專利名稱：一種制備沒食子酸的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發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：
沒食子酸，化學名稱為3，4，5-三羥基苯甲酸(英文名3，4，5-trihydroxy benzoic acid)是一種重要的精細化工產品，廣泛用于化工、醫藥、食品和電子工業等領域。目前，工業上，生產沒食子酸的原料是五倍子、倍花或塔拉，主要生產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氧化性，會破壞單寧酸中的苯環結構，副反應多，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，后續分離工藝復雜，成本提高；(3)水解過程中單寧酸水解不完全，產品質量不穩定，設備腐蝕嚴重，產生的酸堿廢水嚴重污染環境。此外，還可采用微生物發酵法與酶法相結合制備沒食子酸。CN101643755A于2010 年2月10日公開了一種生產電子級沒食子酸的方法，該方法先用微生物發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。該方法中發酵制酶過程與水解過程溫度較低， 生產周期長，水解不完全，且發酵液與水解液共處一個體系，加大了后續過濾、分離精制的難度。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種成本低，產率高，對環境污染小的制備沒食子酸的方法。本發明進一步目的是，提供一種操作方便，可提高生產過程穩定性的制備沒食子酸的裝置。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是 本發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處理罐中，加去離子水至將固定化載體淹沒，對固定化載體進行浸泡，同時加入濃度為1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH溶液調節浸泡液的pH為7. 8 8. 2，浸泡0. 5 3小時后，排出浸泡水；
b.戊二醛交聯向步驟a所述的載體預處理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去離子水，使預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溶液調節pH至7. 8 8. 2后，進行攪拌，攪拌速度為90 120 r/min (優選lOOr/min)，攪拌1 3小時后，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步驟b預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量=1 10 25加入酶活為5000 U/mL的單寧酶液，在溫度25 40°C (優選35°C)，pH6. 5 7. 5 (優選6. 8 7. 1)的條件下進行攪拌，攪拌速度為 90 120 r/min (優選100r/min)，攪拌10 50小時(優選24-26小時)，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，調整水解液中單寧酸質量濃度為6 10%(優選8%)，同時按IOOOkg水解液加入0. 5 Ilkg (優選3_10 kg) 固定化單寧酶進行水解，水解溫度為30°C 70°C (優選35°C _65°C，更優選40°C -60°C)， pH為3. 5 6. 5 (優選4. 0-4. 5)，水解時間8 60小時(優選10-40小時)，水解完成后，水解液經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，蒸發濃縮，結晶，離心，真空干燥， 即成。進一步，步驟a中所述單寧酶的固定化載體為優選LX-1000HA型樹脂。本發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，貯罐I通過輸料泵I與載體預處理罐和固定化罐相連，貯罐II通過輸料泵II與載體預處理罐合固定化罐相連，載體預處理罐通過輸料泵III與固定化罐，所述載體預處理罐、固定化罐與加熱和冷卻系統相連；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I、貯罐III、輸料泵V、水解罐、脫色罐、輸料泵VI、壓濾機II、貯罐IV、輸料泵通、蒸發器、貯罐V、輸料泵通、結晶罐、離心機、干燥機、真空系統，所述原料浸提罐通過輸料泵IV與壓濾機I相連，所述壓濾機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II相連，所述壓濾機II與貯罐IV相連，所述貯罐IV通過輸料泵νπ與蒸發器相連，所述蒸發器與貯罐V 相連，所述貯罐V通過輸料泵VDI與帶有結晶罐相連，所述結晶罐與離心機相連，所述離心機與干燥機相連，所述浸提罐、水解罐、脫色罐、結晶罐與加熱和冷卻系統。進一步，所述載體預處理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脫色罐和結晶罐均設有PH 傳感器和溫度傳感器。進一步，所述蒸發器內設有壓力傳感器和溫度傳感器。進一步，所述載體預處理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脫色罐和結晶罐均設夾套，所述夾套與加熱和冷卻系統相連。進一步，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。本發明通過對單寧酶的固定提高酶的熱穩定性和pH適應范圍，加快了單寧酸的轉化速率，縮短了生產周期，提高了目標產率；選擇對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，進一步提高酶的使用壽命，降低了生產成本；在生產過程中對環境污染少，適應規模化生產。
圖1為本發明制備沒食子酸的裝置中的單寧酶固定化裝置實施例結構示意圖； 圖2為本發明制備沒食子酸的裝置中的單寧酸酶法轉化沒食子酸的裝置實施例結構
示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1
本實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溶液調節浸泡液的pH為8，浸泡 1. 5小時后排出浸泡水；
