技术领域
本发明涉及碱解法从蔗渣、玉米皮、麦麸、米糠、稻秆、麦秆等纤维质原料中同时制备 反式阿魏酸、对-香豆酸和戊聚糖的方法，且碱液可循环使用。
背景技术
阿魏酸在医药，食品，化妆品等领域有着日益广泛的用途。作为药品具有抗炎，止痛， 抗血栓形成，抗紫外线辐射，抗自由基、调节人体免疫功能、调节内分泌、改善微循环和抗 疲劳作用。在临床上用于冠心病，脑血管病，脉管炎，白细胞和血小板减少等疾病的治疗。 在食品中可作为防腐剂和抗氧化剂，同时是运动食品和一些保健食品的活性成分。在化妆品 中具有吸收紫外线和防止氧化的作用，是公认的美容因子，能改善皮肤质量，使其细腻、光 泽、富有弹性。它能防止因日晒而形成的色斑及雀斑，还能清除自由基，改善肤质，调节内 分泌，使肌肤细腻光泽，富有弹性。阿魏酸的生产方法包括化学合成法和碱解谷维素法。化学 合成法采用香兰醛和丙二酸为原料，以无水吡啶为溶剂，哌啶作催化剂，通过缩合反应获得。 但该法反应时间较长，溶剂用量大，产率也很低。目前商品化反式阿魏酸的生产完全靠从米 糠油提取谷维素，再通过碱解获得。米糠油中谷维素含量较低，仅占米糠油的1.5％～2.8％， 这也是目前反式阿魏酸生产成本高，价格昂贵的主要原因。
对-香豆酸是一种优良的食品抗氧化剂，在医药中可作为祛痰药杜鹃素的中间体。商品对 -香豆酸通过化学合成法，即由对羟基苯甲醛与二酸反应而得。
我国是粮食、糖蔗生产大国，小麦和稻谷产量都接近或超过2亿吨，玉米1.2亿吨，甘 蔗8500万吨，在收获和加工过程中会产生大量的纤维质副产物，如麸皮、秸秆、蔗渣、玉 米芯等。这些副产物的戊聚糖含量在20％～50％，酚酸含量为0.5％～4％，酚酸中大部分是 反式阿魏酸和对-香豆酸(具体含量依原料而定)，如能采用适当的提取分离方法可同时获得 戊聚糖、反式阿魏酸和对-香豆酸。戊聚糖既可直接用于作食品胶，又可通过酶解制备功能因 子低聚木糖。
阿魏酸、对-香豆酸主要与纤维质的半纤维素和木质素结合。阿魏酸可通过阿魏酸酯酶释 放，但由于木质纤维素结构致密，酶解法对阿魏酸的释放率较低。两者都可通过碱处理提取， 但由于碱水解产生的杂质较多，纯化成为从纤维质中制备阿魏酸和香豆酸的瓶颈，本发明的 关键在于解决其纯化问题。
发明内容
本发明的目的就是将反式阿魏酸和对-香豆酸从蔗渣、玉米皮、麦麸、米糠、稻秆、麦 秆等纤维质原料中释放，并获得高纯度阿魏酸和香豆酸，同时制备戊聚糖。
为达上述目的，本发明采用以下的技术方案：
以蔗渣、玉米皮、麦麸、米糠、稻秆、麦秆或其混合物为原料，先用浓度为0.5％～0.8 ％的碱液处理，把对-香豆酸和部分戊聚糖释放出来，再用浓度为2％～4％的碱液处理，把 反式阿魏酸和其余戊聚糖释放出来，采用超滤法分离戊聚糖，采用离子交换法分离纯化对- 香豆酸和反式阿魏酸。
上述反式阿魏酸、对-香豆酸和戊聚糖的制备方法，具体包括以下工艺条件和步骤：
(1)原料的预处理，包括对原料的粉碎，脱脂和去蛋白的步骤；
(2)稀碱处理：
经预处理的原料在质量浓度0.5％～1.0％碱液中浸泡，不断搅拌，过滤，滤渣备用；所 得滤液用超滤设备浓缩，浓缩液用于制备戊聚糖，透过液备用；
