CN102898486B - 棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法，其工艺步骤为：（1）浸提油后的棉籽粕用极性溶剂萃取，得到提取液；（2）提取液经过滤、真空脱去有机溶剂，得到水相和固体相；（3）水相经过滤、絮凝、脱色和脱盐、脱色、脱溶，得到棉籽糖；（4）固体相先加入酶进行水解，然后用酸调节溶液呈酸性，沉淀、分离，得到固形物；（5）在固形物中加入醚类、卤代烃、酯和/或低级酮类溶剂溶解棉酚，然后过滤除杂，得到含棉酚滤液；（6）含棉酚滤液在氮气保护下结晶、养晶，然后过滤、干燥，得到针状棉酚晶体。本方法可实现脱酚棉籽蛋白、棉籽糖和棉酚的联合工业化生产，适合规模化生产，实现棉籽综合加工，实现棉籽的最大价值化。
Description
技术领域
本发明涉及一种棉籽粕的综合利用方法，尤其是一种棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法。
背景技术
我国是一个棉花种植大国，棉花是在我国唯一大面积种植的转基因作物，棉花在我国很多省区都有种植，主要在新疆、河北、山东、安徽、湖北、河南等地。棉籽资源十分丰富，棉籽特征固有活性成分为棉酚，主要存在于棉仁中，经提取油脂后的棉粕中含有4.2%左右的棉籽糖和0.1-1%左右的棉酚。脱脂后的棉粕是棉籽糖丰富的来源。棉籽糖（Raffinose）是三聚糖，是由半乳糖、葡萄糖和果糖结合而成，属于低聚糖，是非还原糖，具有很好的生理活性；易溶于水，难溶于有机溶剂。棉酚具有抗癌、避孕和抗病毒等特性，越来越受到科学界和医学界的关注；易溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂和油脂中，在水中的溶解度很低。因而对棉籽加工公司来说，实现棉籽糖和棉酚联合工业化生产具有很大的优势和发展前景。
经研究发现，棉籽糖是人体肠道中双歧杆菌、嗜酸乳酸杆菌等有益菌几号的营养源，能促进它们的增值，从而抑制肠道内腐败菌的生长，并减少有毒发酵产物的形成。双体杆菌发酵棉籽糖产生大量的短链脂肪酸，能刺激肠道蠕动、增加粪便润湿度并保持一定的渗透压，从而防止便秘的发生。此外，棉籽糖能改善人体的消化功能，促进人体对钙的吸收，从而增强人体免疫力，对预防疾病和抗衰老具有明显效果。棉籽糖的耐酸、耐热性好，在90%的相对湿度下也不会吸湿结块，其本身可作为食用添加剂使用，改善食品的加工特性，防止产品褐变，提高产品质量，延长产品保质期。棉籽糖因具有优良的理化性能及生理活性，目前已被广泛应用于食品、医药及化妆品等行业。
棉酚除了可作为男性抗生育用药外，也可适用于治疗女性某些激素依赖性疾病，如子宫内膜异位症、子宫肌瘤、功血和痛经等。棉酚具有抗疟疾的作用，可杀死疱疹等病毒。此外，棉酚还对胃癌、肺癌、肝癌、结肠癌等有一定的疗效，尤其棉酚作为抗肿瘤药物方面的研究引起了众多研究人员的关注。而且棉酚也是很好的抗氧化剂，在化工、航空航天等领域都有很好的应用价值，棉酚的开发利用有很好的前景。
随着现代油料加工技术和先进精制技术的应用，从棉籽粕提取、精制棉籽糖和提取、精制棉酚，提高了棉籽粕的利用价值。但是现有技术中，棉籽糖和棉酚均为分别提取，在制备棉籽糖会将棉酚作为废料排放，这样就会资源的浪费，无法最大化的利用棉籽粕的价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种棉籽粕高值化利用的棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法。
为解决上述技术问题，本发明的工艺步骤为：
