本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別是一種天然甜菜堿的分離純化方法。

背景技術(shù)：

甜菜堿作為一種中性物質(zhì)，廣泛分布于動(dòng)物、植物和微生物中。甜菜堿可以提供高效的甲基，在動(dòng)物體內(nèi)可以取代部分蛋氨酸和膽堿，能有效組織脂肪在體內(nèi)的沉積，同時(shí)是一種緩沖物質(zhì)，調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓，這使得甜菜堿在飼料、醫(yī)藥、精細(xì)化工等行業(yè)有廣泛的用途。現(xiàn)階段，甜菜堿主要使用化學(xué)合成法制備，但氯化鈉作為生成物，與甜菜堿同時(shí)在體系中存在，對(duì)甜菜堿的分離純化造成了一定的影響。目前甜菜堿生產(chǎn)過程中主要采用萃取結(jié)晶，該方法耗能較高，顆粒小，因此，研究新的分離方法勢(shì)在必行。

目前，在甜菜堿的結(jié)晶生產(chǎn)過程中主要采用結(jié)晶法去除體系中的氯化鈉，工藝操作步驟多，產(chǎn)品在儲(chǔ)運(yùn)過程中易結(jié)塊，還有一些問題無法解決，因此有必要對(duì)甜菜堿結(jié)晶過程進(jìn)行更深入的研究，提高甜菜堿的品質(zhì)，加強(qiáng)其在未來市場(chǎng)的競(jìng)爭力。比較常用的結(jié)晶方法有冷卻結(jié)晶、蒸發(fā)結(jié)晶和溶析結(jié)晶。冷卻結(jié)晶對(duì)于溶質(zhì)的溶解度隨溫度變化較大的體系適用。蒸發(fā)結(jié)晶適用于物質(zhì)溶解度隨溫度變化不明顯的體系，但是，這種方式對(duì)能源的消耗較大。溶析結(jié)晶是一種較為普遍的結(jié)晶方式，是通過向某種物質(zhì)的飽和或不飽和體系中加入第三種物質(zhì)，破壞體系中原有的相平衡，降低溶質(zhì)的溶解度，使體系達(dá)到過飽和進(jìn)而析出晶體，也可稱為鹽析結(jié)晶。結(jié)晶方式直接決定產(chǎn)品的質(zhì)量和收率，結(jié)晶過程的工藝參數(shù)如加料速度、結(jié)晶溫度、攪拌速率等都會(huì)對(duì)產(chǎn)品有較大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種天然甜菜堿的分離提純方法，其結(jié)晶率、成品純度高，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種天然甜菜堿的分離純化方法，其具體步驟如下：

1）將原料（甜菜葉、甜菜根或小麥麩皮中的一種或多種）超聲粉碎并過40目篩，溶解于水中，調(diào)節(jié)ph至4.0-4.5，然后就加入酶制劑發(fā)酵，避光密閉攪拌處理3h-6h；攪拌處理結(jié)束前5min加熱升溫至60℃-80℃，再離心分離，取沉淀；

所述酶制劑為木聚糖酶、果膠酶或蛋白酶中的一種或多種；

超聲粉碎可以使原料細(xì)胞受到嚴(yán)重的損壞，提高細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的通透性；

2）將沉淀加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉水溶液中，然后加入占原料質(zhì)量0.5%的bha，獲得提取液a；

3）利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的鹽酸溶液調(diào)節(jié)提取液a的ph至3.5，離心取上清液移入移動(dòng)床吸附分離裝置，將獲得的洗脫液加熱濃縮至固形物質(zhì)量百分含量為30％，即為濃縮液c；

4)利用硅膠柱層析色譜純化濃縮液c，純化使用反相聚合物色譜填料，得到洗脫液d，將洗脫液d濃縮至固形物質(zhì)量百分含量為50%即為過柱原料；

5)利用有機(jī)溶劑與醇的混合液對(duì)過柱原料進(jìn)行梯度洗脫（高效液相色譜分離），得到純化洗脫液；15℃冷卻結(jié)晶，晶種（如小晶體甜菜堿）加入量為純化洗脫液質(zhì)量的o．2～0．5％，養(yǎng)晶時(shí)間為6h，溶析劑(甲醇與仲丁醇按體積比5：7混合后獲得的滴加速率為0.75ml-min^-1，攪拌速率為250rpm，即獲得天然甜菜堿。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述天然甜菜堿的分離純化方法中，步驟1）所加水的質(zhì)量為原料質(zhì)量的20%-40%。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述天然甜菜堿的分離純化方法中，步驟1)所加入酶制劑質(zhì)量為原料質(zhì)量的1.5-3%.

