CN109206536A - 一种从木醋液中分离左旋葡聚糖的方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明公开了一种从木醋液中分离左旋葡聚糖的方法，该方法以木醋液为原料，其分离过程包括：加入碱性化合物将把木醋液调至碱性，同时加入絮凝剂进行絮凝，絮凝后液体过滤去除沉淀；过滤后清液加入脱色剂进行保温脱色；脱色后清液采用离子交换树脂进行分离，选取纯水作为洗脱液进行洗脱，将含有左旋葡聚糖的洗脱液进行浓缩、甲醇沉淀，获得产品左旋葡聚糖。本发明能够通过预处理去除木醋液原液中大量杂质，有效地分离出木醋液中的左旋葡聚糖组分。
Description
技术领域
本发明涉及木醋液的分离方法，特别是涉及一种木醋液中左旋葡聚糖组分的分离方法。
背景技术
木醋液是一种黑褐色的液体，是由多种生物质废料木屑、麦秸秆和木材等物质干馏热解制燃料气过程中产生的汽化物经冷凝后得到的。木醋液在许多方面都有重要的应用价值：在医药上，木醋液对糖尿病以及肝脏病有较好的疗效，同时，木醋液对皮肤病和脚气病也可以起到很好的防治作用；在农业上，木醋液能够对害虫进行有效地驱除，也有杀菌作用，从而将农药的使用量大大减少，这对生态环境的保护起到了很重要的作用；在轻工业上，木醋液可以作为很多物品的添加剂，例如化妆品和一些食品等；在畜牧业上，木醋液作为除臭剂可以对饲养动物身上的臭味进行有效地驱除。
粗制木醋液中含有非常多的组分，其中含量最多的物质是水，约占总含量的70%以上。除了水之外，还有许多主要物质，例如酸性物质：乙酸、丙酸；醇醛类物质，如：羟基丙酮、糠醛和左旋葡聚糖等；酚类物质，如：苯酚、邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚等，以及一些尚未确定的化合物。其中，左旋葡聚糖的含量为2%。左旋葡聚糖是一种潜力非常大的新糖源，可以经酸水解成葡萄糖被微生物发酵间接利用，也可被微生物直接代谢，而且左旋葡聚糖可以直接作为反应物制备高附加值的左旋葡萄糖酮。
目前关于木醋液分离方法的报道已有很多，如：采用酶解-蒸馏-吸附联合方法可以高效率地去除木醋液中有害物质，向木醋液中加入木瓜蛋白酶进行酶解，再在70℃、0.01MPa条件下进行蒸馏并收集馏分，后使用活性炭粉末进行吸附；木醋液通过转化、脱色、蒸发洁净等过程可以制备出白色低成本的醋酸钙镁盐环保型融雪剂，先向木醋液中加入过量的氧化钙粉末将pH调至碱性，离心弃沉淀，向得到的黑色液体中加入活性炭粉末恒温水浴振荡脱色，过滤得到无色滤液，经过蒸发结晶后将镁盐与钙盐按比例混合即得产物；采用HGA树脂可以有效分离出木醋液中的羟基丙酮，以无水乙醇为洗脱液，在20℃环境下洗脱流量为4mL/min可以使木醋液中的羟基丙酮的洗脱率达到88%。但是能有效提取木醋液中的左旋葡聚糖的方法还尚未报道过。木醋液分离左旋葡聚糖的困难之处主要在于木醋液中成分极其复杂，除了前面提到的酸类物质、醇醛类物质、酚类物质等，还含有一些炭黑类颗粒、混入的木焦油等成分，使得前处理更加困难。因此，从木醋液中专门分离出某一种化合物十分困难，特别是前处理过程不能将大量杂物去除，对于后续分离会产生巨大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效地提取木醋液中左旋葡聚糖的方法。
针对木醋液体系特点，采用添加碱性物质中和木醋液，将溶液调为碱性，破坏炭黑、木焦油等高分子化合物的稳定层结构，使其带负电荷，再加入表面活性剂和絮凝剂使其絮凝沉淀，从而可以完全去除炭黑颗粒、木焦油、酚类化合物等成分；絮凝后木醋液再经过脱色去除残存的有色可溶物，获得澄清透明的淡黄色溶液，主要含有可溶于水的有机物，如：乙酸盐、丙酸盐、羟基丙酮、左旋葡聚糖等，进一步通过离子交换树脂可将左旋葡聚糖分离出来。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种从木醋液中分离左旋葡聚糖的方法，具体为：
1)将木醋液调至碱性，同时加入絮凝剂或表面活性剂进行絮凝，絮凝后液体过滤去除沉淀；
2)过滤后清液加入脱色剂进行保温脱色；
3)脱色后清液采用离子交换树脂进行分离，以纯水为洗脱液进行洗杂和解析，将含有左旋葡聚糖的洗脱液进行浓缩、甲醇沉淀，获得产品左旋葡聚糖。
步骤（1）中所用的碱性化合物可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化铝、氢氧化钡、氢氧化镁、氢氧化锌、氢氧化铜、氢氧化铁、氢氧化铬、氢氧化镍、无水碳酸钠、一水碳酸钠、七水碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾和氨水等无机碱；也可以是氧化钙、氧化镁等碱性金属氧化物；也可以是三乙胺、二甲胺、甲醇钠、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钾、丁基锂、苯基锂、六甲基二硅胺基锂和二异丙基胺基锂等有机碱。