（1）浸提油后的棉籽粕用极性溶剂萃取棉籽糖和棉酚，得到含有棉籽糖和棉酚的提取液；
（2）提取液经过滤、真空脱去有机溶剂，得到分别含棉籽糖的水相和含棉酚的固体相；
（3）含棉籽糖的水相经过滤、絮凝、大孔吸附树脂柱脱色和离子交换树脂脱盐、活性炭脱色、脱溶，得到棉籽糖；
（4）固体相先加入脂肪酶、碱性蛋白酶、糖苷酶和水进行水解，然后用酸调节溶液呈酸性，沉淀、分离，得到固形物；
（5）在固形物中加入醚类、卤代烃、酯和/或低级酮类溶剂溶解棉酚，然后过滤除杂，得到含棉酚滤液；
（6）含棉酚滤液在氮气保护下结晶、养晶，然后过滤、干燥，得到针状棉酚晶体。
本发明所述步骤（1）中的极性溶剂为甲醇、乙醇或二者的水溶液；萃取温度为45～60℃，萃取时间为1～2h。
本发明所述步骤（2）中，棉籽糖溶于水，而棉酚不溶于水，在真空度为0.09～0.10MPa、温度为50～65℃的条件下脱去有机溶剂。
本发明所述步骤（3）中絮凝时采用的絮凝剂为氢氧化钙、氧化钙、硫酸铁、三氯化铁和丙烯酰胺中的一种或几种，絮凝剂添加量为过滤后水相的1～10%（m/v）。所述步骤（3）中的大孔吸附树脂为AB-8，离子交换树脂为阴(D-061)和阳离子树脂（D-280）；所述的过滤采用400～800目的过滤袋。
本发明所述步骤（4）固相中添加0.01～2%（m/v）的脂肪酶L3126、0.1～5%（m/v）的碱性蛋白酶Alcalase和0.1～5%（m/v）b-葡萄糖苷酶；在pH=4～7、40～60℃的条件下水解1～4h。所述步骤（4）中，用磷酸、柠檬酸或盐酸调节溶液pH=2～6。
本发明所述步骤（5）中的溶剂为乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯和/或丁酮，所述固体相中加入0.4～2倍体积的溶剂；所述过滤时采用400～800目滤袋。
本发明所述骤（6）中含棉酚滤液在结晶罐中按照2～10℃/min降温至0～10℃进行结晶，然后养晶12～48h。所述骤（6）中采用三足过滤机过滤，采用真空冷冻干燥机干燥。
本发明所述步骤（1）中浸提油后的棉籽粕为未经高温处理的棉仁经软化、轧胚、烘干、浸提油脂后得到的棉籽粕。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明由于首先使用极性溶剂水溶液同时提取棉籽糖和棉酚，既实现了棉籽粕中活性成分的提取，又实现了棉籽粕脱酚，得到脱酚棉籽蛋白，实现棉籽粕的价值最大化；然后，从棉籽糖和棉酚提取液中分离出高纯度的棉籽糖和棉酚，棉籽糖和棉酚分别具有其各自的生理活性，广泛应用于医药、化工等行业。经过这样的工艺可实现脱酚棉籽蛋白、棉籽糖和棉酚的联合工业化生产，实现棉籽综合加工，实现棉籽的最大价值化。本发明工艺适合规模化生产，实现了棉籽的价值最大化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：本棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法采用下述工艺步骤。
（1）棉胚先经6#溶剂油喷淋萃取棉籽油；浸提油后的棉籽粕由刮板输送至浸出器，用浓度为90%的甲醇喷淋萃取棉籽糖和棉酚，萃取温度为55℃，萃取时间为60min，得到含有棉籽糖和棉酚的提取液；
（2）提取液用400目滤袋过滤，真空度0.095Mpa、60℃条件下，回收甲醇，得到含有固体相的棉籽糖溶液，静置分层，分离得到含棉籽糖的水相和含棉酚的固体相；
（3）含棉籽糖的水相用500目滤袋过滤，过滤后的水相加入5%（g/ml）的氢氧化钙，60℃下絮凝50min，静置压滤；滤液过AB-8大孔吸附树脂吸附，先用40%乙醇洗脱，然后用70%乙醇解析；然后用阴(D-061)和阳离子树脂（D-280）脱盐，然后添加4%的活性炭粉末脱色，得到棉籽糖溶液，0.095MPa、65℃条件下脱溶剂，得到高纯度棉籽糖，经HPLC检测棉籽糖纯度为96.12%；
