甲醇提取塔拉單寧的工藝研究

第32卷第2期林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)Vol 32 No. 2012年4月Chemistry and Industry of Forest ProductsApr.2012甲醇提取塔拉單寧的工藝研究秦清,徐浩,王金鍫2,杜運平',陳文文,張宗和2,黃嘉玲2(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所;生物質(zhì)化學(xué)利用國家工程實(shí)驗室;國家林業(yè)局林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開(kāi)放性實(shí)驗室;江蘇省生物質(zhì)能源與材料重點(diǎn)實(shí)驗室,江蘇南京210042;2.南京龍源天然多酚合成廠(chǎng),江蘇南京210032)摘要:以塔拉粉為原料,研究了不同溶劑對塔拉單寧提取的影響,并對塔拉單寧提取的最佳工QIN Qing藝進(jìn)行了探索。結果表明,采用甲醇為提取劑,采用間歇法提取塔拉單寧,最佳工藝條件為:提取溫度60℃,每次提取時(shí)間40min,提取3次,每次1h,液固比依次為4.5:1(mL:g,下同)、4:1、4:1,塔拉單寧粗提物得率67.2%-68.4%,相對誤差1.77%,單寧純度66.0%-67.5%,相對誤差2.25%,單寧提取率91.5%。關(guān)鍵詞:塔拉;單寧;甲醇中圖分類(lèi)號:TQ35文獻標識碼:A文章編號:0253-2417(2012)02-0075-04Extract of Tara Tannin by MethanolQIN Qing, XU Hao, WANG Jin-qiao, DU Yun-ping,CHEN Wen-wenZHANG Zong-he, HUANG Jia-ling(1. Institute of Chemical Industry of Forest Products, CAF; National Engineering Lab for Biomass Chemical Utilization; Keyand Open Lab of Forest Chemical Engineering SFA; Key Lab of Biomass Energy and Material, Jiangsu ProvinceNanjing 210042, China; 2. Nanjing Longyuan Natural Polyphenol Synthesis Factory, Nanjing 210032, China)Abstract: Using Tara pod powder as raw material and methanol as extracting solvent, the effects of different solvents on extractionof tara tannin were studied. The results show that the optimum conditions were extraction temperature 60 C, extraction time40 min, extraction three times and each for I h. Tara powder to solvent ratio were 4.5:1, 4: 1, 4: 1(mL: g), respectively. Theyield of product was 67. 2 to 68.4%, relative error was 1. 77%. The tannin purity was 66.0% to 67.5%, relative error was2. 25%. The yield of tannin was 91.5%Key words: tara: tannin; methanol單寧酸是植物多酚的一種,它原先主要用于日化醫學(xué)、食品、皮革等行業(yè),現在單寧大部分用于水解生成沒(méi)食子酸進(jìn)一步脫羧生成焦性沒(méi)食子酸。從二者出發(fā),合成各種各樣化工、醫藥中間體,從而在各行業(yè)得到廣泛的應用,粗單寧經(jīng)過(guò)純化精制后制成食用單寧,可用于啤酒澄清。此外單寧酸還用于稀有金屬的富集,如鍺鎵等2,在醫藥方面也有其廣泛的應用。生產(chǎn)單寧酸的原料是五倍子(肚棓、角棓、棓花等),近年來(lái)隨著(zhù)單寧酸沒(méi)食子酸的廣泛應用,產(chǎn)量不斷增加,五倍子資源有限,處于供不應求的狀態(tài),價(jià)格直線(xiàn)上升,因此生產(chǎn)廠(chǎng)家及專(zhuān)業(yè)學(xué)者們都致力于尋找更豐富、廉價(jià)的資源。秘魯產(chǎn)塔拉成為一個(gè)重要替代品。近年來(lái),各廠(chǎng)家大量進(jìn)口塔拉用于生產(chǎn)沒(méi)食子酸,現已與五倍子平分秋色,甚至有超越之勢,但在提取單寧方面,常用的水提取法,由于塔拉原料本身膠質(zhì)較多,用水提取過(guò)濾較困難,因此影響了它的應用。本研究用甲醇代替水提取塔拉單寧,從而取得較好的效果。1材料與方法11原料與試劑塔拉粉:秘魯進(jìn)口,水分10.71%,單寧質(zhì)量分數49.60%(以干基計)。