表
明所制备的产品是精氨酸。
2. 8. 2红外谱图的分析
用 KB r压片法对制备的产品进行红外光谱表
征 ,结果如图 7所示 。
图 7　产品的红外光谱图
　　由图 7可知 3400 ～ 3100 cm -1区域出现 -NH2
的吸收峰 ,在 1800 ～ 1600 cm -1出现酸酐的吸收峰 ,
此区域是判断羰基的特征频率 。在 1900 ～ 1200
cm
- 1这一区域主要是双键的伸缩振动区 , N =C键
的吸收主要在这一范围 , N =C键是精氨酸结构中
胍基的特征结构 。在 1126. 4 cm - 1出现 C -N的特
征吸收峰 。对比精氨酸标准红外谱图 (图 8),说明
产品是目标产物精氨酸 。
2. 8. 3紫外光谱的分析
制备产品与标准样品的紫外光谱测定结果如图
9所示 。
图 8　标准品的红外光谱图
49 氨基酸和生物资源
可见 ,精氨酸标准样的紫外吸收峰在 305 nm附近 ,
产品在 305 nm附近也有强的吸收峰 ,说明产品是精
氨酸。由于样品中还含有微量杂质 ,其紫外吸收谱
图与标准精氨酸的略有差异。
2. 8. 4比旋光度的分析
用 6mol L -1的 HC l溶液将制备的产品配制成
溶液 ,测定旋光度 ,换算出比旋光度:[ α] 20D = +25. 6。
测定结果与相关资料数据一致 [ 9] 。
图 9　产品与标准品的紫外谱图
3　结论
3. 1　选用 D001大孔阳离子交换树脂 ,控制 pH值
在 7. 5 ～ 8 ,室温条件下对火棘果抽提液进行静态吸
附 , 40 m in左右达到饱和 。
3. 2　以 3 mo l L- 1的氨水为洗脱液对吸附的精氨
酸进行洗脱 ,流速为 40 mL h-1。
3. 3　调整洗脱液的 pH低于精氨酸的 pI,经 711型
阴离子交换树脂吸附脱色 ,流出液再经 D001大孔
阳离子交换树脂对精氨酸进行动态吸附和解析 ,达
到较好的精制效果 。
3. 4　用纸层析法对产物进行定性鉴定 ,与标准样对
比测定旋光度 ,紫外光谱分析并结合红外光谱表征 ,
说明产物是目标产物精氨酸 。
3. 5　样品为亚白色粉末 ,比旋光度为右旋 (+)25. 6。
火棘果的精氨酸产率为 3. 22%,提取率为 95. 83%。
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Study on Extraction ofArgin ine the Pyracantha
LI Yu - jie, TIAN Ping, YAO B ing - hua, REN Li- hui, CHEN Shu
(Department ofApplied Chem istry , X ian University of Technology , X ian 710054, China)
Abstract:A rg inine w as extracted from the natu ra l w ild plant Pyracantha. The resin type, absorp tion w ay,
temperature, pH value, e luent, deco lo riza tion and purification w e re inve stiga ted. The result indicated:Using D001
macropo re cation exchange resin at static adsorption, when the temperaturew as 20℃ and the pH va luew as between
7 and 8, the sa turation cou ld be achieved in 40m in;The a rg in ine elua tion ra te ach ieved above 90%when the e lu-
ent w as 3mol L - 1 ammon ia and the velocity o f flow w as 40mL h-1;The productwas deco lo red by 711 anion re s-
in and purified dynam ically by D001macropo re cation exchange resin, and the extrac tion ra tew as up to 95. 83%.
Key words:Pyracan tha;arg inine;ex traction;ion exchange
50 李玉洁等:从火棘果中提取精氨酸的研究