專利名稱：一種單寧酸的純化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種在啤酒行業(yè)中使用的單寧酸的純化方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，五倍子單寧酸在我國(guó)啤酒行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)近百家啤酒廠的使用證明在啤酒生產(chǎn)的不同階段添加單寧酸，能夠提高啤酒的非生物穩(wěn)定性，延長(zhǎng)保質(zhì)期；同時(shí)還可以提高成品啤酒的抗老化性能，改善啤酒的風(fēng)味。早在1997年，我國(guó)有關(guān)部門引進(jìn)了比利時(shí)的“葆釀丹”產(chǎn)品，首先用于啤酒麥汁的澄清和發(fā)酵液的處理，1998年以后，長(zhǎng)春研制的“申通食用單寧酸”和中國(guó)林科院的藥用單寧酸也陸續(xù)在啤酒工業(yè)中應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，我們根據(jù)啤酒釀造的特殊要求，研究出適合于吸附啤酒蛋白的新一代釀造用單寧酸，主要特點(diǎn)是分子鏈。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，能夠選擇性地捕捉啤酒中的不穩(wěn)定蛋白質(zhì)，純度高，顏色淺。
釀造用單寧酸是以我國(guó)特有的林業(yè)資源——五倍子為原料，采用物理方法浸提、精制、提純及嚴(yán)格的分子篩選，生產(chǎn)出對(duì)人體安全的高效穩(wěn)定劑。由于與其它穩(wěn)定劑相比使用效果明顯，功效高，用量少，可以大幅降低處理成本，所以產(chǎn)品倍受用戶歡迎，具有良好的市場(chǎng)前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服上述缺點(diǎn)，提供一種成本低、速度快、純度高的啤酒用的單寧酸的提純方法。
用水浸提生產(chǎn)的工業(yè)五倍子單寧酸是棕色或淺棕色粉末狀，它是一種混合物，含有少量糖類、多酚、無(wú)機(jī)鹽、植物色素、蛋白質(zhì)、脂類等物質(zhì)。單寧酸分子有較強(qiáng)的極性，易溶解于水和一些有機(jī)溶劑中，如酒精、乙酸、乙酸乙酯、甲醇、丙酮等，而不溶解于苯、氯仿、石油醚、二硫化碳等有機(jī)溶劑。單寧酸的水溶液表現(xiàn)出半膠體狀態(tài)，在不同的濃度和溫度條件下呈現(xiàn)出不同的分散相，根據(jù)這些特性可以將單寧酸進(jìn)行初步分離。
前面列舉的單寧酸以外的雜質(zhì)在發(fā)酵酒生產(chǎn)中屬于應(yīng)該被淘汰的物質(zhì)，含量越少越好，對(duì)于啤酒澄清使用的單寧酸純度要求達(dá)到96％。所謂單寧酸的分離，是指用色譜以外的方法對(duì)單寧酸進(jìn)行初步的分離、精制、純化。也就是將單寧酸與非單寧酸分開，或者將單寧酸分作不同的組分，得到粗分離的單寧酸混合物。目前已研究成熟或得到應(yīng)用的分離方法有皮粉法，沉淀法、滲析或超濾法、結(jié)晶法、溶劑浸提或溶劑沉淀法。有些方法在工業(yè)生產(chǎn)中被普遍采用，有的方法從原料中分離出單寧酸的純度達(dá)到95％以上，既使在色譜法得到應(yīng)用之后，某些方法仍然很有應(yīng)用價(jià)值，仍然需要配合色譜法進(jìn)行前階段的處理。
