一种制备没食子酸的方法

专利名称：一种制备没食子酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备没食子酸的方法，以工业单宁酸为原料，采用全细胞生物催 化法制备没食子酸，属生物技术领域。
背景技术：
没食子酸(Gallic Acid,GA)又名倍酸、五倍子酸，化学名称为3、4、5_三羟基苯甲 酸，为白色或淡黄色针状结晶或粉末，通常是从一种水合物的形式存在。没食子酸作为一种 重要的化工产品，具有广阔的应用市场；可用于有机合成、涂料、染料、医药、食品、化工、制 革、日化、农业、矿产等领域，主要用于药物、染料、食品、化妆品、饲料等领域。此外，在半导 体感光树脂方面也有一定的应用市场。制备没食子酸的传统生产工艺是以五倍子、塔拉为原料用化学水解法 (CN1706790)，即将五倍子用热水浸提、滤除残渣，得五倍子单宁酸溶液；经浓缩至浓度为 20%左右的单宁溶液后加入碱进行直接水解，得到没食子酸盐和葡萄糖的反应混合物再经 中和分离、脱色、精制结晶、干燥得成品没食子酸，该工艺的主要缺点是酸碱用量大、废水量 多、环境污染严重、能耗大、对设备要求高、水解副产物葡萄糖无法除去而加大了废水的污 染负荷等。与传统的化学水解法相比，酶法最显著的特点是底物水解安全，水解副产物葡 萄糖可作为碳源被生物催化剂代谢，不仅提高了资源的有效利用率，而且发酵液比水解易 于处理。采用生物发酵法制备没食子酸在国内外均有报道如生物工程学报2000，16 (5) 614-617《利用固定化黑曲霉单宁酶法制备没食子酸》，但没食子酸的得率偏低，仅为61%。 并且在一般发酵法生产工艺中，单宁酶的生成和水解单宁的反应，都是在同一个反应器 (发酵罐)中进行。由于两个反应要求的最佳条件不同，在发酵过程中，总是顾此失彼、相互 制约，两者都不能达到最佳反应状态，导致水解不完全。^083532《酶法生产没食子酸的工 艺》将发酵制酶与水解制酸分别在不同容器中分开进行，克服了以上缺陷，简化了流程，改 善了生产环境，降低了原料的消耗，提高了产品收率。但采用五倍子和塔拉粉为原料，在产酶和产酸过程中均采用氨水调节PH值，由于 氨水存在易挥发、味浓等缺点，污染环境。在产酸阶段没有微生物的生长和产酶过程，所用 酶量大，产酶和产酸生产各需40小时以上，水解还不够安全，收率还不够高。本发明的目的是提供一种能克服上述缺点的制备没食子酸的方法。以单宁酸为原 料，不用氨水调节PH值，选择各种最佳的工艺参数和培养基的合理配伍比，从而降低了原 料消耗，缩短了反应时间，改善了生产环境，提高了产品的收率。

发明内容
本发明采用以单宁酸为原料全细胞催化法制备没食子酸。包括两个阶段。第一 阶段利用微生物在含单宁和少量外碳源的水溶液中进行发酵，以单宁酸水解后产生的葡 萄糖作为后续碳源，供微生物生长、繁殖，与此同时微生物在溶液中经单宁酸诱导产生单宁 酶；第二阶段将第一阶段产生的发酵液加入单宁酸溶液中，使单宁酸水解生成没食子酸，同时添加无碳源培养基，使微生物生长和产酶过程得以延续，既保证了高效的产酸过程，同 时由于微生物的生长消耗了产酸过程产生的葡萄糖，降低了产酸液的粘度，有利于没食子 酸的分离。
在发酵制酶过程中，各项发酵参数及培养基的配比十分重要，必须严格控制，适宜 温度为23-38°C ；起始PH值为4. 0，反应过程中加碱(如用10N的NaoH)调节在3. 0-5. 5之 间；溶氧量控制在3.0-6.00g02/lh之间。采用黑曲霉NO. 316作为产酶菌种。制酶培养基中，C/N比为2-10，单宁酸浓度为8-15 % ；单宁以外碳源加入量为单宁 量的0. 2-0. 8倍。外加碳源可用蔗糖或葡萄糖；外加氮源可以用硫酸铵、氯化铵或尿素等。 培养基中还应有少量的硫、磷、钾、钠、锌、镁的无机盐和酵母膏或复合维生素B族化合物作 为营养添加剂。用上述发酵条件和培养基配比制成的单宁溶液可用于水解制酸，以单宁酸为原 料加入溶解，制酸适宜温度为22-38°C ；起始PH值为4.0，反应过程中加lONnaoH调节在 3.0-5. 5之间；溶氧量控制在3.0-6.00g02/lh之间。以单宁为原料，单宁浓度为8-15% (W/ V)。使用本发明全细胞催化法生产没食子酸，使用单宁酸，作为原料，反应时间比普通 发酵法短，总共缩短了的30h，原料单耗低，产品得率高，达到90%以上，纯度高达99%。外 加碳源仅为单宁用量的0. 2倍左右，节约了成本，又能使微生物生长和产酶过程得以延续， 还保证了高效的产酸过程，微生物的生长消耗了产酸过程中产生的葡萄糖，降低了酸液的 粘度，有利于没食子酸的分离，改善了生产环境，本发明的生产工艺反应缓和，无高温、高压 操作，“三废”污染小，容易治理；酸碱及活性碳的消耗量比化学水解法和现有的发酵法均有 明显降低。缩短了生产流程，水解后省去结晶和脱色操作各一次。


