CN108602749A - 从玉米麸皮中高纯度和高产量生产阿魏酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及从谷物副产物，玉米穗叶中提取、分离、纯化并商品化高效功能物质阿魏酸的一系列制备方法，更具体地说，涉及通过新方法以高收率从谷物副产物，玉米穗叶中提取阿魏酸的制备方法，通过经济方法以高收率和高纯度分离和纯化提取的阿魏酸，然后商业化。本发明的阿魏酸制备方法能够利用玉米穗叶为原料，经济地生产高附加值的阿魏酸，特别地，本申请的制备方法可以高产率地生产高纯度的阿魏酸，因此可以有利地用于阿魏酸的大规模生产。

Description

从玉米麸皮中高纯度和高产量生产阿魏酸的方法
技术领域
本发明涉及一种从玉米麸皮(谷物副产物)中制备阿魏酸(一种高效能物质)的方法，更具体地说，涉及通过新方法以高收率从玉米麸皮(谷物副产物)中提取阿魏酸的制备方法，并通过经济方法将提取的阿魏酸以高收率和高纯度分离纯化，然后商业化。
背景技术
阿魏酸是一种天然抗氧化剂和紫外线吸收材料和皮肤美白材料，目前正在研究阿魏酸进入全球市场。由于其抑制β-淀粉状蛋白蓄积的功能作用的临床报道，阿魏酸也被强调为治疗阿尔茨海默病的一种材料(Nutrients，2015,7(7)：5764-5782)。此外，由于其作为香草香料(香草醛)的原料的高需求，阿魏酸被认为具有非常高的功能和增长潜力(ApplBiochem Biotechnol，2013,169(4)：1353-1372)。
商业阿魏酸通常已经通过使用在制备米糠油过程中精制的副产物作为原料，在溶剂存在下进行一系列分离和纯化而制备成产物，从而获得高纯度(98％或更高)的阿魏酸。该技术于1992年由Tsuno Ltd.(日本大米加工公司)首次申请专利(韩国专利号10-0095539)，阿魏酸现在用该技术生产并且可商购。
该技术采用合理的工程方法对米糠油副产物进行利用，但阿魏酸工业化生产仍存在一定的局限性。也就是说，米糠油的生产和销售没有自由的市场结构，而且原材料只是对米糠油生产商易于获得。因此，该技术通过商业扩张在基于阿魏酸的市场拓展方面具有明显的劣势。
作为玉米淀粉生产过程中的副产品而获得的玉米麸皮含有大量难消化的多糖和灰分，因此不用于高附加值产业，但主要通过添加到饲料中使用。同时，阿魏酸作为木质素中的多酚成分存在于谷物中，谷物中玉米麸皮的含量在2.6％至3.3％范围内，大于米糠中0.9％的含量。因此，从功能性新材料的开发方面来看，从未利用的玉米麸皮中提取和纯化阿魏酸(一种昂贵的生理活性物质)的技术是非常有用不可或缺的。
如上所述，阿魏酸不以易于提取的游离形式存在于谷粒中，而是以通过酯键与作为细胞壁成分的阿拉伯木聚糖强结合的形式存在。由于这个原因，从谷物中分离阿魏酸需要非常复杂的过程，而且由于收率很低，阿魏酸的经济生产很困难。另外，阿魏酸的提取纯度低，因为它以微量包含在玉米麸皮的干重中，分离和纯化高纯度(98％或更高)的阿魏酸是非常困难的。
发明内容
技术问题
为了克服上述问题，本发明的发明人致力于从玉米麸皮，一种经济的粮食原料高产量和高纯度地制备阿魏酸。结果证实，通过新方法进行提取、分离和纯化过程，可以以最有效和经济的方式高纯度地制备阿魏酸，从而完成了本发明。
技术方案
本发明的一个目的是提供一种制备阿魏酸的方法，其包括(a)使玉米麸皮与碱溶液反应以获得含有阿魏酸的粗提取物；(b)从步骤(a)中获得的粗提取物中除去淀粉；和(c)洗涤玉米麸皮的提取残余物。
本发明的另一个目的是提供通过上述方法制备的阿魏酸。
本发明的有利效果
本发明的阿魏酸制备方法可以经济地生产阿魏酸，一种以玉米麸皮为原料的高附加值原料，更具体地说，本发明的制备方法可以高产率生产高纯度的阿魏酸，因此可以有效地用于大规模生产阿魏酸。
附图简要说明
图1显示了阿魏酸提取率随温度的变化。
图2显示了用酶提高阿魏酸的提取率。
图3显示了提取率与葡糖淀粉酶浓度的关系。
