一种没食子酸的生产工艺的制作方法

1.本发明属于天然药物提取领域，具体涉及一种没食子酸的生产工艺。


背景技术：

2.没食子酸亦称“五倍子酸”、“棓酸”，学名“3,4,5
‑
三羟基苯甲酸”，广泛存在于掌叶大黄、大叶桉、山茱萸等植物中，是自然界存在的一种多酚类化合物。据国外文献记载，没食子酸最早由舍勒制得(1786)。但古代中国早在这以前就有明确记载。例如，明代李挺的《医学入门》(1575)中记载了用发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓“五倍子粗粉，并矾，曲和匀，如作酒曲样，如瓷器遮不见风，候生白取出”。《本草纲目》卷39中则有“看药上长起长霜，则药已成矣”的记载。这里的“生白”“长霜”均为没食子酸生成之意，是世界上最早制得的有机酸，比舍勒的发现早了二百年。
3.以没食子酸为原料可以合成没食子酸酯类化合物，这些酯类化合物都是性能优良的食品抗氧化剂。20世纪80年代日本已经有用95％的没食子酸和其他助剂组成的抗氧剂g1000、eg
‑
5乳剂和eg
‑
5油剂，特别是没食子酸丙酯为抗氧剂，可用于食用油脂以防腐臭变质。李肖玲等报道了没食子酸具有抗炎、抗突变、抗氧化、抗自由基等多种生物学活性；同时没食子酸具有抗肿瘤作用，可以抑制肥大细胞瘤的转移，从而延长生存期；也是相对适宜的杀锥虫候选药物；对肝脏具有保护作用，可以抵抗四氯化碳诱导的肝脏生理和生化的转变；可以通过抑制内皮no的生成诱导血管内皮依赖性收缩和对内皮依赖性松弛。没食子酸可以用来制造多种燃料、焰火稳定剂、蓝黑墨水和笛音剂；可以作为植物生长调节剂，与维生素c配合作为强化饵料养鱼；也是紫外线吸收剂、阻燃剂，半导体光致抗蚀原料，可配制防锈底漆和铝合金有机涂层，配制水基钻探泥浆用流化剂，其效果可与木质素磺酸盐相媲美，甚至更好。工业上也用于制革；还可做照相显影剂；还用作显影剂和检测游离无机酸、二羟基丙酮、生物碱和金属等的分析试剂。
4.没食子酸在许多植物种广泛存在，是一种天然产物化学成分，但以游离没食子酸存在较少，而更常见的是作为鞣质即单宁的组成部分。图1是没食子酸的结构式，生产制备没食子酸的传统方法主要是酸水解法和碱水解法，近年来随着发酵工程和酶工程的发展，生物法制备没食子酸已成为研究热点，主要包括发酵法和酶促降解法。其中酶法工艺产酶菌株的发酵培养和生物转化等工艺均可大规模工业化的生产，制酶和制酸分别在两个容器中进行，使两个反应都能达到最佳反应状态，条件温和，废水少，工艺操作简单，生产性能较稳定，反应时间大幅缩短。
5.目前提取没食子酸的方式主要是通过多次重结晶法得到产品。主要有以下缺陷：(1)硫酸用量大，原材料成本高，且高浓度硫酸腐蚀设备，提取车间所有提取设备必须采用高等级防腐措施，大幅增加成本；(2)多次结晶，能耗高，产品的收率不高，母液量大；(3)污染严重，环保问题严峻；(4)人员安全风险大；(5)不适宜大规模生产，单位产量成本高。因此，本发明开发了一种新的没食子酸的生产工艺。


技术实现要素：

6.发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种没食子酸的生产工艺。
7.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种没食子酸的生产工艺，包括如下步骤：
8.(1)将含有没食子酸的酶催化液经有机酸活化后的陶瓷膜过滤，得到陶瓷膜透过液；
9.(2)将陶瓷膜透过液经以下工艺条件中的任意一个或多个参数处理，即得没食子酸；
10.(2i)过滤
11.(2ii)树脂吸附、解吸
12.(2iii)浓缩
13.(2iv)结晶
14.(2v)干燥。
15.步骤(1)中，所述含有没食子酸的酶催化液中没食子酸的质量含量为0.2％～5％。
16.步骤(1)中，所述含有没食子酸的酶催化液为五倍子或塔拉经单宁酶催化后所得。
17.其中，所述单宁酶的用量为塔拉/五倍子粉质量比0.01％～5％。
18.其中，所述单宁酶的酶活为500～300000u/g，酶活定义为在30℃、ph值5.0的条件下，每分钟降解没食子酸丙酯溶液释放1μmol没食子酸所需的酶量，定义为一个酶活力单位(u)。
