一种从甜茶苷生产的副产物中分离鞣花酸的方法
阅读说明：本技术 一种从甜茶苷生产的副产物中分离鞣花酸的方法 (Method for separating ellagic acid from byproducts of rubusoside production ) 是由 李伟 黄华学 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：一种从甜茶苷生产的副产物中分离鞣花酸的方法,包括以下步骤：(1)收集甜茶上柱流出液,浓缩：得甜茶多酚浓缩液；(2)加压水解：往所述甜茶多酚浓缩液中加入无机酸,加压保温水解,得水解物料；(3)用有机溶剂进行萃取,收集有机溶剂层；(4)碱水反萃取：将所述有机溶剂层用碱水溶液反萃取,收集碱水层；(5)酸化：将所述碱水层用盐酸调节pH值至酸性,析出固体,将固体过滤,干燥,得鞣花酸粗品；(6)结晶：将所述鞣花酸粗品溶解,脱色,冷冻析晶,即得鞣花酸产品。本发明将甜茶资源综合利用,变废为宝,鞣花酸收率高,所得鞣花酸产品中鞣花酸的含量高达97%以上。(A method for separating ellagic acid from a byproduct of rubusoside production, comprising the steps of: (1) collecting the effluent of the sweet tea column, and concentrating: obtaining sweet tea polyphenol concentrated solution; (2) pressurized hydrolysis: adding inorganic acid into the sweet tea polyphenol concentrated solution, pressurizing, preserving heat and hydrolyzing to obtain a hydrolyzed material; (3) extracting with organic solvent, and collecting organic solvent layer; (4) back extraction with alkaline water: back-extracting the organic solvent layer with an aqueous alkali solution, and collecting an aqueous alkali layer; (5) acidifying: adjusting the pH value of the alkaline water layer to acidity by using hydrochloric acid, separating out a solid, filtering the solid, and drying to obtain a crude ellagic acid product; (6) and (3) crystallization: and dissolving the crude ellagic acid product, decoloring, freezing and crystallizing to obtain an ellagic acid product. The sweet tea resources are comprehensively utilized, waste is turned into wealth, the ellagic acid yield is high, and the content of the ellagic acid in the obtained ellagic acid product is as high as more than 97%.)
技术领域
