專利名稱：一種制備沒食子酸的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備沒食子酸的方法及裝置，尤其是涉及一種酶法制備沒食子酸的方法及裝置。
背景技術(shù)：
沒食子酸，化學(xué)名稱為3，4，5-三羥基苯甲酸(英文名3，4，5-trihydroxy benzoic acid)是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品和電子工業(yè)等領(lǐng)域。目前，工業(yè)上，生產(chǎn)沒食子酸的原料是五倍子、倍花或塔拉，主要生產(chǎn)方法是酸水解法或堿水解法。這些方法存在以下問題(1)酸水解法中使用的濃硫酸有強(qiáng)氧化性，會(huì)破壞單寧酸中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，副反應(yīng)多，造成沒食子酸得率降低，粗品顔色變深；(2)堿水解法需用鹽酸中和燒堿，使水解液中含大量氯化鈉，后續(xù)分離工藝復(fù)雜，成本提高；(3)水解過程中單寧酸水解不完全，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)生的酸堿廢水嚴(yán)重污染環(huán)境。此外，還可采用微生物發(fā)酵法與酶法相結(jié)合制備沒食子酸。CN101643755A于2010 年2月10日公開了一種生產(chǎn)電子級(jí)沒食子酸的方法，該方法先用微生物發(fā)酵法制備單寧酶酶液，再將酶液與塔拉粉混合制得沒食子酸。該方法中發(fā)酵制酶過程與水解過程溫度較低， 生產(chǎn)周期長(zhǎng)，水解不完全，且發(fā)酵液與水解液共處一個(gè)體系，加大了后續(xù)過濾、分離精制的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種成本低，產(chǎn)率高，對(duì)環(huán)境污染小的制備沒食子酸的方法。本發(fā)明進(jìn)一步目的是，提供一種操作方便，可提高生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的制備沒食子酸的裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 本發(fā)明之制備沒食子酸的方法，包括以下步驟 (1)固定化單寧酶的制備
a.載體浸泡將備用的固定化載體置于載體預(yù)處理罐中，加去離子水至將固定化載體淹沒，對(duì)固定化載體進(jìn)行浸泡，同時(shí)加入濃度為1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH溶液調(diào)節(jié)浸泡液的pH為7. 8 8. 2，浸泡0. 5 3小時(shí)后，排出浸泡水；
b.戊二醛交聯(lián)向步驟a所述的載體預(yù)處理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去離子水，使預(yù)處理罐中物料的比為固定化載體K2HPO4:戊二醛去離子水=(10 30) (0. 4 0. 5) (1. 0 4. 0) (65 88);并加入濃度為1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至7. 8 8. 2后，進(jìn)行攪拌，攪拌速度為90 120 r/min (優(yōu)選lOOr/min)，攪拌1 3小時(shí)后，取出固定化載體，用去離子水清洗干凈；
c.單寧酶的固定化將經(jīng)步驟b預(yù)處理所得單寧酶的固定化載體置于固定化罐中，按單寧酶液的體積固定化載體質(zhì)量=1 10 25加入酶活為5000 U/mL的單寧酶液，在溫度25 40°C (優(yōu)選35°C)，pH6. 5 7. 5 (優(yōu)選6. 8 7. 1)的條件下進(jìn)行攪拌，攪拌速度為 90 120 r/min (優(yōu)選100r/min)，攪拌10 50小時(shí)(優(yōu)選24-26小時(shí))，過濾，用去離水洗滌，得到固定化單寧酶； (2)沒食子酸的制備
d.單寧酸浸提將粉碎后的五倍子粉、培花粉或塔拉粉原料置于原料浸提罐中，加相當(dāng)于五倍子粉、培花粉或塔拉粉原料重量4-8倍的去離子水，于60-90°C溫度下，浸提4-7h 后，，得到單寧酸浸提液；
e.單寧酸的酶法水解將步驟d所得單寧酸浸提液置于水解罐中，調(diào)整水解液中單寧酸質(zhì)量濃度為6 10%(優(yōu)選8%)，同時(shí)按IOOOkg水解液加入0. 5 Ilkg (優(yōu)選3_10 kg) 固定化單寧酶進(jìn)行水解，水解溫度為30°C 70°C (優(yōu)選35°C _65°C，更優(yōu)選40°C -60°C)， pH為3. 5 6. 5 (優(yōu)選4. 0-4. 5)，水解時(shí)間8 60小時(shí)(優(yōu)選10-40小時(shí))，水解完成后，水解液經(jīng)過水解罐下部篩板過濾排出，固定化單寧酶留在水解罐中的篩板上部，重復(fù)使用；