1982年Nishizawa將中國(guó)五倍子分離出8種化合物，每個(gè)分子中含有多個(gè)口?；?，水解后得到B-D-葡萄糖和沒食子酸，沒食子?；诳諝庵醒趸冃裕陨a(chǎn)單寧酸時(shí)盡量避免與空氣接觸，采用密閉式設(shè)備低溫短時(shí)間操作。分離、提純單寧酸一般在溶液中進(jìn)行，經(jīng)過(guò)一系列分離，精制、純化最終得到純?nèi)芤?，再進(jìn)行濃縮、干燥，制取純單寧酸產(chǎn)品。
本發(fā)明的單寧酸的提純方法，包括下列步驟第一步冷卻沉淀將水加入到純度為70-80％的工業(yè)單寧酸中，溶解后使?jié)舛冗_(dá)到6-8°Be’，放入沉清罐中，送入冷藏室，冷卻澄清，取用上層清液；第二步離子交換法分離先后將上述清液通過(guò)陰離子交換樹脂、陽(yáng)離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到離子交換后的溶液；第三部溶液脫色與凈化將離子交換后的溶液通過(guò)活性炭和硅膠過(guò)濾；第四步溶液的萃取精制溶液萃取操作流程分三個(gè)階段a、將上述過(guò)濾后混合溶液與乙酸乙酯溶劑充分混合，使單寧酸從過(guò)濾后的混合液溶入該溶劑中，乙酸乙酯重度小，逐漸上升，剩余的過(guò)濾后混合溶液比重大，逐漸下降，分為輕重液層；b、將其輕重液層在分離器中進(jìn)行分離；c、在真空中回收乙酸乙酯，蒸發(fā)乙酸乙酯后的單寧酸乙酯液送入到下道工序進(jìn)行純化；第五步色譜法純化蒸出乙酸乙酯后的溶液用乙醇溶解，注入葡萄糖凝膠LH-20柱，用1∶1的乙醇-水溶液反復(fù)進(jìn)行洗脫，然后，進(jìn)入減壓蒸發(fā)系統(tǒng)以回收乙醇溶液，剩下的溶質(zhì)部分即為純單寧酸導(dǎo)入鋁制烘盤烘干，干燥溫度150℃，時(shí)間2小時(shí)，采用萬(wàn)能磨碎機(jī)將干燥的固體塊狀單寧酸磨成粉末狀(60-80目)，即為所研制的單寧酸產(chǎn)品。
該純化方法的原理具體如下1.單寧酸水溶液冷卻沉淀用水浸提生產(chǎn)的單寧酸含有多種成分和雜質(zhì)，在精制之前必須經(jīng)過(guò)冷卻澄清，否則不但提純效果難于達(dá)到質(zhì)量要求，同時(shí)也會(huì)增加處理成本。
當(dāng)單寧酸水溶液遇冷時(shí)，較大粒子的布郎運(yùn)動(dòng)減慢，進(jìn)而產(chǎn)生沉淀，單寧酸溶液發(fā)生分層，上層為單寧酸膠體分散系，下層為單寧酸膠體部分和粗分散系，其中含有樹脂、植物蛋白及淀粉等，采用傾析法或離心法可以將沉淀分開，制取釀造用單寧酸取用冷卻后的上層清液，澄清操作最好在冷藏室中進(jìn)行，將五倍子浸提液放入沉清罐中，送入冷藏室，恒溫冷卻，若干時(shí)間后，即可達(dá)到分層目的。對(duì)于小批量產(chǎn)品試制亦可采用冷卻罐方式進(jìn)行冷卻。
首先將五倍子浸提液放入特制的冷卻罐中，在不斷攪拌下被冷卻到設(shè)定溫度，用泵送到澄清罐中澄清，上層清液用于制取釀造用單寧酸，下層沉淀物可水解制造沒食子酸。
冷卻罐和澄清罐應(yīng)采有不銹鋼材料或陶瓷玻璃制造，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中忌與鐵器接觸，以免產(chǎn)生化學(xué)變化，罐壁保溫材料選擇保溫性能好、比重輕、耐濕、耐火性能好的材料。
由于單寧酸膠體溶液沉降速度慢，澄清過(guò)程選用間歇式較經(jīng)濟(jì)些。
