酒糟提取菲汀的工藝條件優(yōu)化研究

田小海 崔洪艷

摘要

[目的]優(yōu)化從酒糟中提取菲汀的最佳工藝條件。[方法]通過正交試驗及單因素試驗考察酸濃度、酸浸時間、浸提溫度、振蕩條件、浸提酸種類、中和劑種類對酒槽中菲汀提取效果的影響。[結(jié)果]試驗得出的最佳工藝條件：采用酸濃度0.8%，酸浸時間6 h，浸提溫度60 ℃，鹽酸間歇振蕩，混合中和劑堿石灰（10%）、NaHCO3（10%）和NaOH（1 mol/L）中和，堿沉條件，pH為6.5。[結(jié)論]研究改善了現(xiàn)有的菲汀提取工藝條件，利用廢棄的原料來增加燃料乙醇發(fā)酵副產(chǎn)物的附加值，使燃料乙醇企業(yè)能夠良性運轉(zhuǎn)，并可解決國內(nèi)外對菲汀的需求問題。

關鍵詞菲?。痪圃?；提取工藝

中圖分類號S509.9文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）21-385-03

菲汀（phytin），又稱植酸鈣鎂鹽，也稱植物堿，是難溶于水的復鹽，廣泛存在于植物的種皮中，如米糠、麥麩和玉米皮肉中，還可以不同的形式存在于種子的不同部位中。菲汀是一種白色無臭粉末，可通過谷物等的副產(chǎn)品經(jīng)過精細加工提煉而成的天然產(chǎn)物，在食品、醫(yī)藥、化工、冶金、環(huán)保、機械等領域有著廣泛的用途，還可用于制備應用價值廣泛的植酸[1]。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1

原料。供試玉米酒糟來源于吉林省乾安縣酒精廠。

1.1.2

主要試劑。鹽酸、堿石灰、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、三氯化鐵、乙二胺四乙酸、硫氰酸氨、酚酞、醋酸鈉和醋酸的緩沖液、硝酸釷、硫酸鐵氨、二甲酚橙、氨水、硫酸、硝酸、鉬酸銨、磷酸二氫鉀、抗壞血酸、硝酸銀、氯化銨、硫代硫酸鈉、鉻黑T、重鉻酸鉀指示劑、淀粉指示劑、乙醚，均為分析純藥品。

1.1.3

主要儀器。高速萬能粉碎機，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；多循環(huán)水式真空泵，河南太康教材儀器廠；

電熱恒溫干燥箱，上海躍進醫(yī)療器械廠；電子恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司；恒溫磁力攪拌器，金壇市富華儀器有限公司；TDL5離心機，天津市泰斯特儀器有限公司；PHS3型酸度計，河南太康教材儀器廠；酸堿滴定管、移液管、燒杯、三角瓶、玻璃棒、pH試紙、布氏漏斗、抽濾瓶、100目篩子。

1.2 菲汀提取原理

[2]

C6H8O24P6Mg4CaK+2H+→C6H8O24P6Mg4H2+2K+， C6H8O24P6Mg4H2+Ca（OH）2→C6H8O24P6Mg4Ca2+2H2O， C6H8O24P6Mg4H2+NaOH→C6H8O24P6Mg4Na2+2H2O。

不溶性的菲汀復鹽在一定溫度的酸性溶液中可以轉(zhuǎn)化為可溶性的菲汀酸式鹽。用氫氧化鈣、碳酸氫鈉和氫氧化鈉三步堿沉淀得到濕菲汀后在一定的溫度下烘干得到粗品菲汀。粗品菲汀經(jīng)過2～3次的酸浸堿沉即可得到純度較高的菲汀成品。