f.沒食子酸提純將步驟e所得的水解液脫色，過濾，蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶，離心，真空干燥， 即成。進(jìn)一步，步驟a中所述單寧酶的固定化載體為優(yōu)選LX-1000HA型樹脂。本發(fā)明之制備沒食子酸的裝置，包括單寧酶的固定化裝置、沒食子酸的制備裝置， 所述單寧酶的固定化裝置包括載體預(yù)處理罐、輸料泵I、貯罐I、輸料泵II、貯罐II、輸料泵 III、固定化罐、加熱和冷卻系統(tǒng)，貯罐I通過輸料泵I與載體預(yù)處理罐和固定化罐相連，貯罐II通過輸料泵II與載體預(yù)處理罐合固定化罐相連，載體預(yù)處理罐通過輸料泵III與固定化罐，所述載體預(yù)處理罐、固定化罐與加熱和冷卻系統(tǒng)相連；所述沒食子酸的制備裝置包括原料浸提罐、輸料泵IV、壓濾機(jī)I、貯罐III、輸料泵V、水解罐、脫色罐、輸料泵VI、壓濾機(jī)II、貯罐IV、輸料泵通、蒸發(fā)器、貯罐V、輸料泵通、結(jié)晶罐、離心機(jī)、干燥機(jī)、真空系統(tǒng)，所述原料浸提罐通過輸料泵IV與壓濾機(jī)I相連，所述壓濾機(jī)I與貯罐III相連，所述貯罐III通過輸料泵 V與水解罐相連，所述水解罐與脫色罐相連，所述脫色罐通過輸料泵VI與壓濾機(jī)II相連，所述壓濾機(jī)II與貯罐IV相連，所述貯罐IV通過輸料泵νπ與蒸發(fā)器相連，所述蒸發(fā)器與貯罐V 相連，所述貯罐V通過輸料泵VDI與帶有結(jié)晶罐相連，所述結(jié)晶罐與離心機(jī)相連，所述離心機(jī)與干燥機(jī)相連，所述浸提罐、水解罐、脫色罐、結(jié)晶罐與加熱和冷卻系統(tǒng)。進(jìn)一步，所述載體預(yù)處理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脫色罐和結(jié)晶罐均設(shè)有PH 傳感器和溫度傳感器。進(jìn)一步，所述蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)有壓力傳感器和溫度傳感器。進(jìn)一步，所述載體預(yù)處理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脫色罐和結(jié)晶罐均設(shè)夾套，所述夾套與加熱和冷卻系統(tǒng)相連。進(jìn)一步，所述水解罐下部裝有篩板，篩板上的孔徑小于固定化單寧酶顆粒的孔徑。本發(fā)明通過對(duì)單寧酶的固定提高酶的熱穩(wěn)定性和pH適應(yīng)范圍，加快了單寧酸的轉(zhuǎn)化速率，縮短了生產(chǎn)周期，提高了目標(biāo)產(chǎn)率；選擇對(duì)單寧酶具有良好固定性能的高分子樹脂材料作為固定化載體，進(jìn)一步提高酶的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本；在生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境污染少，適應(yīng)規(guī)?；a(chǎn)。


圖1為本發(fā)明制備沒食子酸的裝置中的單寧酶固定化裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明制備沒食子酸的裝置中的單寧酸酶法轉(zhuǎn)化沒食子酸的裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)
示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1
本實(shí)施例之制備沒食子酸的方法，包括以下步驟
(1)固定化單寧酶的制備
a.載體浸泡將載體LX-1000HA樹脂置于帶有攪拌器的載體預(yù)處理罐中，加入去離子水(水面淹沒樹脂即可)浸泡，加入濃度為2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)浸泡液的pH為8，浸泡 1. 5小時(shí)后排出浸泡水；
b.戊二醛交聯(lián)向步驟a所述的載體預(yù)處理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去離子水， 使預(yù)處理罐中物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為載體LX-1000HA樹脂=K2HPO4:戊二醛去離子水 =10:0.4:1.0:88.6。并加入濃度為2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至7. 8后進(jìn)行攪拌，攪拌速度為lOOr/min，攪拌1小時(shí)后，取出LX-1000HA樹脂載體，用去離子水清洗干凈；