(3)对-香豆酸的获得：
采用下面两种方法中的任一种：
一、步骤(2)中透过液与树脂在搅拌罐中搅拌吸附，分离出树脂，余液留用；将树脂装 入层析柱中，用酸清洗，乙醇酸水溶液洗脱，洗脱液经真空浓缩，冷却结晶，离心或过滤得 对-香豆酸；
二、步骤(2)中透过液直接过装有树脂填料的层析柱，透过液留用；层析柱用酸清洗， 然后用乙醇酸水溶液洗脱，洗脱液经真空浓缩、冷却结晶，离心或过滤得对-香豆酸；
(4)浓碱处理：
步骤(3)所述余液或透过液中加入碱至质量浓度终浓度2％～4％；而后浸泡步骤(2) 所述滤渣，不断搅拌；去渣，所得溶液用超滤设备浓缩，浓缩液用于制备戊聚糖，透过液备 用；
(5)反式阿魏酸的获得：
步骤(4)所述透过液经树脂吸附，用乙醇酸水溶液洗脱，洗脱液真空浓缩，结晶出反式 阿魏酸，重结晶获得高纯度的反式阿魏酸；
(6)戊聚糖的获得：
步骤(2)或(4)中所述浓缩液用酸中和，离心，上清液经乙醇沉淀，并过滤或离心， 即得到戊聚糖。
上述步骤中的碱液可重复利用。
在上述所有步骤中，优选的方案是：
步骤(3)和步骤(5)中所述乙醇酸水溶液，按体积浓度，含乙醇50％～70％，酸2％～ 8％，水28％～48％。乙醇酸水溶液中酸是无机酸或有机酸，无机酸是盐酸、硫酸、硝酸或 磷酸，有机酸是柠檬酸、苹果酸、醋酸或酒石酸。
步骤(2)中：所述搅拌是在5～60℃下搅拌4～24小时，所述超滤设备的截留分子量 是5000～40000，所述浓缩液的体积为所述碱液体积的1/20～1/40。
步骤(3)中：所述树脂与透过液的固液体积比是1∶50～200；所述树脂是阴离子交换 树脂；所述酸是盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、柠檬酸、苹果酸、醋酸或酒石酸，其质量浓度是 1％～3％；所述清洗步骤至流出液pH3～5时止。
步骤(4)中：所述浸泡的固液比是1g∶8～10ml；所述搅拌是在5～60℃下搅拌4～ 24小时；所述超滤设备的截留分子量是5000～40000；所述浓缩液的体积为所述碱液体积的 1/20～1/40。
步骤(5)中：所述树脂是阴离子交换树脂；所述真空浓缩的温度是40～70℃；所述结 晶的温度是5～35℃；所述重结晶的温度是5～35℃。
步骤(6)中：所述酸是所述酸是盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、柠檬酸、苹果酸、醋酸或酒 石酸，其质量浓度是1％～3％；所述中和是指至溶液pH5～7时止；所述乙醇沉淀是加无水 乙醇至溶液中乙醇体积终浓度为50％～80％。