（4）固体相加入 0.01%（g/ml）脂肪酶L3126、0.2%（g/ml）碱性蛋白酶Alcalase和0.2%（g/ml）b-葡萄糖苷酶，在pH＝5、50℃条件下水解60min；用柠檬酸再次调节溶液至pH=5，酶解液经酸调节pH值后，酶解液呈含有固形物和水溶性物质的混合悬浮液，静置2h，分离得到固形物；
（5）在固形物加入其重量0.4倍体积的三氯甲烷，400目过滤袋过滤，得到含棉酚滤液；
（6）含棉酚滤液输送到结晶罐，充氮气至测氧仪测定置换出气含氧量为0，然后以2℃/min降温至10℃，养晶12h；然后600目的三足过滤机过滤，得到的棉酚在-45℃、0.095MPa的条件下冷冻干燥6h，，即可得到针状棉酚晶体，经HPLC检测纯度为95.61%。
实施例2：本棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法采用下述工艺步骤。
（1）棉胚先经6#溶剂油喷淋萃取棉籽油；浸提油后的棉籽粕由刮板输送至浸出器，用浓度为95%的乙醇喷淋萃取棉籽糖和棉酚，萃取温度为52℃，萃取时间为90min，得到含有棉籽糖和棉酚的提取液；
（2）提取液用300目滤袋过滤，真空度0.095Mpa、55℃条件下，回收乙醇，得到含有固体相的棉籽糖溶液，静置120min分层，分离得到含棉籽糖的水相和含棉酚的固体相；
（3）含棉籽糖的水相用600目滤袋过滤，过滤后的水相加入2%（g/ml）的硫酸铁，70℃下絮凝45min，静置压滤；滤液过AB-8大孔吸附树脂吸附，先用40%乙醇洗脱，然后用70%乙醇解析；然后用阴(D-061)和阳离子树脂（D-280）脱盐，然后添加2%的活性炭粉末脱色，得到棉籽糖溶液，最后在0.095MPa、65℃条件下脱溶剂，得到高纯度棉籽糖，经HPLC检测棉籽糖纯度为98%；
（4）固体相加入1%（g/ml）脂肪酶L3126、2%（g/ml）碱性蛋白酶Alcalase和3%（g/ml）b-葡萄糖苷酶，在pH＝6、45℃条件下水解90min；用磷酸调节溶液至pH=4，静置2h，分离得到固形物；
（5）在固形物加入其重量2倍体积的乙醚，600目过滤袋过滤，得到含棉酚滤液；
（6）含棉酚滤液输送到结晶罐，充氮气至测氧仪测定置换出气含氧量为0，然后以4℃/min降温至5℃，养晶24h；然后600目的三足过滤机过滤，得到的棉酚在-42℃、0.09MPa的条件下冷冻干燥4h，，即可得到针状棉酚晶体，经HPLC检测纯度为98.5%。
实施例3：本棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法采用下述工艺步骤。
（1）棉胚先经6#溶剂油喷淋萃取棉籽油；浸提油后的棉籽粕由刮板输送至浸出器，用乙醇喷淋萃取棉籽糖和棉酚，萃取温度为45℃，萃取时间为120min，得到含有棉籽糖和棉酚的提取液；
（2）提取液用600目滤袋过滤，真空度0.09Mpa、65℃条件下，回收乙醇，得到含有固体相的棉籽糖溶液，静置120min分层，分离得到含棉籽糖的水相和含棉酚的固体相；
（3）含棉籽糖的水相用400目滤袋过滤，过滤后的水相加入1%（g/ml）的氧化钙和三氯化铁（质量比为2:1），80℃下絮凝45min，静置压滤；滤液过AB-8大孔吸附树脂吸附，先用30%乙醇洗脱，然后用60%乙醇解析；然后用阴(D-061)和阳离子树脂（D-280）脱盐，然后添加1.5%的活性炭粉末脱色，得到棉籽糖溶液，最后在0.090MPa、65℃条件下脱溶剂，得到高纯度棉籽糖，经HPLC检测棉籽糖纯度为96.87%；