c.單寧酶的固定化將經(jīng)步驟b預(yù)處理所得單寧酶的固定化載體置于帶有攪拌器的固定化罐中，按單寧酶液的體積固定化載體質(zhì)量=1:10加入單寧酶液(酶活為5000 U/mL), 在溫度25°C，pH6. 5的條件下進(jìn)行攪拌，攪拌速度為lOOr/min，攪拌10小時(shí)，過濾，用去離水充分洗滌，得到固定化單寧酶，酶活為8478U/g ；
(2)沒食子酸的制備
d.單寧酸浸提將粉碎后的五倍子粉原料IOOOkg置于原料浸提罐中，加水6倍于原料重的去離子水，于80°C溫度下浸提證后放出浸提液過濾，得到單寧酸浸提液；
e.單寧酸的酶法水解將步驟d所得單寧酸浸提液置于水解罐中，用去離子水調(diào)整水解液中的單寧酸濃度為8%，按IOOOkg水解液加入0. 5 kg固定化單寧酶(酶活18495U/g，取實(shí)施例1-6中的最高酶活力的固定化酶)進(jìn)行水解，水解溫度為35°C，pH為3. 5，水解時(shí)間 60小時(shí)，水解完成后水解液經(jīng)過水解罐下部篩板過濾排出，固定化單寧酶留在篩板上水解罐中重復(fù)使用。f.沒食子酸提純將步驟e所得水解液脫色，過濾，蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶，離心，真空干燥，即成。本實(shí)施例所得單寧酸轉(zhuǎn)化率為86. 3%。實(shí)施例2-6
實(shí)施例2-6的操作步驟與實(shí)施例1的步驟相同，步驟(1)中的戊二醛交聯(lián)工藝條件和單寧酶的固定化條件見表1，步驟(2)中單寧酸的酶法水解的工藝條件和單寧酸的轉(zhuǎn)化率見表2。
權(quán)利要求
1.一種制備沒食子酸的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)固定化單寧酶的制備a.載體浸泡將備用的固定化載體置于載體預(yù)處理罐中，加去離子水至將固定化載體淹沒，對(duì)固定化載體進(jìn)行浸泡，同時(shí)加入濃度為1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH溶液調(diào)節(jié)浸泡液的pH為7. 8 8. 2，浸泡0. 5 3小時(shí)后，排出浸泡水；b.戊二醛交聯(lián)向步驟a所述的載體預(yù)處理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去離子水，使預(yù)處理罐中物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為固定化載體K2HPO4:戊二醛去離子水=(10 30) (0.4 0.5): (1.0 4.0): (65 88);并加入濃度為1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH至7. 8 8. 2后，進(jìn)行攪拌，攪拌速度為90 120 r/min，攪拌1 3小時(shí)后， 取出固定化載體，用去離子水清洗干凈；c.單寧酶的固定化將經(jīng)步驟b預(yù)處理所得單寧酶的固定化載體置于固定化罐中，按單寧酶液的體積固定化載體質(zhì)量=1 10 25加入酶活為5000 U/mL的單寧酶液，在溫度 25 40°C，pH6. 5 7. 5的條件下進(jìn)行攪拌，攪拌速度為90 120 r/min，攪拌10 50小時(shí)，過濾，用去離水洗滌，得到固定化單寧酶；(2)沒食子酸的制備d.單寧酸浸提將粉碎后的五倍子粉、培花粉或塔拉粉原料置于原料浸提罐中，加相當(dāng)于五倍子粉、培花粉或塔拉粉原料重量4-8倍的去離子水，于60-90°C溫度下，浸提4- 后，過濾，得到單寧酸浸提液；e.單寧酸的酶法水解將步驟d所得單寧酸浸提液置于水解罐中，調(diào)整水解液中單寧酸質(zhì)量濃度為6 10%，同時(shí)按IOOOkg水解液加入0. 5 Ilkg固定化單寧酶進(jìn)行水解，水解溫度為30°C 70°C，pH為3. 5 6. 5，水解時(shí)間8 60小時(shí)，水解完成后，水解液經(jīng)過水解罐下部篩板過濾排出，固定化單寧酶留在水解罐中的篩板上部，重復(fù)使用；f.