CN103435720B

CN103435720B - 一种从蒲公英橡胶草中连续高效循环提取蒲公英橡胶和菊糖的方法

Info

Publication number: CN103435720B
Application number: CN201310311989.3A
Authority: CN
Inventors: 张立群; 张继川; 孙树泉; 王�锋; 刘实忠
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology; Shandong Linglong Tyre Co Ltd; Zhanjiang Experimental Station Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology; Shandong Linglong Tyre Co Ltd; Zhanjiang Experimental Station Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: CN103435720A

Abstract

本发明涉及一种从蒲公英橡胶草中连续高效循环提取蒲公英橡胶和菊糖的方法。蒲公英橡胶属于非极性物质，菊糖属于极性物质，本发明采用水油分离的原理将蒲公英橡胶和菊糖萃取出来。所得蒲公英橡胶的萃取液经水蒸气蒸馏将蒲公英橡胶分离并实现溶剂回收再利用。所得菊糖萃取液经喷雾干燥工艺得到精制菊糖。最后剩余的生物质残渣经堆肥还田，规避了固体物污染，实现了废弃物的有效利用。本发明的特点是只采取一种有机溶剂，在生产过程中得到橡胶和菊糖两种产品。橡胶和菊糖相互分担成本，有效降低产品的价格。最终的残渣堆肥还田，实现资源利用最大化。整个工艺过程循环往复，萃取溶剂循环利用，能耗物耗大大降低，基本没有三废排放。

Description

一种从蒲公英橡胶草中连续高效循环提取蒲公英橡胶和菊糖的方法

技术领域

本发明涉及一种从蒲公英橡胶草（Taraxacumkok-saghyz）中连续高效循环提取蒲公英橡胶和菊糖的方法。

背景技术

2011年我国消耗天然橡胶370万吨，其中自产73万吨，进口297万吨。对外依存度超过80%，形势非常不容乐观。因此，立足本国，发展一种可以完全替代三叶天然橡胶的第二天然橡胶资源是破解我国天然橡胶严重依赖进口的有效方法。而在我国新疆靠近哈萨克斯坦的边界地区生长着一种蒲公英橡胶草（Taraxacumkok-saghyz），其根部中含有10%（干重）左右的天然橡胶。蒲公英橡胶和巴西三叶橡胶分子结构完全相同，在工业应用上完全可以替代三叶天然橡胶。因此大力发展蒲公英橡胶，作为替代天然橡胶的第二胶源，具有重要的战略意义。

由于目前蒲公英橡胶的单位亩产较低，生产工艺较为复杂，生产成本远高于三叶天然橡胶，因此单一制胶无法与三叶天然橡胶进行商业化竞争。而蒲公英橡胶的根部在含有天然橡胶的同时，还含有40%以上的菊糖。而菊糖既可以作为食物食用，还可以作为糖原发酵制备生物乙醇。因此对蒲公英橡胶草进行综合开发，可以有效降低蒲公英橡胶的生产成本。

本发明通过研究上述物质存在于蒲公英根中的形态，提出连续循环萃取蒲公英橡胶、菊糖的新工艺。整个萃取过程循环往复，所用溶剂回收循环再利用，能耗物耗大大降低，基本没有三废排放，符合国家节能减排、发展绿色、低碳、循环经济的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有提胶技术资源利用效率低下、产品单一、能耗物耗高、成本高的缺点，提供一种蒲公英橡胶草根中高效循环连续提取蒲公英橡胶和菊糖的方法。

一种从蒲公英橡胶草中连续高效循环提取蒲公英橡胶和菊糖的方法，其特征是：

1）将收获后的蒲公英橡胶草清洗干净，然后实现蒲公英橡胶草根和叶子的分离；蒲公英则置于双棍开炼机的设备中将其碾揉；前后辊辊速比控制在1:1.2~1.5，前辊辊速为：18~25r/min；碾揉之后的蒲公英根为厚度0.2~0.8mm，直径2~10mm的片状粘连体；