19.其中，所述单宁酶催化的ph为3.5～7.0，温度为10～60℃。
20.其中，所述单宁酶催化的时间为1～6h。
21.步骤(1)中，优选地，将含有没食子酸的酶催化液先经过预过滤器过滤后，再经有机酸活化后的陶瓷膜过滤，得到陶瓷膜透过液；通过预过滤器，可以将转化液中的大颗粒性杂质去除，提高后一工序段陶瓷膜的进料质量和效率。
22.其中，所述的预过滤器为直接过滤器。
23.其中，所述预过滤器的过滤精度为1～10mm。
24.步骤(1)中，优选地，先将陶瓷膜浸泡于去离子水中6～12h，干燥后再经有机酸活化；进一步优选地，所述的干燥为80～120℃干燥10～12h。
25.步骤(1)中，所述的有机酸活化为将陶瓷膜置于密闭容器中，将有机酸溶液加热至沸腾，通过真空气相沉积法，对陶瓷膜进行活化反应。
26.其中，所述有机酸溶液的溶剂为甲醇和乙醇中的任意一种或两种组合物，浓度为0.05～0.2mol/l。
27.优选地，所述的有机酸的通式为c
n
h
2n
‑2o4，其结构式为hooc
‑
(ch2)
n
‑
cooh；其中，n选择2～6中的任意一个整数；优选地，所述的有机酸为乙二酸、丁二酸、丙二酸、戊二酸和草酸中的任意一种或几种组合。
28.其中，所述真空气相沉积法的真空度为10～90kpa。
29.其中，所述的活化反应的时间为1～6h。
30.优选地，在活化反应结束后清洗，干燥；进一步优选地，所述的清洗为去离子水清洗三次；进一步优选地，所述的干燥为80～120℃干燥4～12h。
31.步骤(1)中，所述的陶瓷膜包括支撑体和分离层。
32.其中，本发明对支撑体的平均孔径没有具体的要求；本发明中所述的“过滤精度”均指“陶瓷膜分离层的平均孔径”。
33.其中，所述的陶瓷膜的过滤精度为5～500nm，优选为50～200nm；其中，当所述陶瓷膜的过滤精度为5nm，其通量仅为500nm过滤精度陶瓷膜通量的40％，且需要0.8mpa压力作为膜设备运行的驱动力；当所述陶瓷膜的过滤精度为500nm时，其通量比50nm过滤精度陶瓷膜通量大20％，比200nm过滤精度陶瓷膜通量大16％，但是通量衰减比较快，且会有可溶性小分子量蛋白和胶体透过陶瓷膜，降低滤液质量。
34.步骤(1)中，所述过滤的温度为10～90℃，优选为10～80℃，进一步优选为50～70℃，更进一步优选为60℃。
35.步骤(1)中，所述过滤的压力为0.1～0.8mpa，优选为0.25～0.4mpa，进一步优选为0.35mpa。
36.步骤(1)中，优选地，在陶瓷膜过滤精度为50～200nm，温度为60℃，压力为0.35mpa时，过滤通量较大，通量下降缓慢，能耗较低，产品回收率高，滤液质量很好；通过陶瓷膜过滤、澄清，将没食子酸转化液中的悬浮物、大分子蛋白、胶体等杂质去除，提高超滤膜的进料质量。
37.步骤(2)中，优选地，将陶瓷膜透过液依次经(2i)过滤、(2ii)树脂吸附、解吸、(2iii)浓缩、(2iv)结晶、(2v)干燥，得到没食子酸。
38.步骤(2i)中，所述的过滤为超滤膜过滤。
39.优选地，将陶瓷膜透过液经超滤膜过滤，脱色、除杂，得到超滤膜透过液。
40.其中，所述的超滤膜为卷式超滤膜。
41.其中，所述超滤膜的截留分子量为1000～40000da，优选为3000～10000da；其中，当超滤膜的截留分子量为1000da时，其通量仅为20000da截留分子量超滤膜通量的56％，且需要1.5mpa压力作为膜设备运行的驱动力，且会截留没食子酸产品16％；当超滤截留分子量为40000da时，会有3.2％左右的小分子植物蛋白和色素透过微滤膜，降低滤液质量。
42.其中，所述超滤膜过滤的温度为10～60℃，优选为30～50℃，进一步优选为35℃。
43.其中，所述超滤膜过滤的压力为0.5～2.5mpa，优选为0.6～1.0mpa，进一步优选为0.7mpa。
44.优选地，在温度为35℃，压力为0.7mpa，超滤膜截留分子量为3000～10000da时，过滤通量稳定，小分子植物蛋白和色素去除率99.7％以上，滤液质量很好，产品回收率可达98.7％；通过超滤膜，可以去除提取液中的小分子可溶性蛋白和胶体，提高产品的纯度，同时也提纳滤膜的浓缩比例，降低硫酸的使用量。