图1为本发明制备没食子酸的方法工艺流程图。
具体实施例方式经过菌种种子预培养，然启转入经灭菌后培养基溶液中发酵制酶，经测定酶活性 合格后，即用于水解制酸。水解反应结束后，加硫酸或盐酸调节PH经过过滤除去滤渣，然后 将滤液浓缩，冷却后得到粗结晶。将粗结晶分离，重新溶于水，加活性炭脱色，重结晶，然后 再次分离，回收母液，再干燥、粉碎、计量、包装得没食子酸产品。制酶实施例1
按以下成份配制培养基(g/1)
(nh4)2so42
kh2po42
MgSo47H201
ZnSo40. 6
酵母膏1
蔗糖15
单宁酸100
将配制好的培养基分装在几个1000ml的三角瓶中灭菌。为避免单宁高温氧 化，单宁酸在灭菌后加入用lOmol/LNaOH调节溶液起始PH值为4. 0 ；接着立即接入黑曲 霉菌NO. 316，放置在ZHWY-2102C恒温振荡器上反应。设定温度为23_38°C，调节转速为 120-128r/min，用10mol/L NaOH调节数次，使反应液的PH值保持在3. 0-5. 5左右，连续反 应30h，测定酶活性或单宁酸残留变化趋缓，即用于制酸。制酶实施例2 按以下成份配制培养基(g/L)NH4cl2KH2P042MgS047H201ZnS040. 6酵母膏1葡萄糖15单宁酸100复合维生素B 8mg/L将配制好的培养基分装在几个1000ml的三角瓶中，灭菌后加入单宁。余下步骤按 照制酶实施例1进行。制酸实施例按以下成份配制培养基(g/L)(NH4) 2S042KH2P042MgS047H201ZnS040. 6酵母膏1将配制好的培养基加入带有半自动流加碱装置和外接酸度计和溶氧仪的发酵罐 中，灭菌。将单宁酸加入溶解，使溶液单宁浓度为8-15% (w/v)，初始PH4. 0。冷却至室温后 加入15-20% (v/v)新制好的全细胞发酵酶液，设定温度为22-38°C，调节转速为lOOr/min， 溶氧量3. 0-6. 00g 02/L. h。用lOmol/L NaOH流加调节，使反应液的PH值保持在3. 0-5. 5左 右，连续反应40h，直至单宁全部水解为止。反应产物用盐酸调节PH至2. 6-3. 5，经过过滤、 浓缩、粗结晶、粗晶和母液分离、脱色、二次结晶、二次结晶分离、干燥、粉碎、得纯度为99%， 得率达90. 8%的成品。
权利要求
一种制备没食子酸的方法，加碱使五倍子或塔拉中的单宁水解，再经过滤、浓缩、结晶、脱色、干燥而制得没食子酸，其特征在于以单宁酸为原料，将微生物发酵制酶和水解制酸，分段在两个不同的容器进行，确定制酶和制酸工艺中各项适宜的工艺条件和培养基的组份，在制酶制酸工艺中均采用NaOH溶液调节PH值。
2.根据权利要求1所述的制备没食子酸的方法，其特征在于发酵制酶过程中，适宜温 度为23-38°C;起始PH值为4. 0，用10N的NaOH调节至PH3. 0-5. 5 ；溶氧量控制在3. 0-6. 00g 02/L h之间，微生物采用黑曲霉NO. 316。
3.根据权利要求1所述的制备没食子酸的方法，其特征在于制酶培养基中，C/N比为 2-10、单宁酸浓度为8-15% ；单宁以外碳源加入量为单宁的0. 2-0. 8倍。
4.根据权利要求1所述的制备没食子酸的方法，其特征在于外加碳源可用蔗糖或葡 萄糖，外加氮源可用硫酸铵、氨化铵或尿素；培养基中还有硫、磷、钾、钠、锌、镁的无机盐和 酵母膏或复合维生素B族化合物作为营养添加剂。
5.根据权利要求1所述的制备没食子酸的方法，其特征在于水解制酸中，以单宁酸为 原料加入溶解，溶液单宁的浓度为8-15% (w/v)，制酸适宜温度22-38°C;起始PH值为4. 0 ； 反应过程中加10N的NaOH调节至PH3. 0-5. 5之间；溶氧量控制在3. 0-6. 00g 02/L .h之间。
全文摘要
一种制备没食子酸的方法，将制酶和制酸工艺分为两个不同容器和分阶段进行，在制酶和制酸工艺中，均采用NaOH溶液调节pH值，目的是提供一种缩短反应时间，降低原料及辅料消耗，由于不采用氨水调节pH值，消除了氨水味浓、易挥发、易污染环境的弊端，降低了对环境污染的方法。并且由于本发明在产酸阶段仍有微生物的生长和产酶过程，水解安全、产品纯度和得率均高于普通酶法，有较好的社会和经济效益。
文档编号C12P7/42GK101864459SQ20101016515
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者张基明, 李迅, 王石发, 谷文, 邓厚璋 申请人:遵义市倍缘化工有限责任公司