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微生物转化生产天然香兰素的提取方法


微生物转化法生产天然香兰素的提取方法
发明人:周晋武 吕文进 金明平 王文涛 纪春华

摘要:本发明属于香精香料和食品添加剂领域,具体涉及一种香兰素的提取方法。发明人
通过将含有香兰素的微生物转化发酵液经酸化过滤、浓缩、中性萃取、弱碱水洗以及浓缩结 晶,得到香兰素的微黄色结晶性粉末。本发明具有下列优点: (1)有效去除发酵液中的香兰 酸、阿

魏酸和愈创木酚等杂质, 对不同质量的发酵液适应性强,产品质量稳定; (2) 收率高; (3)高效的破乳方法使提取过程流畅、保证生产稳定。

权利要求书:
1. 一种香兰素的提取方法,其特征在于含有香兰素的微生物转化发酵液经酸化过滤→浓缩 →中性萃取→弱碱水洗→浓缩结晶,得到香兰素的微黄色结晶性粉末。 2. 根据权利要求 1 所述的香兰素的提取方法,其特征在于发酵液酸化的 pH 为 2.0~4.5,优 选 3.0~3.5,所用的酸为硫酸或盐酸。 3. 根据权利要求 1 所述的香兰素的提取方法, 其特征在于滤液浓缩前需用碱回调 pH6.0~7.5 4. 根据权利要求 1 所述的香兰素的提取方法,其特征在于浓缩滤液用乙酸乙酯、乙酸丁酯、 石油醚、 正己烷等有机溶剂在近中性条件下进行二次萃取。 萃取前需要将浓缩滤液用酸或碱 调 pH 至 5.0~8.0,优选 6.5~7.5。 5. 根据权利要求 1 所述的香兰素的提取方法,其特征在于萃取过程中加入 0.1~1%的离子型 破乳剂十二烷基三甲基氯化铵。 6. 根据权利要求 1 所述的香兰素的提取方法, 其特征在于分层后加入萃取液体积的 10~50% 的水,然后用 NaOH、KOH 或 Na2CO3 调水相 pH7.0~7.5 进行弱碱水洗。 7. 根据权利要求 1 所述的香兰素的提取方法,其特征在于萃取液真空浓缩的温度为 40~70℃,优选 50~60℃,浓缩至香兰素含量 30%~60%,优选 35~40%。 8. 根据权利要求 1 所述的香兰素的提取方法,其特征在于浓缩结晶的温度为 20℃以下,结 晶陈化的时间为 2~10 小时,优选 3~4 小时。 9. 根据权利要求 1 所述的香兰素的提取方法,其特征在于用该方法提取的天然香兰素有效 的去除了发酵液中的香兰酸、阿魏酸和愈创木酚等杂质,对不同质量的发酵液适应性强,产 品质量稳定。

说明书:
技术领域: 本发明属于香精香料和食品添加剂领域,具体涉及一种香兰素的提取方法。

技术背景: 香兰素(Vanillin) ,学名 3-甲氧基-4-羟基苯甲醛,也称之为香草醛。自然界存在于香 荚兰豆、丁香油、秘鲁香脂、吐鲁香脂等精油中。不同的生产方法获得的香兰素价格相差很 大,主要有: (1)从含天然香兰素的植物中提取,市场售价 4000 美元/kg。 (2)化学合成方 法,按照起始合成原料可以分为愈创木酚法、木质素法、黄樟素法、丁香酚法、对羟基苯甲 醛、4-甲基愈创木酚法、对甲酚法等几种,目前工业上主要利用愈创木酚法,市场售价 10 美元/kg。 (3)微生物发酵法转化生产香兰素,然后分离提纯,市场售价 1000 美元/kg。 目前, 香兰素世界年需求量为 20000 吨, 但是从植物中提取生产存在着香兰素含量低 (比 如在干香荚兰豆中的含量仅 15~20g/kg) 、种植面积小、生产周期长等因素的制约,每年从 香荚兰豆中提取的天然香兰素不足 20 吨,远远不能满足市场的需求。化学合成香兰素虽然 成本低廉、规模大,但容易造成环境污染,而且不能满足人们对天然食品的要求。而以微生 物发酵法生产天然香兰素的工艺简便,收率高,能耗低,污染小,产品安全可靠。美国 FDA 规定“天然香料必须是由来自于植物或动物的原料,经物理、酶法或微生物加工过程得到的 产品” 。因此,用微生物发酵法合成香兰素,并广泛应用于工业生产中,是今后发展的趋势。 专利 CN1629301A 公布了微生物转化法生产香兰素的技术,但主要集中于对原料处理 和微生物发酵的阐述,提取过程一笔带过,从其实施例来看,粗提物含量 36%,而收率仅 60%。该工艺存在着萃取溶剂为混合溶剂不利于工业化生产连续进行,提取收率低,提取流 程长、设备投资大(需进行超临界二氧化碳萃取)等不足。专利 CN1250083A 公布了一种 化学合成香兰素的纯化工艺, 是用碱水溶液将香兰素从苯萃取液中反萃取出, 然后酸化沉淀 出来,一次沉淀收率 53.2~79.9%。专利 CN1112545A 公布了一种香兰素精馏装置,用于从 香兰素粗制品中经一步精馏去除轻组分和重组分得到合格香兰素。 后两种方法虽具有提取过 程简洁,产品质量高的优点,但都是针对于化学合成法制备香兰素的分离过程。在生物法制 备香兰素的提取分离过程中,如何有效去除阿魏酸、香兰酸以及愈创木酚等杂质,尚未见诸 专利。另外,香兰素萃取过程中的乳化问题也是生产上的难题,如果不能快速破乳,势必延