45.步骤(2ii)中，所述的树脂吸附为将超滤膜滤液经阴离子交换树脂吸附，所述解吸为经解吸液解吸，得到解吸液。
46.其中，所述阴离子交换树脂为大孔弱碱阴离子交换树脂，功能基团为叔胺基，粒度为0.20～0.15mm，优选为0.6mm。
47.其中，所述吸附的流速为1～6bv/h，优选为2～4bv/h，进一步优选为3bv/h。
48.其中，所述吸附的温度为10～60℃，优选为30～40℃。
49.最优选地，所述大孔弱碱性阴离子交换树脂的粒度为0.5mm，吸附温度35℃，流速
为3bv/h，此时的吸附效果最佳，既能保证吸附效果，同时解析液的用量相对较少。通过将没食子酸吸附到大孔弱碱性阴离子交换树脂上，进一步提高没食子酸的纯度。
50.其中，所述的解吸液为醋酸或盐酸溶液，浓度为2％～6％，优选为4％。
51.其中，所述解吸的流速为1～4bv/h。
52.其中，所述解吸液的用量为2～3bv。
53.其中，通过解吸，将没食子酸从大孔弱碱性阴离子交换树脂上解吸下来，可以得到高纯度、高浓度的没食子酸。
54.步骤(2iii)浓缩为纳滤膜浓缩。
55.优选地，将步骤(2ii)所得树脂解吸液经纳滤膜浓缩，得到没食子酸的浓缩液。
56.其中，所述的纳滤膜为卷式纳滤膜。
57.其中，所述纳滤膜的截留分子量为100～800da，优选为150～300da；其中，当纳滤膜的截留分子量为100da时，其通量仅为800da截留分子量纳滤膜通量的40％，且需要2.5mpa压力作为膜设备运行的驱动力；当纳滤膜的截留分子量为800da时，其通量比300da截留分子量纳滤膜通量大25％，比150da截留分子量纳滤膜通量大40％，但是会有5％左右的产品透过纳滤膜，产品收率下降。
58.其中，所述纳滤膜浓缩的温度为10～60℃，优选为30～50℃，进一步优选为30℃。
59.其中，所述纳滤膜浓缩的压力为0.5～2.5mpa，优选为1.0～2.0mpa，进一步优选为1.5mpa。
60.优选地，在温度为30℃，压力为1.5mpa，纳滤膜截留分子量为150～300da时，过滤通量稳定，可浓缩近5倍，产品的截留率99.5％以上。
61.步骤(2iv)中，所述的结晶为将步骤(2ii)所得没食子酸的浓缩液调酸，降温至5～20℃结晶，得到结晶液。
62.其中，所述调酸为调节至ph为1～4。
63.步骤(2v)中，将结晶液离心后再在50～80℃干燥。
64.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：
65.1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种生产成本低，工艺安全、可靠，投资小，产品品质和收率高的没食子酸的生产新工艺。
66.2、本发明提取工艺采用活化改性的陶瓷膜过滤，可有效去除悬浮物、胶体、鞣质、大分子植物蛋白，同时可以去除99.8％的植物油性杂质，降低后序工段超滤膜和离子交换树脂的进料负荷；同时，该陶瓷膜过滤通量大，滤液质量高，可以耐受高温、高压、化学腐蚀，且使用寿命较长。
67.3、本发明提取工艺采用超滤膜过滤，可以有效去除小分子植物蛋白和色素，提高了产品的纯度，减小后面纳滤膜浓缩体积，同时降低了生产周期，硫酸的使用得到明显减少。
68.4、采用纳滤膜过滤，可有效去除料液中残留的小分子糖类和盐分，提高产品的纯度；可省去蒸发浓缩过程，降低了生产能耗，同时也降低了生产成本；纳滤膜精度高，可以提高没食子酸的收率。
69.5、本发明提取工艺采用膜分离设备，减小了设备的占地面积，降低了基建成本，自动化程度高，减少操作员工和工作强度。该工艺对新设备和传统工艺的参数做了大量的优
化工作，得到最优的生产工艺参数，保证了生产的高效节能的运行，同时产品的品质较高。该生产工艺比较节能，相比较传统生产工艺，自动化程度高，可节省60％的人工费用，经济效益显著。
附图说明
70.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
71.图1为没食子酸的结构式。
72.图2为本发明没食子酸的生产工艺流程示意图。
具体实施方式
