綜合利用水葫蘆的工藝方法
2023-05-28 16:09:36
專利名稱：綜合利用水葫蘆的工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種水生植物水葫蘆的利用方法，特別是利用水葫蘆製造葉綠素銅鈉、類胡蘿蔔素，包括β-胡蘿蔔素和葉黃素，和木糖的方法。
背景技術：
很長時間以來，水葫蘆已經成為危害水體的水生漂浮植物。水葫蘆是地球上十種生長速度最快的植物之一，原產南美。在較高的氣溫下，特別是在富營養化水體，每7天左右就增殖一倍，在熱帶和亞熱帶的富營養化水面，每公頃能夠年產3000噸以上鮮水葫蘆。快速增長的水葫蘆，迅速佔領水面，阻塞水面航運，使水利水電設施不能正常運轉，減少水體溶解氧，使水體中生活的生物生存條件惡化。未打撈的水葫蘆，腐爛以後，使水體有機汙染物量迅速增加，使水體水質急劇惡化。打撈上岸的水葫蘆堆積在陸地上，佔據有限的土地資源，腐爛變質還汙染周圍環境。目前最常用的處置方法是將水葫蘆收集後，作為有機垃圾，送往填埋場填埋，每年在水葫蘆生長旺盛地區，需要大量人力物力來處置水葫蘆。
水葫蘆本身富含豐富的營養，據美國專利4251508報導，通過壓榨提取的100克幹的水葫蘆葉提取物經測定含有23.2克蛋白質，4-8克葉綠素和豐富維生素。美國專利4,961,774報導水葫蘆含胡蘿蔔素20-500ppm，葉黃素500-1500ppm。水葫蘆提取液可用於促進植物生長，種子發芽(美國專利4,961,774)，發酵後可以用於生產動物飼料(中國專利CN1267468，CN1268305)肥料(中國專利CN1267655)和土壤改良劑(美國專利5,198,252，和5,312,632)，中國專利CN1323545A和CN1307838充分利用水葫蘆所含的營養製備用作保健食品和美容護膚的營養粉。研究還發現，水葫蘆還含有30-55％的半纖維素，主要由木聚糖組成，可用於水解發酵生產乙醇和沼氣等(美國nasa technical memorandum TM-X-72733；J.N.NIGAM，Journal ofBiotechnology，97(2002)，109-116)。上述發明和研究，其利用水葫蘆製造的產品價值較低，由於水葫蘆含水率高，預處理成本高，難以實際應用。葉綠素銅鈉、β-胡蘿蔔素和葉黃素是良好的藥物和色素，有廣泛的用途；木糖是糖尿病人良好的替代糖製品，木糖還可加氫轉化為木糖醇。
目前的葉綠素銅鈉國外是從苜蓿葉中提取，1kg苜蓿葉可提取15g左右葉綠素銅鈉；國內是從蠶糞中提取，1kg蠶糞可提取10g左右葉綠素銅鈉。類胡蘿蔔素的提取國外採用杜氏鹽藻，國內採用胡蘿蔔，其胡蘿蔔素含量僅在100ppm。葉黃素的提取，是從螺旋藻和萬壽菊花，含量均在1000ppm左右。木糖是以玉米芯為原料生產的，每10公斤玉米芯能生產1公斤木糖。
發明內容
本發明的目的是針對水葫蘆利用困難，提出一項綜合利用水葫蘆製造葉綠素銅鈉，類胡蘿蔔素以及木糖的方法。
一種綜合利用水葫蘆的工藝方法，其特徵是方法由以下處理過程組成(1)、水葫蘆預處理；(2)、用乙醇作為溶劑提取水葫蘆中葉綠素和類胡蘿蔔素，分離殘渣，得到提取液；(3)、提取液經氫氧化鈉皂化使葉綠素變成水溶性葉綠素鈉鹽；(4)、用石油醚萃取分離葉綠素鈉鹽和類胡蘿蔔素，萃取後的水相含葉綠素鈉鹽和乙醇，類胡蘿蔔素在石油醚相中，蒸發石油醚收集類胡蘿蔔素，結晶和純化；(5)、對萃取後的水相酸化、銅代和中和得葉綠素銅鈉。
水葫蘆用乙醇作為溶劑提取後殘渣，加無機酸在100-130℃水解，溶液經純化結晶獲得木糖。其過程是每1000g鮮水葫蘆葉經乙醇提取後的殘渣，加0.1％硫酸1500毫升，在110℃下加壓蒸煮1小時，然後加92％濃硫酸23毫升左右，調整溶液硫酸濃度為1.5％，在0.05M，120℃下，水解4小時，然後，在溫度為75-80℃下，加入波美度為15度的碳酸鈣乳液，調節pH值為3，保溫1小時，過濾產生的硫酸鈣，再蒸發除去5/6液體，過濾析出硫酸鈣，溶液在75-80℃下加活性炭5g左右脫色，經離子交換，去除離子，木糖濃度降為10-12％，再經蒸發濃縮，結晶，獲得木糖約8g。
所述的水葫蘆預處理包括收集的水葫蘆清洗，取水葫蘆莖葉，經開水漂燙、殺酶去除酶活性和粉碎處理。
所述的酸化是指在萃取的水相中加入硫酸或鹽酸，調PH為2~3；銅代是指加20％CuSO4溶液銅化，反應溫度為60℃；中和是指加2％NaOH溶液成鹽，控制pH值為11-12，反應時間為3~10分鐘。
所述的乙醇溶劑提取葉綠素和類胡蘿蔔素是95％乙醇在30℃-90℃下提取。