沒食子酸提純將步驟e所得的水解液脫色，過濾，蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶，離心，真空干燥， 即成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備沒食子酸的方法，其特征在于步驟a中所述單寧酶的固定化載體為L(zhǎng)X-1000HA型樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備沒食子酸的方法，其特征在于步驟b，所述攪拌速度為 100r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備沒食子酸的方法，其特征在于步驟c，在溫度35°C， pH6. 8 7. 1的條件下進(jìn)行攪拌，攪拌速度為lOOr/min，攪拌M46小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備沒食子酸的方法，其特征在于步驟e，調(diào)整水解液中單寧酸質(zhì)量濃度為8%，同時(shí)按IOOOkg水解液加入3-10 kg固定化單寧酶進(jìn)行水解，水解溫度為350C -65°C,pH為4. 0-4. 5，水解時(shí)間10-40小時(shí)。
6.一種制備沒食子酸的裝置，包括單寧酶的固定化裝置和沒食子酸的制備裝置，其特征在于所述單寧酶的固定化裝置包括載體預(yù)處理罐、輸料泵I、貯罐I、輸料泵II、貯罐II、輸料泵III、固定化罐、加熱和冷卻系統(tǒng)，貯罐I通過輸料泵I與載體預(yù)處理罐和固定化罐相連，貯罐II通過輸料泵II與載體預(yù)處理罐合固定化罐相連，載體預(yù)處理罐通過輸料泵III與固定化罐，所述載體預(yù)處理罐、固定化罐與加熱和冷卻系統(tǒng)相連；所述沒食子酸的制備裝置包括原料浸提罐、輸料泵IV、壓濾機(jī)I、貯罐III、輸料泵V、水解罐、脫色罐、輸料泵VI、壓濾機(jī)II、貯罐IV、輸料泵νπ、蒸發(fā)器、貯罐V、輸料泵通、結(jié)晶罐、離心機(jī)、 干燥機(jī)、真空系統(tǒng)，所述原料浸提罐通過輸料泵IV與壓濾機(jī)I相連，所述壓濾機(jī)I與貯罐 III相連，所述貯罐III通過輸料泵V與水解罐相連，所述水解罐與脫色罐相連，所述脫色罐通過輸料泵VI與壓濾機(jī)II相連，所述壓濾機(jī)II與貯罐IV相連，所述貯罐IV通過輸料泵νπ與蒸發(fā)器相連，所述蒸發(fā)器與貯罐V相連，所述貯罐V通過輸料泵VDI與帶有結(jié)晶罐相連，所述結(jié)晶罐與離心機(jī)相連，所述離心機(jī)與干燥機(jī)相連，所述浸提罐、水解罐、脫色罐、結(jié)晶罐與加熱和冷卻系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備沒食子酸的裝置，其特征在于所述載體預(yù)處理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脫色罐和結(jié)晶罐均設(shè)有PH傳感器和溫度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備沒食子酸的裝置，其特征在于所述蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)有壓力傳感器和溫度傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備沒食子酸的裝置，其特征在于所述載體預(yù)處理罐、 固定化罐、浸提罐、水解罐、脫色罐和結(jié)晶罐均設(shè)夾套，所述夾套與加熱和冷卻系統(tǒng)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備沒食子酸的裝置，其特征在于所述水解罐下部裝有篩板，篩板上的孔徑小于固定化單寧酶顆粒的孔徑。
全文摘要
一種制備沒食子酸的方法及裝置，該制備沒食子酸的方法包括以下步驟(1)固定化單寧酶的制備將單寧酶的固定化載體用去離子水浸泡、戊二醛交聯(lián)后，加入單寧酶完成單寧酶的固定化；(2)沒食子酸制備將含單寧酸的原料用水浸提、過濾后，在所得單寧酸浸提液中加入固定化單寧酶進(jìn)行酶水解，再經(jīng)脫色、過濾、濃縮、結(jié)晶、離心、真空干燥，即成。本發(fā)明還包括一種制備沒食子酸的裝置，包括單寧酶的固定化裝置和沒食子酸的制備裝置。本發(fā)明通過對(duì)單寧酶的固定，提高酶的熱穩(wěn)定性和pH適應(yīng)范圍；操作簡(jiǎn)便、安全、穩(wěn)定；生產(chǎn)成本低，便于規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C12M1/00GK102321681SQ201110229669
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者朱曉媛, 李忠海, 沈珺珺, 王揮, 袁強(qiáng), 黎繼烈 申請(qǐng)人:中南林業(yè)科技大學(xué)