CN105132592A - 一种鞣剂联产栲胶、低聚糖、单糖的方法 - Google Patents
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Abstract
一种鞣剂联产栲胶、低聚糖、单糖的方法，包括以下步骤：(1)采用水在80～110℃浸提鞣料得到栲胶液，经过浓缩干燥制得栲胶；2)采用水热法在140～200℃下降解栲胶浸提残渣，通过超滤膜分离过滤水解液并浓缩干燥分别制得低聚木糖或低聚甘露糖以及木糖或甘露糖；然后利用H2SO4进一步水解剩余残渣，水解液经澄清石灰水中和、浓缩干燥制得葡萄糖。本发明简单高效，得到的产品种类多样且附加值高，使鞣料得到了高值化综合利用，从而提高栲胶生产企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种栲胶、低聚糖、单糖的联产方法，具体涉及一种鞣料联产栲胶、低聚木糖(低聚甘露糖)、木糖(甘露糖)和葡萄糖的方法。
背景技术
栲胶是从富含单宁的植物原料中经水浸提和浓缩等步骤加工制得的化工产品，是一类复杂的天然多酚化合物的总称，其主要成分为单宁。栲胶用途广泛，在我国含有栲胶的植物，也称为鞣料，约300种，用作栲胶生产的原料有十余种，主要有壳斗科树木的皮和壳斗或木材(如槲树皮、橡椀、栎木，栗木)、五倍子、漆叶、云杉、落叶松等，当前市场上的栲胶以落叶松、毛杨梅及橡椀栲胶为主。
目前，栲胶主要是通过热水或超声波辅助有机溶剂-水浸提鞣料得到提取液，然后经过浓缩、干燥等工艺制得。例如，现有技术CN200910082293.1公开的一种超声强化提取板栗苞生产栲胶的新方法，200910172664.5公开的一种山茱萸果核提取栲胶的方法，CN200810055238.9公开的一种柿子栲胶的制备方法，以上均是单一生产栲胶，而且在栲胶生产过程中往往会产生大量的残渣，对于这些残渣的利用只是将其与煤混合燃烧产生热量，供工厂所需或作为动物饲料，并未得到高值化利用，这些堆积如山的残渣不仅对环境造成了污染，而且也造成了资源的浪费。
众所周知，纤维素和半纤维素占植物干重的2/3以上，具有来源广泛、可再生以及天然性等特点，可以为单糖和低聚糖的生产提供源源不断的原料，因此，水解木质纤维是获得单糖木糖、甘露糖和葡萄糖的重要途径之一。其中，木糖和甘露糖均属于戊糖，是组成植物细胞壁中半纤维素聚木糖(阔叶木)和聚甘露糖(针叶木)的基本单糖；低聚木糖和低聚甘露糖则分别是木糖和甘露糖的低聚合度形式；而葡萄糖则属于己糖，是组成植物细胞壁中纤维素的基本单糖。木糖一般作为食品和饮料中的无热量甜味剂，适用于肥胖及糖尿病患者，还可以通过加氢还原制备功能食品木糖醇；甘露糖则具有调节免疫系统、抗炎消肿、抑制肿瘤、增加伤口愈合等功效；低聚木糖和低聚甘露糖具有功能保健作用如提高人体免疫力，降低人体胆固醇等；而葡萄糖是生命活动中不可缺少的物质，在人体内能直接参与新陈代谢，为人体生命活动提供能量，此外，葡萄糖可以水解生产重要的平台化合物5-羟甲基糠醛，也可以发酵生产生物乙醇和乳酸。由此可见，栲胶、低聚木糖、低聚甘露糖、木糖、甘露糖和葡萄糖都是重要的化学品，在轻化工、食品、医疗、保健等领域具有广泛的用途。
目前，木糖、甘露糖和葡萄糖则是通过化学酸(硫酸、盐酸等)或生物酶(木糖酶、甘露糖酶、纤维素酶等)方法分别降解聚木糖、聚甘露糖和纤维素(或淀粉)得到。相比之下，化学酸解效率高、成本低，但容易生产抑制物，例如糠醛或5-羟甲基糠醛等，且对设备腐蚀性较大；生物酶解环境友好，但生产成本较高，例如现有技术CN200510045325.2公开的一种酶法生产木糖的方法，需经过原料粉碎，前处理，高压蒸煮或汽爆，酶解，过滤，脱色，过滤，浓缩，脱色，离子交换，浓缩，离子交换，过滤，浓缩，结晶，干燥的复杂工艺工程，成本较高。
综上，目前对于大宗化工原料栲胶、木糖、甘露糖和葡萄糖的生产都是各自独立生产，且未能利用其剩余的残渣。至今尚未见关于鞣料联产制备栲胶、低聚木糖(低聚甘露糖)、木糖(甘露糖)和葡萄糖的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种鞣料联产栲胶，低聚木糖(低聚甘露糖)、木糖(甘露糖)和葡萄糖的方法。
