CN107266327A

CN107266327A - 一种天然甜菜碱的分离纯化方法

Info

Publication number: CN107266327A
Application number: CN201710490357.6A
Authority: CN
Inventors: 邹益东; 邹苏燕; 邹三元; 朱建泉; 蒋耀忠
Original assignee: TIANSHI FODDER CO Ltd YIXING CITY
Current assignee: TIANSHI FODDER CO Ltd YIXING CITY
Priority date: 2017-06-25
Filing date: 2017-06-25
Publication date: 2017-10-20

Abstract

本发明公开一种天然甜菜碱的分离纯化方法，具体步骤如下：首先将甜菜叶根或小麦麸皮超声粉碎，加入酶制剂发酵，然后利用移动床吸附分离装置洗脱、反相聚合物色谱填料色谱纯化，在以高效液相色谱分离、冷却结晶获得天然甜菜碱成品；本发明对天然甜菜碱的提取、纯化及结晶步骤进行优化，获得的成品纯度高。

Description

一种天然甜菜碱的分离纯化方法

技术领域

本发明涉及化工领域，特别是一种天然甜菜碱的分离纯化方法。

背景技术

甜菜碱作为一种中性物质，广泛分布于动物、植物和微生物中。甜菜碱可以提供高效的甲基，在动物体内可以取代部分蛋氨酸和胆碱，能有效组织脂肪在体内的沉积，同时是一种缓冲物质，调节体内的渗透压，这使得甜菜碱在饲料、医药、精细化工等行业有广泛的用途。现阶段，甜菜碱主要使用化学合成法制备，但氯化钠作为生成物，与甜菜碱同时在体系中存在，对甜菜碱的分离纯化造成了一定的影响。目前甜菜碱生产过程中主要采用萃取结晶，该方法耗能较高，颗粒小，因此，研究新的分离方法势在必行。

目前，在甜菜碱的结晶生产过程中主要采用结晶法去除体系中的氯化钠，工艺操作步骤多，产品在储运过程中易结块，还有一些问题无法解决，因此有必要对甜菜碱结晶过程进行更深入的研究，提高甜菜碱的品质，加强其在未来市场的竞争力。比较常用的结晶方法有冷却结晶、蒸发结晶和溶析结晶。冷却结晶对于溶质的溶解度随温度变化较大的体系适用。蒸发结晶适用于物质溶解度随温度变化不明显的体系，但是，这种方式对能源的消耗较大。溶析结晶是一种较为普遍的结晶方式，是通过向某种物质的饱和或不饱和体系中加入第三种物质，破坏体系中原有的相平衡，降低溶质的溶解度，使体系达到过饱和进而析出晶体，也可称为盐析结晶。结晶方式直接决定产品的质量和收率，结晶过程的工艺参数如加料速度、结晶温度、搅拌速率等都会对产品有较大的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种天然甜菜碱的分离提纯方法，其结晶率、成品纯度高，本发明是这样实现的：

一种天然甜菜碱的分离纯化方法，其具体步骤如下：

1）将原料（甜菜叶、甜菜根或小麦麸皮中的一种或多种）超声粉碎并过40目筛，溶解于水中，调节pH至4.0-4.5，然后就加入酶制剂发酵，避光密闭搅拌处理3h-6h；搅拌处理结束前5min加热升温至60℃-80℃，再离心分离，取沉淀；

所述酶制剂为木聚糖酶、果胶酶或蛋白酶中的一种或多种；

超声粉碎可以使原料细胞受到严重的损坏，提高细胞膜和细胞壁的通透性；

2）将沉淀加入质量分数为1%的氢氧化钠水溶液中，然后加入占原料质量0.5%的BHA，获得提取液A；

3）利用质量分数为10％的盐酸溶液调节提取液A的pH至3.5，离心取上清液移入移动床吸附分离装置，将获得的洗脱液加热浓缩至固形物质量百分含量为30％，即为浓缩液C；