本发明涉及一种分离鞣花酸的方法，尤其是涉及一种从甜茶苷生产的副产物中分离鞣花酸的方法。
背景技术
甜茶（学名RubusSuavissimusS.Lee，英文名Sweettea），又名甜叶悬钩子，是蔷薇科悬钩子属多年生有刺灌木，二十世纪八十年代初才在我国被逐渐发现。
甜茶，味甘甜清爽，不仅能生津止渴，而且对人体有较好的药理作用和保健功能。据《中药志》记载及有关文献资料报道：“甜茶能防治高血压、治疗湿热痢疾、皮肤瘙痒、痈疽恶疮等症，并具有滋养肝肾和胃降逆、润肺止咳、解困醒酒等作用”。《本草纲目》记载：“气味甘、平”、“无毒、疗痔、止血及血痢、止渴、活血、利小便”。
甜茶叶，常被用来代替蔗糖加工食品，被民间入药用于补肾降压，被誉为神茶，与罗汉果等齐名。甜茶中富含的甜茶苷是一种二萜糖体，在化学结构上与甜菊苷近似，它们均由相同的苷元组成，二者的区别仅在甜茶苷中十位碳上少接一分子葡萄糖。甜茶苷的甜度为蔗糖的300倍，而热值仅是蔗糖的5%，属高甜度、低热量的天然甜味物质。甜茶苷能激活人的胰岛素，综合血糖，对糖尿病患者和肾虚病人都有很好的保健作用。甜茶叶提取的甜茶苷是甜味植物中口感最佳的，因其绿色天然，保健低热而在食品，饮料，冷食制品，调味品，医药工业，美容化妆品等各类行业中展现出良好的经济价值。
甜茶多酚是甜茶叶中重要的天然活性成分之一，具有抑菌、抗氧化、防辐射、抗过敏、防癌症等生物活性。产于广西的甜茶中，含有超过自身干重10%的甜茶多酚。在甜茶苷的实际工业化生产过程中，这些甜茶多酚都会伴随着甜茶苷一起被水浸出。只是这些甜茶多酚不会被大孔吸附树脂富集，而甜茶苷会被大孔吸附树脂富集。由于技术的局限以及甜茶多酚本身苦涩的口感，这些含有大量甜茶多酚的大孔吸附树脂上柱流出液只能当成废弃物，进入污水池进行环保处理。如此不但增加了污水处理的负担，而且是对天然活性成分甜茶多酚的浪费，没有实现甜茶自然资源的综合利用。
鞣花酸别名并没食子酸（benzoaric acid），化学式为C14H6O8，是一种多酚二内酯化合物，是两分子没食子酸通过聚合而形成的衍生物。鞣花酸广泛存在于各种水果、蔬菜、坚果等植物组织中，是一种天然多酚组分。鞣花酸具有多种生物活性功能，例如抗氧化功能、抗癌、抗突变性能、对人体免疫缺陷病毒的抑制作用。除此之外，鞣花酸还是一种有效的凝血剂，对多种细菌、病毒都有很好地抑制作用，能保护创面免受细菌的侵入、防止感染、抑制溃疡。经研究发现，鞣花酸还具有降压、镇静作用。鞣花酸表现出对化学物质诱导癌变及其他多种癌变有明显的抑制作用，特别是对结肠癌、食管癌、肝癌、肺癌、舌及皮肤肿瘤等有很好的抑制作用。
在自然界中，鞣花酸不仅能以游离的形式存在，而且更多的是以缩合形式（如鞣花单宁、鞣花苷等）存在。甜茶多酚是一种混合物，主要成分是鞣花单宁。如何将目前当作废弃物处理的甜茶多酚回收利用，加工成更具有经济价值的鞣花酸，该技术问题亟需解决。
CN110078775B公开了一种高含量甜茶苷、甜茶多酚的环保生产方法，是以干燥的甜茶叶为原料，经粉碎、渗漉提取、絮凝、离心、脱盐、脱色、大孔树脂吸附、梯度洗脱、絮凝物酸化、有机溶剂萃取等步骤，分别得到高含量的甜茶苷和甜茶多酚。
CN108752392B公开了一种从提取甜茶苷后的甜茶絮凝渣中回收甜茶多酚的方法，是以提取甜茶苷后的甜茶絮凝渣为原料，经酸溶、大孔吸附树脂富集、氧化铝精制等步骤，得到甜茶多酚。
CN108752231A公开了一种从甜茶中提取茶氨酸以及同时提取甜茶苷和茶多酚的方法，是以甜茶叶为原料，经破碎、渗漉、大孔吸附树脂吸附、聚酰胺树脂柱吸附、离子交换树脂柱吸附等步骤，得到茶氨酸、甜茶苷和茶多酚。
CN101993460A公开了一种悬钩子中鞣花单宁酸的分离纯化方法，是以悬钩子干叶为原料，经水提取、大孔吸附树脂柱层析、流出母液超滤膜分离、干燥、超临界二氧化碳萃取、得到鞣花单宁酸。