73.下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
74.以下实施例中，所述的单宁酶的酶活为5000～200000u/g；酶活定义为在30℃、ph值5.0的条件下，每分钟降解没食子酸丙酯溶液释放1μmol没食子酸所需的酶量，定义为一个酶活力单位(u)。
75.以下实施例中，所述的调酸均是指用硫酸调节酸度。
76.以下实施例中，所述的大孔弱碱阴离子交换树脂吸附大网状聚丙烯酸系弱碱阴离子交换树脂，其平均粒径为0.2～1.5mm，含水量为50％～65％，湿密度为1.05～1.10g/m3，交换容量≥6.5mmol/g，功能基团为叔胺基。
77.实施例1：按照如图2所示的流程图提取没食子酸：
78.(1)将五倍子粉和水按照1：30(质量比)投入转化罐，搅拌溶解后，将酶活为5000u/g的单宁酶，按照五倍子粉质量比2％的比例加入到转化罐中，酶催化时间为6h，ph为6.0，酶催化温度20℃，得到含1.8％没食子酸的粗转化液，没食子酸的纯度为76％；
79.(2)将步骤(1)得到的粗转化液经过预过滤器(直角过滤器，过滤精度为1mm)过滤后，进入活化改性的陶瓷膜(过滤精度为5nm，过滤温度为40℃，过滤压力为0.1mpa)过滤，得到陶瓷膜透过液；其中，没食子酸的浓度为1.62％，纯度为94.2％，浊度为1.0ntu；
80.(3)将步骤(2)得到的陶瓷膜透过液经过超滤膜(超滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为1000da，过滤温度为40℃，过滤压力为2.5mpa)过滤脱色、除杂后，得到超滤膜滤液；
81.(4)将步骤(3)中得到的超滤膜滤液，经过大孔弱碱阴离子交换树脂吸附，树脂粒径为1.5mm，流速为4bv/h，吸附的温度为20℃；再生试剂为2％醋酸，再生试剂用量为4b v；
82.(5)将步骤(4)得到的阴离子交换树脂解吸液液经过纳滤膜(纳滤膜为卷式纳滤膜，截留分子量为100da，温度为40℃，压力为2.5mpa)浓缩，浓缩液经调酸到ph 2.0、降温到20℃结晶、离心、60℃干燥后即得没食子酸成品。
83.步骤(2)中，所述的活化改性的陶瓷膜，其制备方法为：
84.(a)将陶瓷膜浸泡于去离子水中12h，100℃干燥10h；
85.(b)将步骤(a)所得陶瓷膜置于活化器中，开启真空装置，真空度为10kpa，将圆底烧瓶中的0.2mol/l的丙二酸溶液加热至沸腾，活化反应3h；
86.(c)将步骤(b)所得陶瓷膜用去离子水清洗三次，100℃干燥10h。
87.本实施例陶瓷膜的孔径很小，且温度和压力较低，陶瓷膜通量较低；超滤膜的截留分子量较低，脱色、除蛋白效果较好，但产品有较多截留。最终得到的没食子酸的收率为90.6％，没食子酸的纯度为99.15％，产品中蛋白的含量为0.3％，色素含量为0.1％，残糖含量为0.72％。
88.实施例2：按照如图2所示的流程图提取没食子酸：
89.(1)五倍子粉和水按照1：25(质量比)投入转化罐，搅拌溶解后，将酶活为200000u/g的单宁酶，按照五倍子粉质量比0.01％的比例加入到转化罐中，酶催化时间为1h，ph为5.5，酶催化温度45℃，得到含2.25％没食子酸的粗转化液，没食子酸纯度为75.3％；
90.(2)将步骤(1)得到的粗转化液经过预过滤器(直角过滤器，过滤精度为3mm)过滤后，进入活化改性的陶瓷膜(过滤精度为500nm，过滤温度为50℃，过滤压力为0.8mpa)过滤，得到陶瓷膜透过液；其中，没食子酸的浓度为2.2％，纯度为92.1％，浊度为2.6ntu；
91.(3)将步骤(2)得到的陶瓷膜透过液经过超滤膜(超滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为20000da，过滤温度为50℃，过滤压力为0.5mpa)过滤脱色、除杂后，得到超滤膜滤液；
92.(4)将步骤(3)中得到的超滤膜滤液，经过大孔弱碱阴离子交换树脂吸附，树脂粒径为0.2mm，流速为2bv/h，吸附的温度为60℃；再生试剂为5％醋酸，再生试剂用量为2bv；