长分层时间,影响香兰素的质量,同时分层不彻底还会影响收率,增加溶媒消耗量。因此, 寻找有效的破乳方法是保证生产顺利进行首先要解决的问题。

发明内容: 本发明针对市场对天然绿色产品的需求和上述专利中的不足之处, 提出一种微生物转化 法生产天然香兰素的提取方法。通过将含有香兰素的微生物转化发酵液经酸化过滤、浓缩、 中性萃取、弱碱水洗以及浓缩结晶,得到香兰素的微黄色或类白色结晶性粉末。为了使生产 顺利进行,在萃取过程中加入 0.1~1%的离子型破乳剂十二烷基三甲基氯化铵。 本发明具有下列优点: (1)有效去除发酵液中的香兰酸、阿魏酸和愈创木酚等杂质,对 不同质量的发酵液适应性强,产品质量稳定; (2)收率高; (3)高效的破乳方法使提取过程 流畅、保证生产稳定。

具体实施方式: 实施例 1: 经微生物转化法生产的含香兰素 10.6g/L 的发酵液 2L,用 10mol/L 硫酸调 pH3.0,加入 珍珠岩粉 30g,真空抽滤后顶水 300ml,得到 2230ml 酸化滤液。 滤液用 NaOH 调 pH7.0,然后于 70℃真空浓缩至 450ml,冷却至 24℃,用少量硫酸回 调 pH6.5,然后等体积乙酸乙酯萃取两次,每次搅拌萃取 30 分钟后加入 0.5g 十二烷基三甲 基氯化铵,继续搅拌 5 分钟后静置,分层,得到萃取液共 890ml。 合并两次萃取液,加入 100ml 水,一边搅拌一边加入 NaOH 溶液调 pH7.2 进行弱碱水 洗,静置,分层。 经弱碱水洗过的萃取液于 50℃真空浓缩至约 40ml, 然后于 15℃下结晶陈化 4 小时后真 空抽滤、少量乙酸乙酯洗晶,得到微黄色湿晶体。 湿晶体于 50℃真空干燥 2 小时得到微黄色的香兰素结晶性粉末 18.8g,含量为 97.2%。

实施例 2: 经微生物转化法生产的含香兰素 9.7g/L 的发酵液 2L,用 10mol/L 硫酸调 pH3.5,加入 珍珠岩粉 30g,真空抽滤后顶水 300ml,得到 2220ml 酸化滤液。 滤液用 NaOH 调 pH6.0,然后于 70℃真空浓缩至 470ml,冷却至 24℃,用少量硫酸回 调 pH5.0,然后等体积乙酸乙酯萃取两次,每次搅拌萃取 30 分钟后加入 0.1g 十二烷基三甲

基氯化铵,继续搅拌 5 分钟后静置,分层,得到萃取液共 930ml。 合并两次萃取液, 加入 300ml 水, 一边搅拌一边加入 KOH 溶液调 Ph6.0 进行弱碱水洗, 静置,分层。 经弱碱水洗过的萃取液于 40℃真空浓缩至约 35ml, 然后于 18℃下结晶陈化 2 小时后真 空抽滤、少量乙酸乙酯洗晶,得到微黄色湿晶体。 湿晶体于 50℃真空干燥 2 小时得到微黄色的香兰素结晶性粉末 14.1g,含量为 98.3%

