CN101367852B

CN101367852B - 一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法

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Publication number: CN101367852B
Application number: CN2008102160654A
Authority: CN
Inventors: 王德骥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101367852A

Abstract

本发明公开一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法，解决现有提工艺，由于甜菊叶中所含的甜菊糖苷成份属热敏性物质，在提取过程中，遇酶和高温容易引起氧苷键断裂，降解，降低甜味，而必须采用多道温水浸工艺，本发明采用工艺路线是，连续逆流法提取--天然沸石悬浮渣汁处理--改性膨润土絮凝沉淀处理--微孔或膜过滤--ADS-4和ADS-7树脂吸附--洗脱--外加热式双效浓缩--真空连续干燥。本发明的有益效果是，甜菊糖苷的提取速度快，效率高，甜菊糖苷的提取率可达90％以上，甜菊糖苷中的热敏物质不被破坏和降解，采用本发明的方法，可使生产过程自动化、连续化、模块化、减少认为操作影响和占地面积、减少水的消耗和废液的排放、提高出品率、降低生产成本。

Description

一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法

所属技术领域

本发明涉及一种植物成分提取方法，特别是一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法。

背景技术

甜菊糖苷是继甘蔗糖、甜菜糖的第三大类天然糖源，亦是第一大类低热量的天然糖源，其甜度是蔗糖的150-300倍，热量仅及蔗糖热量的1/300，是理想的低热量天然糖源。甜菊糖苷是来自含有甜菊糖苷成份的甜菊叶子提取(萃取)加工而成。甜菊叶种植容易，气候地理适应能力强，来源丰富，是一种颇有前途经济作物。甜菊叶种植起源于南美巴拉圭，由日本引种成功而传至中国。中国现在已经是全世界甜菊叶最大种植国，也是甜菊糖苷的最大生产国和出口国。

从上世纪七八十年代到现在，甜菊叶对甜菊糖苷成份的提取都是采取水浸提取过滤、除杂、吸附洗脱、交换离子脱盐脱色及活性炭脱色、多道蒸发、浓缩，最后喷雾干燥制粒的生产工艺，由于甜菊糖苷成份在提取过程中系热敏性物质，因而其水浸提取不能高温高压，除含糖苷外，还含有多种悬浮物、胶体、微粒杂质，而提取生产工艺冗长复杂，至上世纪以来一直处于阶段机械化或阶段半机械化生产状态，离现代化生产要求尚有相当大的距离。

由于甜菊叶中所含的甜菊糖苷成份属热敏性物质，在甜菊叶的提取过程中，遇酶和高温容易引起氧苷键断裂，降解，降低甜味，改变性能，正是这个特点造成了提取工艺技术的难度和复杂性，亦影响了提取的生产率和制成率的提高。这甜味成份的热敏性特点，影响采用高温、高压的高效提取方法，同时，在现在喷雾干燥制粒工序中，由于高温喷雾干燥的影响，一定程度上降解了甜味成份。这个特点相当大的程度上给甜菊叶提取生产流程实现自动化、连续化、高效提取技术化带来了困难。甜菊叶中所含甜味成份较高含量在10-15％，但工序冗长，重复和损耗，无疑对甜菊糖苷提取率提高有很大影响，还有活性炭脱色，吸附树脂的选择不当，都影响了制成率的提高。

现行各家的提取工艺大同小异，多年来没有多大的改变，现有技术基本上采用的工艺是：(1)甜菊叶—(2)多道温水浸提取(包括敞锅式及罐溶方式)—(3)絮凝沉淀—(4)板框过滤—(5)大孔吸附树脂吸附—(6)阳、阴离子交换吸附—(7)活性炭脱色—(8)板框过滤—(9)蒸发浓缩—(10)喷雾干燥制粒—(11)振动筛分成品。

