CN109785908A

CN109785908A - 三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法

Info

Publication number: CN109785908A
Application number: CN201811609443.5A
Authority: CN
Inventors: 姚传义; 吕荣森; 陈翠雪; 卢英华
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2019-05-21

Abstract

三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，涉及香兰素与异香兰素。配制洗脱液；配制香兰素与异香兰素样品液；采用异步切换模拟移动床色谱***将所得到的香兰素与异香兰素样品液分离，获得香兰素和异香兰素。采用异步切换模拟移动床色谱***，成功地分离了香兰素与异香兰素，实现连续化和规模化的制备拆分目的。在不增加设备投入及溶剂消耗的情况下，增大了进料流量，得到回收率、纯度均高于99.0％的香兰素和异香兰素。本发明具有产量高、溶剂消耗低、自动化连续生产等优点，可制得质量稳定的产品，是一种极具商业化应用前景的分离技术。

Description

三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法

技术领域

本发明涉及香兰素与异香兰素，尤其是涉及三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法。

背景技术

香兰素(Vanillin)，化学名为3-甲氧基-4-羟基苯甲醛，分子式为C₈H₈O₃，分子量为152.15g/mol,常态下为白色至浅黄色晶体，熔点为81℃，分子结构式为：

香兰素是目前世界上供求量最大的合成香料，广泛用于食品添加剂、化学品、烟草行业的调味剂或定香剂，也可作为合成某些重要的精细化学品的起始原料，同时也因其抗氧化性和抗菌性，也可用作食品防腐剂([1]杨文文,吴秋林,唐鸿志,等.“香料皇后”——天然香兰素生物合成的研究进展[J].微生物学通报,2013,06):1087-1095；[2]Fache M,Boutevin B,Caillol S.Vanillin production from lignin and its use as arenewable chemical[J].ACS Sustainable Chemistry&Engineering,2016,4(1):35-46)。此外，香兰素可以用于有机分析的标准试剂，如检验蛋白质间苯三酚等。

人工合成香兰素的过程中会同时产生大量的副产物，以愈创木酚或木质素为原料的合成工艺中，乙基香兰素、丁香醛、邻香兰素、异香兰素等为常见的副产物，影响香兰素产品的品质([3]Walton N J,Mayer M J,Narbad A.Vanillin[J].Phytochemistry,2003,63(5):505-515)。这些副产物大多与香兰素有着类似的理化性质，常规方法在进行香兰素纯化时的效率比较低。大多数研究者采用结晶法作为纯化香兰素产品的最后一道工序，通过不同物质在溶剂中的溶解度差异，随着温度降低，溶解度低的物质会先结晶出来，达到分离目的。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供可实现香兰素与异香兰素的高度纯度分离的三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法。

本发明包括以下步骤：

1)配制洗脱液；

在步骤1)中，所述配制洗脱液的具体方法可为：将乙醇和水混合，经过滤、超声处理，得洗脱液；所述乙醇和水按的体积比可为35︰65；所述超声的条件可为30～50kHz，10～20min。

2)配制香兰素与异香兰素样品液；

在步骤2)中，所述配制香兰素与异香兰素样品液的具体方法可为：将香兰素与异香兰素用步骤1)配制的洗脱液溶解，得到样品液；所得样品液中香兰素与异香兰素的质量浓度可为0.5g/L；

3)采用异步切换模拟移动床色谱***将步骤2)所得到的香兰素与异香兰素样品液分离，获得香兰素和异香兰素。

在步骤3)中，所述异步切换模拟移动床色谱***的固定相为反相C₁₈填料，流动相为步骤1)配制的洗脱液；异步切换模拟移动床色谱***主要由：4根制备色谱柱、3个恒流泵、4个电磁阀、4个单向阀、4个单片机控制器和若干连接管路组成开环三区带模拟移动床***，通过计算机设置的控制程序实现定时切换，每经过一个切换时间，通过电子阀切换实现各个端口流动相上移动一个柱子单位。4根柱子分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个区，其中Ⅰ区包含1根色谱柱，位于洗脱液入口与萃取液出口之间，Ⅱ区包含1根色谱柱，位于萃取液出口与样品液入口之间，Ⅲ区包含2根色谱柱，位于样品液入口与萃余液出口之间。Ⅰ区主要功能是洗脱产物异香兰素；Ⅱ区主要功能是实现异香兰素浓缩；Ⅲ区主要功能是富集产物香兰素。