步骤（1）中pH调至碱性范围是8-14，优化为9-10。
步骤（1）中所用的絮凝剂可以是硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚硅酸、聚硅酸硫酸铁、聚磷氯化铁、聚磷氯化铝、聚硅酸铁、聚合硫酸氯化铁铝、聚合聚铁硅和聚丙烯酰胺等；表面活性剂可以是四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸铵、十六烷基三甲基溴化铵等阳离子表面活性剂；硬脂酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、甘胆酸钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、磺基琥珀酸单酯二钠等阴离子表面活性剂；卵磷脂、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨醇酯、聚山梨酯、月桂酸酯、油酸酯、月桂醇醚磷酸酯和蔗糖酯等非离子表面活性剂。用量为300mg/L-10g/L，优化为4g/L-6g/L。
步骤（2）中所用的脱色剂可以是活性炭、活性白土、活性吸附树脂、膨润土、凹凸棒、硅藻土、碳石纤维等。用量为木醋液质量的1-50%，优化为15%-25%。保温30-90℃，优化为40-60℃。
步骤（3）中所用的离子交换树脂可以是氢型离子交换树脂，钙型离子交换树脂，也可以是大孔吸附树脂。氢型离子交换树脂可以是：罗门哈斯氢型离子交换树脂、拜尔氢型离子交换树脂、安博莱特氢型离子交换树脂、陶门哈斯氢型离子交换树脂等；钙型离子交换树脂可以是：巴陵钙型离子交换树脂、拜尔钙型离子交换树脂、亨斯迈钙型离子交换树脂、法国独立特钙型离子交换树脂和上海劲凯钙型离子交换树脂等；大孔吸附树脂可以是：安博莱特大孔吸附树脂、日本三菱化学大孔吸附树脂、天津普拉德大孔吸附树脂和上海劲凯大孔吸附树脂等。
步骤（3）中的特征在于，洗杂和解析时，使用的溶剂为去离子水。洗杂使用1~1.5BV的溶剂，解析使用1~2.5BV的溶剂，吸附、洗杂和解析过程中流动相流速均为0.1~1.5BV/h。经过吸附、洗杂和解析的离子交换树脂可通过再生操作进行再生，然后重新进行吸附，再生条件为：以去离子水为再生剂，再生剂流速为0.2~1.5BV/h，再生剂的使用量为1.5~3BV。
步骤（3）中的特征在于，所述的离子交换柱子，固液比为1：10，高径比为8~20。
有益效果：
本发明从粗制木醋液出发，经过中和、脱色和离交分离等过程，获得左旋葡聚糖产品。整个技术工艺简单，所需脱色剂和离子交换树脂可以反复再生利用，具有良好的工业应用前景。
附图说明
图1为氢离子型树脂分离的左旋葡聚糖液相检测图；
图2为钙离子型树脂分离的左旋葡聚糖液相检测图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例中使用的木醋液是通过木材燃烧过程中冒出的黑烟自然冷却液化而得的、黑色、黏稠状且不透光的液体。
实施例1：使用不同碱调碱性
木材热解获得的木醋液是黑色的，pH为3-4，完全不透光，其中除了含有左旋葡聚糖外，其他可溶部分主要含有苯酚、苯二酚、羟基丙酮、乙酸和糠醛中的一种或几种，其中，左旋葡聚糖的含量为2%左右。具体成分见表1：
表1 木醋液中成分表
除了可溶性组分外，木醋液中还含有一些微小的、可悬浮于溶液中炭黑类颗粒、混入的木焦油等成分，这些成分以胶体的形式存在，影响了后续的左旋葡聚糖的提取，需要通过预处理的方法给予去除。
取3份100mL木醋液原液，室温状态下分别向其中加入氢氧化钠、氧化镁、碳酸钠和三乙胺，静置1h后，10000rpm离心10min，测沉淀量，结果见表2。
表2 加入不同碱后的沉淀量：
| 碱性物质 | 加入量 | 沉淀量 |
| 氢氧化钠 | 5g | 6.018g |
| 碳酸钾 | 5g | 5.596g |
| 氧化镁 | 5g | 5.132g |
| 三乙胺 | 5g | 5.067g |
从表2可以看出，向木醋液溶液中加入碱性物质后，炭黑类颗粒、混入的木焦油等胶体类物质破坏了其电离层，相互凝聚形成沉淀，从体系中分离出来。但是加入不同的碱性物质产生的沉淀量有很大差别，碱性较强的氢氧化钠具有较好的效果，而碱性较弱的氧化物（如：氧化镁）和有机碱则难易破坏电离层，沉淀量较小。
实施例2：使用氢氧化钙调不同pH