但是，现有技术中关于甜茶多酚的研究主要是针对甜茶总多酚（混合物）或者鞣花单宁酸的分离，尚未见到有从甜茶原料或从甜茶苷生产副产物中分离鞣花酸的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种将甜茶资源综合利用，变废为宝，收率高、产品中有效活性成分含量高，工艺过程操作性强，对设备要求低，生产成本低，安全，环保，适宜于工业化生产的从甜茶苷生产的副产物中分离鞣花酸的方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种从甜茶苷生产的副产物中分离鞣花酸的方法，包括以下步骤：
（1）甜茶上柱流出液的收集与浓缩：收集甜茶苷生产过程中大孔吸附树脂柱的上柱流出液，用纳滤膜过滤，并用纳滤膜将纳滤膜截留液浓缩，得甜茶多酚浓缩液；
（2）加压水解：往步骤（1）所得的甜茶多酚浓缩液中加入无机酸，加压，保温水解，得水解物料；
（3）有机溶剂萃取：将步骤（2）所得的水解物料冷却至室温，然后用有机溶剂进行萃取，分液，收集有机溶剂层；
（4）碱水反萃取：将步骤（3）所得的有机溶剂层用碱水溶液反萃取，分液，收集碱水层；
（5）酸化：用盐酸调节步骤（4）所得的碱水层的pH值至酸性，析出固体，将固体过滤，干燥，得鞣花酸粗品；
（6）结晶：将步骤（5）所得的鞣花酸粗品用乙醇水溶液加热溶解，加入脱色剂，保温搅拌脱色，然后趁热过滤，冷冻析晶，将晶体过滤，干燥，即得鞣花酸产品。
优选地，步骤（1）中，所述上柱流出液为甜茶叶原料经“水提取、离心过滤、大孔吸附树脂上柱吸附”等工艺步骤之后，产生的工业废水。所述上柱流出液中总固形物的质量百分比含量为0.5%～10%，甜茶多酚在总固形物中的质量百分比含量为30%～50%，鞣花单宁在总固形物中的质量百分比含量为15%～30%。
优选地，步骤（1）中，所述纳滤膜的截留分子量为200～500Da，更优选300～400Da；所述纳滤膜过滤的压力为0.2Mpa～0.5Mpa，更优选0.3Mpa～0.4Mpa。
使用纳滤膜的目的之一是，除去上柱流出液之中的无机盐，因为钙、镁、铁、铜等二价金属阳离子的存在不但会降低单宁酶的活性，还会与水解的产物鞣花酸络合、形成性质稳定的络合物，从而降低鞣花酸的收率；使用纳滤膜的目的之二是，除去氨基酸、色素等小分子杂质，以提高鞣花单宁的纯度，从而降低后续分离纯化步骤的难度。若纳滤膜的截留分子量过小或过滤的压力过小，无机盐和小分子杂质都将无法透过纳滤膜而除去，从而都会导致无法达到上述两个目的；若纳滤膜的截留分子量过大或过滤的压力过大，部分鞣花单宁有可能透过纳滤膜而损失，从而导致鞣花酸的收率偏低。使用纳滤膜的目的之三，是采用低温、节能的方式将物料浓缩，既可以避免鞣花单宁在高温下氧化、与杂质缩合，又可以提高鞣花单宁的浓度、节约无机酸的用量、加快水解的速度。
优选地，步骤（1）中，所述浓缩液的固形物浓度为10%～20%，更优选12%～15%。
将纳滤膜截留液膜浓缩至该浓度的目的是，提高鞣花单宁的浓度，以减少后续物料的处理量，同时节约无机酸的用量。若浓缩液的固形物浓度过低，将导致酸的用量增加或水解时间的延长；若浓缩液的固形物浓度过高，将导致鞣花单宁的溶解性降低，降低水解的效率。
优选地，步骤（2）中，所述无机酸为盐酸或硫酸；所述无机酸的质量为鞣花单宁重量的10～20%，更优选11～18%。
往甜茶多酚浓缩液中加入无机酸的目的之一是，将其中的鞣花单宁水解为目标产物鞣花酸；目的之二是，浓缩液中的大分子杂质（如多糖、蛋白质等）水解为小分子，通过后续“萃取-反萃取”步骤轻松的除去。
优选地，步骤（2）中，所述水解的温度为98～140℃，更优选110～130℃；所述水解的压力为0.05～0.5MPa，更优选0.1～0.35MPa；所述水解的时间为1.0～2.0小时。
本发明采用加压水解的目的是，减少酸的用量并缩短水解的时间。若水解的温度过低、压力过小或时间过短，都将导致水解不完全；若水解的温度过高、压力过大或时间过长，都将造成能源和物料的浪费。
