甘草酸單銨鹽的制備及純化新工藝研究

史高峰，徐 靜，周寶華，鄧 麗，陳學(xué)福

(蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州730050)

甘草酸單銨鹽的制備及純化新工藝研究

史高峰，徐 靜，周寶華，鄧 麗，陳學(xué)福

(蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州730050)

考察了以甘草為原料，采用溶劑法制得甘草酸單銨鹽，并利用工業(yè)乙醇和80%乙醇為重結(jié)晶溶劑對其精制純化。通過對比實(shí)驗(yàn)，確定了新的溶劑法工藝條件為:熱回流法提取的甘草酸，經(jīng)工業(yè)乙醇浸提、濃氨水氨化，在酸化過程中，先加一定量冰乙酸調(diào)節(jié)pH到4.5，再加前述2倍量冰乙酸制得甘草酸單銨鹽粗品，其含量達(dá)66.7%，得率為2.58%。獲得了結(jié)晶精制純化工藝為:經(jīng)工業(yè)乙醇、80%的乙醇和工業(yè)乙醇對粗品交替重結(jié)晶三次，固液比分別為1∶40、1∶15和1∶40，最終甘草酸單銨鹽含量達(dá)80.1%，得率為1.36%。

甘草酸，甘草酸單銨鹽，冰乙酸，重結(jié)晶，乙醇

甘草酸單銨鹽(monoammonium glycyrrhizinate，簡稱MAG)為白色針狀結(jié)晶(稀乙醇)，熔點(diǎn)212～217℃(分解)，無臭，味甜［1］，可溶于熱水，極微溶于無水乙醇，幾乎不溶于氯仿、乙醚、苯，不溶于冰醋酸。它是一種高甜度、低熱量、安全無毒的甜味劑［2］，而且可作為制備甘草次酸［3－4］、高純度甘草酸［5］的中間體，因此被廣泛用于食品、醫(yī)藥和化妝品等行業(yè)。當(dāng)前MAG的制備主要采用溶劑法，即先冷浸制得甘草酸粗粉，再以它為原料經(jīng)浸提、氨化、酸化等步驟制得，文獻(xiàn)［2，6－8］對浸提所用溶劑及方法、氨化方法已作了改進(jìn)，并采用柱分離得到精品，但依然存在操作時(shí)間長或產(chǎn)品含量低等缺點(diǎn)。本文以甘草為原料，熱回流提取甘草酸，并對酸化方法作調(diào)整，最后通過不同濃度和固液比的乙醇重結(jié)晶得其精品，以高效液相色譜法測定其含量，旨在改進(jìn)MAG的制備及純化工藝，得到含量較高的產(chǎn)品，為工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脹果甘草 國外進(jìn)口;工業(yè)乙醇(乙醇含量95%) 工業(yè)級;甲醇、乙腈 天津光復(fù)精細(xì)化工研究所，色譜純;甘草酸單銨鹽標(biāo)準(zhǔn)品(含量75%)

Sigma公司;其它化學(xué)試劑 均為分析純。

SHZ－D(Ⅲ)型循環(huán)水泵 天津華鑫儀器廠;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE－3000 上海亞榮生化儀器廠;電子分析天平 FA－1004 上海恒平科學(xué)儀器有限公司;Survwyor高效液相色譜分析儀 配有PDA檢測器，美國Finnigan公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 甘草→熱回流→抽濾→真空濃縮→酸沉→水洗→干燥→浸提→脫色→真空濃縮→氨化→酸化→過濾→洗滌→重結(jié)晶→過濾→干燥→成品

1.2.2 MAG含量的測定方法 以從Sigma公司購買的含量為75%的MAG標(biāo)準(zhǔn)品作為對照，采用高效液相色譜(HLPC)法測定制得的MAG的含量。

1.2.2.1 HPLC色譜條件 色譜柱為SB－C18色譜柱(150×2.1mm，Agilet);流動(dòng)相:乙腈∶甲醇∶NH4Ac/HAc(0.1mol/L)=68∶32∶1;柱溫:20℃;流速:0.2mL/min;進(jìn)樣量:5μL。

1.2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 精密稱取MAG標(biāo)準(zhǔn)品1.45mg，甲醇定容于10mL容量瓶中作為儲備液，取該液1mL再以甲醇稀釋定容于10mL容量瓶中;自動(dòng)進(jìn)樣1、3、5、7、9μL，在上述色譜條件下檢測，每個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)品平行測定3次，求出峰面積平均值。以峰面積(Y)對濃度(X)進(jìn)行回歸，得線性方程:Y=1387.7X+43749，R=0.9993。結(jié)果表明，MAG進(jìn)樣量在1～9μL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

圖1 峰面積與濃度的線性關(guān)系圖

1.2.3 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.3.1 甘草酸的粗提 稱取甘草100.0g，切碎，加入含氨為 0.5%的 10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))乙醇水溶液800.0g，于80℃回流提取兩次，每次2h，過濾，合并提取液，真空濃縮至原體積的1/8，在劇烈攪拌下滴加經(jīng)稀釋過的硫酸(濃硫酸∶水=1∶1，V/V)，調(diào)節(jié)pH至1.5～2.0，放置3h，減壓過濾，濾餅用水洗滌pH至3.5，烘干得甘草酸粗品8.61g。