将步骤2)所配制的样品液和步骤1)配制的洗脱液分别从样品液入口和洗脱液入口通过进样泵和洗脱泵注入色谱***，样品液入口、洗脱液入口、萃取液出口、萃余液出口异步沿着洗脱液流动方向切换至下一根色谱柱，含异香兰素的萃取液和含香兰素的萃余液分别从萃取液出口和萃余液出口流出***。

所述异步切换模拟移动床色谱***的拆分操作的参数条件为：洗脱液流速为2mL/min，样品液流速为0.471mL/min，萃取液流速为0.962mL/min，切换时间间隔为18min，操作温度为25℃。

本发明的有益效果如下：

本发明采用异步切换模拟移动床色谱***，成功地分离了香兰素与异香兰素，实现连续化和规模化的制备拆分目的。在不增加设备投入及溶剂消耗的情况下，增大了进料流量，得到回收率、纯度均高于99.0％的香兰素和异香兰素。本发明具有产量高、溶剂消耗低、自动化连续生产等优点，可制得质量稳定的产品，是一种极具商业化应用前景的分离技术。

附图说明

图1为本发明所述异步切换模拟移动床色谱***的结构组成示意图。

图2为本发明所述萃取液出口、萃余液出口、样品液入口、洗脱液入口通过异步切换策略向流动相流动方向切换的示意图。在图2中，初始区带构型为1/1/2。

具体实施方式

下面结合分离实施例和附图进一步说明本发明。

图1给出本发明所述异步切换模拟移动床色谱***的结构组成示意图，异步切换模拟移动床色谱***设有泵1、色谱柱2、限压阀3、切换阀4、4个四通5和单向阀6，所述样品液和洗脱液分别由进样液恒流泵和洗脱液恒流泵输送到进料液阀和洗脱液阀，所述进料液阀和洗脱液阀均为1进4出的切换阀4，并且在切换阀4内任一时刻只有一个出口与一个进口相连通；4根色谱柱2相互串联在一起，每根色谱柱的进口端连接一个四通，四通的另外三个口分别接上一根色谱柱的出口、进样液阀和洗脱液阀，每根色谱柱的出口端也连接一个四通，该四通的另外三个口分别连接下一根色谱柱的进口、萃取液阀和萃余液阀。萃取液阀和萃余液阀均为4进1出的切换阀，萃取液阀的出口连接萃取液恒流泵，萃取液恒流泵外接一个备压阀；萃余液阀的出口与萃余液收集瓶连接，相邻四通之间设有单向阀6；通过控制四个切换阀的出口和入口，可以设置三个区带中的色谱柱数目，从而构成开环的三区带模拟移动床***。

图2为本发明所述萃取液出口、萃余液出口、样品液入口、洗脱液入口通过异步切换策略的示意图。图中所示初始构型为1/1/2，经过0.51t_s时间后，进样口沿流动相的方向前进一根色谱柱，此时***的构型为1/2/1；经过0.76t_s后，萃取液出口沿流动相的方向前进一根色谱柱，此时***的构型为2/1/1；经过t_s后，洗脱液进口和萃余液出口同时沿流动相的方向前进一根色谱柱，完成了一个周期的切换。

本发明实施例包括以下步骤：

1)配制洗脱液；将乙醇和水混合，经过滤、超声处理，得洗脱液；所述乙醇和水按的体积比可为35︰65；所述超声的条件可为30～50kHz，10～20min。

2)配制香兰素与异香兰素样品液：将香兰素与异香兰素用步骤1)配制的洗脱液溶解，得到样品液；所得样品液中香兰素与异香兰素的质量浓度可为0.5g/L；

3)采用异步切换模拟移动床色谱***将步骤2)所得到的香兰素与异香兰素样品液分离，获得香兰素和异香兰素。所述异步切换模拟移动床色谱***的固定相为反相C₁₈填料，流动相为步骤1)配制的洗脱液；异步切换模拟移动床色谱***主要由：4根制备色谱柱、3个恒流泵、4个电磁阀、4个单向阀、4个单片机控制器和若干连接管路组成开环三区带模拟移动床***，通过计算机设置的控制程序实现定时切换，每经过一个切换时间，通过电子阀切换实现各个端口流动相上移动一个柱子单位。4根柱子分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个区，其中Ⅰ区包含1根色谱柱，位于洗脱液入口与萃取液出口之间，Ⅱ区包含1根色谱柱，位于萃取液出口与样品液入口之间，Ⅲ区包含2根色谱柱，位于样品液入口与萃余液出口之间。Ⅰ区主要功能是洗脱产物异香兰素；Ⅱ区主要功能是实现异香兰素浓缩；Ⅲ区主要功能是富集产物香兰素。