2）将步骤1）碾揉后的蒲公英根渣，放入萃取反应釜中，并加入水于40~100℃进行萃取，萃取液经喷雾干燥，收集固体物质，得到菊糖；

3）将步骤2）萃取后得到的菊糖渣干燥，含水率在7~15%，将干燥后的菊糖渣放入萃取反应釜中并加入有机溶剂，溶剂为甲苯、氯仿、石油醚、苯、正己烷、正庚烷的一种，于40~80℃进行萃取；

4）将步骤3）萃取后得到的饱和萃取液进行离心或者过滤分离，分离后得到的清澈萃取液注入到蒸汽罐中进行蒸汽蒸馏回收溶剂，蒸汽压强控制在350～400kPa，溶剂回收过程中，蒲公英橡胶逐渐析出，并最终漂浮在水面上；

5）将步骤4）中的蒸汽罐打开，蒲公英橡胶和水一起排出，经过干燥得到蒲公英橡胶成品。

本发明从蒲公英根中高效循环连续提取蒲公英橡胶和菊糖的方法技术方案为（参见图1）：

1）将蒲公英湿根（含水率40~70%）碾碎（优选碾碎至0.2~0.8mm，直径2~10mm的片状粘连体），然后浸泡于萃取反应釜中的水中，在沸点温度进行萃取，萃取液经喷雾干燥得到浅黄色的半成品菊糖，将萃取物经脱色、脱磷、脱胶等常规处理工艺得到白色成品菊糖。为提高提取率，所述的萃取优选是采用6~8段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为15~60分钟，萃取物为浅黄色的半成品菊糖，蒲公英橡胶存在于菊糖渣中；

2）将步骤1）萃取后得到的菊糖渣干燥，将干燥后的菊糖渣放入萃取反应釜中并加入有机溶剂（甲苯、氯仿、石油醚、苯、正己烷、正庚烷）于40~80℃进行萃取，为提高提取率，所述的萃取优选是采用6~8段萃取工艺，每段萃取时间均为15~60分钟；

3）将步骤2）萃取后得到的萃取液，注入蒸汽罐中进行蒸汽蒸馏，回收溶剂，同时灰白色的蒲公英橡胶析出，并漂浮在水面上。溶剂完全回收之后可以打开蒸汽罐底部阀门，蒲公英橡胶可以和水一同自行排出，此处设计省去了传统人工排胶的过程，节省了人力物力；

4）所述的水与蒲公英湿根的重量比为6~20:1；有机溶剂与菊糖渣的重量比为6~20:1。

本发明采取蒲公英橡胶草为原材料，采用一步溶剂法提取蒲公英橡胶草中的蒲公英橡胶和菊糖等有效成分。提取的蒲公英橡胶可以作为天然橡胶的替代胶源，具有重要战略意义，提取的菊糖甜度是蔗糖的200倍，并且食用之后不经过人体代谢直接排出体外，是很好的食品甜味剂和药品添加剂。采用的一步多段逆流萃取工艺提取蒲公英橡胶草有效成分，整个工艺过程循环往复，所用溶剂回收循环再利用，资源利用效率大大提高、能耗物耗大大降低，基本没有三废排放。

本发明按照两种物质极性不同，采用水油分离的原理，采用水和一种有机溶剂依次将菊糖和蒲公英橡胶萃取出来。所得菊糖萃取液经过喷雾干燥工艺制备菊糖，所得蒲公英橡胶萃取液经过水蒸气蒸馏工艺回收溶剂，同时制备蒲公英橡胶。本发明的特点是：克服了以往单一提胶为目标造成的资源浪费的缺点，实现资源利用最大化，整个工艺过程循环往复，萃取溶剂循环利用，能耗物耗大大降低，基本没有三废排放。本发明体现在：①蒲公英橡胶草资源的利用效率由传统的10%左右提高到50%以上；②在提取的过程中可以分别得到蒲公英橡胶、菊糖等产品，整个工艺产品线大大丰富，成本大幅度降低，容易实现工业化生产；③工艺过程设计巧妙，规避传统精馏回收溶剂工艺，排除人工排胶的工艺，人力、物力大大降低；④萃取后的废渣可以直接堆肥还田，不会产生废弃物污染。