本发明解决其技术方案采用的技术方案是，一种鞣剂联产栲胶、木糖和葡萄糖的方法，包括以下步骤：
(1)栲胶的制备：将鞣料粉碎至40～60目后加入到水中，鞣料与水的质量体积比为1:5～1:25kg/L，在80～110℃下搅拌浸提0.5～2.0h，过滤或离心，取滤液或上清液，蒸发浓缩至35～40％，喷雾干燥即制得栲胶；
(2)低聚糖、单糖的制备：将步骤(1)所得残渣加入到水中，残渣与水的质量体积比为1:5～1:25kg/L，在压力0.1～2.5MPa，温度140～200℃下搅拌反应0.5～2.0h，泄压冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，采用孔径为0.001～0.05μm的超滤膜，在压力0.1～0.5MPa对所得滤液或上清液进行过滤，超滤膜截留溶液浓缩至30～40％后，喷雾干燥即得低聚木糖(低聚甘露糖)，而超滤膜过滤后所得滤液蒸发浓缩至35～40％，喷雾干燥即得木糖(甘露糖)；所得残渣与0.5～1.0MH2SO4在料液比1:5～1:25kg/L，温度100～120℃下搅拌反应0.5～1.0h，冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，用碱液(优选澄清石灰水)中和所得滤液或上清液至中性，再次过滤或离心，取滤液或上清液，蒸发浓缩至35～40％，喷雾干燥即得葡萄糖。
进一步，步骤(1)中，所述鞣料为橡椀、栎木，栗木、五倍子、漆叶、槲树皮、毛杨梅、云杉和落叶松中的任意一种。
进一步，步骤(1)，(2)中，所述蒸发浓缩为三效顺流蒸发浓缩，一效压力为0.05～1.0MPa,温度100～110℃，浓度为5～8％，二效压力为0MPa，温度100～110℃，浓度为20～25％，三效压力-0.004～-0.005MPa，温度为100～110℃，浓度为30～40％。
进一步，步骤(1)，(2)中，所述喷雾干燥为压力喷雾干燥、离心喷雾干燥和气流式喷雾干燥中的任意一种。
本发明利用鞣料联产栲胶、低聚木糖(低聚甘露糖)、木糖(甘露糖)和葡萄糖，与现有技术单一生产相比，产品种类转变为多元化，废弃物减少60～70％，并且鞣料得到了高值化综合利用，具有重要的经济价值。
附图说明
图1为鞣料联产栲胶、低聚木糖(低聚甘露糖)、木糖(甘露糖)和葡萄糖的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步加以说明。
实施例1：鞣剂联产栲胶、低聚糖、单糖的方法
(1)栲胶的制备：称取40～60目橡碗0.1kg加入到0.5L水中，在80℃下搅拌浸提0.5h，过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至35％，离心喷雾干燥即得栲胶，得率10％；
(2)低聚糖、单糖的制备：将步骤(1)所得0.09kg残渣加入到0.45L水中，在压力0.1MPa，温度140℃下搅拌反应0.5h，泄压冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，采用孔径为0.001μm的超滤膜，在压力0.1MPa对所得滤液或上清液进行过滤，超滤膜截留溶液采用三效顺流蒸发浓缩至35％后，离心喷雾干燥即得低聚木糖，而超滤膜过滤后所得滤液采用三效顺流蒸发浓缩至35％，离心喷雾干燥即得木糖，低聚木糖得率15％，木糖得率10％；将所得0.065kg残渣与0.325L0.5MH2SO4在100℃下搅拌反应0.5h，冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，用澄清石灰水中和所得滤液或上清液至中性，再次过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至35％，离心喷雾干燥即得葡萄糖，得率25％。
实施例2：鞣剂联产栲胶、低聚糖、单糖的方法