V凵中國煤化工收稿日期:2012-02-22CNMHG基金項目:國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(201004013)作者簡(jiǎn)介:秦清(1%61-),女,福建福州人,高級實(shí)驗師,主要從事林產(chǎn)化工方面研究;E-mail:qqlychem@sina.com。林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)第32卷甲醇、95%乙醇、乙酸乙酯、丙酮、三氯甲烷,均為化學(xué)純12工藝過(guò)程塔拉單寧提取工藝為:100g塔拉粉,在適當溫度下用溶劑提取3次,液固比依次為4.5:1、4:14:l,每次lh。合并3次提取液,濃縮,得到塔拉單寧粗提物,粗提物用水溶解,活性炭脫色,經(jīng)干燥得塔拉單寧。1.3產(chǎn)品成分分析甲醇提取以及脫色精制后產(chǎn)品單寧純度采用LY/T1642-2005單寧酸分析試驗方法進(jìn)行分析。結果與討論2.1溶劑的選擇單寧溶于水,可選擇乙酸乙酯、三氯甲烷、丙酮、乙醇、甲醇、水等極性溶劑,由于溫度高對提取有利因此均選擇高溫提取(臨近于沸點(diǎn)溫度),提取次數為1次,提取時(shí)間1h,液固比4:1(mL:g,下同),每次用塔拉原料為100g,提取溫度由于不同溶劑沸點(diǎn)高低而定,實(shí)驗結果見(jiàn)表1。表1不同溶劑對塔拉提取的影響Table 1 The effects of different solvents on the extraction of tara溫度/℃過(guò)濾情況提取物/g純度/%單寧得率/%solventsfilter situationextractannin vield水wa甲醇 methanol95%乙醇95% ethanol0%乙醇70% ethanol丙酮 acetone05855容易c48,667.365.9較易 not difficlut較易 not difficlut容易easy31.26l.238.5乙酸乙酯 ethyl acetate容易easy72.441.三氯甲烷ch由表1可知,以甲醇為溶劑,塔拉單寧的得率最高(65.9%),且甲醇最容易過(guò)濾,價(jià)格僅高于水;70%乙醇次之,48.9%;乙酸乙酯、丙酮與三氯甲烷偏低。而乙酸乙酯提取的塔拉單寧的純度最高,為72.4%,但綜合考慮純度和提取率,還是甲醇最為適宜由于產(chǎn)品要精制成食用與藥用單寧酸,因此溶劑的毒性也是一個(gè)重要的考察指標。三氯甲烷毒性偏大,丙酮也有一定毒性,其他稍好。因此選用甲醇作為溶劑提取最合適。甲醇還有沸點(diǎn)低回收容易的優(yōu)點(diǎn),不像乙醇與水存在共沸點(diǎn),而且甲醇沸點(diǎn)與水差距大,很容易用精餾塔把它蒸成無(wú)水的。2.2第一次提取過(guò)程各因素的影響間歇固液提取過(guò)程,第一次提取占70%以上。因此第一次提取尤其重要。影響因素有液固比、提取溫度、提取時(shí)間。2.2.1液固比在提取溫度60℃,提取時(shí)表2液固比的影響Table 2 Effects of the ratio of liquid to material拉單寧得率的影響,其實(shí)驗結果見(jiàn)表2。由序號液固比(mg)提取物/g純度%單寧得率表2可知,隨著(zhù)液固比值加大提取物的質(zhì)N0lqu. fluidextracttannin yu2.0:167.5量增加,在超過(guò)4.5后,增速減慢;單寧純度基本穩定,在液固比值超過(guò)4.5后,純度稍4.0:1有下降,而單寧得率在小于4.5時(shí)呈上升趨4.5:l48.632.7勢,大于4.5開(kāi)始下降。因此液固比以_550:14926.93.44.5:1(mL:g)為最佳。2.2.2提取溫度在提取時(shí)間40min,液固比45:1的條件下探iH中國煤化工(見(jiàn)圖1)。由圖可知單寧得率隨著(zhù)提取溫度升高而增大,但隨著(zhù)溫度升CNMH的沸點(diǎn)為64℃,溫度可增加范圍有限。且隨著(zhù)溫度升高,溶劑損失增大,成本提髙,尤其是在沸騰狀態(tài)下,因此溫第2期秦清等:甲醇提取塔拉單寧的工藝研究度以60℃為宜。另經(jīng)過(guò)測定單寧純度隨著(zhù)溫度升高稍有下降,但幅度很小,作用有限,這里不予以討論。22.3提取時(shí)間在提取溫度60℃,液固比4.5:1的條件下,研究提取時(shí)間對塔拉單寧得率的影響(見(jiàn)圖2)。薯40萃取溫度咒℃C萃取時(shí)間min圖1提取溫度對單寧得率的影響圖2提取時(shí)間對收率的影響Fig 1 Effect of extraction temperature on tannin yieldFig. 2 Effect of extraction time on tainin yield由圖可知,單寧得率隨著(zhù)提取時(shí)間增加不斷增加,到40min后,固相和液相已達到平衡,因此時(shí)間延長(cháng)得率不再增加。同樣產(chǎn)品單寧純度基本不變。因此提取時(shí)間以40min為宜。2.3提取次數與塔拉單寧提取率的關(guān)系采用間歇多次提取,提取次數越多,得率就越高。但隨著(zhù)提取次數增加,原料中殘留的有效成分迅速減少。提取效果迅速下降,同時(shí)溶劑濃縮量卻成倍增加。提取次數不宜過(guò)多,有機溶劑一般3次左右就夠了。由于第1次提取后,殘渣中殘留部分溶劑,因此第2次第3次的溶劑用量可適量減少。實(shí)驗取第1次液固比為4.5:1,第2次第3次為4:1。