图4显示了提取率与残渣洗涤的关系。
图5显示了提取产率与葡糖淀粉酶处理时间的关系。
图6A和6B显示了通过HPLC分析阿魏酸的纯度评估。图6A显示了阿魏酸标准品的纯度评估，图6B显示了由玉米麸皮制备的阿魏酸产品的纯度评估。
最佳模式
为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种制备阿魏酸的方法，其包括(a)使玉米麸皮与碱溶液反应以获得含有阿魏酸的粗提取物；b)从步骤(a)中获得的粗提取物中除去淀粉；和(c)洗涤玉米麸皮的提取残余物。
在本发明中，为了建立从谷物经济原料玉米麸皮制备阿魏酸的最佳方法，在各种条件下萃取，分离和纯化阿魏酸，并将结果进行比较和评估，从而开发出高纯度、高收率阿魏酸的最佳制备方法。
在本发明中，1866年从植物树脂首次提取的材料“阿魏酸”也被称为羟基肉桂酸3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-2-丙烯酸，等，具有下式1的结构。
[式1]
据报道，阿魏酸具有抗氧化性、紫外线吸收、抗阿尔茨海默活性等效果，因此被认为是可用于各种领域的高附加值化合物。但是，需要开发一种经济的制备高纯度阿魏酸的方法。因此，本发明人用玉米麸皮(即谷物的副产物)以高纯度和高效率制备阿魏酸，与通常用作生产阿魏酸的原料的米糠油相比，玉米麸皮是容易获得的阿魏酸含量更高的原料。
在下文中，将详细描述本发明的用于制备阿魏酸的方法。
步骤(a)涉及使玉米麸皮与碱溶液反应以获得含有阿魏酸的粗提取物。
如本文所用，术语“玉米麸皮”是指玉米的外部部分。玉米麸皮可以在生产玉米淀粉的过程中作为副产品获得，它们的优点在于是制备阿魏酸的廉价原料且容易获得。在本发明中，玉米麸皮可以在加工玉米的过程中作为副产物获得，或者可以直接从玉米中分离以生产阿魏酸，但获得玉米麸皮的方法不受特别限制，只要能够通过本发明的制备方法生产阿魏酸即可。
在本发明的制备阿魏酸的方法中，首先从玉米麸皮中获得含有阿魏酸的粗提取物。特别地，本发明的特征在于通过碱提取获得粗提取物，并且可以通过使玉米麸皮与碱溶液反应来进行。根据本发明的一个实施方案，与热水提取、酸提取和酶提取相比，碱提取可显示出显著高水平的阿魏酸提取率。
碱提取用溶剂的种类没有特别限定，可以使用适于在碱性条件下提取阿魏酸的碱溶剂。具体而言，碱溶剂可以是氢氧化钠或氢氧化钾，但碱溶剂不限于此，并且本领域普通技术人员可以考虑阿魏酸的提取率、溶剂价格等来选择适当的溶剂。另外，碱溶液的使用浓度可以以0.5％(w/w)至1.5％(w/w)，特别是0.75％(w/w)至1.25％(w/w)，更具体为1％(w/w)，但碱溶液的浓度不限于此。
碱提取可以通过将玉米麸皮与碱溶液充分混合后反应来进行。具体而言，粗提物可以通过将玉米麸皮与碱溶液以1：3至1:15的固液比混合，然后在60℃至100℃下反应1至24小时，更具体地，通过将玉米麸皮与碱溶液以1:5至1:10的固液比混合，然后在65℃至95℃下反应1.5至24小时，最具体地，通过将玉米麸皮与碱溶液以1：7的固液比混合，接着在75℃下反应2小时，但获得粗提取物的方法不限于此。
另外，步骤(a)还可以包括过滤由上述反应获得的粗提取物以去除固体。
步骤(b)涉及从步骤(a)中获得的粗提取物中除去淀粉。
在本发明中，玉米麸皮可以是由玉米淀粉去除过程产生的副产物，因此残余淀粉可以存在于其中。如果淀粉在加工过程中引起粘度，可能会导致提取物回收过程中以及随后的分离和纯化过程中的效率降低。因此，可以进行淀粉去除工艺以使提取产率最大化。
淀粉去除过程可以通过酶反应进行，特别是通过使步骤(a)中获得的粗提取物与α-淀粉酶、葡糖淀粉酶或α-淀粉酶和葡糖淀粉酶二者进行酶反应，但淀粉去除方法不限于此。
α-淀粉酶和葡糖淀粉酶是指催化淀粉水解为葡萄糖的酶，并且通过这些酶反应，可以除去粗提取物中存在的残余淀粉。