進(jìn)一步，本發(fā)明所述天然甜菜堿的分離純化方法中，步驟1)所述酶制劑為木聚糖酶與果膠酶按質(zhì)量比3：1混合后獲得。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述天然甜菜堿的分離純化方法中，步驟3）所述調(diào)節(jié)提取液a的ph至3.5是指利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的鹽酸溶液將提取液a的ph值調(diào)至3.5。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述天然甜菜堿的分離純化方法中，步驟4）所述反相聚合物色譜填料為ab-8大孔樹脂或d-101大孔樹脂。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述天然甜菜堿的分離純化方法中，步驟3）所述移動(dòng)床吸附分離裝置吸附劑為d101非極性大孔吸附樹脂，水洗區(qū)為純水，解吸劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的乙醇，樹脂吸附再生溶劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的氫氧化鈉水溶液，吸附區(qū)流速1.5bv/h，水洗區(qū)流速2by/h，解吸區(qū)流速3bv/h，再生區(qū)流速3bv/h，切換時(shí)間800s，溫度45℃，壓力0.3mpa。

與現(xiàn)有提純方法相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明對(duì)甜菜堿的結(jié)晶工藝進(jìn)行優(yōu)化，提出新的溶析．冷卻結(jié)晶工藝。

（2）對(duì)個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，分別考察溶液組成，結(jié)晶溫度，攪拌速率等對(duì)甜菜堿品質(zhì)的影響，確定溶析．冷卻結(jié)晶過程的最佳工藝條件。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例涉及的原料來源：

木聚糖酶購自河南嘉致化工產(chǎn)品有限公司；

果膠酶購自夏盛集團(tuán)；

ab-8大孔樹脂、d-101大孔樹脂購自天津浩聚樹脂科技有限公司；

以下實(shí)施例中使用的色譜儀為瑞士萬通883basic；

移動(dòng)床吸附分離裝置為大慶市三星機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的smb工業(yè)化模擬移動(dòng)床高效分離提純系統(tǒng)；

d101非極性大孔吸附樹脂購自天津浩聚樹脂科技有限公司。

實(shí)施例1分離純化甜菜堿

一種天然甜菜堿的分離提純方法，其具體步驟如下：

（1）取甜菜葉根（即甜菜的葉片及根部）超聲波粉碎（超聲功率1200w時(shí)間30min），然后過40目篩，溶解于水中，調(diào)節(jié)ph至4.5，加入酶制劑（木聚糖酶與果膠酶按質(zhì)量比3：1混合后獲得），100rpm避光密閉攪拌處理3h；攪拌處理結(jié)束前5min加熱升溫至80℃，持續(xù)5min；然后利用冷卻水將物料降至室溫，1000rpm離心5min，分離棄去上層液體，沉淀即為處理后的原料；

所加入水的質(zhì)量為甜菜葉根質(zhì)量的40%（實(shí)際操作中，可根據(jù)具體情況，占原料質(zhì)量20%-40%的水），所加入混合酶的質(zhì)量為甜菜葉根質(zhì)量的1.5%；

（2）向提取罐中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉水溶液，然后加入步驟（1）獲得的處理后的原料（處理后的原料與氫氧化鈉的體積質(zhì)量比約為2:5，l/kg），進(jìn)行提取，然后再向提取罐中加入穩(wěn)定劑bha,得提取液a;

所加入穩(wěn)定劑bha的質(zhì)量為甜菜葉根質(zhì)量的0.5%；

（3）用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的鹽酸溶液將提取液a的ph值調(diào)至3.5，800rpm離心3min，分離得上清液，將上清液移入移動(dòng)床吸附分離裝置，吸附劑為d101非極性大孔吸附樹脂，水洗區(qū)為純水，解吸劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的乙醇，樹脂吸附再生溶劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的氫氧化鈉水溶液，吸附區(qū)流速1.5bv/h，水洗區(qū)流速2by/h，解吸區(qū)流速3bv/h，再生區(qū)流速3bv/h，切換時(shí)間800s，溫度控制在45℃，壓力控制在0.3mpa，得到洗脫液b；加熱洗脫液b，濃縮至固形物質(zhì)量百分含量為30％，得到濃縮液c；

（4）用硅膠柱層析色譜純化濃縮液c，純化使用反相聚合物色譜填料，得到洗脫液d，將洗脫液d減壓濃縮（濃縮至固形物質(zhì)量百分含量為50%）后，用硅膠拌樣，得到過柱原料；