4)利用硅胶柱层析色谱纯化浓缩液C，纯化使用反相聚合物色谱填料，得到洗脱液D，将洗脱液D浓缩至固形物质量百分含量为50%即为过柱原料；

5)利用有机溶剂与醇的混合液对过柱原料进行梯度洗脱（高效液相色谱分离），得到纯化洗脱液；15℃冷却结晶，晶种（如小晶体甜菜碱）加入量为纯化洗脱液质量的O．2～0．5％，养晶时间为6h，溶析剂(甲醇与仲丁醇按体积比5：7混合后获得的滴加速率为0.75m L-min^-1，搅拌速率为250rpm，即获得天然甜菜碱。

进一步，本发明所述天然甜菜碱的分离纯化方法中，步骤1）所加水的质量为原料质量的20%-40%。

进一步，本发明所述天然甜菜碱的分离纯化方法中，步骤1)所加入酶制剂质量为原料质量的1.5-3%.

进一步，本发明所述天然甜菜碱的分离纯化方法中，步骤1)所述酶制剂为木聚糖酶与果胶酶按质量比3：1混合后获得。

进一步，本发明所述天然甜菜碱的分离纯化方法中，步骤3）所述调节提取液A的pH至3.5是指利用质量分数为10％的盐酸溶液将提取液A的pH值调至3.5。

进一步，本发明所述天然甜菜碱的分离纯化方法中，步骤4）所述反相聚合物色谱填料为AB-8大孔树脂或D-101大孔树脂。

进一步，本发明所述天然甜菜碱的分离纯化方法中，步骤3）所述移动床吸附分离装置吸附剂为D101非极性大孔吸附树脂，水洗区为纯水，解吸剂为质量分数为60％的乙醇，树脂吸附再生溶剂为质量分数为3％的氢氧化钠水溶液，吸附区流速1.5BV/h，水洗区流速2BY/h，解吸区流速3BV/h，再生区流速3BV/h，切换时间800S，温度45℃，压力0.3Mpa。

与现有提纯方法相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明对甜菜碱的结晶工艺进行优化，提出新的溶析．冷却结晶工艺。

（2）对个工艺参数进行优化，分别考察溶液组成，结晶温度，搅拌速率等对甜菜碱品质的影响，确定溶析．冷却结晶过程的最佳工艺条件。

具体实施方式

实施例涉及的原料来源：

木聚糖酶购自河南嘉致化工产品有限公司；

果胶酶购自夏盛集团；

AB-8大孔树脂、D-101大孔树脂购自天津浩聚树脂科技有限公司；

以下实施例中使用的色谱仪为瑞士万通883 basic；

移动床吸附分离装置为大庆市三星机械制造有限公司生产的 SMB工业化模拟移动床高效分离提纯系统；

D101非极性大孔吸附树脂购自天津浩聚树脂科技有限公司。

实施例1 分离纯化甜菜碱

一种天然甜菜碱的分离提纯方法，其具体步骤如下：

（1）取甜菜叶根（即甜菜的叶片及根部）超声波粉碎（超声功率1200w时间30min），然后过40目筛，溶解于水中，调节pH至4.5，加入酶制剂（木聚糖酶与果胶酶按质量比3：1混合后获得），100rpm避光密闭搅拌处理3h；搅拌处理结束前5min加热升温至80℃，持续5min；然后利用冷却水将物料降至室温，1000rpm离心5min，分离弃去上层液体，沉淀即为处理后的原料；

所加入水的质量为甜菜叶根质量的40%（实际操作中，可根据具体情况，占原料质量20%-40%的水），所加入混合酶的质量为甜菜叶根质量的1.5%；

（2）向提取罐中加入质量分数为1%的氢氧化钠水溶液，然后加入步骤（1）获得的处理后的原料（处理后的原料与氢氧化钠的体积质量比约为2:5，L/kg），进行提取，然后再向提取罐中加入稳定剂 BHA,得提取液A;