优选地，步骤（3）中，所述有机溶剂为乙酸乙酯、正丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷的一种或几种；所述有机溶剂的体积用量为鞣花单宁重量的25～50倍（L/kg），更优选30～40倍（L/kg）。使用有机溶剂萃取的目的是，将水解后得到的鞣花酸从水相转移至有机相，达到初步分离纯化的目的。
优选地，步骤（4）中，所述碱水溶液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液；所述碱水溶液的质量百分比浓度为0.5%～2%，更优选1%～1.5%；所述碱水溶液的质量为有机溶剂用量的20%～30%。
使用碱水反萃取的目的是，将有机层中的鞣花酸与碱反应成盐，并溶于碱水，达到再次分离纯化的目的。若碱水溶液的质量百分比过低或碱水的用量过少，都将无法充分的达到上述目的，造成鞣花酸的收率偏低；若碱水溶液的质量百分比过高或碱水的用量过多，不但会造成能源和物料的浪费，还有可能造成鞣花酸分解破坏，同样造成鞣花酸的收率偏低。
优选地，步骤（5）中，所述pH值为1.5～2.5。将碱水层用盐酸调节pH值至酸性的目的是，将溶解于碱水层中、呈离子状态的鞣花酸盐，转化为分子状态的鞣花酸，从而结晶析出。
优选地，步骤（6）中，所述乙醇水溶液中，乙醇的体积分数为80%～99%；所述乙醇水溶液的体积用量为鞣花酸粗品重量的8～12倍（L/kg）。
优选地，步骤（6）中，所述脱色剂为活性炭、活性白土、硅藻土和氧化铝中的一种或几种；所述脱色剂的质量为鞣花酸粗品重量的1%～5%，更优选2%～4%；所述保温搅拌的温度为70～80℃；所述搅拌脱色的时间为1～3小时，更优选2~3小时。使用脱色剂搅拌脱色的目的是，除去鞣花酸粗品乙醇溶液中的色素和杂质，从而得到高含量的鞣花酸精品。
优选地，步骤（6）中，所述冷冻析晶的温度为-10～10℃，更优选-5～5℃；所述冷冻析晶的时间为12～24小时，更优选16～22小时。冷冻析晶的目的，是将乙醇溶液中的鞣花酸充分析出，确保鞣花酸的收率。
本发明原理是：甜茶苷生产过程中大孔吸附树脂柱的上柱流出液富含鞣花单宁，鞣花单宁在加压、酸水解的作用下被分解为鞣花酸；水解液中其它大分子物质的水解产物（糖类、氨基酸等），不会被有机溶剂萃取，而鞣花酸可被有机溶剂萃取，因此可以通过有机溶剂萃取的方式将鞣花酸初步分离纯化。即使有少量脂溶性的杂质同鞣花酸一起被有机溶剂萃取出，但是通过碱水反萃取，可将这些脂溶性杂质保留在有机溶剂层中；碱水层中的鞣花酸盐，通过酸化即可恢复为分子状态从而沉淀析出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
（1）本发明所得的鞣花酸产品中鞣花酸的含量高达97%以上；
（2）本发明加压水解过程中酸的用量少，废酸排量少，污水处理负担小；
（3）本发明可将甜茶资源综合利用，从甜茶苷生产的副产物中分离鞣花酸的方法，变废为宝，工艺过程操作性强，对设备要求低，生产成本低，安全，环保，适宜于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的甜茶苷生产过程中大孔吸附树脂柱的上柱流出液为湖南华诚生物资源股份有限公司生产甜茶苷过程中产生的副产物废料，经分析，其中，总固形物、甜茶多酚、鞣花单宁和鞣花酸的质量百分比含量依次为2.05%、0.72%、0.43%和0；本发明实施例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
本发明实施例中，采用紫外分光光度法测点甜茶多酚的含量，采用高效液相色谱（HPLC）外标法检测鞣花酸的含量，使用的紫外分光光度仪和高效液相色谱仪的生产厂家和型号分别是北京普析通用仪器有限责任公司TU-1900、岛津LC-2030 Plus。
实施例1
本实施例包括以下具体步骤：
（1）甜茶上柱流出液的收集与浓缩：收集甜茶苷生产过程中大孔吸附树脂柱的上柱流出液1吨，用纳滤膜过滤（纳滤膜的截留分子量500Da、过滤压力0.2Mpa），并用纳滤膜将纳滤膜截留液浓缩至固形物浓度为12.5%，得甜茶多酚浓缩液120L；