葡糖淀粉酶和α-淀粉酶的具体使用浓度可以为0.1％(w/w)至1.0％(w/w)，更具体地为0.5％(w/w)至1.0％(w/w)，但葡糖淀粉酶和α-淀粉酶的浓度不限于此，并且酶浓度、反应温度和反应时间可以由本领域普通技术人员适当选择，只要能够从粗提取物中有效地除去淀粉即可。
粗提取物的粘度可以通过淀粉去除工艺来提高，并且通过该工艺可以提高提取物的回收率，可以提高分离和纯化工艺(即，提取后工艺)的效率。
步骤(c)涉及洗涤玉米麸皮的提取残余物，考虑到固体原料的提取特性，该步骤用于通过残留物洗涤获得更高的提取率。
与玉米麸皮的残留量相比，可以使用1至10体积，特别是5体积的水来进行残留物洗涤，但是水量不限于此。
制备方法还可以包括阿魏酸的分离和纯化。也就是说，通过进行玉米麸皮的碱提取、淀粉去除和残渣洗涤以高收率地提取阿魏酸，然后分离和纯化阿魏酸，可以获得商业化水平的高纯度阿魏酸。
在本发明中，分离和纯化过程可以通过本领域已知的各种分离和纯化工艺进行，特别是通过使用活性炭的初级纯化工艺和使用吸附树脂的次次纯化工艺，但分离和纯化过程不特别限于此。
由于玉米麸皮中阿魏酸的含量低于3％，因此提高阿魏酸商业化纯化工艺的纯度很重要。就此而言，本发明人对各种纯化方法进行了比较，结果证实，通过使用活性炭的初级纯化工艺和使用吸附树脂的次次纯化工艺，可以最有效地纯化以获得高纯度的阿魏酸。
在使用活性炭的初级纯化过程中，活性炭可以是粒状活性炭或粉状活性炭，但不限于此。活性炭的使用浓度可以为0.1％(w/v)至2％(w/v)，特别是，相对于提取物的浓度为1％(w/v)。
使用活性炭的纯化过程可以按照以下顺序进行(1)利用阿魏酸在活性炭上的吸附现象用活性炭进行吸附，(2)热水洗涤活性炭以除去阿魏酸以外的有机物质，(3)阿魏酸的解吸附以回收阿魏酸，以及(4)调节pH以便除去因pH而沉淀的固体。
解吸附可以使用碱性溶剂进行，并且碱性溶剂可以具体为氢氧化钠或氢氧化钾，但不限于此。此外，碱性溶剂的使用浓度可以为0.01％(w/w)至0.5％(w/w)，并且具体地以0.05％(w/w)至0.1％(w/w)，但不限于此。
初级纯化过程中的pH调节步骤可以是将通过上述阿魏酸的解吸附而分离的工艺液体的pH调节至pH3-4，以通过沉淀去除杂质。
使用吸附树脂的二级纯化处理可包括将从初级纯化工艺获得的处理液吸附到吸附树脂上，并从中解吸阿魏酸。
所使用的吸附树脂的类型可以包括例如PAD900、Mn100、HP20、PAD600等，但树脂不特别限于此。
可以使用浓度为15％(w/w)至35％(w/w)，具体地20％(w/w)至30％(w/w)，更具体地30％(w/w)的乙醇溶剂对吸附至吸附树脂的阿魏酸进行解吸附，但乙醇溶剂的浓度不限于此。
此外，本发明的制备阿魏酸的方法还可以包括使分离纯化的阿魏酸结晶，以确保阿魏酸商业化的高纯度。本领域普通技术人员可以通过本领域公知的方法适当地进行结晶。例如，结晶可以按照下述顺序进行(1)解吸馏分的冷凝，(2)沉淀物的热水溶解，(3)降温结晶，和(4)阿魏酸结晶的回收，但结晶过程不限于此。
本发明的另一方面提供了通过上述方法制备的阿魏酸。
具体实施方式
在下文中，将通过示例性实施例来详细描述本发明。然而，提供这些示例性实施例仅仅是为了说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。
实施例1.筛选从玉米麸皮中提取阿魏酸的方法
为了选择使用玉米麸皮(即玉米加工过程中产生的副产品)作为原料提取阿魏酸(即高附加值材料)的最有效方法，采用热水提取、酸提取、碱提取、酶提取等方法，并对结果进行比较。基于对整个过程中表现出最佳结果的提取方法对后续过程进行优化。
提取后，建立了标准的分析方法，以评估阿魏酸的含量和产量，并通过该方法分析每种提取溶液中的阿魏酸。
阿魏酸的标准分析方法如下：
(1)将每种原料称重100mg放入三个盖管中。
：同时测量原料的水含量，并与纯阿魏酸(Sigma，>99％)作为对照组进行比较。
(2)将2M NaOH(5mL)分别加入各盖管中，并用塞子密封各盖管。