表3為單寧得率與提取次數關(guān)系,單寧提取率與提取次數關(guān)系。表3多次提取得率Table 3 yield of tannin for different extraction times原料量/g提取次數粗提物產(chǎn)量/g純度/%粗提物中單寧/g粗提物得率/%單寧提取率/%traction timesextractt purity tannin in extract extract yield ttannin yield第1次lst49430.2第2次2nd64.77.9第3次3th3.4合計 total第1次lst73.967344.7第2次2nd63.515062.3合計 total103.461.768.9第1次lst67.847.4第2次2nd21.563.7第3次3th9.662.2合計 total65.367.9第1次lst54.5第2次2nd23.962.l13.4第3次3th61.5合計totl12第1次lst97.668.259,9第2次2nd64.3中國煤化工第3次3thl1.9合計totl136.3SYHCNMHG平均 verage林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)第32卷由表3可知,3次提取后其提取物總得率約為68.6%,3次分別占其中的71.5%、19.5%與9.0%,如果進(jìn)行第4次提取得率在5%以下,量很少卻需要處理大量的溶劑,已經(jīng)不合算,因此以3次為宜。從單寧提取率來(lái)看,經(jīng)過(guò)3次提取原料中單寧已有928%被提取出來(lái),已經(jīng)提取得比較完全。2.4單寧得率與質(zhì)量的穩定性經(jīng)過(guò)實(shí)驗得知,用甲醇提取秘魯塔拉粉較合適的條件是液固比第1次為4.5:1,第2次、第3次均為4:1,提取溫度60℃,每次提取時(shí)間為40min,提取次數為3次,按以上工藝進(jìn)行小試,其結果見(jiàn)表4。衰4甲醇提取塔拉單寧的工藝試驗Table 4 Experiments of extracting tara tannin by methanol甲醇溶劑 methanol塔拉單寧粗提物 extract塔拉單寧 tara ta序號原料量/,加人量/mL回收敏/g回收率/%產(chǎn)量/g得率/%純度/%產(chǎn)量/g得率/%提取率/%No. raw materialinput amount recovered amount recovery112068.268.267.245.892.490.068.491.995.268.066.863.691.650875170092.010l.467.666.467.344.990.54567816090.307.567267.472.591.3135.167.667.291.53125287091.8169.2767.5114.2平均90.966.945.491.5由表可知,根據以上工藝,加上后繼活性炭脫色后,提取效果相對穩定。塔拉單寧粗提物得率在672%-68.4%,相對誤差1.77%,單寧純度66.0%~67.5%,相對誤差2.25%,單寧提取率為91.5%。產(chǎn)品經(jīng)云南馳宏鋅鍺股份有限公司等單位進(jìn)行沉鍺實(shí)驗效果很好。成本卻比五倍子單寧酸低,是很有前途的產(chǎn)品。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)精制可達到食用及藥用級別4。3結論3.1用水、甲醇、95%乙醇、70%乙醇、丙酮、乙酸乙酯和三氯甲烷等溶劑從秘魯塔拉中提取塔拉單寧,從單寧得率、純度、過(guò)濾難易、溶劑價(jià)格及溶劑毒性等幾個(gè)方面綜合因素考慮,采用甲醇是比較適宜的。32采用甲醇提取塔拉單寧,一次提取的最佳工藝條件為:液固比4.5:1(mL:g),提取溫度為60℃,提取時(shí)間為40mno3.3多次間歇方式以甲醇提取塔拉單寧,在最佳提取工藝條件下,提取3次提取物得率68.6%,單寧平均提取率為92.8%。4用甲醇提取塔拉單寧,經(jīng)過(guò)穩定性試驗并附加后繼脫色工藝,塔拉單寧粗提物得率67.2%684%,相對誤差1.7%,單寧純度66.0%~675%,相對誤差225%,單寧提取率915%,產(chǎn)品得率與質(zhì)量相對穩定,提取率較高。參考文獻:[1]馬志紅,陸忠兵,石碧單寧酸的化學(xué)性質(zhì)及應用[刀].天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā),2003,5(1):87-91[2]雷莛,張玉林,王少龍鍺的提取方法[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008[3]中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所LYT1642-2005單寧酸分析試驗方法[S]北京:中國標準出版社,2005[4]黃紹華,嚴慧如,孫健食用單寧酸的制備與研究[J中國食品添加劑,2003(4):45-47[5]張宗和仲崇茂黃嘉玲,等.五倍子單寧與啤酒釀造[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2009,29([6]常連舉張宗和仲崇茂等藥用單寧酸制備新工藝研究[門(mén)]生物質(zhì)化學(xué)工程,2010中國煤化工CNMHG