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黄姜皂素废渣生产乙酰丙酸的研究

黄姜皂素废渣生产乙酰丙酸的研究 郑爽 Production of levulinic acid from turmeric saponin residue study (一)立项依据与研究内容 立项依据 黄姜皂素废渣属于有机固体废物范畴,其特点在于有机质含量高,含水量低,具有可生化降解性。目前,主要是采取焚烧或土地填埋的方法处理皂素生产废渣,有些地方甚至将其长期堆放于垃圾场,潜在威胁着周围环境。这从资源利用和环境治理两方面考虑都是不科学的。 乙酰丙酸优良的反应活性,制备多种多样的有用化合物及新型高分子材料,包括树脂、医药、燃料、农药、染料、涂料、溶剂、橡胶和塑料助剂、润滑油添加剂及表面活性剂等。 在医药工业中,乙酰丙酸钙盐作为食品营养强化剂,有助于骨质的形成及神经和肌肉的正常兴奋性的维持,被用于静脉注射剂,还可作为一种新型补钙制剂(BQ. et al.2001),同时也被用于消炎药及植物激素。 在轻工业中,乙酰丙酸、乙酰丙酸胍盐、乙酰丙酸酯和乙酰丙酸乙醇胺盐被加入到洗发剂、染色剂等毛发化妆品中,能够增加毛发柔软度,改善产品质量(zel et al.2000)。在聚合物和其他材料中,乙酰丙酸制取的双酚酸(DPA)有广泛的应用前景,作为一种新型高分子材料单体,应用价值非常广泛。 在食品和香料工业中,乙酰丙酸酯,γ-戊内酯和α-当归内酯,均可用作食品添加剂和香料原料。新型香料乙酰丙酸乙酯,主要用于去除烟草香精中尼古丁和水果保鲜(何柱生 2001)。 除此之外,防冻剂、表面活性剂、清洁剂、柔软剂、乳化剂、防腐剂、和合成树脂改性剂等产品中间也有乙酰丙酸及其某些衍生物。作为一种具有优良性质的新型绿色平台化合物,乙酰丙酸已经引起世界许多研究者的关注(苏萍 2008) 可行性分析 大量的粗纤维、粗多糖、粗脂肪、淀粉、粗蛋白、微量元素及氨基酸(马逊风 2004;刘萍和张海英 2002)存在于黄姜皂素生产废渣中,这些都是宝贵的生物资源。基于此目的,国内外许多研究者积极开展研究实践活动,提出黄姜皂素废渣资源化处理措施。国际上,皂素废渣研究很少报导,但其它类型农业废弃物,例如作物秸秆(窦克军和孙春宝 2007;金花等 2007;胡敏和何昌义 2006)、果渣(常显波等 2004;崔洪斌等 2004;曹日亮等 2003)等处理方法很多,已有部分成熟技术及产业化利用。这些研究大多针对农业废弃物生产饲料、燃料(如沼气生产等)、肥料及工业材料(如活性炭)等(唐懋华和成维东 2005;杨松全和潘永全 2000;王慧杰 2000)。由于这些废弃物性质相似,因而可以在处理方法及技术上借鉴应用。 对于黄姜皂素废渣的生物质转化,国内外利用生物技术的研究还没有报导。皂素废渣中的粗纤维、粗脂肪、淀粉及粗多糖等物质,具备转化为新型绿色平台化合物的潜力,有待我们进一步研究。 乙酰丙酸制备方法的研究进展: 糖醇水解法: 代表工艺如下: a.宇部兴产公司(李锦春 1997)采用的溶剂为有机酸,有机酸的离解常数为 10-6~10-4,以盐酸作为催化剂。工艺条件为:每 100 g 糠醇加入 300~800 g 有机酸,30~100 g 水,0.3~0.8 mol 盐酸,于 60~80 ℃下反应一定时间,乙酰丙酸的物质的量产率高达 89.5%。 b.美国固特里奇公司(李锦春;Hs CC. et al. 1980),采用两步法制备乙酰丙酸:第一步是先在邻苯二甲酸二甲酯溶剂中,用 37%的盐酸与丁醇处理糠醇,得到中间产物乙酰丙酸丁酯;第二步是用盐酸与乙酰丙酸丁酯共热,反应得到乙酰丙酸。 c.法国有机合成公司(李锦春 1997)以盐酸为催化剂,采用乙酰丙酸为反应溶剂,目的在于避免其它溶剂在反应中生成杂质,从而导致产品不纯。工艺条件为:每摩尔糠醇加入 30%~100%溶剂乙酰丙酸,1.5~10 mol 水,加入水质量 2~20%的催化剂,在常压条件下于60~100 ℃反应一定时间,乙酰丙酸的物质的量得率达到83.0%,纯度为98.8%。 综上所述,生物质资源制备乙酰丙酸的技术已相当成熟,该研究可行性较强,具有一定研究价值。 2.生物质直接水解法: 3.间歇催化水解法:间歇催化水解法制备乙酰丙酸是原料反应与产品提纯两阶段分开,首先在反应器中一次性加入生物质原料,进行催化水解,反应结束后,将水解液进行提取分离,然后纯化得到乙酰丙酸成品.成熟的工艺如下: a.Qi Fang 和 Milford A.Hanna(2002)先将高粱粉与不同浓度的稀硫酸混合均匀后,将其投入

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