（4）固体相加入0.4%（g/ml）脂肪酶L3126、1.5%（g/ml）碱性蛋白酶Alcalase和1.5%（g/ml）b-葡萄糖苷酶，在pH＝5、40℃条件下水解3h；用磷酸调节溶液至pH=2，静置2h，分离得到固形物；
（5）在固形物加入其重量0.5倍体积的二氯甲烷，400目过滤袋过滤，得到含棉酚滤液；
（6）含棉酚滤液输送到结晶罐，充氮气60min，然后以5℃/min降温至4℃，养晶12h；然后800目的三足过滤机过滤，得到的棉酚在-52℃、0.091MPa的条件下冷冻干燥3h，即可得到针状棉酚晶体，经HPLC检测纯度为97.11%。
实施例4：本棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法采用下述工艺步骤。
（1）棉胚先经6#溶剂油喷淋萃取棉籽油；浸提油后的棉籽粕由刮板输送至浸出器，用浓度为85%的甲醇喷淋萃取棉籽糖和棉酚，萃取温度为60℃，萃取时间为120min，得到含有棉籽糖和棉酚的提取液；
（2）提取液用800目滤袋过滤，真空度0.10Mpa、50℃条件下，回收甲醇，得到含有固体相的棉籽糖溶液，静置60min分层，分离得到含棉籽糖的水相和含棉酚的固体相；
（3）含棉籽糖的水相用600目滤袋过滤，过滤后的水相加入8%（g/ml）的氢氧化钙与聚丙烯酰胺（质量比为20:0.01），60℃下絮凝30min，静置压滤；滤液过AB-8大孔吸附树脂吸附，先用30%乙醇洗脱，然后用50%乙醇解析；然后用阴(D-061)和阳离子树脂（D-280）脱盐，然后添加4%的活性炭粉末脱色，得到棉籽糖溶液，最后在0.095MPa、60℃条件下脱溶剂，得到高纯度棉籽糖，经HPLC检测棉籽糖纯度为98.1%；
（4）固体相加入1.5%（g/ml）脂肪酶L3126、0.1%（g/ml）碱性蛋白酶Alcalase和5%（g/ml）b-葡萄糖苷酶，在pH＝7、55℃条件下水解2h；用盐酸调节溶液至pH=6，静置2h，分离得到固形物；
（5）在固形物加入其重量1倍体积的丁酮，800目过滤袋过滤，得到含棉酚滤液；
（6）含棉酚滤液输送到结晶罐，充氮气60min，然后以10℃/min降温至0℃，养晶24h；然后800目的三足过滤机过滤，得到的棉酚在-52℃、0.091MPa的条件下冷冻干燥3h，即可得到针状棉酚晶体，经HPLC检测纯度为96.8%。
实施例5：本棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法采用下述工艺步骤。
（1）棉胚先经6#溶剂油喷淋萃取棉籽油；浸提油后的棉籽粕由刮板输送至浸出器，用甲醇喷淋萃取棉籽糖和棉酚，萃取温度为50℃，萃取时间为100min，得到含有棉籽糖和棉酚的提取液；
（2）提取液用800目滤袋过滤，真空度0.092Mpa、55℃条件下，回收甲醇，得到含有固体相的棉籽糖溶液，静置60min分层，分离得到含棉籽糖的水相和含棉酚的固体相；
（3）含棉籽糖的水相用800目滤袋过滤，过滤后的水相加入10%（g/ml）的硫酸铁，60℃下絮凝30min，静置压滤；滤液过AB-8大孔吸附树脂吸附，先用30%乙醇洗脱，然后用50%乙醇解析；然后用阴(D-061)和阳离子树脂（D-280）脱盐，然后添加4%的活性炭粉末脱色，得到棉籽糖溶液，最后在0.095MPa、60℃条件下脱溶剂，得到高纯度棉籽糖，经HPLC检测棉籽糖纯度为97.39%；
（4）固体相加入2%（g/ml）脂肪酶L3126、5%（g/ml）碱性蛋白酶Alcalase和0.1%（g/ml）b-葡萄糖苷酶，在pH＝4、60℃条件下水解4h；用盐酸调节溶液至pH=3，静置2h，分离得到固形物；
