专利名称：一种制备没食子酸的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备没食子酸的方法及装置，尤其是涉及一种酶法制备没食子酸的方法及装置。
背景技术：
没食子酸，化学名称为3，4，5-三羟基苯甲酸(英文名3，4，5-trihydroxy benzoic acid)是一种重要的精细化工产品，广泛用于化工、医药、食品和电子工业等领域。目前，工业上，生产没食子酸的原料是五倍子、倍花或塔拉，主要生产方法是酸水解法或碱水解法。这些方法存在以下问题(1)酸水解法中使用的浓硫酸有强氧化性，会破坏单宁酸中的苯环结构，副反应多，造成没食子酸得率降低，粗品顔色变深；(2)碱水解法需用盐酸中和烧碱，使水解液中含大量氯化钠，后续分离工艺复杂，成本提高；(3)水解过程中单宁酸水解不完全，产品质量不稳定，设备腐蚀严重，产生的酸碱废水严重污染环境。此外，还可采用微生物发酵法与酶法相结合制备没食子酸。CN101643755A于2010 年2月10日公开了一种生产电子级没食子酸的方法，该方法先用微生物发酵法制备单宁酶酶液，再将酶液与塔拉粉混合制得没食子酸。该方法中发酵制酶过程与水解过程温度较低， 生产周期长，水解不完全，且发酵液与水解液共处一个体系，加大了后续过滤、分离精制的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种成本低，产率高，对环境污染小的制备没食子酸的方法。本发明进一步目的是，提供一种操作方便，可提高生产过程稳定性的制备没食子酸的装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 本发明之制备没食子酸的方法，包括以下步骤 (1)固定化单宁酶的制备
a.载体浸泡将备用的固定化载体置于载体预处理罐中，加去离子水至将固定化载体淹没，对固定化载体进行浸泡，同时加入浓度为1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH溶液调节浸泡液的pH为7. 8 8. 2，浸泡0. 5 3小时后，排出浸泡水；
b.戊二醛交联向步骤a所述的载体预处理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去离子水，使预处理罐中物料的比为固定化载体K2HPO4:戊二醛去离子水=(10 30) (0. 4 0. 5) (1. 0 4. 0) (65 88);并加入浓度为1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH溶液调节pH至7. 8 8. 2后，进行搅拌，搅拌速度为90 120 r/min (优选lOOr/min)，搅拌1 3小时后，取出固定化载体，用去离子水清洗干净；
c.单宁酶的固定化将经步骤b预处理所得单宁酶的固定化载体置于固定化罐中，按单宁酶液的体积固定化载体质量=1 10 25加入酶活为5000 U/mL的单宁酶液，在温度25 40°C (优选35°C)，pH6. 5 7. 5 (优选6. 8 7. 1)的条件下进行搅拌，搅拌速度为 90 120 r/min (优选100r/min)，搅拌10 50小时(优选24-26小时)，过滤，用去离水洗涤，得到固定化单宁酶； (2)没食子酸的制备
d.单宁酸浸提将粉碎后的五倍子粉、培花粉或塔拉粉原料置于原料浸提罐中，加相当于五倍子粉、培花粉或塔拉粉原料重量4-8倍的去离子水，于60-90°C温度下，浸提4-7h 后，，得到单宁酸浸提液；
e.单宁酸的酶法水解将步骤d所得单宁酸浸提液置于水解罐中，调整水解液中单宁酸质量浓度为6 10%(优选8%)，同时按IOOOkg水解液加入0. 5 Ilkg (优选3_10 kg) 固定化单宁酶进行水解，水解温度为30°C 70°C (优选35°C _65°C，更优选40°C -60°C)， pH为3. 5 6. 5 (优选4. 0-4. 5)，水解时间8 60小时(优选10-40小时)，水解完成后，水解液经过水解罐下部筛板过滤排出，固定化单宁酶留在水解罐中的筛板上部，重复使用；