(3)在45℃的恒温水浴中进行反应，同时间歇进行搅拌。
：建议三个管分别水解10、20和40小时。但是，根据原料不同水解时间是灵活的。
(4)水解后，剧烈搅拌样品，静置，收集约2mL至3mL上清液并离心。
(5)离心后，收集上清液并用0.45μm过滤器过滤。
(6)收集滤液(1mL)并将其转移到用于分离和回收溶剂的管中。
(7)向其中加入35％HCl(0.2mL)中和回收的溶剂(1mL)。
(8)将乙酸乙酯(3mL)加入到中和的溶剂(1mL)中，搅拌、静置、回收上清液。整个过程总共重复5次以回收阿魏酸。
(9)将回收的乙酸乙酯(约15mL)在60℃的真空离心干燥器中干燥以完全除去溶剂。
(10)将50％MeOH(5mL)加入到去除溶剂的固体中，以完全溶解固体(标准产品以250mL的恒定体积使用)。
(11)进行HPLC(柱：Capcellpak 18)分析而不稀释。
此外，用于选择最佳提取方法的每个提取的条件如下。
(1)酸提取
将1％H2SO4(1L)加入到玉米麸皮(100g)中并在120℃下反应1.5小时。然后，通过CaCO3中和所得物并过滤。通过HPLC(柱：Capcellpak 18)分析滤液中的阿魏酸。为了确定被酸破坏的阿魏酸的量，将阿魏酸的标准产物(Sigma，>99％)在相同的酸提取条件下(1％H2SO4，120℃，1.5小时)反应。此外，为了确定由温度破坏的阿魏酸的量，将阿魏酸的标准产物(Sigma>99％)在纯化的无菌水中在120℃下反应1.5小时，由此确定阿魏酸的破坏率。
(2)酶提取
将玉米麸皮(60克)和无菌水(300克)充分混合。然后，将各酶以5％的浓度加入其中，混合，并在45℃的振荡培养箱中搅拌的同时反应15小时。反应后，过滤所得物质以除去固体物质，然后通过HPLC分析滤液中的阿魏酸。
(3)碱提取
将500毫升1％NaOH或1％KOH各自加入到玉米麸皮(100克)中，充分混合，并在75℃或95℃下反应2小时。反应后，过滤所得物质以除去固体物质，然后通过HPLC分析滤液中的阿魏酸。
(4)热水提取
向玉米麸皮(100g)中加入无菌水(1L)并搅拌混合。然后，分别在120℃、140℃和160℃下反应1小时。将所得物过滤以除去固体物质，并通过HPLC分析滤液中的阿魏酸。
通过上述提取和分析方法(表1)分析玉米麸皮中提取的阿魏酸的产量。
[表1]筛选从玉米麸皮中提取阿魏酸的提取方法
结果，160℃热水提取的最高产率显示为39％。在酸提取的情况下，产率显示为约5.8％，但在通过酸破坏率的分析中，破坏率显示为94.17％。从这些结果可以确定，在酸提取过程中发生了物质的水解，因此酸提取不适合作为阿魏酸的提取方法。通过购买能够降解结构蛋白的商业酶进行酶提取。生物质内的阿魏酸与木质素形成阿拉伯木聚糖形式的复杂结构。木质素与阿拉伯木聚糖之间酯键降解的机理可以通过阿魏酸酯酶实现。优先选择具有阿魏酸酯酶活性的商业酶，并通过上述酶提取方法进行提取。提取的结果发现大多数酶的提取收率很差，低于10％。单独的酶提取可能具有选择性提取的优点；然而，已经证实，单独酶的能量不足以分解木质素和阿拉伯木聚糖之间的全部酯键。用1％NaOH或1％KOH进行碱提取。每种催化剂的萃取率分别为55.6％和61.6％，优于其他萃取方法。
因此，本发明人检验了各种提取方法并证实碱提取法是从玉米麸皮中提取阿魏酸的最有效方法。另外，确定NaOH与KOH两者中，较便宜的NaOH更有效，因此在随后的试验中使用NaOH优化萃取条件。
实施例2.建立阿魏酸高产量提取的最佳条件
本发明人为了保证阿魏酸的高收率和提取后的精制工序的效率，进行了提取条件的优化。首先，为了确保碱催化剂的最佳浓度和反应时间，分别向100g原料(玉米麸皮)中添加不同浓度(0％、0.5％、0.75％和1％)的NaOH。当加入NaOH溶液时，原料和溶液的固液比保持在1：5，提取温度设定在95℃。另外，为了确定最佳提取，在每个时间点通过取样确认阿魏酸的提取率。通过上述方法确认，适合最大提取率的NaOH浓度为1％。从这些结果可以确定，提取工作几乎在提取后的1.5至3小时内完成(表2)。
