CN101812096A

CN101812096A - 一种超声波结晶莱鲍迪甙a的方法

Info

Publication number: CN101812096A
Application number: CN 201010152244
Authority: CN
Inventors: 孙景文; 谷瑞华; 杨尽伟; 谭燕; 赵红华
Original assignee: Ganzhou Julong High-tech Industrial Co Ltd
Current assignee: Ganzhou Julong High-tech Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2010-08-25

Abstract

本发明公开一种超声波结晶莱鲍迪甙A的方法，该方法将甜菊糖甙和溶剂按质量体积比(kg∶L)为1∶4-10进行投料，边搅拌边加料边加温至40-80℃，恒温30-90分钟；以每分钟降温5-15℃的速率快速降温至10-25℃，先后静置结晶、重结晶3-12小时，静置过程中采用超声波分别进行辅助结晶和重结晶，每间隔30-90分钟进行搅拌和超声5-15分钟；重结晶后的晶体经固液分离、洗涤溶解、膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥后制得高纯度莱鲍迪甙A。本发明结晶时间仅为6-24小时，莱鲍迪甙A收率可达75％以上，且结晶颗粒均匀，莱鲍迪甙A纯度高达95％以上，符合美国FDA标准，可规模化生产，效果显著。

Description

一种超声波结晶莱鲍迪甙A的方法

技术领域

本发明涉及一种从甜菊糖中分离莱鲍迪甙A方法，尤其一种超声波结晶莱鲍迪甙A的方法。

技术背景

甜菊糖甙，又称甜菊糖苷，俗称甜菊糖，是一种从菊科草本植物甜叶菊的叶片中提取的一种纯天然、高甜度、低热值、食用安全的食品添加剂，是继蔗糖、甜菜糖之后的第三种天然糖源，其甜度为蔗糖的200-350倍，但热量仅为蔗糖的1/300。甜菊糖甙耐酸碱、对热稳定性好、无发酵性，在pH3-9的溶液中可长时间保留，在高达200℃也不分解，可以广泛运用在食品、饮料、酿酒、医药、香精香料等几乎所有用糖领域之中。甜菊糖甙低热值且食用安全，对高血压、高血糖等病症有一定辅助治疗效果，适宜于糖尿病、高血压、龋齿、肥胖症等特定人群食用，同时也是追求健康、崇尚天然的现代人们的理想的蔗糖替代品。

甜菊糖甙是一种甜菊醇糖甙的混合物，迄今为止已经发现甜菊糖甙中主要含有甜菊甙(Stevioside)、莱鲍迪甙A(Rebaudioside A)、莱鲍迪甙C(Rebaudioside C)和杜尔可甙A(Dulcoside A)等多种糖甙成分，其中莱鲍迪甙A是甜度倍数最高、味质最接近蔗糖的成份。莱鲍迪甙A化学式为C₄₄H₇₀O₂₃，CAS号为58543-16-1，甜度倍数为250-450倍，外观为白色粉末或晶体，易溶于水、溶于乙醇。从菊科草本植物甜菊(也称甜叶菊、甜茶、甜草)提取制得的甜菊糖甙，纯度大多为80-95％，其中莱鲍迪甙A纯度为20-90％。甜菊糖甙产品中莱鲍迪甙A纯度的高低，是影响甜菊糖甙产品市场售价的一个重要因素。

普通的甜菊糖甙因为是纯度较低的混合物，且带有一定异味，一般难以直接作为单独的成份直接使用。但是，纯度达95％以上的高纯度莱鲍迪甙A可直接作为食品添加剂(甜味剂)使用在用糖需求量巨大的饮料、酿酒、食品等几乎所有用糖领域中。2008年，美国FDA宣布给予莱鲍迪甙A“一般公认安全物质(GRAS)”地位，其纯度要求95％以上；2009年，欧盟国家法国也宣布给予纯度达97％的莱鲍迪甙A产品予以为期两年的市场观察期。其市场发展前景十分广阔。