f.没食子酸提纯将步骤e所得的水解液脱色，过滤，蒸发浓缩，结晶，离心，真空干燥， 即成。进一步，步骤a中所述单宁酶的固定化载体为优选LX-1000HA型树脂。本发明之制备没食子酸的装置，包括单宁酶的固定化装置、没食子酸的制备装置， 所述单宁酶的固定化装置包括载体预处理罐、输料泵I、贮罐I、输料泵II、贮罐II、输料泵 III、固定化罐、加热和冷却系统，贮罐I通过输料泵I与载体预处理罐和固定化罐相连，贮罐II通过输料泵II与载体预处理罐合固定化罐相连，载体预处理罐通过输料泵III与固定化罐，所述载体预处理罐、固定化罐与加热和冷却系统相连；所述没食子酸的制备装置包括原料浸提罐、输料泵IV、压滤机I、贮罐III、输料泵V、水解罐、脱色罐、输料泵VI、压滤机II、贮罐IV、输料泵通、蒸发器、贮罐V、输料泵通、结晶罐、离心机、干燥机、真空系统，所述原料浸提罐通过输料泵IV与压滤机I相连，所述压滤机I与贮罐III相连，所述贮罐III通过输料泵 V与水解罐相连，所述水解罐与脱色罐相连，所述脱色罐通过输料泵VI与压滤机II相连，所述压滤机II与贮罐IV相连，所述贮罐IV通过输料泵νπ与蒸发器相连，所述蒸发器与贮罐V 相连，所述贮罐V通过输料泵VDI与带有结晶罐相连，所述结晶罐与离心机相连，所述离心机与干燥机相连，所述浸提罐、水解罐、脱色罐、结晶罐与加热和冷却系统。进一步，所述载体预处理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脱色罐和结晶罐均设有PH 传感器和温度传感器。进一步，所述蒸发器内设有压力传感器和温度传感器。进一步，所述载体预处理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脱色罐和结晶罐均设夹套，所述夹套与加热和冷却系统相连。进一步，所述水解罐下部装有筛板，筛板上的孔径小于固定化单宁酶颗粒的孔径。本发明通过对单宁酶的固定提高酶的热稳定性和pH适应范围，加快了单宁酸的转化速率，缩短了生产周期，提高了目标产率；选择对单宁酶具有良好固定性能的高分子树脂材料作为固定化载体，进一步提高酶的使用寿命，降低了生产成本；在生产过程中对环境污染少，适应规模化生产。
图1为本发明制备没食子酸的装置中的单宁酶固定化装置实施例结构示意图； 图2为本发明制备没食子酸的装置中的单宁酸酶法转化没食子酸的装置实施例结构
示意图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1
本实施例之制备没食子酸的方法，包括以下步骤
(1)固定化单宁酶的制备
a.载体浸泡将载体LX-1000HA树脂置于带有搅拌器的载体预处理罐中，加入去离子水(水面淹没树脂即可)浸泡，加入浓度为2mol/L的NaOH溶液调节浸泡液的pH为8，浸泡 1. 5小时后排出浸泡水；
b.戊二醛交联向步骤a所述的载体预处理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去离子水， 使预处理罐中物料的质量分数比为载体LX-1000HA树脂=K2HPO4:戊二醛去离子水 =10:0.4:1.0:88.6。并加入浓度为2mol/L的NaOH溶液调节pH至7. 8后进行搅拌，搅拌速度为lOOr/min，搅拌1小时后，取出LX-1000HA树脂载体，用去离子水清洗干净；
c.单宁酶的固定化将经步骤b预处理所得单宁酶的固定化载体置于带有搅拌器的固定化罐中，按单宁酶液的体积固定化载体质量=1:10加入单宁酶液(酶活为5000 U/mL), 在温度25°C，pH6. 5的条件下进行搅拌，搅拌速度为lOOr/min，搅拌10小时，过滤，用去离水充分洗涤，得到固定化单宁酶，酶活为8478U/g ；
(2)没食子酸的制备
d.单宁酸浸提将粉碎后的五倍子粉原料IOOOkg置于原料浸提罐中，加水6倍于原料重的去离子水，于80°C温度下浸提证后放出浸提液过滤，得到单宁酸浸提液；
e.单宁酸的酶法水解将步骤d所得单宁酸浸提液置于水解罐中，用去离子水调整水解液中的单宁酸浓度为8%，按IOOOkg水解液加入0. 5 kg固定化单宁酶(酶活18495U/g，取实施例1-6中的最高酶活力的固定化酶)进行水解，水解温度为35°C，pH为3. 5，水解时间 60小时，水解完成后水解液经过水解罐下部筛板过滤排出，固定化单宁酶留在筛板上水解罐中重复使用。f.没食子酸提纯将步骤e所得水解液脱色，过滤，蒸发浓缩，结晶，离心，真空干燥，即成。本实施例所得单宁酸转化率为86. 3%。实施例2-6
实施例2-6的操作步骤与实施例1的步骤相同，步骤(1)中的戊二醛交联工艺条件和单宁酶的固定化条件见表1，步骤(2)中单宁酸的酶法水解的工艺条件和单宁酸的转化率见表2。
权利要求
1.一种制备没食子酸的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)固定化单宁酶的制备a.载体浸泡将备用的固定化载体置于载体预处理罐中，加去离子水至将固定化载体淹没，对固定化载体进行浸泡，同时加入浓度为1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH溶液调节浸泡液的pH为7. 8 8. 2，浸泡0. 5 3小时后，排出浸泡水；b.戊二醛交联向步骤a所述的载体预处理罐中加入K2HPO4、戊二醛和去离子水，使预处理罐中物料的质量分数比为固定化载体K2HPO4:戊二醛去离子水=(10 30) (0.4 0.5): (1.0 4.0): (65 88);并加入浓度为1 3mol/L的NaCO3溶液或NaOH 溶液调节pH至7. 