附图说明

图1.本发明的工艺路线示意图。

具体实施方式

实施例1

将蒲公英橡胶草清洗干净后，进行叶和根的分离，称取蒲公英湿根100g（含水率≈40%），碾碎至厚度0.5mm，直径2mm左右的片状粘连体。然后按照水与蒲公英湿根的重量比为6：1的比例，将碾碎后的蒲公英湿根装入萃取反应釜中，加入蒸馏水600ml，于沸点进行萃取，萃取物为浅黄色的半成品菊糖，将萃取物经脱色等常规工艺处理，再经喷雾干燥工艺得到10g白色成品菊糖。

为提高提取率，所述的萃取优选是采用6段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为15分钟。按照上述工艺提取菊糖，每100g蒲公英湿根（含水率≈40%）可以提取10g菊糖。按照含菊糖率40wt%（干根重）计算，菊糖提取效率为42%。

实施例2

将实施例1萃取后得到的菊糖渣干燥（45g，含水率8%），然后按照溶剂与菊糖渣的重量比为6：1的比例，将干燥后的菊糖渣放入萃取反应釜中并加入甲苯310ml，于40℃进行萃取，萃取液注入蒸汽罐中进行水蒸气蒸馏回收溶剂，蒸汽压350ka，同时析出蒲公英橡胶，并漂浮在水面上，打开蒸汽罐下面的阀门，橡胶和水一道排除，经干燥称重得到3g蒲公英橡胶。最后的渣体经干燥称重为38g（含水率<10%）

为提高提取率，所述的萃取采用6段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为15分钟。按照上述工艺提取蒲公英橡胶，每100g蒲公英湿根（含水率≈40%）可以得到3g蒲公英橡胶。按照含胶率10wt%（干根重）计算，橡胶提取效率为50%。橡胶其分子量为Mn=12万，分子量分布d=2.57；橡胶的热重质量损失96.58%，灰分3.42%。

实施例3

将蒲公英橡胶草清洗干净后，进行叶和根的分离，称取蒲公英湿根100g（含水率≈60%），碾碎至厚度0.5mm，直径5mm左右的片状粘连体。然后按照水与蒲公英湿根的重量比为10：1的比例，将碾碎后的蒲公英湿根装入萃取反应釜中，加入蒸馏水1000ml，进行萃取，萃取物为浅黄色的半成品菊糖，将萃取物经脱色等常规工艺处理，再经喷雾干燥工艺得到12g白色成品菊糖。

为提高提取率，所述的萃取优选是采用7段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为30分钟。按照上述工艺提取菊糖，每100g蒲公英湿根（含水率≈60%）可以提取12g菊糖。按照含菊糖率40wt%（干根重）计算，菊糖提取效率为75%。

实施例4

将实施例3萃取后得到的菊糖渣干燥（25g，含水率10%），然后按照溶剂与菊糖渣的重量比为10：1的比例，将干燥后的菊糖渣放入萃取反应釜中并加入石油醚380ml，于60℃进行萃取，萃取液注入蒸汽罐中进行水蒸气蒸馏回收溶剂，蒸汽压380ka，同时析出蒲公英橡胶，并漂浮在水面上，打开蒸汽罐下面的阀门，橡胶和水一道排除，经干燥称重得到3.5g蒲公英橡胶。最后的渣体经干燥称重为20g（含水率<10%）。

为提高提取率，所述的萃取优选是采用7段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为30分钟。按照上述工艺提取蒲公英橡胶，每100g蒲公英湿根（含水率≈60%）可以提取3.3g蒲公英橡胶。按照含胶率10wt%（干根重）计算，橡胶提取效率为83%。橡胶其分子量为Mn=17万，分子量分布d=2.81；橡胶的热重质量损失96.21%，灰分3.79%。