2.離子交換法分離單寧酸溶液冷卻澄清后，其澄清液中，還會(huì)有沒食子酸、多縮沒食子酸、無(wú)機(jī)鹽類和色素等，因此在生產(chǎn)釀造用單寧酸時(shí)，必須經(jīng)過(guò)精制、提純處理。
單寧酸的提純方法很多，經(jīng)過(guò)篩選，從提純效果和安全角度考慮，初步選出三種生產(chǎn)工藝路線；①乙醇溶液浸取方法；②醋酸乙酯萃取；③離子交換法。以上三種方法，從產(chǎn)品質(zhì)量上講都能達(dá)到規(guī)定要求，再?gòu)哪芰肯暮陀袡C(jī)溶劑需要量上考慮，后一種方法生產(chǎn)成本低。
離子交換和吸附過(guò)程相似，是通過(guò)離子交換樹脂將帶有活性離子的高分子化合物剔除出去，即將單寧酸中含有的鈣、鎂、鐵等陽(yáng)離子和沒食子酸，多縮沒食子酸，有機(jī)色素等陰離子，通過(guò)離子交換清除出去。
離子交換樹脂是一種顆粒的，多孔網(wǎng)狀的固體，是由一個(gè)穩(wěn)定的大分子帶電基團(tuán)和另外若干可以置換的離子組成，不溶解于水，也不溶解于電解質(zhì)溶液，能從溶液中吸取離子進(jìn)行離了交換。
本試驗(yàn)裝置是一支帶有進(jìn)出口裝置的立式玻璃管，即離子交換過(guò)程在玻璃管交換柱內(nèi)進(jìn)行。溶液自上而下透過(guò)固定床，進(jìn)行離子交換(吸咐)，離子交換樹脂使用一階段后，還可以淋洗再生。除了所吸附離子的離子樹脂可以循環(huán)使用外，根據(jù)交換效果還可隨時(shí)補(bǔ)充一部分樹脂。
固定床離子交換裝置，交換柱內(nèi)的樹脂處于靜止?fàn)顟B(tài)，被處理的溶液在交換柱內(nèi)沿固定方向流動(dòng)，該系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝成熟，便于操作，管理方便，是水凈化和化學(xué)工業(yè)上普遍采用的凈化方式，缺點(diǎn)是樹脂交換容量利用率低，再生費(fèi)用較大。
3.溶液脫色與凈化用熱水浸提的五倍子，雖然采用冷卻澄清，離子交換凈化分離除去了絕大部分樹脂、淀粉、無(wú)機(jī)鹽類和色素，但還是不能達(dá)到高純度的要求，為了進(jìn)一步提高釀造用單寧酸純度，實(shí)驗(yàn)采用活性炭和硅膠連續(xù)過(guò)濾?；钚蕴繉?duì)液體具有明顯的脫色作用，去除風(fēng)味上的不純粒子，硅膠是一種白色無(wú)味的多孔狀顆粒物質(zhì)，能夠選擇性地吸收膠體和蛋白質(zhì)顆粒物質(zhì)，提高釀造用單寧酸溶液的純度，過(guò)濾裝置是一支帶有上下進(jìn)出口的玻璃圓筒，圓筒下部設(shè)有篩底。
4.溶液的萃取精制萃取是利用溶劑對(duì)物質(zhì)溶解能力的差異來(lái)進(jìn)行分離，通常是在液相中進(jìn)行，可作為單寧酸的溶劑很多，乙酸乙酯是較好的萃取溶劑之一。乙酸乙酯沸點(diǎn)77.1℃微溶于水，是無(wú)色可燃性液體，其蒸汽與空氣混合形成燃炸性混合物燃炸極限2.2-11.2％(體積)。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)單寧酸的溶解性好，對(duì)非單寧酸如樹脂、淀粉，無(wú)機(jī)鹽沒有溶解作用，這樣可以達(dá)到分離的目的。乙酸乙酯與水之間溶解度很小，比重差大，能迅速分層形成兩種液相，便于回收。
溶液萃取操作流程分三個(gè)階段a、被萃取的單寧酸混合液與溶劑充分混合，使單寧酸從被處理的混合液溶入溶劑中；b、萃取結(jié)束后輕重液層在分離器中進(jìn)行分離，得到萃取相和萃余相；c、將萃取相的溶劑加以回收，循環(huán)使用。