(1)栲胶的制备：称取40～60目落叶松0.1kg加入到2.5L水中，在110℃下搅拌浸提2.0h，过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至40％，气流式喷雾干燥即制得栲胶，得率20％；
(2)低聚糖、单糖的制备：将步骤(1)所得0.08kg残渣加入到2L水中，在压力2.5MPa，温度200℃下搅拌反应2.0h，泄压冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，采用孔径为0.05μm的超滤膜，在压力0.5MPa对所得滤液或上清液进行过滤，超滤膜截留溶液采用三效顺流蒸发浓缩至40％后，气流喷雾干燥即得低聚甘露糖，而超滤膜过滤后所得滤液采用三效顺流蒸发浓缩至40％，气流喷雾干燥即得甘露糖，低聚甘露糖得率10％，甘露糖得率10％；将所得0.06kg残渣与1.5L1.0MH2SO4在120℃下搅拌反应1.0h，冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，用澄清石灰水中和所得滤液或上清液至中性，再次过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至40％，气流式喷雾干燥即得葡萄糖，得率30％。
实施例3：鞣剂联产栲胶、低聚糖、单糖的方法
(1)栲胶的提取：称取40～60目栎木0.1kg加入到1.0L水中，在100℃下搅拌浸提1.0h，过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至38％，离心喷雾干燥即得栲胶，得率15％；
(2)低聚木糖和木糖的生产：将步骤(1)所得0.085kg残渣加入到0.8L水中，在压力0.5MPa，温度160℃下搅拌反应1.0h，泄压冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，采用孔径为0.01μm的超滤膜，在压力0.2MPa对所得滤液或上清液进行过滤，超滤膜截留溶液采用三效顺流蒸发浓缩至36％后，离心喷雾干燥即得低聚木糖，而超滤膜过滤后所得滤液采用三效顺流蒸发浓缩至35％，离心喷雾干燥即得木糖，低聚木糖得率8％，木糖得率12％；将所得0.065kg残渣与0.65L0.8MH2SO4在110℃下搅拌反应0.6h，冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，用澄清石灰水中和所得滤液或上清液至中性，再次过滤或离心得到滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至38％，离心喷雾干燥即得葡萄糖，得率28％。
实施例4：鞣剂联产栲胶、低聚糖、单糖的方法
(1)栲胶的提取：称取40～60目云杉0.1kg加入到1.5L水中，在105℃下搅拌浸提1.5h，过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至37％，压力喷雾干燥即制得栲胶，得率18％；
(2)低聚甘露糖和甘露糖的生产：将步骤(1)所得0.082kg残渣加入到1.8L水中，在压力2.0MPa，温度180℃下搅拌反应1.5h，泄压冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，采用孔径为0.02μm的超滤膜，在压力0.4MPa对所得滤液或上清液进行过滤，超滤膜截留溶液采用三效顺流蒸发浓缩至38％后，压力喷雾干燥即得低聚甘露糖，而超滤膜过滤后所得滤液采用三效顺流蒸发浓缩至36％，压力喷雾干燥即得甘露糖，低聚甘露糖得率10％，甘露糖得率15％；将所得0.057kg残渣与1.4L0.8MH2SO4在115℃下搅拌反应0.6h，冷却至室温，过滤或离心得到滤液或上清液，用澄清石灰水中和所得滤液或上清液至中性，再次过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至38％，气流式喷雾干燥即得葡萄糖，得率25％。