以下给出具体实施例。

分离实施例1

a、操作条件

流动相：乙醇︰水体积比为35︰65溶液；

进样浓度：香兰素与异香兰素进样浓度为0.5g/L；

洗脱液流速：U_d＝2mL/min；

萃取液流速：U_e＝0.962mL/min；

进样液流速：U_f＝0.471mL/min；

萃余液流速：U_r＝1.509mL/min；

切换时间：T_s＝18.0min。

b、分离步骤

将异香兰素和香兰素在所配制的流动相中充分溶解，浓度为0.5g/L，样品液和洗脱液依次从进样口和洗脱液入口注入异步切换模拟移动床色谱***，通过异步切换模拟移动床色谱***的控制器，经过9.28min后，进样口沿流动相的方向前进一根色谱柱，经过13.7min后，萃取液出口沿流动相的方向前进一根色谱柱，经过18min后，洗脱液进口和萃余液出口同时沿流动相的方向前进一根色谱柱，完成了一个周期的切换。

c、成品分析

用反相C₁₈填料制备的色谱柱，色谱柱规格为i.d.4.6mm×150mm，检测器为UV230Ⅱ紫外检测器，流动相为乙醇︰水＝35︰65(V︰V)，流量为0.5mL/min，柱温25℃，进样量20μL，检测波长为260nm，分析萃取液和萃余液组成。萃取液中异香兰素产品纯度达到99.3％，回收率为99.1％，萃余液种香兰素产品纯度达到99.0％，回收率为99.8％。

本发明采用C₁₈硅胶为固定相，35％乙醇水溶液为流动相，将样品异香兰素与香兰素溶于流动相中，得到样品液，所得的样品液用构建了三区带模拟移动床***连续分离，分别得到了单一构型的异香兰素和香兰素；本发明采用三区带异步切换模拟移动床色谱***，在反相条件下得到异香兰素与其同分异构体香兰素，得到的产品纯度均高于99.0％；本发明在不增加设备投入的情况下，具有产量增高、降低固定相损耗、减少流动相消耗、自动化连续生产等优点。

Claims

1.三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)配制洗脱液；

2)配制香兰素与异香兰素样品液；

2.如权利要求1所述三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于在步骤1)中，所述配制洗脱液的具体方法为：将乙醇和水混合，经过滤、超声处理，得洗脱液。

3.如权利要求2所述三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于所述乙醇和水按的体积比为35︰65。

4.如权利要求2所述三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于所述超声的条件为30～50kHz，10～20min。

5.如权利要求1所述三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于在步骤2)中，所述配制香兰素与异香兰素样品液的具体方法为：将香兰素与异香兰素用步骤1)配制的洗脱液溶解，得到样品液；所得样品液中香兰素与异香兰素的质量浓度为0.5g/L。

6.如权利要求1所述三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于在步骤3)中，所述异步切换模拟移动床色谱***的固定相为反相C₁₈填料，流动相为步骤1)配制的洗脱液；异步切换模拟移动床色谱***由：4根制备色谱柱、3个恒流泵、4个电磁阀、4个单向阀、4个单片机控制器和若干连接管路组成开环三区带模拟移动床***，通过计算机设置的控制程序实现定时切换，每经过一个切换时间，通过电子阀切换实现各个端口流动相上移动一个柱子单位；4根柱子分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个区，其中Ⅰ区包含1根色谱柱，位于洗脱液入口与萃取液出口之间，Ⅱ区包含1根色谱柱，位于萃取液出口与样品液入口之间，Ⅲ区包含2根色谱柱，位于样品液入口与萃余液出口之间。

7.如权利要求6所述三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于所述Ⅰ区主要功能是洗脱产物异香兰素；Ⅱ区主要功能是实现异香兰素浓缩；Ⅲ区主要功能是富集产物香兰素。

8.如权利要求6所述三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于将步骤2)所配制的样品液和步骤1)配制的洗脱液分别从样品液入口和洗脱液入口通过进样泵和洗脱泵注入色谱***，样品液入口、洗脱液入口、萃取液出口、萃余液出口异步沿着洗脱液流动方向切换至下一根色谱柱，含异香兰素的萃取液和含香兰素的萃余液分别从萃取液出口和萃余液出口流出***。

9.如权利要求6所述三区带异步切换模拟移动床分离香兰素与异香兰素的方法，其特征在于所述异步切换模拟移动床色谱***的拆分操作的参数条件为：洗脱液流速为2mL/min，样品液流速为0.471mL/min，萃取液流速为0.962mL/min，切换时间间隔为18min，操作温度为25℃。