现有上述常规提取甜菊糖苷生产工艺，在生产过程中间还有若干辅助工艺设施，例如醇回收，微孔过滤等。

现有上述常规提取甜菊糖苷生产工艺的缺点是：工序道数多，生产流程长，周期长，占地面积大，设备多，生产不连续化，自动化程度低，部分工序实现阶段机械化生产，损耗大，生产率和制成率低，生产成本高。

为了解决目前甜菊行业的浓缩效果低，浪费大，产品纯度低，树脂使用寿命短，中国专利公布的CN101117345A公开了一种采用集成膜(二级)分离工艺提取甜菊糖苷的方法，一定程度上集中，简化了流程工序。此法不足的是提取的低效率和喷雾干燥制粒的损耗，降解仍然没有得到解决，且离自动化，连续化尚有相当距离。

发明目的

为解决现有技术甜菊叶中提取甜菊糖苷的方法存在的上述技术不足，本发明设计甜菊叶中提取甜菊糖苷的方法，该方法采用连续逆流法对甜菊糖苷进行提取，取代传统的水多道温水浸法对甜菊糖苷进行提取及其配套的相关工艺，克服了现有技术的不足。

该方法的理论根据是依据甜菊叶提取物成份的性质和特点，甜菊叶的提取物成份→甜菊糖苷是甜菊苷(Stevioside)、甜菊苷A(rebaudiosiedA)；甜菊苷B(rebaudio-sideB)甜菊苷C等的混和物，主要成份有8种，其中有甜味的有6种，之间的区别，是相同的苷元-配糖基(亦称甜菊醇)在氧苷键上结合糖基的种类，数量和构成不同，例如图2的甜菊苷和甜菊苷A，都是相同的苷元在C-13位以氧苷键连接2个或3个不同数量的葡糖苷，从而形成不同的甜度和甜味。

甜菊苷和甜菊苷A其C-19位连接葡糖基的酯键在提取过程中，对水温、酸、酶等都是相对稳定的，而C-13位连接葡糖基的氧苷键，对于水温、酸、酶等相对来说容易裂解，也就是说在高温下，在酸、碱催化作用下容易产生键断裂，由于甜菊中提取物成份在提取过程中属于热敏性物质，应尽量在低温条件下水提取，防止水解反应的产生，以免提取物分子因连接结构裂解发生变化，引起甜菊糖苷的甜味和甜度发生变化。

由上述分析论述可看出，制定萃取甜菊叶提取物成份-甜菊糖苷的生产技术工艺和过程，必须围绕甜菊叶提取物在提取过程中属热敏性物质这个特点进行，该技术关键是制约本行业必须采用低温水浸提取工艺的原因，同时也是甜菊糖苷生产中出现难度和复杂性的原因。

本发明实现发明目的采用的具体技术方案是，该方法步骤包括：

(1)采用连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，连续逆流法为甜菊叶被螺旋方式自下往上的运动方式挤压运动，溶液自上往下经过甜菊叶对甜菊糖苷进行提取，溶液与甜菊叶始终保持高浓度梯度，甜菊叶的残渣经螺旋向上的挤压运动后，在上端被挤出，溶液对甜菊叶中的甜菊糖苷进行提取后，成粗糖液，在下端被回收；

(2)将步骤(1)粗糖液，采用天然沸石进行予除处理，即粗糖液经过天然沸石固定床进行悬浮渣汁的予处理；

(3)将步骤(2)除渣处理的粗糖液，采用酸活化季胺有机改性膨润土絮凝沉淀处理：

(4)将步骤(3)絮凝沉淀处理粗糖液，进行微孔或膜过滤得生糖液：

(5)将步骤(4)过滤的生糖液，采用ADS-4和ADS-7树脂吸附；

(6)将吸附在ADS-4和ADS-7树脂吸上的甜菊糖苷的有效成分洗脱，得甜菊糖苷洗脱精糖液；

(7)将步骤(6)的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用外加热式双效浓缩，得浓缩的甜菊糖苷洗脱精糖液；