93.(5)将步骤(4)得到的阴离子交换树脂解吸液液经过纳滤膜(纳滤膜为卷式纳滤膜，截留分子量为800da，温度为50℃，压力为1.0mpa)浓缩，浓缩液经调酸到ph1.0、降温到10℃结晶、离心、50℃干燥后即得没食子酸成品。
94.步骤(2)中，所述的活化改性的陶瓷膜，其制备方法为：
95.(a)将陶瓷膜浸泡于去离子水中10h，100℃干燥6h；
96.(b)将步骤(a)所得陶瓷膜置于活化器中，开启真空装置，真空度为20kpa，将圆底烧瓶中的0.6mol/l的丁二酸溶液加热至沸腾，活化反应6h；
97.(c)将步骤(b)所得陶瓷膜用去离子水清洗三次，100℃干燥8h。
98.本实施例陶瓷膜的孔径较大，过滤温度高，压力大，具体实施过程中的膜通量较大，但是能耗较大，且膜污染较快；超滤膜的截留分子量较高，脱色、除蛋白效果较差，会对纳滤膜造成一定程度的污染，纳滤膜的截留分子量较大，会有部分没食子酸透过纳滤膜，造成损失；纳滤膜和超滤膜的温度过高，会对产品的稳定性造成一定影响。最终得到的没食子酸的收率为88.5％，没食子酸的纯度为96.7％，产品中植物蛋白的含量为2.1％，色素含量为0.3％，残糖含量为0.25％。
99.实施例3：按照如图2所示的流程图提取没食子酸：
100.(1)将五倍子粉和水按照1：20(质量比)投入转化罐，搅拌溶解后，将酶活为100000u/g的单宁酶，按照五倍子粉质量比0.1％的比例加入到转化罐中，转化时间为2h，ph为5.0，转化温度40℃，得到含2.6％没食子酸的粗转化液，其纯度为75.6％；
101.(2)将步骤(1)得到的粗转化液经过预过滤器(直角过滤器，过滤精度为1mm)过滤后，进入活化改性的陶瓷膜(过滤精度为50nm，过滤温度为60℃，过滤压力为0.35mpa)过滤，得到陶瓷膜透过液；其中，没食子酸的浓度为2.5％，纯度为96.2％，浊度为1.1ntu；
102.(3)将步骤(2)得到的陶瓷膜透过液经过超滤膜(超滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为10000da，过滤温度为35℃，过滤压力为0.7mpa)过滤脱色、除杂后，得到超滤膜滤液；
103.(4)将步骤(3)中得到的超滤膜滤液，经过大孔弱碱阴离子交换树脂吸附，树脂粒
径为0.5mm，流速为3bv/h，吸附的温度为35℃；再生试剂为4％醋酸，再生试剂用量为3bv；
104.(5)将步骤(4)得到的阴离子交换树脂解吸液液经过纳滤膜(纳滤膜为卷式纳滤膜，截留分子量为150da，温度为30℃，压力为1.5mpa)浓缩，浓缩液经调酸到ph1.5、降温到10℃结晶、离心、60℃干燥后即得没食子酸成品。
105.步骤(2)中，所述的活化改性的陶瓷膜，其制备方法为：
106.(a)将陶瓷膜浸泡于去离子水中12h，100℃干燥8h；
107.(b)将步骤(a)所得陶瓷膜置于活化器中，开启真空装置，真空度为10kpa，将圆底烧瓶中的0.5mol/l的乙二酸溶液加热至沸腾，活化反应2h；
108.(c)将步骤(b)所得陶瓷膜用去离子水清洗三次，100℃干燥12h。
109.本实施例陶瓷膜的孔径合适，过滤温度适中，压力较低，既能保证有效的过滤澄清，又能使生产过程稳定，通量较高，能耗低，相比较实施例1，其过滤通量大65％。超滤膜的可以保证在较低的温度和压力下，产品的品质稳定，能耗较低，同时能够有效的去除杂蛋白和色素；纳滤膜的截留分子量合适，既能保证没食子酸的收率，同时还可以透过残糖，提高产品纯度。。最终得到的没食子酸的收率为95.2％，没食子酸的纯度为99.6％，产品中植物蛋白的含量为0.1％，色素含量为0.07％，残糖含量为0.05％。
110.对比例1
111.同实施例3，仅将陶瓷膜用未活化的陶瓷膜替换，所得陶瓷膜透过液没食子酸纯度为87.2％，浊度为6.5ntu，且过滤通量仅为活化后陶瓷膜35％。最终得到没食子酸的收率为72％，纯度为89.5％，产品中植物蛋白的含量为2.6％，色素含量为0.35％，残糖含量为0.4％。
112.本发明提供了一种没食子酸的生产工艺的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。