本發明各原料、反應物均以化學計量投料參加反應。
本發明可以從水葫蘆中提取多種物質，包括葉綠素銅鈉，類胡蘿蔔素以及木糖等，使水葫蘆不會汙染環境，利用價值大大提高。
具體實施例方式
例1取1000g水葫蘆葉，在90-95℃下，漂燙2分鐘，葉片水分含量為30％左右；將葉片粉碎；然後用80％左右乙醇1300毫升，在80℃左右浸提2分鐘，再加5％NaOH溶液1000毫升皂化，反應溫度為60℃，反應時間為1小時，用石油醚1000毫升萃取皂化溶液，水相加濃鹽酸調整pH為2-3，然後加10毫升20％CuSO4溶液銅化，反應溫度為60℃，反應時間為1小時，然後加2％NaOH溶液成鹽，控制pH值為11-12，反應時間為5分鐘。溶液經蒸髮結晶獲得葉綠素銅鈉固體產品約3g。石油醚萃取中醚相含類胡蘿蔔素，包括β胡蘿蔔素和葉黃素等，30℃左右蒸發濃縮醚相溶液，可獲得約100mg類胡蘿蔔素，包括β胡蘿蔔素和葉黃素。殘渣可提取木糖，或作綠肥或厭氧發酵制沼氣等。
例2取例1中水葫蘆葉乙醇提取殘渣，加0.1％硫酸1500毫升，在110℃下加壓蒸煮1小時，然後加92％濃硫酸23毫升左右，調整溶液硫酸濃度為1.5％，在0.05M，120℃下，水解4小時，然後，在溫度為75-80℃下，加入波美度為15度的碳酸鈣乳液，調節pH值為3，保溫1小時，過濾產生的硫酸鈣，再蒸發除去5/6液體，過濾析出硫酸鈣，溶液在75-80℃下加活性炭5g左右脫色，經離子交換，去除離子，木糖濃度降為10-12％，再經蒸發濃縮，結晶，獲得木糖約8g。
權利要求
1.一種綜合利用水葫蘆的工藝方法，其特徵是方法由以下處理過程組成(1)、水葫蘆預處理；(2)、用乙醇作為溶劑提取水葫蘆中葉綠素和類胡蘿蔔素，分離殘渣，得到提取液；(3)、提取液經氫氧化鈉皂化使葉綠素變成水溶性葉綠素鈉鹽；(4)、用石油醚萃取分離葉綠素鈉鹽和類胡蘿蔔素，萃取後的水相含葉綠素鈉鹽和乙醇，類胡蘿蔔素在石油醚相中，蒸發石油醚收集類胡蘿蔔素，結晶和純化；(5)、對萃取後的水相經酸化、銅代和中和得葉綠素銅鈉。
2.根據權利要求1所述的綜合利用水葫蘆的工藝方法，其特徵是水葫蘆用乙醇作為溶劑提取後殘渣，加無機酸在100-130℃水解，溶液經純化結晶獲得木糖。
3.根據權利要求1所述的綜合利用水葫蘆的工藝方法，其特徵是所述的水葫蘆預處理包括收集的水葫蘆清洗，取水葫蘆莖葉，經開水漂燙、殺酶去除酶活性和粉碎處理。
4.根據權利要求1所述的綜合利用水葫蘆的工藝方法，其特徵是所述的皂化是採用5％NaOH溶液，反應溫度為60℃，反應時間為1~2小時。
5.根據權利要求1所述的綜合利用水葫蘆的工藝方法，其特徵是所述的酸化是指在萃取的水相中加入硫酸或鹽酸，調PH為2~3；銅代是指加20％CuSO4溶液銅化，反應溫度為60℃；中和是指加2％ NaOH溶液成鹽，控制pH值為11-12，反應時間為3~10分鐘。
6.根據權利要求1所述的綜合利用水葫蘆的工藝方法，其特徵是所述的乙醇溶劑提取葉綠素和類胡蘿蔔素是95％乙醇在30℃-90℃下提取。
7.根據權利要求2所述的綜合利用水葫蘆的工藝方法，其特徵是水葫蘆殘渣，加無機酸在100-130℃水解，溶液經純化結晶獲得木糖的過程是水葫蘆葉乙醇提取殘渣，加0.1％硫酸，在110℃下加壓蒸煮1小時，然後加92％濃硫酸，調整溶液硫酸濃度為1.5％，在0.05M，120℃下，水解4小時，然後，在溫度為75-80℃下，加入波美度為15度的碳酸鈣乳液，調節pH值為3，保溫1小時，過濾產生的硫酸鈣，再蒸發除去5/6液體，過濾析出硫酸鈣，溶液在75-80℃下加活性炭脫色，經離子交換，去除離子，木糖濃度降為10-12％，再經蒸發濃縮，結晶，獲得木糖。
全文摘要
本發明公開了一種綜合利用水葫蘆的工藝方法，由以下處理過程組成水葫蘆預處理；溶劑提取水葫蘆中葉綠素和類胡蘿蔔素；提取液經皂化使葉綠素變成水溶性鈉鹽；有機溶劑萃取分離葉綠素鈉鹽和類胡蘿蔔素；萃取後的水相含葉綠素，經酸化，銅代和中和得葉綠素銅鈉；萃取後的有機相含類胡蘿蔔素，經濃縮，結晶和純化獲得產品類胡蘿蔔素；水葫蘆溶劑提取後殘渣可廢棄或繼續採用提取木糖的方法提取木糖。本發明可以從水葫蘆中提取多種物質，包括葉綠素銅鈉，類胡蘿蔔素以及木糖等，使水葫蘆不會汙染環境，利用價值大大提高。
文檔編號C07H3/02GK1566088SQ0313199
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月23日 優先權日2003年6月23日
發明者黃衛東 申請人:中國科學技術大學