（5）在固形物加入其重量1.5倍体积的乙酸乙酯和丁酮（体积比1:1），800目过滤袋过滤，得到含棉酚滤液；
（6）含棉酚滤液输送到结晶罐，充氮气60min，然后以8℃/min降温至8℃，养晶48h；然后800目的三足过滤机过滤，得到的棉酚在-52℃、0.090MPa的条件下冷冻干燥3h，即可得到针状棉酚晶体，经HPLC检测纯度为97.82%。
Claims (6)
1.一种棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法，其特征在于，其工艺步骤为：
（1）浸提油后的棉籽粕用极性溶剂萃取棉籽糖和棉酚，得到含有棉籽糖和棉酚的提取液；
（2）提取液经过滤、真空脱去有机溶剂，得到分别含棉籽糖的水相和含棉酚的固体相；
（3）含棉籽糖的水相经过滤、絮凝、大孔吸附树脂柱脱色和离子交换树脂脱盐、活性炭脱色、脱溶，得到棉籽糖；
（4）固体相先加入脂肪酶、碱性蛋白酶、糖苷酶和水进行水解，然后用酸调节溶液呈酸性，沉淀、分离，得到固形物；
（5）在固形物中加入醚类、卤代烃、酯和/ 或低级酮类溶剂溶解棉酚，然后过滤除杂，得到含棉酚滤液；
（6）含棉酚滤液在氮气保护下结晶、养晶，然后过滤、干燥，得到针状棉酚晶体；
所述步骤（1）中的极性溶剂为甲醇、乙醇或二者的水溶液；萃取温度为45 ～ 60℃，萃取时间为1 ～2h；
所述步骤（3）中的大孔吸附树脂为AB-8，离子交换树脂为阴离子树脂D-061 和阳离子树脂D-280；所述的过滤采用400 ～ 800 目的过滤袋；
所述步骤（4）固相中添加的脂肪酶L3126的体积为固相质量的0.01 ～ 2%、碱性蛋白酶Alcalase的体积为固相质量的0.1 ～ 5%、β- 葡萄糖苷酶的体积为固相质量的0.1 ～ 5%；在pH=4 ～ 7、40 ～ 60℃的条件下水解1 ～ 4h；
所述步骤（5）中的溶剂为乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯和/ 或丁酮，所述固体相中加入0.4 ～ 2 倍体积的溶剂；所述过滤时采用400 ～ 800 目滤袋。
2.根据权利要求1 所述的棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在真空度为0.09 ～ 0.10MPa、温度为50 ～ 65℃的条件下脱去有机溶剂。
3. 根据权利要求1所述的棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法，其特征在于：所述步骤（3）中絮凝时采用的絮凝剂为氢氧化钙、氧化钙、硫酸铁、三氯化铁和丙烯酰胺中的一种或几种，絮凝剂的添加量为过滤后水相体积的1 ～ 10%。
4.根据权利要求1所述的棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法，其特征在于：所述步骤（4）中，用磷酸、柠檬酸或盐酸调节溶液pH=2 ～ 6。
5.根据权利要求1所述的棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法，其特征在于：所述骤（6）中含棉酚滤液在结晶罐中按照2 ～ 10℃ /min 降温至0 ～ 10℃进行结晶，然后养晶12 ～48h。
6.根据权利要求1－ 4 任意一项所述的棉籽粕制备棉籽糖和棉酚的综合方法，其特征在于：所述骤（6）中采用三足过滤机过滤，采用真空冷冻干燥机干燥。
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