专利名称：超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法
技术领域：
本发明属于农产品深加工和废物资源化技术领域，具体涉及利用超声波提取与膜 分离技术从农产品加工副产物中提取植酸产品的方法。
背景技术：
植酸(PhyticAcid)，即 1，2，3，4，5，6_ 二氢磷酸肌醇(IUPAC-IUB，1968)，又名肌 醇六磷酸酯，具有抗菌、抗氧化、除金属离子等多种生物学功效，在食品、医药及日化轻工等 已得到广泛应用。据统计，最近几年全世界植酸需求量约200万吨，而相应市场仅能提供40 万吨，目前国内年需求量为20万吨，但生产能力在1万吨左右，仅能提供5%左右。随着植 酸应用范围的不断扩大，植酸的消费耗量将逐年增加，植酸产业有着巨大的发展前景。植酸广泛存在于谷类和油料作物中，其含量随植物品种的不同有很大区别，特别是 在禾谷类植物的种子中含量较多，如米糠、麦麸、玉米胚芽等，以米糠中的植酸含量最高。我 国是产粮大国，稻米和杂粮产量居世界首位。据国家粮油信息中心于2007年5月9日正式 发布2007年中国主要粮油作物播种面积和产量最新预测数据，2006年我国水稻产量为18257 万吨，小麦产量为10384万吨，玉米产量为14548万吨，因此，可用于生产植酸的谷物加工副 产物原料资源十分丰富，仅米糠的年产量就在1000万吨以上。但长期以来，这些农产品加工 副产物主要作为畜禽饲料，只有10-15%的米糠用来榨油或进一步提取植酸、肌醇、谷维素等 价值较高的产品，与发达国家对它们的综合利用深度和技术难度以及由此带来的经济效益相 比，还相差甚远，造成资源的极大浪费。因此，寻找一种技术可行、工业经济、环保达标的植酸 生产工艺，对促进资源合理利用，解决资源危机和环境污染有着直接的现实意义。目前最易实现工业化的方法是以米糠等农产品加工副产物为原料、以无机酸提取 和碱中和沉淀为基本工艺的生产方法。目前我国虽然建成了十几家植酸生产厂，但由于工 艺落后，生产过程中吞吐量大，生产占地面积较大，耗时耗能较多，生产成本较高，此外由于 生产方法各异，技术程度不同造成产品质量差异，质量不合格，应用范围受限制，使本应达 到的经济效益未能尽如人意。国内植酸提取纯化工艺一般采用传统的盐酸分离提取法提取 植酸，也有些厂家利用草酸酸化提取植酸。前者因氯离子含量超标，腐蚀性大，环境污染严 重；后者草酸酸化PH值不仅难以控制，而且会在植酸中形成残留，影响人体健康，只能生产 工业级植酸，均不能适应当前植酸产业向高档食品添加剂方向发展的要求。
发明内容
针对上述问题和现有技术的不足，本发明提供一种工艺简单、操作方便、附加值高 的使用超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法，实现米糠等农副产品的升值转化，提高经济 效益，减少污染环境。本发明超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法按以下步骤操作(1)脱脂处理按重量/体积为1 2(w/v)的比例将米糠分别依次经氯仿、甲醇 浸泡、风干，以去除其表面的脂类物质，得脱脂米糠；
(2)植酸提取向脱脂米糠或中加入浓度为40%的乳酸溶液，先在超声波提取器 中进行超声提取，得提取混合液A，将提取混合液A在非超声波存在下进行提取，得提取混 合液B，将提取混合液B进行离心，收集上清液，得植酸提取液；(3)超滤将上述植酸提取液在15_50°C、0· 2-1. OMpa操作压力下先通过一级超滤 膜系统，去除杂质，得超滤膜透过液C ；将超滤膜透过液C在15-50°c、0. 2-1. OMpa操作压力 下通过二级超滤膜系统，实现植酸与乳酸的有效分离，得到纯度为50%以上的植酸浓缩液 D和乳酸浓度大于37%的超滤膜透过液E。