(8)将步骤(7)浓缩的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用真空连续干燥得甜菊糖苷成品。

本发明的有益效果是，甜菊糖苷的提取速度快，效率高，甜菊糖苷的提取率可达90％以上，甜菊糖苷中的热敏物质不被破坏和降解，采用本发明的方法，可使生产过程自动化、连续化、模块化、减少认为操作影响和占地面积、减少水的消耗和废液的排放、提高出品率、降低生产成本。

具体实施方式

甜菊叶中提取甜菊糖苷的方法，该方法步骤包括：

(1)采用连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，连续逆流法为甜菊叶被螺旋方式自下往上的运动方式挤压运动，溶液自上往下经过甜菊叶对甜菊糖苷进行提取，溶液与甜菊叶始终保持高浓度梯度，甜菊叶的残渣经螺旋向上的挤压运动后，在上端被挤出，溶液对甜菊叶中的甜菊糖苷进行提取后，成粗糖液，在下端被回收。

该工艺步骤中，集萃取、连续、动态提取为一体，甜菊叶以机械螺旋方式自下往上的运动方式前进，而溶液(水)则以逆流(与甜菊叶的运动方向相反)流动，甜菊叶以机械螺旋方式自下往上的运动的过程中，甜菊糖苷有效成分被连续地浸出，甜菊叶残渣在上端被挤出，同时溶液(水)从高端进入，在重力作用下，在渗透甜菊叶流向低端过程中浓度不断加大，最终提取液由下端(低端)被回收。

由于甜菊糖苷提取物在提取过程的热敏性原因，影响在提取过程中采用酸酶和高温高压的高效技术措施。为了保证提取物的品质，甜菊叶普遍采用低温水浸提取工艺。这个工艺过程，本质上是一种处理固液混和物的同一液体(水)的萃取。以扩散理论为基础，当固体(甜菊干叶)与溶剂(水、醇)经过长时间接触后，溶质(即甜菊叶提取物-----甜菊糖苷)完全溶解时，甜菊叶空隙的液体浓度将等于周围液体的浓度。即使延长时间也不易改变，达到了平衡。因此浓度差是渗透或扩散的动力。物质(即甜菊叶提取物)的扩散速率可借用费克第一扩散定律来说明

ds/dt＝—DF ds/dx——(1)

式中：dt—扩散时间

ds—dt时间内物质(溶质)扩散量；

F—扩散面积，即甜菊叶的大小和表面状态；

ds/dx—浸取液体浓度梯度；

D—扩散系数，负号表示扩散趋向平衡时浓度的降低，与温度成正比，与液体黏度成反比。

从式(1)可以看出，在水浸提取中，扩散速率ds/dt与扩散面积F、扩散过程中的浓度梯度ds/ds和水温度成正比关系，与液体的黏度成反比。实验表明，浸取速率主要由内部扩散所决定，内部扩散与许多因素有关，式(1)和D表明，当温度T受到限制时，扩散面积一定时，对提取速率起主导作用的是提取浓度梯度和甜菊干叶空隙的内外液体黏度。显然，常规的水浸提取法，在一定时间内就会饱和平衡，浸取液体由水的黏度向具有一定糖水的液体黏度增加，浸取速率即使延长时间，变化也不大，只有重新改变浸取液体黏度和浸取液体浓度梯度，才能继续有效提取。该工艺步骤根据上述理论，采用连续逆流法对甜菊糖苷的提取，随时变换甜菊叶周围的浸取液黏度和浓度梯度，始终保持最大的浸出浓度梯度和浸取液的最小黏度，这就是该工艺步骤可以提高浸出速率的技术关键。

由于甜菊叶与周围的溶液(水)的浓度差对于浸出速率起到决定作用，该工艺步骤中增加溶液(水)与甜菊叶的作用接触面积，增加浓度梯度、扩散和平衡，确保了最大的平衡极限，同时可获得较高的效率和浸出浓度，总效率相当于3-7次扩散、平衡及分离阶段。有效成分提取率可达到90％以上。