采用不同的碱量对于胶体电离层的破坏不同。取5份100mL木醋液原液，室温状态下向其中分别加入碱性物质氢氧化钙量为3.0g，3.4g，3.8g，4.2g，4.6g，静置1h后，10000rpm离心10min，测沉淀量，结果见表3。
表3 调不同pH后的沉淀量
| 用量 | pH | 沉淀量 |
| 3.0g | 6.6 | 4.824g |
| 3.4g | 8.2 | 4.976g |
| 3.8g | 9.3 | 5.175g |
| 4.2g | 10.0 | 5.333g |
| 4.6g | 10.5 | 5.709g |
从表3中可以看出，随着pH不断增加，对于胶体的电离层破坏更加明显，产生的沉淀量更多。但当pH为10以上时，部分胶体有重新悬浮于溶液中，造成木醋液会变得过于黏稠，不利于后续操作的进行。
实施例3：加入不同絮凝剂絮凝
虽然加入碱性物质可以破坏胶体电离层，从而使其沉淀除去，但仍然有少量胶体物质需要通过加入絮凝剂来增强其相互交联程度，形成更大的颗粒，从而利于分离。取3份100mL木醋液原液，室温状态下向其中分别加入聚合氯化铝，十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基苯磺酸钠，静置1h后，10000rpm离心10min，测沉淀量，结果见表4。
表4 不同絮凝剂絮凝后的沉淀量
| 絮凝剂 | 用量 | 沉淀量 |
| 聚合氯化铝 | 0.6g | 0.795g |
| 十六烷基三甲基溴化铵 | 0.6g | 0.726g |
| 十二烷基苯磺酸钠 | 0.6g | 0.769g |
从表4可以看出，加入絮凝剂后可以进一步将胶体物质形成聚集体而沉淀下来。加入不同的絮凝剂之后产生的沉淀量不同，但是产生的沉淀量差别不大，表明胶体的去除主要是通过碱性破坏其电离层而产生的沉淀。而后的絮凝剂则将其未能沉淀的少量胶体物质进一步团聚，其中加入聚合氯化铝产生的沉淀量最多。
实施例4：使用不同吸附剂脱色
采用中和、絮凝后的木醋液粘度下降，但含有大量呈色物质，其颜色仍然较深，需要通过脱色的方式去除呈色物质。取2份100mL木醋液原液，室温状态下向其中分别加入活性炭粉末和活性白土，55℃恒温搅拌5h，抽率取上清，稀释100倍后通过紫外分光光度计测OD620值，结果见表5。
表5 不同吸附剂脱色效果
| 吸附剂 | 用量 | OD<sub>620</sub> |
| 不 加 | ||
| 活性炭粉末 | 15g | 0.010 |
| 活性白土 | 15g | 0.062 |
从表4可以看出，加入脱色剂可以大幅度降低木醋液的颜色，经过滤后木醋液为淡黄色澄清溶液，可以用于后续的离交分离。加入不同的脱色剂进行脱色之后，对木醋液都均有脱色效果，其中使用活性炭粉末后脱色效果比较好。
实施例5：木醋液调碱性、絮凝和脱色
第一步：调碱性，取100mL木醋液原液，室温状态下向其中加入氢氧化钠，并将木醋液的pH调至9-10，静置1h后，10000rpm离心10min，弃沉淀，得到黑色可透光溶液。
第二步：絮凝，向调过碱性的木醋液中加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵，静置1h后，10000rpm离心10min，弃沉淀。
第三步：脱色，向絮凝过的木醋液中加入15g活性炭粉末，在55℃的水浴锅中恒温搅拌5h，抽率得到淡黄色澄清木醋液，稀释100倍后通过紫外分光光度计测得OD620为0.002。
实施例6：氢离子交换树脂分离左旋葡聚糖
按实施例5中方法获得脱色后木醋液，将其采用拜尔氢型离子交换树脂进行分离，离交柱的内径为3cm，高度为40cm，吸附流速为1mL/min；以纯水为洗脱液，洗脱流速为1mL/min，洗脱完全，通过HPLC检测左旋葡聚糖的浓度（见附图1。左旋葡聚糖在HPLC上的出峰时间为12.5min）。后通过浓缩得到纯度为63%的左旋葡聚糖，收率在34.5%。以浓度为1M的盐酸和1M的氢氧化铵按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用纯水淋洗。
实施例7：钙离子交换树脂分离左旋葡聚糖
按实施例5中方法获得脱色后木醋液，将其采用陶氏钙型离子交换树脂进行分离，离交柱的内径为3cm，高度为40cm，吸附流速为1mL/min；以纯水为洗脱液，洗脱流速为1mL/min，洗脱完全，通过HPLC检测左旋葡聚糖的浓度（见附图2。左旋葡聚糖在HPLC上的出峰时间为12.5min）。后通过浓缩得到纯度为92%的左旋葡聚糖，收率在56%。其中，左旋葡聚糖的纯度和收率都要高于使用氢型离子交换树脂进行吸附。以浓度为1M的盐酸和1M的氢氧化铵按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用纯水淋洗。
Claims (10)