实施例 3: 经微生物转化法生产的含香兰素 10.2g/L 的发酵液 2L,用 10mol/L 硫酸调 pH3.8,加入 珍珠岩粉 30g,真空抽滤后顶水 300ml,得到 2230ml 酸化滤液。 滤液用 NaOH 调 pH6.7,然后于 70℃真空浓缩至 450ml,冷却至 24℃,用少量硫酸回 调 pH6.5,然后等体积乙酸丁酯萃取两次,每次搅拌萃取 30 分钟后加入 0.5g 十二烷基三甲 基氯化铵,继续搅拌 5 分钟后静置,分层,得到萃取液共 890ml。 合并两次萃取液, 加入 500ml 水, 一边搅拌一边加入 KOH 溶液调 pH6.8 进行弱碱水洗, 静置,分层。 经弱碱水洗过的萃取液于 70℃真空浓缩至约 40ml, 然后于 20℃下结晶陈化 6 小时后真 空抽滤、少量乙酸乙酯洗晶,得到微黄色湿晶体。 湿晶体于 50℃真空干燥 2 小时得到微黄色的香兰素结晶性粉末 16.9g,含量为 96.7%

实施例 4: 经微生物转化法生产的含香兰素 8.3g/L 的发酵液 2L,用 10mol/L 硫酸调 pH4.4,加入 珍珠岩粉 30g,真空抽滤后顶水 300ml,得到 2210ml 酸化滤液。 滤液用 NaOH 调 pH7.5,然后于 70℃真空浓缩至 450ml,冷却至 24℃,用少量硫酸回 调 pH6.5,然后等体积石油醚萃取两次,每次搅拌萃取 30 分钟后加入 0.8g 十二烷基三甲基 氯化铵,继续搅拌 5 分钟后静置,分层,得到萃取液共 890ml。 合并两次萃取液,加入 200ml 水,一边搅拌一边加入 K2CO3 溶液调 pH7.5 进行弱碱水 洗,静置,分层。 经弱碱水洗过的萃取液于 65℃真空浓缩至约 40ml,然后于 10℃下结晶陈化 10 小时后

真空抽滤、少量乙酸乙酯洗晶,得到微黄色湿晶体。 湿晶体于 50℃真空干燥 2 小时得到微黄色的香兰素结晶性粉末 14.7g,含量为 97.7%

实施例 5: 经微生物转化法生产的含香兰素 8.8g/L 的发酵液 6.0 吨,用 10mol/L 硫酸调 pH2.5,加 入珍珠岩粉 90kg,真空抽滤后顶水 900L,得到 6690L 酸化滤液。 滤液用 NaOH 调 pH7.2,然后于 70℃真空浓缩至 1340L,冷却至 24℃,用少量硫酸回 调 pH6.5,然后等体积正己烷萃取两次,每次搅拌萃取 30 分钟后加入 3kg 十二烷基三甲基 氯化铵,继续搅拌 5 分钟后静置,分层,得到萃取液共 2650L。 合并两次萃取液,加入 1200L 水,一边搅拌一边加入 Na2CO3 溶液调 pH7.1 进行弱碱水 洗,静置,分层。 经弱碱水洗过的萃取液于 60℃真空浓缩至约 120L, 然后于 14℃下结晶陈化 5 小时后离 心、少量乙酸乙酯洗晶,得到微黄色湿晶体。 湿晶体于 50℃真空干燥 2 小时得到微黄色的香兰素结晶性粉末 45.6kg,含量为 98.1%

实施例 6: 经微生物转化法生产的含香兰素 10.3g/L 的发酵液 6.0 吨,用 10mol/L 硫酸调 pH2.7, 加入珍珠岩粉 90kg,真空抽滤后顶水 900L,得到 6720L 酸化滤液。 滤液用 NaOH 调 pH7.0,然后于 70℃真空浓缩至 1350L,冷却至 24℃,用少量硫酸回 调 pH6.5,然后等体积乙酸丁酯萃取两次,每次搅拌萃取 30 分钟后加入 1kg 十二烷基三甲 基氯化铵,继续搅拌 5 分钟后静置,分层,得到萃取液共 2670L。 合并两次萃取液,加入 600L 水,一边搅拌一边加入 Na2CO3 溶液调 pH7.5 进行弱碱水 洗,静置,分层。 经弱碱水洗过的萃取液于 50℃真空浓缩至约 120L, 然后于 17℃下结晶陈化 2 小时后离 心、少量乙酸乙酯洗晶,得到微黄色湿晶体。 湿晶体于 50℃真空干燥 2 小时得到微黄色的香兰素结晶性粉末 55.7kg,含量为 97.8%。


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