(4)植酸精制将米糠植酸浓缩液D经过阴离子大孔树脂吸附柱，植酸被树脂吸 附；吸附完成后，用浓度为1. 5mg/mL的氢氧化钠(NaOH)溶液洗脱被吸附柱吸附的植酸，得 到洗脱液F ；洗脱液F直接经阳离子交换树脂柱，收集流出液G，流出液G即为植酸溶液，植 酸溶液中植酸含量达到60%以上。所述步骤⑴中所述的脱脂处理，包括(1)按重量/体积为1 2(w/v)的比例 向米糠中加入氯仿，浸泡2小时，过滤，自然风干，得米糠A;(2)按重量/体积为1 2(w/ ν)的比例向米糠A中加入甲醇，浸泡2小时，过滤，自然风干，得脱脂米糠。所述步骤(2)中所述的植酸提取是脱脂米糠与乳酸的混合液先在超声功率为 400W和温度为70°C的条件下进行超声提取lOmin，得提取混合液A，再将提取混合液A置 于70°C水浴中继续提取1. O小时，得提取混合液B，将提取混合液B在12000r/min下离心 lOmin，收集上清液，得植酸提取液。所述步骤(3)中所述的超滤是植酸提取液先通过截留分子量为10000道尔顿的一 级超滤膜系统，得到超滤膜透过液C ；再将超滤膜透过液C通过截留分子量为3000道尔顿 的二级超滤膜系统，实现乳酸与植酸的分离，得到的浓缩液D即为米糠植酸，同时得到超滤 膜透过液E即为乳酸溶液。所述步骤(3)中得到的乳酸溶液通过调整浓度至40%后可作为植酸提取剂重复 使用。所述步骤(4)所用的植酸精制工艺是用一组由阴离子交换树脂柱和阳离子交换 树脂柱组成的串联色谱装置，其中阴离子交换树脂是D-201大孔强碱性苯乙烯系阴离子交 换树脂，阳离子交换树脂是732强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。与传统工艺相比，本发明工艺具有如下优点(1)工艺中使用有机酸避免了无机 酸而引入的Cl—等阴离子的污染；(2)工艺中使用超声波处理大大缩短了植酸的提取时间， 比未经超声波处理的缩短了 2. 5h ； (3)工艺中使用超声波处理大大提高了植酸的提取率， 比未经超声波处理的提高了 84. 4%； (4)采用膜分离技术可实现植酸和乳酸的有效分离，乳 酸回收率达到90%以上，从而实现了乳酸的循环使用，大大降低了生产成本；(5)工艺中无 酸和碱的排放，降低了生产过程对环境的污染。
图1为本发明超声波辅助乳酸循环提取植酸的提取工艺流程。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步地描述。
实施例参见图1，超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法按以下步骤操作步骤1 米糠脱脂称取IOOOg米糠，按重量/体积为1 2 (w/v)的比例向米糠中 加入氯仿，浸泡2小时，过滤，自然风干，得975g米糠A;按重量/体积为1 2(w/v)的比 例向米糠A中加入甲醇，浸泡2小时，过滤，自然风干，得950g脱脂米糠。步骤2 植酸提取取500g步骤1中的脱脂米糠，向脱脂米糠中加入浓度为40% 的乳酸(v/v)5L，先在超声波提取器中进行超声提取lOmin，超声波功率设为400W，提取温 度为70°C，得提取混合液A，将提取混合液A置于70°C水浴中提取1. O小时，得提取混合液 B，将提取混合液B在12000r/min下离心lOmin，收集上清液，得植酸提取液，植酸得率达到 7. 82%。步骤3 超滤将上述植酸提取液在15-50°C、0. 2-1. OMpa操作压力下先通过截留分子量为10000道尔顿的一级超滤膜系统，得到超滤膜透过液C ；再将超滤膜透过液C通过 截留分子量为3000道尔顿的二级超滤膜系统，实现乳酸与植酸的分离，得到纯度为50%以 上的米糠植酸浓缩液D，浓缩液D即为米糠植酸，并得到超滤膜透过液E，透过液E为浓度大 于37%乳酸溶液。得到的乳酸溶液通过补加至40%浓度后可直接用于米糠植酸的提取。步骤4 植酸精制将步骤3中所得到的米糠植酸浓缩液D经过装有D-201大孔强 碱性苯乙烯系阴离子交换树脂的吸附柱，植酸被吸附；吸附柱中离子交换树脂的装填量按 每次处理的浓缩液A重量的10%计；吸附操作完成后，用浓度为1. 5mg/mL的NaOH溶液洗 脱吸附柱至流出液中不能检测出植酸钠(分光光度法分析)，得洗脱液D ；洗脱液D直接经 过装有732强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂的树脂柱，流出液即为精制的植酸溶液，植酸 纯度达到60%以上。
权利要求