因此，如何提高甜菊糖甙产品中的莱鲍迪甙A纯度，开发低成本批量生产高纯度莱鲍迪甙A产品的工艺技术，一直是各甜菊糖甙生产企业和相关研究人员关注的热点之一。

不同甜菊醇糖甙之间具有共同的结构基元甜菊醇基，彼此之间结构非常类似，分离起来比较困难。经过多年的努力和实践，人们已经研究开发出了各种生产高纯度莱鲍迪甙A产品的工艺技术并申请了相关的专利。概况起来，主要的工艺技术方法有高效液相色谱法、薄层色谱法、层析法、超临界萃取法、结晶法等。最经济、有效的方法是结晶法，利用不同甜菊醇糖甙在某些溶剂中某一特定的温度范围内的溶解度差异进行结晶、重结晶，实现不同糖甙之组分间的有效分离和富集，从而获得高纯度的莱鲍迪甙A产品。常用的结晶溶剂有低级脂肪醇(如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇)和其他有机溶剂(如乙酸乙酯、丙酮)等。

例如，公开号为CN134999A的中国专利公开了一种甜菊糖甙的精制方法，利用乙醇为结晶溶剂进行结晶制得莱鲍迪甙A纯度为88％的甜菊糖甙产品，但是这种纯度的莱鲍迪甙A纯度偏低，仍然不能满足FDA的标准。

公开号为CN101194707A的中国专利公开了一种高纯度甜菊糖甙的精制方法，利用重量百分比浓度为88±2％的乙醇为溶剂，通过控制甜菊糖甙的溶解温度范围和混合液的降温速率，一步结晶工艺即获得纯度达95％的极高端RA含量产品。这种结晶方法存在结晶时间长(需静置48-72小时)、降温速率控制要求高等不足；一步结晶工艺即得到纯度达95％莱鲍迪甙A，在实际研究和规模化工业生产中也比难以实现。

公开号为CN101591366A的中国专利公开了一种分离高纯度瑞鲍迪甙A的工艺，以甲醇和乙醇的混合溶液为结晶溶剂，加入甜菊糖甙喷雾干燥产品进行结晶，莱鲍迪甙A提取率达85-86％，莱鲍迪甙A纯度在80-98％，分离时间8-9小时。这种方法采用甲醇作为结晶溶剂之一，带有一定毒害性，操作要求较高；其精制操作过程中，采用一次结晶工艺即得到纯度达80-98％莱鲍迪甙A，而在实际研究和工业生产中比较难以实现。

公开号为CN101591367A的中国专利公开了一种甜菊A苷的提取方法，称取甜叶菊提取物加入乙醇溶液中进行超声萃取，然后对得到的固体加入乙醇溶液中进行超声萃取，重复几次，减压干燥后制得纯度大于98％的甜菊A苷。这种提取方法未公开结晶溶剂与溶质的比例和甜菊A苷的收率等关键技术指标，所采用滤纸进行过滤的方法也过于简单，很难在实际规模化工业生产中运用，实际利用价值并不大。

公开号为CN101200480A的中国专利公开了一种莱鲍迪甙A及其提取方法，这种方法采用甲醇为溶剂在-20℃条件下进行结晶和重结晶，获得纯度大于99％的莱鲍迪甙A，莱鲍迪甙A产率大于85％。这种提取精制莱鲍迪甙A的方法采用硅胶柱进行层析，难以进行工业化规模生产；其结晶工艺中使用甲醇作为结晶溶剂，具有一定的毒害性，操作要求较高。

公开号为US20060134292的美国专利公开了一种从甜叶菊叶片中提取甜菊糖甙的方法，制得的甜菊糖甙粗品通过乙醇结晶和重结晶制得纯度达98.5％莱鲍迪甙A产品。这种方法比较简单，也未公开结晶静置时间、莱鲍迪甙A收率等关键技术指标，难以重复其方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有公开技术的不足之处，提供一种结晶时间短，结晶收率高，结晶颗粒均匀，莱鲍迪甙A纯度高，可规模化生产，效果显著的甜菊糖甙结晶分离制高纯度莱鲍迪甙A工艺方案。