实施例5

将蒲公英橡胶草清洗干净后，进行叶和根的分离，称取蒲公英湿根100g（含水率≈70%），碾碎至厚度0.8mm，直径10mm左右的片状粘连体。然后按照水与蒲公英湿根的重量比为20：1的比例，将碾碎后的蒲公英湿根装入萃取反应釜中，加入蒸馏水2000ml，进行萃取，萃取物为浅黄色的半成品菊糖，将萃取物经脱色等常规工艺处理，再经喷雾干燥工艺得到11.5g白色成品菊糖。

为提高提取率，所述的萃取优选是采用8段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为60分钟。按照上述工艺提取菊糖，每100g蒲公英湿根（含水率≈60%）可以提取11.5g菊糖。按照含菊糖率40wt%（干根重）计算，菊糖提取效率为96%。

实施例6

将实施例5萃取后得到的菊糖渣干燥（30g，含水率15%），然后按照溶剂与菊糖渣的重量比为20:1的比例，将干燥后的菊糖渣放入萃取反应釜中并加入氯仿400ml，于80℃进行萃取，萃取液注入蒸汽罐中进行水蒸气蒸馏回收溶剂，蒸汽压400ka，同时析出蒲公英橡胶，并漂浮在水面上，打开蒸汽罐下面的阀门，橡胶和水一道排除，经干燥称重得到2.2g蒲公英橡胶。最后的渣体经干燥称重为21g（含水率<10%）。

为提高提取率，所述的萃取优选是采用8段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为60分钟。按照上述工艺提取蒲公英橡胶，每100g蒲公英湿根（含水率≈70%）可以提取2.2g蒲公英橡胶。按照含胶率10wt%（干根重）计算，橡胶提取效率为88%。橡胶其分子量为Mn=22万，分子量分布d=2.75；橡胶的热重质量损失97.23%，灰分2.73%。

Claims

1.一种从蒲公英橡胶草中连续高效循环提取蒲公英橡胶和菊糖的方法，其特征是：

1)将收获后的蒲公英橡胶草清洗干净，然后实现蒲公英橡胶草根和叶子的分离；蒲公英根则置于双辊开炼机的设备中将其碾揉；前后辊辊速比控制在1:1.2～1.5，前辊辊速为：18～25r/min；碾揉之后的蒲公英根渣为厚度0.2～0.8mm，直径2～10mm的片状粘连体；

2)将步骤1)碾揉后的蒲公英根渣，放入萃取反应釜中，并加入水于40～100℃进行萃取，萃取液经喷雾干燥，收集固体物质，得到菊糖；

3)将步骤2)萃取菊糖后得到的蒲公英根渣干燥至含水率在7～15％，将干燥后的蒲公英根渣放入萃取反应釜中并加入有机溶剂，溶剂为甲苯、氯仿、石油醚、苯、正己烷、正庚烷的一种，于40～80℃进行萃取；

4)将步骤3)萃取后得到的饱和萃取液进行离心或者过滤分离，分离后得到的清澈萃取液注入到蒸汽罐中进行蒸汽蒸馏回收溶剂，蒸汽压强控制在350～400kPa，溶剂回收过程中，蒲公英橡胶逐渐析出，并最终漂浮在水面上；

5)将步骤4)中的蒸汽罐打开，蒲公英橡胶和水一起排出，经过干燥得到蒲公英橡胶成品；

所述的蒲公英根的含水率在40～70％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤2)所述的萃取是采用6～8段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为15～60分钟；步骤3)所述的萃取也是采用6～8段逆流萃取工艺，每段萃取时间均为15～60分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的水与碾揉之后的蒲公英根渣的重量比为6～20:1；有机溶剂与萃取菊糖之后的蒲公英根渣的重量比为6～20:1。