[表2]阿魏酸提取收率根据碱浓度和时间变化
可能影响提取率的条件包括原料和碱溶液之间的固液比。因此，本研究人员进行了试验，确认了原料与碱溶液的固液比的最佳比例。考虑到商业可用性，通过将原料和碱溶液之间的固液比分别设定为1：5、1：7和1:10来进行测试。固液比试验的结果证实，固液比为1：7和1：10的提取率非常相似(表3)。
[表3]，提取率根据原料与碱溶液的固液比的变化
从以上结果可以看出，考虑到商业应用，固液比1：7有效，这样可减少用水量和废水产生量。
另外，为了确认温度对提取的影响，确认了在65℃95℃的温度范围内的提取率的影响(图1)。如证实温度对提取影响的结果所示，在65℃至95℃内的提取率分布相似，提取后1.5小时的提取率显示非常相似的分布情况，与以上结果的情况相同。这些结果表明1％NaOH显示出提取所需的大部分催化效果。
实施例3.通过酶应用技术提高提取收率
玉米麸皮是玉米加工的副产品，是去除玉米淀粉后的副产品，因此未去除的淀粉仍保留在原料(玉米麸皮)中。在这个过程中淀粉提供粘度，并显著抑制提取后提取物的回收过程和提取后过程。就此而言，本发明人已经研究了通过将碱提取技术与去除淀粉的酶技术相结合以最大程度提高提取率的方法。本发明的方法可以提供提高提取率的效果，促进提取后的纯化过程更加顺利。
为了确定原料内的淀粉结构对提取率的影响，使用了用于玉米加工的α-淀粉酶和葡糖淀粉酶。通过将α-淀粉酶的反应温度设定在95℃，葡糖淀粉酶的反应温度设定在65℃，同时将酶浓度设定为1％来检查提取效果。
为了分析酶应用的影响，构建如下四个实验组：(1)碱提取，(2)将葡糖淀粉酶施用1小时并进行提取，(3)将α-淀粉酶施用3小时，与葡糖淀粉酶反应3小时并进行提取，和(4)将α-淀粉酶施用1小时，与葡糖淀粉酶反应1小时，并进行提取。确认上述四个实验组中提取率的变化(图2)。
实验结果证明，与只进行单独提取的实验组相比，使用葡糖淀粉酶和α-淀粉酶的实验组中的提取率明显更高。此外，证实了在提高提取率和物理性能方面，葡糖淀粉酶和α-淀粉酶的组合使用优于单独使用葡糖淀粉酶的提取。据信这是因为，如上所述，通过除去淀粉组分来提高粘度，其结果是，提取物的回收率提高。通过这个过程，可以提高作为提取后过程的纯化过程的效率。因此，本发明人已经证实，在玉米麸皮中提取阿魏酸的过程中最重要的部分是与目前酶技术的综合使用。
另外，为了优化酶浓度，评估了提取率根据葡糖淀粉酶浓度的变化。反应在65℃时在葡萄糖淀粉酶浓度为0.1％、0.5％和1.0％下进行2小时。另外，糖基化后的提取在1％NaOH(75℃)中进行。
当阿魏酸的提取率提高时，浓度在0.5％以后的葡萄糖淀粉酶浓度的效果显示相同。因此，本发明人能够优化葡糖淀粉酶浓度以提高0.5％时的阿魏酸提取率。
通过酶处理工序，收率提高，考虑到固体原料的提取特性，通过进一步进行残渣洗涤可以获得更高的提取收率。因此，本发明人已经证实了通过提取后洗涤提取残渣所致的提取率变化。为了确认提取后残留物清洗的效果，构建了以下四个实验组：(1)碱提取；(2)碱提取后的残渣洗涤；(3)葡糖淀粉酶处理和碱提取；和(4)葡糖淀粉酶处理和碱提取后的残渣洗涤。
如上所述构建的四个实验组的测试的结果表明，当进行残留物清洗时，可以确保约10％的附加阿魏酸水平。另外，如同之前的结果，与葡糖淀粉酶未反应的那些组相比，其中葡糖淀粉酶反应的实验组显示产量增加约13％或更多(图4)。
之前已经证实，当从玉米麸皮中提取阿魏酸时，酶技术可用于使提取率最大化。就此而言，本发明人试图确认碱提取前后葡糖淀粉酶的作用。此外，为提高提取后的回收率，预计通过提取残渣的洗涤可进一步提高提取率。对于该实验，准备如下两个实验组：(1)碱提取后，用葡糖淀粉酶(0.5％葡糖淀粉酶，65℃，2小时)处理，提取残渣洗涤(与原料相比，使用5倍量的蒸馏水)和(2)首先用葡糖淀粉酶进行玉米麸皮处理，碱提取并洗涤提取残渣。如此准备两个实验组，并评估这两个实验组的提取率(图5)。