萃取裝置為上下封閉的玻璃圓筒，筒內(nèi)裝滿拉西環(huán)(瓷質(zhì))，溶劑從下部進(jìn)入，上部流出，單寧酸的混合液則與溶劑逆流而行，兩種液體在填充料空隙間充分接觸，溶液中單寧酸不斷的轉(zhuǎn)入乙酸乙酯中，乙酸乙酯重度小，逐漸上升，從塔頂排入儲(chǔ)槽，單寧酸混合液相中的單寧酸逐漸減少，雜質(zhì)逐漸增多，由于溶液比重大逐漸下降至塔底，排入接收器。
為避免單寧酸的分解和氧化，通常在真空下回收乙酸乙酯，蒸發(fā)乙酸乙酯后的單寧酸乙酯液送入下道工序進(jìn)行純化5色譜法純化蒸出乙酸乙酯后的單寧酸乙酯液用乙醇溶解，注入葡萄糖凝膠LH-20柱，用乙醇-水溶液(1∶1)進(jìn)行洗脫，LH-20對(duì)單寧酸有較強(qiáng)的吸附能力及分辯能力。反復(fù)洗脫，可以取得理想的結(jié)果。
純化后的單寧酸、乙醇-水混合溶液，進(jìn)入減壓蒸發(fā)系統(tǒng)以回收乙醇溶液，剩下的溶質(zhì)部分即為純單寧酸導(dǎo)入鋁制烘盤烘干，干燥溫度150℃，時(shí)間2小時(shí)，干燥成固體塊狀單寧酸采用萬(wàn)能磨碎機(jī)磨成粉末狀(60-80目)，即為所研制的單寧酸產(chǎn)品。
1982年Nshizawa等研究得之，五倍子單寧酸混合物是由五至十二□酰葡萄糖組成的，平均分子量1434，每個(gè)葡萄糖基平均有8.3個(gè)□?；浠瘜W(xué)結(jié)構(gòu)式為 五倍子單寧酸實(shí)際上不是單一的化合物，而是含有許多葡萄糖聚□酸脂的混合物，只是在色譜法應(yīng)用以前，無(wú)法將它們分離出來(lái)。
啤酒中的蛋白質(zhì)能夠選擇性地與□單寧酸結(jié)合形成片狀蛋白質(zhì)—單寧酸復(fù)合沉淀物，低分子的□單寧酸難于形成沉淀，高分子的□單寧酸捕捉蛋白的效果差，目前認(rèn)為能夠與蛋白質(zhì)迅速形成沉淀的□單寧酸分子量在1400-1700之間，為了提高其使用效果，□單寧酸須進(jìn)行篩選，下面是各步驟純化的效果。
1.工業(yè)單寧酸的提取工業(yè)單寧酸的純度為70-80％，單寧酸含量與浸提條件(水質(zhì)、溫度、時(shí)間)凈化方法有關(guān)。
2.冷卻澄清五倍子單寧酸當(dāng)溶液濃度在6-8°Be’、溫度接近冰點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生的沉淀物較多，在上述條件下靜止時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的沉淀物越多，上層清液為單寧酸膠體溶液，含量可達(dá)85-90％，送去進(jìn)一步精制。下層濁液為粗單寧酸膠體，含有樹脂、植物蛋白、淀粉及金屬離子等雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)時(shí)可將下層濁液棄去不用，批量生產(chǎn)時(shí)用來(lái)制取沒食子酸。
3.精制用水浸提五倍子原料過(guò)程中，與單寧酸一起溶解出來(lái)的物質(zhì)含有沒食子酸，多縮沒食子酸，植物蛋白，葉綠素，樹脂、淀粉和無(wú)機(jī)鹽等。將這些非單寧酸成份逐漸分離出去的過(guò)程稱為精制。單寧酸精制的方法很多，如吸附、離子交換、滲析和過(guò)濾、結(jié)晶、溶劑浸提和溶劑沉淀等方法。本實(shí)驗(yàn)所采用的方法如下(1)離子交換單寧酸水溶液經(jīng)過(guò)陰離子、陽(yáng)離子作用后，可除去一部分帶極性的沒食子酸，多縮沒食子酸和鈣、鎂、鐵等離子，從而使單寧酸純度提高到90-95％。