其理论依据是借助超声波空化作用进行超声辅助结晶。超声波是指振动频率较高的物体在介质中所产生的弹性波，其频率范围为20kHz-10MHz。超声波与媒质的作用机制主要是空化作用。在液体中，当声波的功率相当大、液体受到的负压力足够强时，媒质分子间的平均距离就会增大并超过极限距离，从而将液体拉断形成空穴，在空化泡或空化的空腔激烈收缩与崩溃的瞬间，泡内可以产生局部的高压，以及数千度的高温，产生微射流和瞬时高温高压，从而形成超声空化现象。空化现象包括气泡的形成、成长和崩溃过程。空化作用是超声化学的主动力，使粒子运动速度大大加快，加之其他的一些机械效应、热效应、光效应和活化效应等作用，从而使许多物理化学和化学过程急剧加速，对分散、萃取、结晶以及其它各种工艺过程有很大作用。一般认为，超声波对结晶过程的影响是在通过空化作用进行的。通过空化作用，迅速降温过程将给结晶溶液体系造成极高的局部过饱和度，促进溶液结晶析晶；超声波在溶液体系介质中的传播，能加速溶质分子的有效碰撞和扩散，有效促进一次成核的进行；空化产生的微射流能给大晶种造成有效冲击，形成大晶粒的部分破碎和溶解，有效促进二次成核，促进颗粒均匀的小晶粒生成，解决晶种的制备和提高晶种数量问题，提高晶体生长的产量和结晶收率。同时，超声空化作用引起的机械效应(如声击流、微射流)、热效应(局部瞬时高温高压)和活化效应(冲击流和微射流形成高梯度剪切作用)可有效改善溶液的传质和传热效果，从而促进结晶过程获得良好的晶体。

本发明是通过如下技术方案实现：

以纯度为85-97％，莱鲍迪甙A纯度为40-95％的甜菊糖甙为原料；以85-98％乙醇溶液为溶剂；按甜菊糖甙和溶剂质量体积比(kg∶L)为1∶4-10进行投料，边搅拌边加料，同时辅以超声波辅助溶解，加热升温至40-80℃，恒温30-90分钟；以每分钟降温5-15℃的降温速率快速降温至10-25℃，先后静置结晶、重结晶3-12小时；静置结晶和重结晶过程中，每间隔30-90分钟进行搅拌和采用超声波分别进行辅助结晶和重结晶5-15分钟；重结晶后的晶体经固液分离、洗涤溶解、膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥后制得高纯度莱鲍迪甙A，纯度达95％以。

所述超声波由功率为500-2000W、频率为20-40KHz的超声波发生装置产生。

固液分离由板框压滤机或离心分离机进行。

洗涤溶解所用溶剂为80-98％乙醇或去离子水。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详细描述。

实施例1

室温条件下，在结晶罐中加入预先配制好的浓度为85％的乙醇溶液500L，按质量体积比(Kg∶L)1∶4加入125Kg纯度为85％甜菊糖甙(莱鲍迪甙A纯度40％)粉末，边加粉末边缓慢搅拌，同时开动超声功率为500W、频率为20KHz的超声波发生装置和加温装置，在10分钟内均匀添加粉末完毕，添加完毕即停止超声，升温至40℃，恒温30分钟；开动降温装置，以每分钟降温5℃的速率将溶液降温至10℃，静置结晶3小时，每间隔30分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为5分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用板框压滤机进行固液分离，所得晶体用纯度为85％乙醇溶液洗涤2次，每次100L，用高效液相色谱仪分析晶体莱鲍迪甙A纯度为85％；然后将所得晶体转入结晶罐中，加入浓度为90％乙醇溶液500L，缓慢搅拌，同时开动超声功率为500W、频率为20KHz的超声波发生装置和加温装置，超声10分钟，升温至40℃，恒温30分钟，开动降温装置，以每分钟降温5℃的速率将溶液降温至10℃，静置重结晶3小时，每间隔30分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为5分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用离心分离机进行固液分离，所得重结晶晶体用浓度为90％乙醇溶液洗涤2次，每次100L；经洗涤后的晶体用去离子水溶解，经膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥制得高纯度莱鲍迪甙A为37.5Kg，莱鲍迪甙A收率77.1％。