实验结果证实，在碱提取之后作葡糖淀粉酶处理的实验组比在碱提取之前作葡糖淀粉酶处理的提取率更高。就此而言，本发明人能够通过碱提取后作葡糖淀粉酶处理来优化葡糖淀粉酶的应用以使提取率最大化。
如上所述，本发明人已经对从作为玉米加工的副产品的玉米麸皮中高产率地提取阿魏酸的方法进行了优化。随后，本发明的发明人基于上述描述进行了阿魏酸的提取，并且使用提取处理溶液进行了高纯度分离和纯化技术的开发。此外，通过下面描述的优化提取方法进行后续高纯度分离和纯化方法的开发研究。优化的提取方法如下。在玉米麸皮与水的固液比为1：7(表3)，1％NaOH(表2)，75℃2小时(图1)的条件下进行提取后，加入量为0.5％(w/w)的葡糖淀粉酶(图3和5)，并使其在65℃下反应1小时。酶反应后，通过过滤分离固体部分，并用作随后的高纯度分离和纯化过程的处理溶液。
实施例4.高纯度提取阿魏酸的分离和纯化技术的开发
由于玉米麸皮中阿魏酸的量低于3％，提取后纯化过程中提高纯度是非常困难的过程。因此，本发明人尝试了适用于食品类方法的各种阿魏酸纯化的方法，并且对最高效率和高纯度的纯化方法进行了研究。
为总结纯化提取的阿魏酸的方法，进行总共包括6个步骤且最终纯度为98％或更高的纯化过程，如下所示：
1)活性炭的吸附：利用阿魏酸吸附在活性炭上的现象；
2)活性炭的热水洗涤：去除阿魏酸以外的有机物质；
3)活性炭中阿魏酸的解吸：确保阿魏酸具有更高的纯度；
4)pH调节：去除因pH而沉淀的固体；
5)吸附树脂的吸附和解吸：通过纯化达到最大纯度；和
6)粉末结晶：确保纯度为98％或更高的产品。
(1)通过活性炭纯化阿魏酸的过程
阿魏酸是具有吸附在活性炭上的结构特征的木质素基有机材料。因此，为了易于纯化，本发明人在根据活性炭的类型(粒状活性炭和粉状活性炭)而吸附和分离的收率和解吸后纯度提高最优的条件下选择活性炭，并尝试将选择的活性炭应用于该过程。通过上述实施例中描述的优化提取条件提取的阿魏酸溶液用于高效且高纯度的阿魏酸纯化。
将玉米麸皮中的阿魏酸提取物加入到活性炭(粉状活性炭或颗粒活性炭)中时，阿魏酸的吸附率为95％或更高。具体地，为了提高吸附效率，使用粉状活性炭和粒状活性炭进行了测试，阿魏酸在两种类型的活性炭中的吸附水平为95％至99％。
然而，与粒状活性炭相比，粉末状活性炭在解吸过程中表现出优异的结果，因此用粉状活性炭进行活性炭的后续纯化。吸附可以在各种温度条件下进行，本发明人最终在室温下进行吸附。另外，为了优化活性炭的合适用量，以0.1％(w/v)至2％(w/v)的水平检查活性炭的用量。结果，相对于提取物的量，活性炭的合适量被评估为1％(w/v)。根据作为碱性溶剂的NaOH浓度(0.05％至0.5％)评估用于解吸吸附在活性炭内的阿魏酸的解吸溶剂，结果表明，在0.05％NaOH和0.1％NaOH下，解吸的阿魏酸的纯度和解吸率相似(表4)。
[表4]
为了提高活性炭纯化过程中阿魏酸的纯度，活性炭用热水(90℃)洗涤，采用活性炭内有机物吸附后根据温度解吸的原理。结果，大约11.6％的杂质在热水洗涤后被进一步除去(表5)。
[表5]
这种热水洗涤过程通过除去阿魏酸以外的有机物质有助于吸附在活性炭上的阿魏酸的解吸，并具有提高解吸后的纯度的效果。
然后，为了进一步提高纯化后阿魏酸的纯度，本发明人利用提取物中存在的残余有机物质因pH所致的沉降作用。当用酸性溶液(HCl)将与活性炭解吸的处理溶液调节至pH3至4时，大量杂质被沉淀，通过这种调整实现了纯度额外增加10％或更高(表5)。通过降低pH而沉淀有机物的效果，可以除去粘性物质，可确保能够输入到后续的吸附树脂过程中的物理特性。另外，通过上述活性炭和提高纯度的方法，提取后阿魏酸纯度由约2％提高到约30％。