实施例5：鞣剂联产栲胶、低聚糖、单糖的方法
(1)栲胶的提取：称取40～60目五倍子0.1kg加入到1.2L水中，在105℃下搅拌浸提1.2h，过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至40％，离心喷雾干燥即得栲胶，得率16％；
(2)低聚木糖和木糖的生产：将步骤(1)所得0.084kg残渣加入到1.0L水中，在压力2.0MPa，温度200℃下搅拌反应1.8h，泄压冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，采用孔径为0.04μm的超滤膜在压力0.3MPa对所得滤液或上清液进行过滤，超滤膜截留溶液采用三效顺流蒸发浓缩至35％后，离心喷雾干燥即得低聚木糖，而超滤膜过滤后所得滤液采用三效顺流蒸发浓缩至40％，离心喷雾干燥即得木糖，低聚木糖得率6％，木糖得率15％；将所得0.063kg残渣与1.0L0.7MH2SO4在105℃下搅拌反应0.8h，冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，用澄清石灰水中和所得滤液或上清液至中性，再次过滤或离心，取滤液或上清液，采用三效顺流蒸发浓缩至40％，离心喷雾干燥即得葡萄糖，得率29％。
Claims (5)
1.一种鞣料联产栲胶、低聚糖、单糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)栲胶的制备：将鞣料粉碎至40～60目后加入到水中，鞣料与水的质量体积比为1:5～1:25，在80～110℃下搅拌浸提0.5～2.0h，过滤或离心，取滤液或上清液，蒸发浓缩至35～40％，喷雾干燥即制得栲胶；
(2)低聚糖、单糖的制备：将步骤(1)所得残渣加入到水中，残渣与水的质量体积比为1:5～1:25，在压力0.1～2.5MPa，温度140～200℃下搅拌反应0.5～2.0h，泄压冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，采用孔径为0.001～0.05μm的超滤膜，在压力0.1～0.5MPa对所得滤液或上清液进行过滤，超滤膜截留溶液浓缩至30～40％后，喷雾干燥即得低聚木糖或低聚甘露糖，而超滤膜过滤后所得滤液蒸发浓缩至35～40％，喷雾干燥即得木糖或甘露糖；将所得残渣与0.5～1.0MH2SO4在料液比1:5～1:25，温度100～120℃下搅拌反应0.5～1.0h，冷却至室温，过滤或离心，取滤液或上清液，用碱液中和所得滤液或上清液至中性，再次过滤或离心，取滤液或上清液，蒸发浓缩至35～40％，喷雾干燥即得葡萄糖。
2.根据权利要求1所述的鞣料联产栲胶、低聚糖、单糖的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述鞣料为橡椀、栎木，栗木、五倍子、漆叶、槲树皮、毛杨梅、云杉和落叶松中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的鞣料联产栲胶、低聚糖、单糖的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碱液为澄清石灰水。
4.根据权利要求1或2所述的鞣料联产栲胶、低聚糖、单糖的方法，其特征在于，步骤(1)，(2)中，所述蒸发浓缩为三效顺流蒸发浓缩，一效压力为0.05～1.0MPa，温度100～110℃，浓度为5～8％，二效压力为0MPa，温度100～110℃，浓度为20～25％，三效压力-0.004～-0.005MPa，温度为100～110℃，浓度为30～40％。
5.根据权利要求1或2所述的鞣料联产栲胶、低聚糖、单糖的方法，其特征在于，步骤(1)，(2)中，所述喷雾干燥为压力喷雾干燥、离心喷雾干燥和气流式喷雾干燥中的任意一种。
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