所加入稳定剂BHA的质量为甜菜叶根质量的0.5%；

（3）用质量分数为10％的盐酸溶液将提取液A的pH值调至3.5，800rpm离心3min，分离得上清液，将上清液移入移动床吸附分离装置，吸附剂为D101非极性大孔吸附树脂，水洗区为纯水，解吸剂为质量分数为60％的乙醇，树脂吸附再生溶剂为质量分数为3％的氢氧化钠水溶液，吸附区流速1.5BV/ h，水洗区流速2 BY/ h，解吸区流速3 BV / h，再生区流速3 BV/h，切换时间800S，温度控制在45℃，压力控制在 0.3Mpa，得到洗脱液B；加热洗脱液B，浓缩至固形物质量百分含量为30％，得到浓缩液C；

（4）用硅胶柱层析色谱纯化浓缩液C，纯化使用反相聚合物色谱填料，得到洗脱液D，将洗脱液D减压浓缩（浓缩至固形物质量百分含量为50%）后，用硅胶拌样，得到过柱原料；

本实施例中使用的反相聚合物色谱填料为AB-8大孔树脂，在具体实施过程中，该反相聚合物色谱填料可以使用任何本领域常规反相聚合物色谱填料，并无特殊的限制，本发明中优选为大孔树脂填料（如AB-8大孔树脂或D-101大孔树脂）或NM 系列色谱填料（如W100反相聚合物色谱填料）；

（5）用有机溶剂与醇溶剂（二者体积比为5：7）混合液对过柱原料进行梯度洗脱（在同一个分析周期中，不断改变流动相的浓度配比，从而可以使一个复杂样品中的性质差异较大的组分能按各自适宜的容量因子k达到良好的分离目的），得到纯化洗脱液；

通过硅胶柱层析色谱纯化，可除去小极性杂质，得到目标成分的半成品段（即纯化洗脱液），其纯度达到98％左右；然后15℃（冷却水）冷却结晶，晶种（如小晶体甜菜碱或其他本领域常用晶种）加入量为纯化洗脱液质量的O．2～0．5％，养晶时间为6h，溶析剂（甲醇与仲丁醇按体积比5：7混合得到）的滴加速率为0.75m L-min^-1，结晶过程中搅拌速率为250r·min^-1.；最终得到天然甜菜碱成品，其纯度为98.2%。

本实施例中所使用的有机溶剂为二氯甲烷（也可以使用乙酸乙酯），所使用的醇溶剂甲醇（实践中，也可以使用本领域人员所熟知的任何醇溶剂，并无特殊限制，本发明中，优选使用甲醇或乙醇）。

本实施例中，产品纯度检测方法参照国标GB/T 23710-2009 饲料中甜菜碱的测定离子色谱法。

实施例2 天然甜菜碱分离提纯

（1）取小麦麸皮超声波粉碎，过40目筛，加入水，调节pH至4.0，并按小麦麸皮重量3％的比例加入酶制剂（木聚糖酶与果胶酶按质量比3：1混合获得），避光密闭搅拌处理6h，搅拌处理结束前5min加热升温至60℃，维持该温度5min，结束搅拌处理；然后利用冷却水将物料降至室温，1000rpm离心5min，分离弃去液体，沉淀即为处理后的原料；

所加入水的质量为小麦麸皮质量的20%；

（2）将步骤（1）获得的处理后的原料加入含有1%（质量分数）氢氧化钠水溶液的提取罐中进行提取，再向提取罐中加入稳定剂 BHA（加入量为小麦麸皮质量的0.5%），得提取液A：