(2)脫色與凈化利用活性碳和硅膠多孔物質(zhì)的吸附作用，以使單寧酸水溶液達(dá)到脫臭淺化顏色的目的，硅膠可除掉一部分蛋白質(zhì)、樹脂等雜質(zhì)。
(3)萃取利用不同化合物在溶劑中的溶解度過(guò)不同，將單寧酸從雜質(zhì)中分離出來(lái)，本實(shí)驗(yàn)選用乙酸乙酯作溶劑取得良好的分離效果，使單寧酸純度提高到97-98％。
(4)純化現(xiàn)代色譜分離法是目前制備單寧酸純樣及其相關(guān)化合物的主要方法之一。已應(yīng)用于單寧酸的定性、定量分析的色譜方法有紙色譜、纖維板和硅膠板色譜、柱色譜、高效液相色譜、液滴逆流色譜、凝膠滲透色譜、氣液相色譜。本實(shí)驗(yàn)選用柱色譜法，柱色譜是目前制備純單寧酸及相關(guān)化合物的主要方法，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用葡聚糖凝膠sephadexLH-20為固定相，它具有較強(qiáng)的吸附能力和分辨能力，采用乙醇--水為流動(dòng)相對(duì)單寧酸進(jìn)行洗脫，取得了較好的分離效果，成品單寧酸含量達(dá)到99％以上。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)為首先采用冷卻澄清方法進(jìn)行初步分離，將工業(yè)單寧酸純度提高10-15％，減少了后續(xù)處理負(fù)荷。所選用的乙酸乙酯、乙醇溶劑都是工業(yè)上常用的溶劑，價(jià)格低廉，燃點(diǎn)高，使用安全。本方法柱色譜提純選用LH-20為固定相，具有很強(qiáng)的吸附能力和分辨能力，吸附單寧酸分子量為1400-1700。采用與乙酸乙酯單寧酸水溶液液相萃取，可節(jié)省溶液濃縮時(shí)能量消耗。該工藝所獲單寧酸顏色為淺米黃色，純度高達(dá)99％以上，總收得率為理論產(chǎn)量的75％以上。


圖1為單寧酸提純工藝設(shè)備流程圖，所采用設(shè)備和管道均不得使用炭鋼制品，可采用不銹鋼、銅、陶瓷、塑料等材質(zhì)。
在圖1中，各數(shù)字代表的意思如下1、工業(yè)單寧酸溶解槽 2、冷凍罐 3、泵 4、澄清槽 5、陰離子交換器 6、陽(yáng)離子交換器 7、活性炭過(guò)濾器 8、硅膠過(guò)濾器 9、乙酸乙酯高位槽 10、萃取塔 11、單寧酸水溶液儲(chǔ)槽 12、單寧酸乙酯液儲(chǔ)槽 13、泵 14、蒸發(fā)器(加熱室) 15、蒸發(fā)器(分離室) 16、真空泵 17、乙醇水溶液高位槽 18、LH-20柱 19、泵 20、刮板式蒸發(fā)器 21、真空泵 22、箱式干燥機(jī)圖2是單寧酸提純工藝示意圖。工業(yè)單寧酸加水溶解，經(jīng)冷卻沉淀，將下層濁液棄去，留下上清液，然后經(jīng)過(guò)陰離子、陽(yáng)離子交換，陰離子、陽(yáng)離子可以再生使用，交換后的溶液在經(jīng)過(guò)活性炭脫色，脫去色素，經(jīng)硅膠過(guò)濾，濾去膠體蛋白，然后，加入溶劑萃取，真空蒸發(fā)以回收溶劑，萃取后的溶液經(jīng)過(guò)柱色譜再加入溶劑純化，減壓蒸發(fā)回收溶劑，從而得到純度高的單寧酸。