1.一种从木醋液中分离左旋葡聚糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
加入碱性化合物将木醋液调至碱性范围在8-14，同时加入絮凝剂或表面活性剂进行絮凝，絮凝后液体过滤去除沉淀；
过滤后清液加入脱色剂进行保温脱色，脱色剂用量为木醋液质量的1-50%，保温温度为30-90℃；
脱色后清液采用离子交换树脂进行分离，以纯水为洗脱液进行洗杂和解析，将含有左旋葡聚糖的洗脱液进行浓缩、甲醇沉淀，获得产品左旋葡聚糖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所用的碱性化合物为无机碱或者碱性金属氧化物或者有机碱。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中pH调至碱性范围为9-10。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，无机碱包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化铝、氢氧化钡、氢氧化镁、氢氧化锌、氢氧化铜、氢氧化铁、氢氧化铬、氢氧化镍、无水碳酸钠、一水碳酸钠、七水碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾和氨水；碱性金属氧化物包括但不限于氧化钙、氧化镁；有机碱包括但不限于三乙胺、二甲胺、甲醇钠、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钾、丁基锂、苯基锂、六甲基二硅胺基锂和二异丙基胺基锂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所用的絮凝剂可以是硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚硅酸、聚硅酸硫酸铁、聚磷氯化铁、聚磷氯化铝、聚硅酸铁、聚合硫酸氯化铁铝或聚合聚铁硅；表面活性剂可以是四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸铵、十六烷基三甲基溴化铵等阳离子表面活性剂；硬脂酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、甘胆酸钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠等阴离子表面活性剂；卵磷脂、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨醇酯、聚山梨酯、月桂酸酯、油酸酯、月桂醇醚磷酸酯和蔗糖酯等非离子表面活性剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所用的脱色剂可以是活性炭、活性白土、活性吸附树脂、膨润土、凹凸棒、硅藻土、碳石纤维，用量为木醋液质量的15%-25%；保温温度为40-60℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所用的离子交换树脂可以是氢型离子交换树脂，钙型离子交换树脂，也可以是大孔吸附树脂；氢型离子交换树脂可以是：罗门哈斯氢型离子交换树脂、拜尔氢型离子交换树脂、安博莱特氢型离子交换树脂、陶门哈斯氢型离子交换树脂等；钙型离子交换树脂可以是：巴陵钙型离子交换树脂、拜尔钙型离子交换树脂、亨斯迈钙型离子交换树脂、法国独立特钙型离子交换树脂和上海劲凯钙型离子交换树脂等；大孔吸附树脂可以是：安博莱特大孔吸附树脂、日本三菱化学大孔吸附树脂、天津普拉德大孔吸附树脂和上海劲凯大孔吸附树脂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中的洗杂和解析时，使用的溶剂为去离子水，洗杂使用1~1.5BV的溶剂，解析使用1~2.5BV的溶剂，吸附、洗杂和解析过程中流动相流速均为0.1~1.5BV/h，经过吸附、洗杂和解析的离子交换树脂可通过再生操作进行再生，然后重新进行吸附，再生条件为：以去离子水为再生剂，再生剂流速为0.2~1.5BV/h，再生剂的使用量为1.5~3BV。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述的离子交换柱子的固液比为1：10，高径比为8~20。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂或表面活性剂的用量为，用量为300mg/L-10g/L，优选为4g/L-6g/L。
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