基于这些结果，作为高纯度阿魏酸初级纯化的条件，向提取滤液中加入1％(w/w)粉状活性炭，在室温下反应1小时，吸附到活性炭上，并用提取物相同体积量的热水(90℃)洗涤(表5)，然后用提取物相同体积量的0.05％NaOH解吸(表4)。用6N HCl将分离的溶液中和至pH3-4，并通过过滤获得初级纯化溶液(表5)。所获得的初级纯化溶液用作后续工艺的吸附树脂过程的溶液。
(2)通过吸附树脂工艺处理高纯阿魏酸
从提取过程获得的阿魏酸的提取纯度为约1.5％至约2.5％，并且从活性炭纯化过程获得的阿魏酸的纯度为约30％(表5)。可作为商品使用的阿魏酸的纯度为98％以上。为此目的，本发明人已经进行树脂工艺和结晶工艺以获得高纯度的阿魏酸。用于树脂工艺的处理溶液是纯度为30％的处理溶液，其使用活性炭从提取物中进行初步纯化(表5)。
树脂工艺也被证实具有阴离子树脂的作用。然而，确定吸附树脂在阿魏酸的纯度和收率方面具有优越性，因此使用PAD900(Purolite)树脂进行高纯度处理，这通过对每种类型的吸附树脂的测试来证实。吸附树脂处理的试验在室温下进行，其中SV在吸附时保持在3至6的范围内，SV在解吸时保持在10。测试中吸附树脂的总用量为14mL。在活性炭中进行初步纯化的阿魏酸浓度为0.66g/L，吸附容量为41.5g-阿魏酸/L-树脂。根据解吸溶剂(乙醇)浓度(20％至80％)的测试结果，在低浓度乙醇解吸溶剂中观察到高纯度(79％至85％)阿魏酸的分离模式。当检查各馏分中阿魏酸的结晶度时，在乙醇浓度为20％和30％的解吸阿魏酸中观察到结晶度(表6)。
[表6]
上述结果可以间接证实，即使在不同乙醇浓度下解吸出相同纯度的阿魏酸也有抑制阿魏酸结晶度的杂质。因此，本发明人能够优化吸附树脂工艺期间作为解吸溶剂的乙醇浓度。
如上所述，对于吸附树脂工艺，在吸附到PAD900吸附树脂上后，用30％乙醇进行解吸获得高纯度阿魏酸(80％)。随后的结晶过程参照纯度为80％的处理溶液进行，所述处理溶液经过玉米麸皮的提取、活性炭的初级纯化和利用吸附树脂的纯化过程。
(3)通过结晶法确保阿魏酸商品化的纯度
使用上述解吸馏分的部分(20％乙醇和30％乙醇)对阿魏酸进行结晶以确保98％或更高的纯度(商业纯度)。结晶按以下顺序进行：1)解吸馏分的浓缩(10倍)，2)沉淀物(100mL)的热水溶解，3)通过温度控制(降温)进行结晶，和4)回收阿魏酸晶体。
这个过程的结果是，通过浓缩沉淀，输入溶液到晶体的回收率为81.8％，热水溶解后结晶率的回收率为88％。最终阿魏酸的纯度为98.7％，因此以商业质量回收，结晶过程的最终产率为72％(表7，图6)。
[表7]
通过上述方法获得的阿魏酸的最终纯度为98.7％，其与标准产物(99％)的水平相似，并且阿魏酸是作为适合目前商业化的阿魏酸的98％纯度水平的产品生产的。
基于这些结果，本发明人发明了一种用玉米麸皮高效大量生产阿魏酸的方法，阿魏酸作为一种高附加值材料，常规使用原料油精制的材料(即，由现有米糠油制剂生产的副产物)作为原料在各种溶剂(IPA，己烷，乙醇等)存在下生产，而玉米麸皮一种经济的原材料，通过简单的提取、纯化和结晶方法实现大量生产，从而实现高产量。
从以上所述，本公开所属领域的技术人员将能够理解，本公开可以以其他具体形式来实施，而不改变本发明的技术概念或本质特征。就此而言，这里公开的示例性实施方式仅用于说明性目的，而不应被解释为限制本公开的范围。相反，本公开不仅包括示例性实施例，而且包括在由所附权利要求限定的本公开的主旨和范围内的各种替代、修改、等同和其他实施例。

Claims (23)

1.一种制备阿魏酸的方法，包括：
(a)使玉米麸皮与碱溶液反应以获得含有阿魏酸的粗提取物；
(b)从步骤(a)中获得的粗提取物中除去淀粉；和