1.3 菲汀提取方法

稀酸萃取加堿中和沉淀法從酒糟中提取[3]。

1.4 菲汀提取工藝流程

該試驗采用稀酸萃取加堿中和沉淀法，與其他的方法相比，采用此法的投入少，并且工藝簡單，產(chǎn)量高。具體工藝流程如下：

燃料乙醇副產(chǎn)物→粉碎水浸泡↓酸浸（萃?。蛛x→萃取液→中和過濾、酸化→過濾→再中和→過濾→水洗→過濾→干燥→菲汀。

2 結(jié)果與分析

2.1菲汀提取正交試驗

2.1.1

菲汀提取正交試驗設計。根據(jù)預試驗中影響菲汀提取量的4個因素設計正交試驗。L9（34）正交表見表1。

2.1.2

菲汀提取正交試驗結(jié)果。從表2可知，對菲汀提取量影響最大的是酸濃度，其次是堿沉pH，影響最小的是浸提溫度。通過正交試驗確定了菲汀提取量最大時的條件：酸濃度0.8%，酸浸時間6 h，浸提溫度60 ℃，采用堿石灰（10%）、NaHCO3（10%）和NaOH（1 mol/L）作為堿沉條件，pH為6.5。

2.2影響菲汀提取的其他單因素試驗

一些研究表明，當溫度高于60 ℃時會破壞菲汀的主體結(jié)構(gòu)，因此60 ℃是菲汀提取溫度的最佳選擇。正交試驗結(jié)果分析表明，隨著提取時間的增加可以提高菲汀的提取量。在試驗的過程中發(fā)現(xiàn)，間歇式攪拌會提高菲汀的提取量。

2.2.1

提取時間對菲汀提取量的影響。在最佳提取條件下，即酸濃度在0.8%，浸提溫度為60 ℃，采用堿石灰（10%）、NaHCO3（10%）和NaOH（1 mol/L）時確定最佳提取時間。由表3可見，隨著浸提時間的延長，菲汀提取量增加，當提取時間達到6 h后，菲汀的提取量增加量很小。提取6 h比提取4 h菲汀的提取量增加了14.79%，而提取8 h比提取6 h菲汀的提取量又減少了0.30%，提取10 h比提取6 h菲汀提取量增加了0.20%，可知在提取時間達到6 h以后，菲汀的提取量并沒有明顯的變化。

方差分析結(jié)果顯示，隨著時間延長菲汀的提取量增加，當菲汀的提取時間超過6 h，菲汀的提取量隨著時間的延長并沒有顯著的增加。無論是從5%的顯著水平還是1%極顯著水平來看，菲汀的提取量在達到6 h之后都沒有明顯的增加。增加菲汀提取的時間，即增加生產(chǎn)過程中的動力消耗，同時使單位時間內(nèi)生產(chǎn)菲汀的量降低，因此采用酸浸提6 h作為菲汀提取的時間。

2.2.2

攪拌條件對菲汀提取量的影響。在最佳提取條件下，即酸濃度在0.8%，浸提溫度為60 ℃，采用堿石灰（10%）、NaHCO3（10%）和NaOH（1 mol/L），浸提時間為6 h，確定攪拌條件對菲汀提取量的影響。

攪拌會使菲汀的提取量增加，但間歇攪拌和完全攪拌對菲汀的提取量并沒有明顯的變化。由表4可見，間歇攪拌的條件下比無攪拌的條件下菲汀的提取量增加了10.37%，完全攪拌條件下比間歇攪拌條件下菲汀的提取量只增加了0.60%，即間歇攪拌和完全攪拌時菲汀的提取量十分接近。

方差分析結(jié)果顯示，攪拌條件可以增加菲汀的提取量，無論是間歇攪拌還是完全攪拌都可以增加菲汀的提取量。從5%的顯著水平和1%的顯著水平來看，菲汀的提取量都要比無攪拌條件下菲汀的提取量有較為明顯的增加量，但在間歇攪拌和完全攪拌之間并沒有很明顯的差異。攪拌可以增加酸與酒糟之間的接觸，更易使酒糟中的菲汀溶解在酸中。但是，間歇攪拌要比連續(xù)攪拌的動力能源消耗少，所以間歇攪拌是菲汀提取的最佳選擇。

2.2.3

酸種類對菲汀提取量的影響。酸種類不同對菲汀的提取量有很大的影響，用硫酸浸提時菲汀提取量最小，硝酸比硫酸的浸提效果好但遠不如鹽酸。由表5可見，采用硝酸作為提取溶劑比用硫酸時菲汀的提取量增加了2.49%，而采用鹽酸作為提取溶劑比用硫酸時菲汀的提取量增加了9.21%，可知采用鹽酸作為提取溶劑時菲汀的提取量最大。