(2)将步骤(1)粗糖液，采用天然沸石进行予除处理，即粗糖液经过天然沸石固定床进行悬浮渣汁的予处理。

本发明步骤(1)获得的粗糖液，呈暗褐色的浑浊状，该工艺步骤的目的是将呈暗褐色的浑浊状粗糖液中，暗褐色的胶粒、杂质和悬浮物等沉淀下来。由于天然沸石的比表面积大和高吸附的特点，对于暗褐色的胶粒、杂质和悬浮物的沉淀具有明显的效果，同时天然沸石为土壤改良剂之一，具有绿色环保，其吸附的沉淀物可作为有机肥料。

(3)将步骤(2)除渣处理的粗糖液，采用酸活化季胺有机改性膨润土絮凝沉淀处理。

酸活化季胺有机改性膨润土，具有很好的吸附能力，同时具有优越的阳离子交换容量，是良好的土壤改良剂，现有技术中用于食用油脱色，采用改性膨润土絮凝沉淀其絮凝沉淀物可安全食用，而且可成为含有大量氨基酸和蛋白质的有机肥料，采用该工艺步骤实现了绿色环保。

(4)将步骤(3)絮凝沉淀处理粗糖液，进行微孔或膜过滤得生糖液。

(5)将步骤(4)过滤的生糖液，采用ADS-4和ADS-7吸附树脂。

在现有技术中，吸附树脂采用XAD-7、HP-20和P-101等，采用上述成分的大孔吸附树脂，不能将甜菊糖苷与色素很好的分离，还需要离子交换树脂进行脱盐、脱色，甚至采用活性炭脱色处理，生产工序长，影响提取率，增减原料消耗和生产成本。

由于甜菊糖苷与色素都是带有亲水基团的有机物，甜菊糖苷与色素都可被吸附树脂吸附，也可被有机溶剂一起洗脱，也就是说，甜菊糖苷与色素在吸附和洗脱方面性质差别很小，如何利用甜菊糖苷与色素之间的微小差别，如何选择一种选择性强的吸附树脂，也是困扰业界的技术瓶颈。

本发明经反复比较试验，在该工艺步骤中，利用ADS-4和ADS-7吸附树脂的VRn基团对甜菊糖苷的某些基团选择性高的特点，采用ADS-4和ADS-7吸附树脂对步骤(4)过滤的生糖液进行处理，采用洗脱液套用的方法。实施例证明，该工艺步骤具有吸附量大、洗脱效果好，洗脱后的糖液浓度高，总甜菊糖苷含量可达90％以上，产品纯度和色度可提高到98％，同时该工艺可实现自动化、计算机智能化控制，为甜菊糖苷的提取实现全部自动化控制提供技术保障。

(6)将吸附在ADS-4和ADS-7树脂上的甜菊糖苷的有效成分洗脱，得甜菊糖苷洗脱精糖液。

(7)将步骤(6)的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用外加热式双效浓缩器，得浓缩的甜菊糖苷洗脱精糖液。

针对甜菊叶提取物的热敏性特点，本工艺步骤用热泵外加热式的双效浓缩器代替常规的蒸发浓缩或真空蒸发浓缩，蒸发速度快，浓缩比重大，实施例证明浓缩比重可达1.2-1.35，双效同时蒸发，二次蒸汽得以使用，比可节能50％，浓缩在密封中无泡沫状态下进行，不易跑料，不易结焦，清洗方便，减少污染，同时克服料现有的蒸发浓缩设备体积庞大，热耗能大，效率低及投资成本高的技术不足，实施例采用低噪声热泵，低温加热和低温蒸发的天然植物提取的双效浓缩型装置。