本发明的科学依据如下：纤维质中的反式阿魏酸和对-香豆酸主要以酯键与多糖和木质素 结合，采用碱处理可皂化酚酸而将反式阿魏酸和对-香豆酸释放。对-香豆酸更容易皂化，故 可采用稀碱溶液处理而首先被释放出来，进而采用浓碱溶液处理将反式阿魏酸释放出来。在 碱处理过程中，部分戊聚糖和一些小分子物质也被溶解，通过超滤技术可将酚酸、其它小分 子物质与戊聚糖分离，即透过液是含反式阿魏酸或对-香豆酸的溶液，浓缩液为含戊聚糖的溶 液。浓缩液用酸中和后采用乙醇沉淀可获得戊聚糖。透过液过阴离子交换树脂并通过水洗后 可除去非离子型小分子物质，再用稀酸溶液洗脱除去其它极性较强的离子型化合物，如氨基 酸等，而后采用醇、酸、水混合洗脱剂将反式阿魏酸、对-香豆酸等离子型醇溶性物质洗脱， 蒸去乙醇后，香豆酸、阿魏酸因不溶于酸性水而结晶，离心分离后重结晶可获得高纯度的反 式阿魏酸和对-香豆酸。
与现有技术相比，本发明有以下优点：(1)获得的酚酸纯度高，反式阿魏酸含量达99.2 ％(高于试剂98％的纯度)，对-香豆酸纯度达到95.8％。(2)碱解液经阴离子交换树脂处理 后，又可再用于碱解原料；碱解液的循环使用，减少了碱的使用量和废液排放。
附图说明
图1是采用本发明获得的香豆酸的HPLC图谱；
图2是采用本发明获得的阿魏酸的HPLC图谱。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步地详细说明，但本发明的实现方式并不局限于此。 实施例1：利用蔗渣制备反式阿魏酸、对-香豆酸和戊聚糖
(1)原料的预处理：将蔗渣干燥粉碎；
(2)稀碱处理释放对-香豆酸：
经预处理的原料按固液比1g∶10ml在质量浓度0.5％氢氧化钠溶液中浸泡，不断搅拌， 15℃处理24小时，过滤，滤渣备用；
所得滤液用截留分子量为5000的超滤设备浓缩至原低浓度碱解液体积的1/20，浓缩液 用于制备戊聚糖，透过液备用；
(3)对-香豆酸的获得：
步骤(2)中透过液用用阴离子交换树脂处理，采用下面两种方法中的任一种：
一是树脂和透过液按体积比1∶50在搅拌罐中搅拌吸附3小时，分离出树脂，余液留用； 将树脂装入层析柱中，用质量浓度1％的盐酸或硫酸洗至流出液pH3，用10倍于树脂体积的 乙醇酸水溶液洗脱，洗脱液在40℃条件下真空浓缩，浓缩液25℃冷却结晶，离心或过滤得 香豆酸。
二是透过液直接过装有树脂填料的层析柱，透过液留用；层析柱用酸清洗，然后用乙醇 酸水溶液洗脱，洗脱液经真空浓缩、冷却结晶，离心或过滤得对-香豆酸。
本步骤所述乙醇酸水溶液，按体积浓度，含乙醇50％，盐酸或硫酸2％，水28％。
(4)浓碱处理释放反式阿魏酸：
步骤(3)所述余液或透过液中加入氢氧化钠至终浓度2％；而后按固液比1g∶8ml浸泡 步骤(2)所述滤渣，不断搅拌，在15℃下提取24小时；压滤，滤液用截留分子量为5000 的超滤设备浓缩至原体积的1/20，浓缩液用于制备戊聚糖，透过液备用。
(5)反式阿魏酸的获得：
步骤(4)所述透过液用阴离子交换树脂吸附阿魏酸，用乙醇酸水混合溶液洗脱，洗脱液 40℃真空浓缩除去乙醇，25℃下结晶出阿魏酸，离心或过滤得阿魏酸晶体，35℃重结晶获 得高纯度的阿魏酸。
本步骤所述乙醇酸水溶液，按体积浓度，含乙醇50％，盐酸或硫酸2％，水28％。
(6)戊聚糖的获得：
步骤(2)或(4)中所述浓缩液用质量浓度是1％盐酸或硫酸中和至pH5，离心，上清 液加乙醇至乙醇体积终浓度为50％，过滤或离心，沉淀即为戊聚糖。 实施例2：利用玉米芯反式阿魏酸、对-香豆酸和戊聚糖