1.2.3.2 甘草酸的精提 將甘草酸粗品加入861.0g工業(yè)乙醇，于45～50℃回流提取兩次，每次2h，減壓過濾，合并濾液，加活性炭0.22g，于80℃煮沸20min，趁熱過濾，真空濃縮至70mL，得精制的甘草酸乙醇溶液。

1.2.3.3 氨化 將精制甘草酸液冷卻至室溫，在攪拌條件下滴加濃氨水調(diào)節(jié)pH至7.5，待黃色沉淀(甘草酸三銨鹽)不再產(chǎn)生后，放置0.5h。

1.2.3.4 酸化 將黃色沉淀先加入4.3mL的冰乙酸調(diào)pH至4.5，并于75℃保溫5～10min，然后冷卻至室溫，再加8.6mL的冰乙酸，放置結(jié)晶1h，過濾，分別用少量冰乙酸和無水乙醇洗滌，烘干得 MAG粗品2.58g。

1.2.3.5 甘草酸單銨鹽的精制純化 將該粗品加入103.2g工業(yè)乙醇，于80℃熱溶，趁熱過濾，濾液冷卻至室溫，析晶1h，過濾;所得固體加入38.7g 80%乙醇，于80℃熱溶，趁熱過濾，冷卻至室溫，析晶2h，過濾;所得固體再加入103.2g工業(yè)乙醇，于80℃熱溶，趁熱過濾，冷卻至室溫，析晶1h，過濾，干燥得精品1.36g。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱回流法提取甘草酸的確定

目前提取甘草酸的方法很多，如傳統(tǒng)的冷浸、熱浸、熱回流、滲漉等以及近年來發(fā)展起來的超聲波、微波輔提等方法［9－10］。冷浸、滲漉、熱浸等工藝操作時(shí)間較長(30h以上)，設(shè)備占用率高，增加了生產(chǎn)成本。超聲波、微波萃取法提取具有效率高、選擇性好、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，但目前還大多集中于實(shí)驗(yàn)室中的小批量研究［11］或中試研究，還沒有研發(fā)出配套成熟的工業(yè)化提取設(shè)備［12］。而文獻(xiàn)［7］認(rèn)為只有冷浸法提取甘草酸適合用溶劑法制備MAG，為此分別考察以水冷浸和含氨0.5%的10%乙醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù))溶液熱回流提取的甘草酸(固液比均為1∶8，g/g;次數(shù)均為兩次)用溶劑法制備MAG(其中酸化過程均為改進(jìn)后的，見2.2)，結(jié)果如表1。

表1 冷浸與熱回流提取甘草酸制備MAG的對比

通過表1可以看出，兩種方法所制備的MAG粗品含量基本接近，但后者操作時(shí)間短，得率(以原草計(jì)，下同)較高，表明熱回流較冷浸提取的甘草酸更適合用溶劑法制備MAG。

2.2 酸化方法的改進(jìn)

熱回流法提取的甘草酸粗品，經(jīng)工業(yè)乙醇精提、濃氨水氨化后，向甘草酸三銨鹽加入冰乙酸，除生成MAG外，還生成乙酸銨，它與反應(yīng)剩余的乙酸形成乙酸銨—乙酸緩沖溶液。在該酸性緩沖體系中，隨著酸度的提高，MAG的溶解度逐漸下降而較快地析出，若全為冰乙酸時(shí)，MAG不溶，即溶解度約為0;當(dāng)調(diào)節(jié)pH到4.5時(shí)(理論計(jì)算［13］此時(shí)乙酸銨∶乙酸 =1∶1.4)，MAG會(huì)緩慢析出，若再向其中加入一定量的冰乙酸調(diào)節(jié)該溶液酸度，MAG就會(huì)以合適的速度析晶，含量也會(huì)較高。需要注意的是，此過程中大量雜質(zhì)也要逐漸析出，故控制析晶速度，盡可能有利于目標(biāo)物的析出成為解決問題的關(guān)鍵。為此考察冰乙酸不同的再加入量對MAG粗品含量的影響，結(jié)果見表2。

表2 乙酸不同再加入量對MAG粗品含量的影響

由表2可知，不再加冰乙酸與其他再加冰乙酸所得的粗品，其含量都低，可能是由于析出時(shí)間太長，析出速度太慢，大量雜質(zhì)伴隨析出;而冰乙酸加入越多，析出相對較快，所得粗品含量越高;同時(shí)，再加3倍與再加2倍的冰乙酸所得粗品相比較，含量都較高且析出時(shí)間短，但冰乙酸加入量越大，對設(shè)備的要求越高，成本越高，從經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化的角度考慮，再加2倍的冰乙酸比較合理。