方差分析結(jié)果顯示，采用不同的酸提取菲汀的量不同。用鹽酸作為提取溶劑時菲汀的提取量最大，而用硫酸作為提取溶劑時菲汀的提取量最小。由于硫酸在提取菲汀的過程中可以與菲汀中的Ca2+等形成沉淀而不存在于浸提液中，而硝酸會將菲汀部分氧化而使菲汀的量減少，因此鹽酸是菲汀提取的最佳溶劑。

2.2.4

中和劑種類對菲汀提取量的影響。由表6可見，不同的中和劑對菲汀的提取量有很大的影響，用NaOH（1 mol/L）的提取效果最差，而采用氨水（10%）雖然使菲汀的提取量有所提高，但遠不如使用堿石灰（10%）、NaHCO3（10%）和NaOH（1 mol/L）作為中和劑時菲汀的提取效果好。用氨水作為中和劑時比用NaOH作為中和劑時菲汀的提取量增加了5.05%，而采用混合中和劑時比用NaOH作為中和劑時菲汀的提取量增加了11.39%?？梢?，選擇混合中和劑時菲汀的提取量最多。

方差分析結(jié)果顯示，采用不同的中和劑提取菲汀的量不同。用混合中和劑時菲汀的提取量最大，而用NaOH（1 mol/L）作為中和劑時菲汀的提取量最小。由于單純的NaOH作為中和劑會使菲汀中有效金屬離子的含量減少，并且降低菲汀的沉淀率，而氨水會在菲汀中引入氮，這對于制備植酸及進行植酸檢測（蛋白質(zhì)的檢測）會產(chǎn)生不利影響，因此混合中和劑沉淀是最佳的選擇。

2.3菲汀含量測定結(jié)果

按照菲汀含量測定的原理進行測定20 g酒糟在以上獲得的最佳提取條件時提取菲汀0.366 1 g，使菲汀的提取率達到18.04%，遠高于常規(guī)提取不足10%的提取率。

菲汀含量的測定采用鐵鹽法，鐵鹽法是基于菲汀在酸性介質(zhì)中生成的植酸能與Fe3+定量的生成植酸鐵沉淀，過量的Fe3+用EDTA標準溶液反滴定。C6H8O24P6Mg4CaK+2H++Fe3+→C6H8O24P6Fe4↓+2K++4Mg2++Ca2+。EDTA與Fe3+之間以3∶1的比例發(fā)生反應，由此可以確定菲汀的含量。

X%=（V空白-V）·c×380.12×100×1.37/m

式中，X為純度（%），

V空白為空白試驗EDTA的用量，

V為實際消耗EDTA的用量，

c為EDTA的濃度，m為菲汀質(zhì)量。取2 g菲汀用上述原理進行含量測定其純度為0.936 9 g，獲得純菲汀1.873 8 g。

3結(jié)論

經(jīng)過多次正交試驗及單因素試驗確定了玉米酒糟中提取菲汀的最佳工藝條件。近幾年來，隨著國家經(jīng)濟的高度發(fā)展我國的酒精產(chǎn)量增長很快，年產(chǎn)已近千萬噸，相應產(chǎn)生了大約1 500萬t酒糟廢液. 國家批準建設了吉林燃料乙醇（60萬t） 、黑龍江華潤酒精（25萬t） 、河南天冠燃料乙醇（20萬t）和安徽豐原燃料酒精（12萬t） 4家定點生產(chǎn)廠。隨著燃料乙醇行業(yè)的開展，將會產(chǎn)生越來越多的酒糟。

通過該試驗的研究改善了現(xiàn)有的菲汀提取工藝條件，利用廢棄的原料來增加燃料乙醇發(fā)酵副產(chǎn)物的附加值，使燃料乙醇企業(yè)能夠良性的運轉(zhuǎn)下去，并且可以解決國內(nèi)外對菲汀的需求問題。

參考文獻

[1]

陳永.麩皮生產(chǎn)菲汀新工藝研究[J].化學工程師，2004，100（1）：61-62.

[2] 李亞文.提高肌醇收率的研究[J].精細化工，1993，10（1）：8-11.

[3] MATHEWS C F，CRASER R T，BAGLAY R J，et al.Genetic analysis of resistance to Type1 Diabetes in AL R/Lt mice，a NODralated strain with defenses against autoimmunemediated diabetogenic stress[J].Immunogenetecs，2003，55（7）：491.