（3）用质量分数10％的盐酸溶液将提取液A的pH值调至3.5，800rpm离心3min，分离得上清液，将上清液进入移动床吸附分离装置，吸附剂为D101非极性大孔吸附树脂，水洗区为纯水，解吸剂为质量分数60％的乙醇，树脂吸附再生溶剂为质量分数3％的氢氧化钠水溶液，吸附区流速1.5BV/ h，水洗区流速2BV /h，解吸区流速3BV/h，再生区流速3BV/ h，切换时间800S，温度控制在45℃，压力控制在 0.3Mpa，得到洗脱液B；加热浓缩洗脱液B至其固形物质量百分含量为30％，得到浓缩液C；

（4）用硅胶柱层析色谱纯化浓缩液C，纯化使用D-101大孔树脂作为填料，得到洗脱液D，将洗脱液D减压浓缩（浓缩至50%）后，用硅胶拌样，得到过柱原料；

（5）利用乙酸乙酯与乙醇（二者质量比为5:7）的混合液对过柱原料进行梯度洗脱，得到纯化洗脱液，得到目标成分的半成品段，其纯度达到98％左右，再经冷却结晶得到天然甜菜碱。

在具体实施过程中，酶制剂可以使用木聚糖酶、果胶酶或蛋白酶中的一种或多种。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，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、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种天然甜菜碱的分离纯化方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)将原料超声粉碎并过40目筛，溶解于水中，调节pH至4.0-4.5，然后就加入酶制剂，避光密闭搅拌处理3h-6h；搅拌处理结束前5min加热升温至60℃-80℃，再离心分离，取沉淀；

所述原料为甜菜叶、甜菜根或小麦麸皮中的一种或多种；

所述酶制剂为木聚糖酶、果胶酶或蛋白酶中的一种或多种；

2)将沉淀加入质量分数为1%的氢氧化钠水溶液中，然后加入占原料质量0.5%的BHA，获得提取液A；

3)调节提取液A的pH至3.5，离心取上清液移入移动床吸附分离装置，将获得的洗脱液加热浓缩至固形物质量百分含量为30％，即为浓缩液C；

4)利用硅胶柱层析色谱纯化浓缩液C，纯化使用反相聚合物色谱填料，得到洗脱液D，将洗脱液D浓缩固形物质量百分含量为50%，即为过柱原料；

5)利用有机溶剂与醇的混合液对过柱原料进行梯度洗脱，得到纯化洗脱液；15℃冷却结晶，晶种加入量为纯化洗脱液质量的O．2～0．5％，养晶时间为6h，溶析剂的滴加速率为0.75m L-min^-1，搅拌速率为250rpm，即获得天然甜菜碱；

所述溶析剂为甲醇与仲丁醇按体积比5：7混合后获得。

2.根据权利要求1所述天然甜菜碱的分离纯化方法，其特征在于，步骤1）所加水的质量为原料质量的20%-40%。

3.根据权利要求2所述天然甜菜碱的分离纯化方法，其特征在于，步骤1)所加入酶制剂质量为原料质量的1.5-3%。

4.根据权利要求3所述天然甜菜碱的分离纯化方法，其特征在于，步骤1)所述酶制剂为木聚糖酶与果胶酶按质量比3：1混合后获得。

5.根据权利要求3所述天然甜菜碱的分离纯化方法，其特征在于，步骤3）所述调节提取液A的pH至3.5是指利用质量分数为10％的盐酸溶液将提取液A的pH值调至3.5。

6.根据权利要求3所述天然甜菜碱的分离纯化方法，其特征在于，步骤4）所述反相聚合物色谱填料为AB-8大孔树脂或D-101大孔树脂。

7.根据权利要求1-6之一所述天然甜菜碱的分离纯化方法，其特征在于，步骤3）所述移动床吸附分离装置吸附剂为D101非极性大孔吸附树脂，水洗区为纯水，解吸剂为质量分数为60％的乙醇，树脂吸附再生溶剂为质量分数为3％的氢氧化钠水溶液，吸附区流速1.5BV/h，水洗区流速2BY/h，解吸区流速3BV/h，再生区流速3BV/h，切换时间800S，温度45℃，压力0.3Mpa。