本實(shí)施例中使用的反相聚合物色譜填料為ab-8大孔樹脂，在具體實(shí)施過程中，該反相聚合物色譜填料可以使用任何本領(lǐng)域常規(guī)反相聚合物色譜填料，并無特殊的限制，本發(fā)明中優(yōu)選為大孔樹脂填料（如ab-8大孔樹脂或d-101大孔樹脂）或nm系列色譜填料（如w100反相聚合物色譜填料）；

（5）用有機(jī)溶劑與醇溶劑（二者體積比為5：7）混合液對(duì)過柱原料進(jìn)行梯度洗脫（在同一個(gè)分析周期中，不斷改變流動(dòng)相的濃度配比，從而可以使一個(gè)復(fù)雜樣品中的性質(zhì)差異較大的組分能按各自適宜的容量因子k達(dá)到良好的分離目的），得到純化洗脫液；

通過硅膠柱層析色譜純化，可除去小極性雜質(zhì)，得到目標(biāo)成分的半成品段（即純化洗脫液），其純度達(dá)到98％左右；然后15℃（冷卻水）冷卻結(jié)晶，晶種（如小晶體甜菜堿或其他本領(lǐng)域常用晶種）加入量為純化洗脫液質(zhì)量的o．2～0．5％，養(yǎng)晶時(shí)間為6h，溶析劑（甲醇與仲丁醇按體積比5：7混合得到）的滴加速率為0.75ml-min^-1，結(jié)晶過程中攪拌速率為250r·min^-1.；最終得到天然甜菜堿成品，其純度為98.2%。

本實(shí)施例中所使用的有機(jī)溶劑為二氯甲烷（也可以使用乙酸乙酯），所使用的醇溶劑甲醇（實(shí)踐中，也可以使用本領(lǐng)域人員所熟知的任何醇溶劑，并無特殊限制，本發(fā)明中，優(yōu)選使用甲醇或乙醇）。

本實(shí)施例中，產(chǎn)品純度檢測(cè)方法參照國標(biāo)gb/t23710-2009飼料中甜菜堿的測(cè)定離子色譜法。

實(shí)施例2天然甜菜堿分離提純

（1）取小麥麩皮超聲波粉碎，過40目篩，加入水，調(diào)節(jié)ph至4.0，并按小麥麩皮重量3％的比例加入酶制劑（木聚糖酶與果膠酶按質(zhì)量比3：1混合獲得），避光密閉攪拌處理6h，攪拌處理結(jié)束前5min加熱升溫至60℃，維持該溫度5min，結(jié)束攪拌處理；然后利用冷卻水將物料降至室溫，1000rpm離心5min，分離棄去液體，沉淀即為處理后的原料；

所加入水的質(zhì)量為小麥麩皮質(zhì)量的20%；

（2）將步驟（1）獲得的處理后的原料加入含有1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氫氧化鈉水溶液的提取罐中進(jìn)行提取，再向提取罐中加入穩(wěn)定劑bha（加入量為小麥麩皮質(zhì)量的0.5%），得提取液a：

（3）用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的鹽酸溶液將提取液a的ph值調(diào)至3.5，800rpm離心3min，分離得上清液，將上清液進(jìn)入移動(dòng)床吸附分離裝置，吸附劑為d101非極性大孔吸附樹脂，水洗區(qū)為純水，解吸劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)60％的乙醇，樹脂吸附再生溶劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％的氫氧化鈉水溶液，吸附區(qū)流速1.5bv/h，水洗區(qū)流速2bv/h，解吸區(qū)流速3bv/h，再生區(qū)流速3bv/h，切換時(shí)間800s，溫度控制在45℃，壓力控制在0.3mpa，得到洗脫液b；加熱濃縮洗脫液b至其固形物質(zhì)量百分含量為30％，得到濃縮液c；

（4）用硅膠柱層析色譜純化濃縮液c，純化使用d-101大孔樹脂作為填料，得到洗脫液d，將洗脫液d減壓濃縮（濃縮至50%）后，用硅膠拌樣，得到過柱原料；

（5）利用乙酸乙酯與乙醇（二者質(zhì)量比為5:7）的混合液對(duì)過柱原料進(jìn)行梯度洗脫，得到純化洗脫液，得到目標(biāo)成分的半成品段，其純度達(dá)到98％左右，再經(jīng)冷卻結(jié)晶得到天然甜菜堿。

在具體實(shí)施過程中，酶制劑可以使用木聚糖酶、果膠酶或蛋白酶中的一種或多種。

以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，由于文字表達(dá)的有限性，而客觀上存在無限的具體結(jié)構(gòu)，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)、潤飾或變化，也可以將上述技術(shù)特征以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行組合；這些改進(jìn)潤飾、變化或組合，或未經(jīng)改進(jìn)將發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其他場(chǎng)合的，均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。