(1)原料的预处理：玉米芯干燥后粉碎；
(2)稀碱处理释放对-香豆酸：
经预处理的原料按固液比1g∶15ml在质量浓度0.8％的氢氧化钠中浸泡，不断搅拌， 60℃处理4小时，过滤，滤渣备用；
所得滤液用截留分子量为40000的超滤设备浓缩至原低浓度碱解液体积的1/40，浓缩液 用于制备戊聚糖，透过液备用：
(3)对-香豆酸的获得：
步骤(2)中透过液用用阴离子交换树脂处理，采用下面两种方法中的任一种：
一是树脂和透过液按体积比1∶200在搅拌罐中搅拌吸附8小时，分离出树脂，余液留 用；将树脂装入层析柱中，用3％质量浓度的硝酸或磷酸洗至流出液pH 5，用100倍于树脂 体积的乙醇酸水溶液洗脱，洗脱液在50℃条件下真空浓缩，浓缩液5℃冷却结晶，离心或 过滤得香豆酸。
二是透过液直接过装有树脂填料的层析柱，透过液留用；层析柱用酸清洗，然后用乙醇 酸水溶液洗脱，洗脱液经真空浓缩、冷却结晶，离心或过滤得对-香豆酸。
本步骤所述乙醇酸水溶液，按体积浓度，含乙醇44％，盐酸或硫酸8％，水48％。
(4)浓碱处理释放反式阿魏酸：
步骤(3)所述余液或透过液中加入氢氧化钠至终浓度4％；而后按固液比1g∶10ml浸 泡步骤(2)所述滤渣，不断搅拌，在60℃下提取4小时；压滤，滤液用截留分子量为40000 的超滤设备浓缩至原体积的1/40，浓缩液用于制备戊聚糖，透过液备用。
(5)反式阿魏酸的获得：
步骤(4)所述透过液用阴离子交换树脂吸附阿魏酸，用乙醇酸水混合溶液洗脱，洗脱液 50℃真空浓缩除去乙醇，5℃下结晶出阿魏酸，离心或过滤得阿魏酸晶体，5℃重结晶获得 高纯度的阿魏酸。
本步骤所述乙醇酸水溶液，按体积浓度，含乙醇44％，盐酸或硫酸8％，水48％。
(6)戊聚糖的获得：
步骤(2)或(4)中所述浓缩液加水稀释反复浓缩2次除去更多的碱，浓缩液用质量浓 度是3％硝酸或磷酸中和至pH7，离心，上清液加乙醇至乙醇体积终浓度为80％，过滤或离 心，沉淀即为戊聚糖。
实施例3：利用秸秆制备反式阿魏酸、对-香豆酸和戊聚糖
(1)原料的预处理：秸秆干燥粉碎；
(2)稀碱处理释放对-香豆酸：
经预处理的原料按固液比1g∶12ml在0.6％质量浓度的氢氧化钾溶液液中浸泡，不断搅 拌，30℃处理14小时，过滤，滤渣备用；
所得滤液用截留分子量为20000的超滤设备浓缩至原低浓度碱解液体积的1/30，浓缩液 用于制备戊聚糖，透过液备用；
(3)对-香豆酸的获得：
树脂和步骤(2)透过液按体积浓度1∶130在搅拌罐中搅拌吸附5小时，分离出树脂， 余液留用；将树脂装入层析柱中，用2％质量浓度的柠檬酸或苹果酸洗至流出液pH 4，用60 倍于树脂体积的乙醇酸水溶液洗脱，洗脱液在20℃条件下真空浓缩，浓缩液10℃冷却结晶， 离心得香豆酸；
本步骤所述乙醇酸水溶液，按体积浓度，含乙醇70％，盐酸或硫酸5％，水25％。
(4)浓碱处理释放反式阿魏酸：