超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法，其特征在于按以下步骤操作(1)脱脂处理按重量/体积为1∶2的比例将米糠分别依次经氯仿、甲醇浸泡、风干，以去除其表面的脂类物质，得脱脂米糠；(2)植酸提取向脱脂米糠或中加入浓度为40％的乳酸溶液，先在超声波提取器中进行超声提取，得提取混合液A，将提取混合液A在非超声波存在下进行提取，得提取混合液B，将提取混合液B进行离心，收集上清液，得植酸提取液；(3)超滤将上述植酸提取液在15-50℃、0.2-1.0Mpa操作压力下先通过一级超滤膜系统，去除杂质，得超滤膜透过液C；将超滤膜透过液C在15-50℃、0.2-1.0Mpa操作压力下通过二级超滤膜系统，实现植酸与乳酸的有效分离，得到纯度为50％以上的植酸浓缩液D和乳酸浓度大于37％的超滤膜透过液E；(4)植酸精制将米糠植酸浓缩液D经过阴离子大孔树脂吸附柱，植酸被树脂吸附；吸附完成后，用浓度为1.5mg/mL的氢氧化钠溶液洗脱被吸附柱吸附的植酸，得到洗脱液F；洗脱液F直接经阳离子交换树脂柱，收集流出液G，流出液G即为植酸溶液，植酸溶液中植酸含量达到60％以上。
2.根据权利要求1所述的超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法，其特征在于所述步 骤(1)中所述的脱脂处理，包括(1)按重量/体积为1 2的比例向米糠中加入氯仿，浸 泡2小时，过滤，自然风干，得米糠A ； (2)按重量/体积为1 2的比例向米糠A中加入甲 醇，浸泡2小时，过滤，自然风干，得脱脂米糠。
3.根据权利要求1所述的超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法，其特征在于所述步 骤(2)中所述的植酸提取是脱脂米糠与乳酸的混合液先在超声功率为400W和温度为70°C 的条件下进行超声提取lOmin，得提取混合液A，再将提取混合液A置于70°C水浴中继续提 取1. O小时，得提取混合液B，将提取混合液B在12000r/min下离心lOmin，收集上清液，得 植酸提取液。
4.根据权利要求1所述的超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法，其特征在于所述步 骤(3)中所述的超滤是植酸提取液先通过截留分子量为10000道尔顿的一级超滤膜系统， 得到超滤膜透过液C ；再将超滤膜透过液C通过截留分子量为3000道尔顿的二级超滤膜系 统，实现乳酸与植酸的分离，得到的浓缩液D即为米糠植酸，同时得到超滤膜透过液E即为 乳酸溶液。
5.根据权利要求1所述的超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法，其特征在于所述步 骤(3)中得到的乳酸溶液通过调整浓度至40%后可作为植酸提取剂重复使用。
6.根据权利要求1所述的超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法，其特征在于所述步 骤(4)所用的植酸精制工艺是用一组由阴离子交换树脂柱和阳离子交换树脂柱组成的串 联色谱装置，其中阴离子交换树脂是D-201大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，阳离子 交换树脂是732强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
全文摘要
本发明涉及超声波辅助乳酸循环提取植酸的方法。本发明特点在于可直接将米糠、经脱脂、植酸提取、膜分离和树脂吸附等连续工序制得植酸产品，同时该工艺能回收乳酸，实现乳酸的循环利用，具有变废为宝，适合于工业化生产的特点。采用本发明方法生产的植酸纯度高于60％。与传统工艺相比，本发明工艺具有如下优点(1)工艺中使用超声波处理不仅大大缩短了植酸的提取时间，而且提高植酸的提取率；(2)工艺中涉及的乳酸回收与循环使用大大降低了生产成本；(3)工艺中避免使用无机酸而引入的Cl-等阴离子的污染。
文档编号C07F9/117GK101838287SQ201010189388
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者张海林, 查学强, 王琳, 罗建平 申请人:合肥工业大学