b.戊二醛交聯向步驟a所述的載體預處理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去離子水， 使預處理罐中物料的質量分數比為載體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溶液調節pH至7. 8后進行攪拌，攪拌速度為lOOr/min，攪拌1小時后，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步驟b預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的條件下進行攪拌，攪拌速度為lOOr/min，攪拌10小時，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，取實施例1-6中的最高酶活力的固定化酶)進行水解，水解溫度為35°C，pH為3. 5，水解時間 60小時，水解完成后水解液經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使用。f.沒食子酸提純將步驟e所得水解液脫色，過濾，蒸發濃縮，結晶，離心，真空干燥，即成。本實施例所得單寧酸轉化率為86. 3%。實施例2-6
實施例2-6的操作步驟與實施例1的步驟相同，步驟(1)中的戊二醛交聯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化率見表2。
權利要求
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處理罐中，加去離子水至將固定化載體淹沒，對固定化載體進行浸泡，同時加入濃度為1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH溶液調節浸泡液的pH為7. 8 8. 2，浸泡0. 5 3小時后，排出浸泡水；b.戊二醛交聯向步驟a所述的載體預處理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去離子水，使預處理罐中物料的質量分數比為固定化載體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 溶液調節pH至7. 8 8. 2后，進行攪拌，攪拌速度為90 120 r/min，攪拌1 3小時后， 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步驟b預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的條件下進行攪拌，攪拌速度為90 120 r/min，攪拌10 50小時，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，調整水解液中單寧酸質量濃度為6 10%，同時按IOOOkg水解液加入0. 5 Ilkg固定化單寧酶進行水解，水解溫度為30°C 70°C，pH為3. 5 6. 5，水解時間8 60小時，水解完成后，水解液經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，蒸發濃縮，結晶，離心，真空干燥， 即成。
2.根據權利要求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LX-1000HA型樹脂。
3.根據權利要求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.根據權利要求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的條件下進行攪拌，攪拌速度為lOOr/min，攪拌M46小時。
5.根據權利要求1或2所述的制備沒食子酸的方法，其特征在于步驟e，調整水解液中單寧酸質量濃度為8%，同時按IOOOkg水解液加入3-10 kg固定化單寧酶進行水解，水解溫度為350C -65°C,pH為4. 0-4. 5，水解時間10-40小時。
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，貯罐I通過輸料泵I與載體預處理罐和固定化罐相連，貯罐II通過輸料泵II與載體預處理罐合固定化罐相連，載體預處理罐通過輸料泵III與固定化罐，所述載體預處理罐、固定化罐與加熱和冷卻系統相連；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I、貯罐III、輸料泵V、水解罐、脫色罐、輸料泵VI、壓濾機II、貯罐IV、輸料泵νπ、蒸發器、貯罐V、輸料泵通、結晶罐、離心機、 干燥機、真空系統，所述原料浸提罐通過輸料泵IV與壓濾機I相連，所述壓濾機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II相連，所述壓濾機II與貯罐IV相連，所述貯罐IV通過輸料泵νπ與蒸發器相連，所述蒸發器與貯罐V相連，所述貯罐V通過輸料泵VDI與帶有結晶罐相連，所述結晶罐與離心機相連，所述離心機與干燥機相連，所述浸提罐、水解罐、脫色罐、結晶罐與加熱和冷卻系統。
7.根據權利要求6所述的制備沒食子酸的裝置，其特征在于所述載體預處理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脫色罐和結晶罐均設有PH傳感器和溫度傳感器。
8.根據權利要求6或7所述的制備沒食子酸的裝置，其特征在于所述蒸發器內設有壓力傳感器和溫度傳感器。
9.根據權利要求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處理罐、 固定化罐、浸提罐、水解罐、脫色罐和結晶罐均設夾套，所述夾套與加熱和冷卻系統相連。
10.根據權利要求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行酶水解，再經脫色、過濾、濃縮、結晶、離心、真空干燥，即成。本發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。本發明通過對單寧酶的固定，提高酶的熱穩定性和pH適應范圍；操作簡便、安全、穩定；生產成本低，便于規模化生產。
文檔編號C12M1/00GK102321681SQ201110229669
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月11日 優先權日2011年8月11日
發明者朱曉媛, 李忠海, 沈珺珺, 王揮, 袁強, 黎繼烈 申請人:中南林業科技大學