（2）加压水解：往步骤（1）所得的甜茶多酚浓缩液中加入0.8kg浓盐酸，加压至0.2MPa，115℃保温水解1.2小时，得水解物料；
（3）有机溶剂萃取：将步骤（2）所得的水解物料冷却至室温，用120L乙酸乙酯萃取，分液，收集有机溶剂层；
（4）碱水反萃取：将步骤（3）所得的有机溶剂层用30L质量百分比浓度为2%的氢氧化钠水溶液反萃取，分液，收集碱水层；
（5）酸化：将步骤（4）所得的碱水层用盐酸调节pH值至2.0，析出大量固体，过滤，将滤饼置于80℃鼓风干燥箱，干燥至恒重，得鞣花酸粗品1.37kg；
（6）结晶：将步骤（5）所得的鞣花酸粗品用15L体积分数为90%的乙醇加热溶解，加入0.04kg氧化铝，保温80℃，搅拌脱色2小时，趁热过滤，将滤液冷冻至5℃，析晶24小时，将晶体过滤，干燥，即得鞣花酸产品1.14kg。
经高效液相色谱外标法检测，本发明实施例所得鞣花酸粗品中，鞣花酸的含量为91.26%，本发明实施例所得鞣花酸产品中鞣花酸的含量为98.55%。
实施例2
本实施例包括以下具体步骤：
（1）甜茶上柱流出液的收集与浓缩：收集甜茶苷生产过程中大孔吸附树脂柱的上柱流出液1吨，用纳滤膜过滤（纳滤膜的截留分子量200Da、过滤压力0.4Mpa），并用纳滤膜将纳滤膜截留液浓缩至固形物浓度为12.1%，得甜茶多酚浓缩液124L；
（2）加压水解：往步骤（1）所得的甜茶多酚浓缩液中加入0.6kg浓盐酸，加压至0.35MPa，130℃保温水解2.0小时，得水解物料；
（3）有机溶剂萃取：将步骤（2）所得的水解物料冷却至室温，用130L三氯甲烷萃取，分液，收集有机溶剂层；
（4）碱水反萃取：将步骤（3）所得的有机溶剂层用36L质量百分比浓度为1.5%的氢氧化钾水溶液反萃取，分液，收集碱水层；
（5）酸化：将步骤（4）所得的碱水层用盐酸调节pH值至1.5，析出大量固体，过滤，将滤饼置于80℃鼓风干燥箱，干燥至恒重，得鞣花酸粗品1.40kg；
（6）结晶：将步骤（5）所得的鞣花酸粗品用13L体积分数为95%的乙醇加热溶解，加入0.05kg硅藻土，保温75℃，搅拌脱色3小时，趁热过滤，将滤液冷冻至-2℃，析晶16小时，将晶体过滤，干燥，即得鞣花酸产品1.17kg。
经高效液相色谱外标法检测，本发明实施例所得鞣花酸粗品中鞣花酸的含量为90.19%，本发明实施例所得鞣花酸产品中鞣花酸的含量为97.93%。
实施例3
本实施例包括以下具体步骤：
（1）甜茶上柱流出液的收集与浓缩：收集甜茶苷生产过程中大孔吸附树脂柱的上柱流出液1吨，用纳滤膜过滤（纳滤膜的截留分子量300Da、过滤压力0.3Mpa），并用纳滤膜将纳滤膜截留液浓缩至固形物浓度为14.1%，得甜茶多酚浓缩液106.5L；
（2）加压水解：往步骤（1）所得的甜茶多酚浓缩液中加入0.5kg浓硫酸，加压至0.1MPa，108℃保温水解1.5小时，得水解物料；
（3）有机溶剂萃取：将步骤（2）所得的水解物料冷却至室温，用160L二氯甲烷萃取，分液，收集有机溶剂层；
（4）碱水反萃取：将步骤（3）所得的有机溶剂层用38L质量百分比浓度为1.4%的氢氧化钠水溶液反萃取，分液，收集碱水层；
（5）酸化：将步骤（4）所得的碱水层用盐酸调节pH值至2.0，析出大量固体，过滤，将滤饼置于80℃鼓风干燥箱，干燥至恒重，得鞣花酸粗品1.41kg；
（6）结晶：将步骤（5）所得的鞣花酸粗品用14L体积分数为85%的乙醇加热溶解，加入0.05kg活性炭，保温80℃，搅拌脱色3小时，趁热过滤，将滤液冷冻至0℃，析晶18小时，将晶体过滤，干燥，即得鞣花酸产品1.15kg。
经高效液相色谱外标法检测，本发明实施例所得鞣花酸粗品中鞣花酸的含量为89.92%，本发明实施例所得鞣花酸产品中鞣花酸的含量为97.28%。
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