具體實(shí)施例實(shí)施例1取單寧酸含量為71％的工業(yè)五倍子單寧酸，按照上述工藝步驟進(jìn)行純化，各工藝步驟的測(cè)試結(jié)果如下表1，該表格中的測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，通過(guò)本申請(qǐng)的純化方法，單寧酸含量可以達(dá)到98.8％，完全可以滿足釀酒中的使用要求。
實(shí)施例2取單寧酸含量為75.5％的工業(yè)五倍子單寧酸，按照上述工藝步驟進(jìn)行純化，各工藝步驟的測(cè)試結(jié)果如下表1，該表格中的測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，通過(guò)本申請(qǐng)的純化方法，單寧酸含量可以達(dá)到99.4％，完全可以滿足釀酒中的使用要求。
表1
權(quán)利要求
1.一種單寧酸的純化方法，其特征在于包括下列步驟第一步冷卻沉淀將水加入到純度為70-80％的工業(yè)單寧酸中，溶解后使?jié)舛冗_(dá)到6-8°Be’，放入沉清罐中，送入冷藏室，冷卻澄清，取用上層清液；第二步離子交換法分離先后將上述清液通過(guò)陰離子交換樹脂、陽(yáng)離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，得到離子交換后的溶液；第三部溶液脫色與凈化將離子交換后的溶液通過(guò)活性炭和硅膠過(guò)濾；第四步溶液的萃取精制溶液萃取操作流程分三個(gè)階段a、將上述過(guò)濾后混合溶液與乙酸乙酯溶劑充分混合，使單寧酸從過(guò)濾后的混合液溶入該溶劑中，乙酸乙酯重度小，逐漸上升，剩余的過(guò)濾后混合溶液比重大，逐漸下降，分為輕重液層；b、將其輕重液層在分離器中進(jìn)行分離；c、在真空中回收乙酸乙酯，蒸發(fā)乙酸乙酯后的單寧酸乙酯液送入到下道工序進(jìn)行純化；第五步色譜法純化蒸出乙酸乙酯后的溶液用乙醇溶解，注入葡萄糖凝膠LH-20柱，用1∶1的乙醇-水溶液反復(fù)進(jìn)行洗脫，然后，進(jìn)入減壓蒸發(fā)系統(tǒng)以回收乙醇溶液，剩下的溶質(zhì)部分即為純單寧酸導(dǎo)入鋁制烘盤烘干，干燥溫度150℃，時(shí)間2小時(shí)，采用萬(wàn)能磨碎機(jī)將干燥的固體塊狀單寧酸磨成粉末狀(60-80目)，即為純化后的單寧酸產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的單寧酸的純化方法，其中在第一步中，冷卻澄清溫度為-3至0℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的單寧酸的純化方法，其中在第二步中，陰離子交換樹脂為704號(hào)弱堿性樹脂，陽(yáng)離子交換樹脂為732號(hào)強(qiáng)酸性樹脂。
全文摘要
常規(guī)法生產(chǎn)工業(yè)五倍子單寧酸的純度只有70－80％。本發(fā)明一種單寧酸的純化方法系采用物理方法，對(duì)單寧酸進(jìn)行分離、精制、純化，包括冷卻沉淀、離子交換法分離、溶液的脫色與凈化、溶液的萃取精制、色譜法提純等手段，選擇提取分子量在1400－1700區(qū)段的釀造用單寧酸產(chǎn)品，純度達(dá)99％以上，顏色為米黃色，以適應(yīng)釀造工業(yè)的需要。
文檔編號(hào)C07H13/08GK1398871SQ02130628
公開日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月10日
發(fā)明者任博文, 王富彪 申請(qǐng)人:北京富邦博爾生物科技有限公司