2.3 MAG的精制純化

為了得到含量較高的MAG，以乙醇溶液重結(jié)晶溶劑，考察重結(jié)晶的最佳固液比、次數(shù)以及方法對其含量的影響。

2.3.1 重結(jié)晶溶劑對應(yīng)的固液比的選擇 由于MAG粗品在不同溶劑(80℃)中的溶解度不同，要求固液比也就不同，進(jìn)而決定其溶解和析晶速度，導(dǎo)致含量不同。分別以工業(yè)乙醇和80%的乙醇溶液為溶劑重結(jié)晶(一次)，考察其純化效果，結(jié)果見表3。

表3 工業(yè)乙醇和80%乙醇對MAG粗品結(jié)晶純化效果的對比

從表3可看出，兩種溶劑均可作為重結(jié)晶的溶劑，使MAG的含量提高;從產(chǎn)品含量、得率和操作時(shí)間上綜合考慮，當(dāng)選用工業(yè)乙醇時(shí)，最佳固液比為1∶40;當(dāng)選用80%乙醇時(shí)，最佳固液比為1∶15。

2.3.2 重結(jié)晶(同種溶劑)次數(shù)對MAG含量的影響

對于上述兩種溶劑，以確定的最佳固液比，分別考察重結(jié)晶次數(shù)對MAG純化效果的影響，結(jié)果見表4和表5。

表4 重結(jié)晶(工業(yè)乙醇)次數(shù)對MAG含量和得率的影響

表5 重結(jié)晶(80%乙醇)次數(shù)對MAG含量和得率的影響

從表4、表5可以看出，在所用溶劑不變的條件下，增加重結(jié)晶的次數(shù)，其含量只有小幅度提高。

2.3.3 溶劑交替重結(jié)晶對MAG含量的影響 由于在同種溶劑條件下，難以用多次重結(jié)晶達(dá)到理想的純化效果，考察使用兩種溶劑交替重結(jié)晶對其純化效果，結(jié)果見表6。醇、80%乙醇重結(jié)晶，以此類推。

表6 兩種溶劑交替重結(jié)晶對MAG含量的影響

從表6可以看出，當(dāng)交替使用這兩種溶劑時(shí)，可以較大程度地提高M(jìn)AG含量，特別是采用工業(yè)乙醇、80%乙醇和工業(yè)乙醇的順序交替重結(jié)晶，含量提高到了80.1%。

2.3.4 精制純化重現(xiàn)性效果驗(yàn)證 準(zhǔn)確稱取含量為66.7%的MAG粗品2.58g，依次按固液比1∶40、1∶15和1∶40加入工業(yè)乙醇、80%乙醇、工業(yè)乙醇三次重結(jié)晶，得MAG精品1.35g，含量為80.2%。精制純化效果表明，該工藝重現(xiàn)性好。

3 結(jié)論

3.1 通過對比實(shí)驗(yàn)，確定了改進(jìn)的溶劑法工藝條件為:熱回流提取的甘草酸，經(jīng)工業(yè)乙醇精提、濃氨水氨化后，在酸化過程中，先加一定量冰乙酸調(diào)節(jié)pH到4.5，再加前述2倍量冰乙酸制得MAG粗品，其含量達(dá)66.7%，得率為2.58%，該工藝操作時(shí)間短，粗品含量和得率高。

3.2 獲得了MAG的精制純化工藝為:用工業(yè)乙醇、80%乙醇和工業(yè)乙醇交替重結(jié)晶三次，固液比分別為1∶40、1∶15和1∶40，最終的MAG含量達(dá)80.1%，得率為1.36%，該工藝重現(xiàn)性好，可為工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

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Study on new process for the production and purification of monoammoniun glycrrhizinate

SHI Gao－feng，XU Jing，ZHOU Bao－h(huán)ua，DENG Li，CHEN Xue－fu
(Institute of Petro－Chemical Technology，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

Through solvent process，monoammoniun glycrrhizinate was gained from radix glycyrrhizae，and it was refined through recrystallization method using the solvent—industrial alcohol and 80% alcohol.The improve conditions of solvent process were found by the contrast experiment，they were glycrrhizin extracted hot reflux，and then digestioned by industrial alcohol，aminateed by stronger ammonia water，treated through first dropwise a certain quality of glacial acetic acid into triammonium glycyrrhizinate at pH 4.5 and then dropwise 2 times of glacial acetic acid mentioned earlier，purity and yield of crude monoammoniun glycrrhizinate were 63.3%and 2.58%.Following the optimum conditions，recrystallization were tested，they were treated by recrystaled in sequence of industrial alcohol，80%alcohol and industrial alcohol with solid－to－liqid ratio of 1∶40，1∶15，1∶40 for crude monoammoniun glycrrhizinate，purity and yield of monoammoniun glycrrhizinate were 80.1%and 1.36%after all.

glycrrhizin;glacial acetic acid;monoammoniun glycrrhizinate;recrystal;alcohol

TS201.1

A

1002－0306(2011)04－0324－03

2010－04－07

史高峰(1963－)，男，博士，教授，主要從事天然藥物、天然有機(jī)合成及生物化工等方面的研究。