步骤(3)所述余液或透过液中加入氢氧化钾至终浓度3％；而后按固液比1g∶9ml浸泡 步骤(2)所述滤渣，不断搅拌，在40℃下提取14小时；压滤，滤液过200目尼龙布后用 水稀释2倍，滤液用截留分子量为20000的超滤设备浓缩至原体积的1/30，浓缩液用于制备 戊聚糖，透过液备用。
(5)反式阿魏酸的获得：
步骤(4)所述透过液用阴离子交换树脂吸附阿魏酸，用乙醇酸水混合溶液洗脱，洗脱液 真空浓缩除去乙醇，35℃结晶出阿魏酸，离心或过滤得阿魏酸晶体，35℃重结晶获得高纯 度的阿魏酸。
本步骤所述乙醇酸水溶液，按体积浓度，含乙醇70％，盐酸或硫酸5％，水25％。
(6)戊聚糖的获得：
步骤(2)或(4)中所述浓缩液加水稀释反复浓缩4次除去更多的碱，浓缩液用质量浓 度是2％柠檬酸或苹果酸中和至pH6，离心，上清液加乙醇至乙醇体积终浓度为65％，过滤 或离心，沉淀即为戊聚糖。
实施例4：利用秸秆制备反式阿魏酸、对-香豆酸和戊聚糖
除步骤(3)外与实施例3相同。
(3)步骤(2)透过液直接过阴离子交换树脂，透过液留用；树脂用质量浓度1％的盐 酸洗脱至流出液pH 3.5后用乙醇酸水溶液洗脱，洗脱液在20℃条件下真空浓缩，浓缩液10℃ 冷却结晶，离心得香豆酸。
实施例5：利用麦麸制备反式阿魏酸和戊聚糖
麦麸中含蛋白质和淀粉较多，酚酸主要是反式阿魏酸，对-香豆酸较少，采用以下方式制 备阿魏酸和戊聚糖。
(1)原料的预处理：将麦麸干燥至含水量10％，粉碎至200目，再采用以下处理措施。
①脱脂：
粉碎的原料用正己烷或丙酮脱脂。
②去蛋白质：
按1g∶9ml加入蛋白酶溶液(中性蛋白酶浓度或木瓜蛋白酶，质量浓度3％)，在pH值 6.5下反应3小时，离心或过滤。滤渣用于碱解，滤液用于制备戊聚糖。
(2)稀碱处理释放对-香豆酸：因对-香豆酸含量太少，省略。
(3)对-香豆酸的获得：因对-香豆酸含量太少，省略。
(4)浓碱处理释放反式阿魏酸：
步骤(1)所述滤渣；而后按固液比1g∶8ml在2％氢氧化钠溶液中浸泡，不断搅拌，在 15℃下提取20小时；压滤，滤液过200目尼龙布后用水稀释1倍，然后用截留分子量为15000 的超滤设备浓缩至原体积的1/25，浓缩液用于制备戊聚糖，透过液备用。
(5)反式阿魏酸的获得：
步骤(4)中所述透过液用阴离子交换树脂吸附阿魏酸，用乙醇酸水混合溶液洗脱，洗脱 液真空浓缩除去乙醇，5℃结晶出阿魏酸，离心或过滤得阿魏酸晶体，10℃重结晶获得高纯 度的阿魏酸。
本步骤所述乙醇酸水溶液，按体积浓度，含乙醇60％，盐酸或硫酸5％，水35％。
(6)戊聚糖的获得：
步骤(4)中所述浓缩液加水稀释后再浓缩3次除去更多的碱，浓缩液用质量浓度是1％ 醋酸或酒石酸中和至pH6.5左右，离心，上清液加乙醇至终浓度为50％(体积浓度)，过滤 或离心，沉淀即为戊聚糖。
步骤(1)中的酶解滤液用超滤设备超滤(膜截留分子量20000)浓缩至酶解液的1/30～ 1/60，浓缩液用3倍的水逐渐添加超滤以除去残余的酶解物氨基酸和单糖、低聚糖，透过液 50℃真空浓缩用于作饲料、调味料等；超滤浓缩液加乙醇至乙醇体积终浓度为60％，过滤 或离心，沉淀即为戊聚糖。