8 8. 2后，进行搅拌，搅拌速度为90 120 r/min，搅拌1 3小时后， 取出固定化载体，用去离子水清洗干净；c.单宁酶的固定化将经步骤b预处理所得单宁酶的固定化载体置于固定化罐中，按单宁酶液的体积固定化载体质量=1 10 25加入酶活为5000 U/mL的单宁酶液，在温度 25 40°C，pH6. 5 7. 5的条件下进行搅拌，搅拌速度为90 120 r/min，搅拌10 50小时，过滤，用去离水洗涤，得到固定化单宁酶；(2)没食子酸的制备d.单宁酸浸提将粉碎后的五倍子粉、培花粉或塔拉粉原料置于原料浸提罐中，加相当于五倍子粉、培花粉或塔拉粉原料重量4-8倍的去离子水，于60-90°C温度下，浸提4- 后，过滤，得到单宁酸浸提液；e.单宁酸的酶法水解将步骤d所得单宁酸浸提液置于水解罐中，调整水解液中单宁酸质量浓度为6 10%，同时按IOOOkg水解液加入0. 5 Ilkg固定化单宁酶进行水解，水解温度为30°C 70°C，pH为3. 5 6. 5，水解时间8 60小时，水解完成后，水解液经过水解罐下部筛板过滤排出，固定化单宁酶留在水解罐中的筛板上部，重复使用；f.没食子酸提纯将步骤e所得的水解液脱色，过滤，蒸发浓缩，结晶，离心，真空干燥， 即成。
2.根据权利要求1所述的制备没食子酸的方法，其特征在于步骤a中所述单宁酶的固定化载体为LX-1000HA型树脂。
3.根据权利要求1或2所述的制备没食子酸的方法，其特征在于步骤b，所述搅拌速度为 100r/min。
4.根据权利要求1或2所述的制备没食子酸的方法，其特征在于步骤c，在温度35°C， pH6. 8 7. 1的条件下进行搅拌，搅拌速度为lOOr/min，搅拌M46小时。
5.根据权利要求1或2所述的制备没食子酸的方法，其特征在于步骤e，调整水解液中单宁酸质量浓度为8%，同时按IOOOkg水解液加入3-10 kg固定化单宁酶进行水解，水解温度为350C -65°C,pH为4. 0-4. 5，水解时间10-40小时。
6.一种制备没食子酸的装置，包括单宁酶的固定化装置和没食子酸的制备装置，其特征在于所述单宁酶的固定化装置包括载体预处理罐、输料泵I、贮罐I、输料泵II、贮罐II、输料泵III、固定化罐、加热和冷却系统，贮罐I通过输料泵I与载体预处理罐和固定化罐相连，贮罐II通过输料泵II与载体预处理罐合固定化罐相连，载体预处理罐通过输料泵III与固定化罐，所述载体预处理罐、固定化罐与加热和冷却系统相连；所述没食子酸的制备装置包括原料浸提罐、输料泵IV、压滤机I、贮罐III、输料泵V、水解罐、脱色罐、输料泵VI、压滤机II、贮罐IV、输料泵νπ、蒸发器、贮罐V、输料泵通、结晶罐、离心机、 干燥机、真空系统，所述原料浸提罐通过输料泵IV与压滤机I相连，所述压滤机I与贮罐 III相连，所述贮罐III通过输料泵V与水解罐相连，所述水解罐与脱色罐相连，所述脱色罐通过输料泵VI与压滤机II相连，所述压滤机II与贮罐IV相连，所述贮罐IV通过输料泵νπ与蒸发器相连，所述蒸发器与贮罐V相连，所述贮罐V通过输料泵VDI与带有结晶罐相连，所述结晶罐与离心机相连，所述离心机与干燥机相连，所述浸提罐、水解罐、脱色罐、结晶罐与加热和冷却系统。
7.根据权利要求6所述的制备没食子酸的装置，其特征在于所述载体预处理罐、固定化罐、浸提罐、水解罐、脱色罐和结晶罐均设有PH传感器和温度传感器。
8.根据权利要求6或7所述的制备没食子酸的装置，其特征在于所述蒸发器内设有压力传感器和温度传感器。
9.根据权利要求6或7所述的制备没食子酸的装置，其特征在于所述载体预处理罐、 固定化罐、浸提罐、水解罐、脱色罐和结晶罐均设夹套，所述夹套与加热和冷却系统相连。
10.根据权利要求6或7所述的制备没食子酸的装置，其特征在于所述水解罐下部装有筛板，筛板上的孔径小于固定化单宁酶颗粒的孔径。
全文摘要
一种制备没食子酸的方法及装置，该制备没食子酸的方法包括以下步骤(1)固定化单宁酶的制备将单宁酶的固定化载体用去离子水浸泡、戊二醛交联后，加入单宁酶完成单宁酶的固定化；(2)没食子酸制备将含单宁酸的原料用水浸提、过滤后，在所得单宁酸浸提液中加入固定化单宁酶进行酶水解，再经脱色、过滤、浓缩、结晶、离心、真空干燥，即成。本发明还包括一种制备没食子酸的装置，包括单宁酶的固定化装置和没食子酸的制备装置。本发明通过对单宁酶的固定，提高酶的热稳定性和pH适应范围；操作简便、安全、稳定；生产成本低，便于规模化生产。
文档编号C12M1/00GK102321681SQ201110229669
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者朱晓媛, 李忠海, 沈珺珺, 王挥, 袁强, 黎继烈 申请人:中南林业科技大学