本发明中，该工艺步骤采用采用真空连续干燥的办法得甜菊糖苷成品。在具体实施例中，采用干燥制粒采用智能化的带式真空连续干燥机，干燥制粒是甜菊糖苷生产的最后关键环节。现有工艺中全都采用上世纪七八十年定型的喷雾干燥制粒机，现有工艺的缺点是；效率低、耗损大、颗粒偏细、大小不易控制，密闭差、生产环境差，进风温度偏高，达140℃左右，尔后虽然降下来，但处于含水的浓缩甜菊糖苷液体的热敏性物质仍有部分降解作用，该工艺步骤的技术进步是，(1)产品整个干燥，处于真空，封闭环境，符合(GMP)要求的条件，干燥过程40—60℃，可以保持甜菊糖苷的甜味甜度不被破坏，得到高质量的产品。(2)连续进料、出料，大大提高生产效率。(3)自动CIP在线清洗系统，保证批与批产品间的质量差异，大大降低劳动强度。(4)干燥机自动控制，微机控制系统采用图形化人机界面，使干燥制粒工序形成模块化。

本发明实施例中，为尽可能将甜菊叶中甜菊糖苷提取，该方法的步骤(1)重复2-6次，得不同浓度的甜菊糖苷提取液合并使用。

本发明在将步骤(1)设计成集萃取、重渗漉、连续动态逆流提取成为一体的逆流提取单元，共设置2-6个逆流提取单元对甜菊叶中甜菊糖苷进行逆流提取提取，根据设置的提取单元具体数量，甜菊叶的不同品种，提取浓度等技术参数进行控制，逐级将甜菊叶的有效成分扩散到起始浓度相对交底套用的提取液中，以最大限度转移甜菊叶中的溶解成分，缩短提取时间，降低溶液(水)的用量。

每个提取单元采用机械强制循环方式，连续逆流法为甜菊叶被螺旋方式自下往上的运动方式挤压运动，溶液自上往下经过甜菊叶对甜菊糖苷进行提取，连续循环，流动浸出，提高固—液扩散界面层的更新速度，使甜菌叶中的待溶成份与浸出液中的溶质—甜菊糖苷成份，在单位时间内能保持一个较高的浓度差。当某一阶段提取过程完成时，不饱和溶剂隔一个提取单元迁移继续循环提取，以增加甜菊叶与提取液中的甜菌糖苷成份的浓度差，提高提取效率。

本发明实施例具体如下：

实施例1：

一条生产线实际生产量最高可达300吨

该实施例中，步骤(1)，即连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，重复2-3次，得不同浓度的甜菊糖苷提取液合并使用。设备投资：800万，与现有技术生产线相比：节能30％，有效成份提取率提高15—20％，占地面积节约35％，工效提高30％，整套主体生产工艺都由计算机控制的自动化模块(四大模块：提取、吸附洗脱、浓缩、干燥制粒)组成，是封闭的安全清洁生产，是热敏性物质提取现代化生产的较佳选择。

实施例2：一条线实际年产量最高可达250吨

该实施例中，步骤(1)，即连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，重复4-6次，得不同浓度的甜菊糖苷提取液合并使用。设备投资：900万，与现有技术生产线相比：节能30％，有效成份提取率提高10—15％，占地面积节约40％，工效提高25％，整套主体生产工艺都由计算机控制的自动化模块(四大模块：提取、吸附洗脱、浓缩、干燥制粒)组成，是封闭的安全清洁生产，是热敏性物质提取现代化生产的较佳选择。

Claims

1.一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法，其特征在于：该方法步骤包括：

(2)将步骤(1)粗糖液，采用天然沸石进行预除处理，即粗糖液经过天然沸石固定床进行悬浮渣汁的预处理；

(5)将步骤(4)过滤的生糖液，采用ADS-7树脂吸附；

(6)将吸附在ADS-7树脂上的甜菊糖苷的有效成分洗脱，得甜菊糖苷洗脱精糖液；

2.根据权利要求1所述的一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法，其特征在于：该方法步骤(1)重复2-6次，得不同浓度的甜菊糖苷提取液合并使用。