(c)洗涤玉米麸皮的提取残余物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱溶液是氢氧化钠或氢氧化钾。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱溶液的浓度为0.5％(w/w)至1.5％(w/w)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应进行1至24小时。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玉米麸皮与所述碱溶液之间的固液比在1：3至1：15的范围内。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应在60℃至100℃下进行。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)还包括过滤其中获得的粗提取物以除去固体。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉去除通过酶反应进行，其中使步骤(a)中获得的粗提取物与α-淀粉酶、葡糖淀粉酶或α-淀粉酶和葡糖淀粉酶二者反应。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，葡糖淀粉酶和α-淀粉酶的浓度为0.1％(w/w)至1.0％(w/w)。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用与玉米麸皮相比，1-10倍体积的水进行残余物清洗。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括(d)分离和纯化阿魏酸。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述分离和纯化包括使用活性炭的初级纯化过程和使用吸附树脂的二级纯化过程。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述活性炭是粒状活性炭或粉状活性炭。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，活性炭的含量相对于提取物的浓度为0.1％(w/v)至2％(w/v)。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述初级纯化方法包括(i)活性炭吸附，(ii)热水洗涤活性碳，和(iii)活性炭内阿魏酸的解吸。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述解吸使用碱溶剂进行。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述碱溶剂是氢氧化钠或氢氧化钾。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，碱溶剂的浓度为0.01％(w/w)至0.5％(w/w)。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，初级纯化过程还包括将通过阿魏酸解吸而分离的处理溶液的pH调节至3至4，以去除杂质。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，吸附树脂选自由PAD900、Mn100、HP20和PAD600组成的组。
21.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述所述二级纯化过程包括将在所述初级纯化过程中获得的所述处理溶液吸附到吸附树脂上，并从中解吸处理溶液。
22.如权利要求12所述的方法，其特征在于，用15％(w/w)至35％(w/w)的乙醇溶剂进行解吸。
23.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括使分离和纯化的阿魏酸结晶。
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