合并结晶母液和重结晶母液，经分离提纯精制得到副产品甜菊糖甙。

实施例2

室温条件下，在结晶罐中加入预先配制好的浓度为87％的乙醇溶液1000L，按质量体积比(Kg∶L)1∶5加入200Kg纯度为90％甜菊糖甙(莱鲍迪甙A纯度50％)粉末，边加粉末边缓慢搅拌，同时开动超声功率为800W、频率为24KHz的超声波发生装置和加温装置，在15分钟内均匀添加粉末完毕，添加完毕即停止超声，升温至50℃，恒温45分钟；开动降温装置，以每分钟降温8℃的速率将溶液降温至12℃，静置结晶4小时，每间隔45分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为8分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用板框压滤机进行固液分离，所得晶体用纯度为87％乙醇溶液洗涤2次，每次200L，用高效液相色谱仪分析晶体莱鲍迪甙A纯度为86％；然后将所得晶体转入结晶罐中，加入浓度为92％乙醇溶液1000L，缓慢搅拌，同时开动超声功率为800W、频率为24KHz的超声波发生装置和加温装置，超声15分钟，升温至50℃，恒温45分钟，开动降温装置，以每分钟降温8℃的速率将溶液降温至12℃，静置重结晶4小时，每间隔45分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为8分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用离心分离机进行固液分离，所得重结晶晶体用浓度为92％乙醇溶液洗涤2次，每次200L；经洗涤后的晶体用去离子水溶解，经膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥制得高纯度莱鲍迪甙A为75Kg，莱鲍迪甙A收率79.2％。

实施例3

室温条件下，在结晶罐中加入预先配制好的浓度为90％的乙醇溶液1500L，按质量体积比(Kg∶L)1∶6加入250Kg纯度为91％甜菊糖甙(莱鲍迪甙A纯度60％)粉末，边加粉末边缓慢搅拌，同时开动超声功率为1000W、频率为28KHz的超声波发生装置和加温装置，在20分钟内均匀添加粉末完毕，添加完毕即停止超声，升温至60℃，恒温60分钟；开动降温装置，以每分钟降温10℃的速率将溶液降温至15℃，静置结晶5小时，每间隔60分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为10分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用板框压滤机进行固液分离，所得晶体用纯度为90％乙醇溶液洗涤2次，每次250L，用高效液相色谱仪分析晶体莱鲍迪甙A纯度为87％；然后将所得晶体转入结晶罐中，加入浓度为95％乙醇溶液1500L，缓慢搅拌，同时开动超声功率为1000W、频率为28KHz的超声波发生装置和加温装置，超声20分钟，升温至60℃，恒温60分钟，开动降温装置，以每分钟降温12℃的速率将溶液降温至15℃，静置重结晶5小时，每间隔60分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为10分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用离心分离机进行固液分离，所得重结晶晶体用浓度为95％乙醇溶液洗涤2次，每次250L；经洗涤后的晶体用去离子水溶解，经膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥制得高纯度莱鲍迪甙A为115Kg，莱鲍迪甙A收率80.9％。

实施例4

室温条件下，在结晶罐中加入预先配制好的浓度为93％的乙醇溶液1750L，按质量体积比(Kg∶L)1∶7加入250Kg纯度为92％甜菊糖甙(莱鲍迪甙A纯度70％)粉末，边加粉末边缓慢搅拌，同时开动超声功率为1200W、频率为32KHz的超声波发生装置和加温装置，在20分钟内均匀添加粉末完毕，添加完毕即停止超声，升温至70℃，恒温75分钟；开动降温装置，以每分钟降温12℃的速率将溶液降温至15℃，静置结晶6小时，每间隔75分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为12分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用板框压滤机进行固液分离，所得晶体用纯度为93％乙醇溶液洗涤2次，每次250L，用高效液相色谱仪分析晶体莱鲍迪甙A纯度为88％；然后将所得晶体转入结晶罐中，加入浓度为97％乙醇溶液1750L，缓慢搅拌，同时开动超声功率为1200W、频率为32KHz的超声波发生装置和加温装置，超声20分钟，升温至60℃，恒温75分钟，开动降温装置，以每分钟降温12℃的速率将溶液降温至15℃，静置重结晶6小时，每间隔75分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为12分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用离心分离机进行固液分离，所得重结晶晶体用浓度为97％乙醇溶液洗涤2次，每次250L；经洗涤后的晶体用去离子水溶解，经膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥制得高纯度莱鲍迪甙A为137.5Kg，莱鲍迪甙A收率82.8％。

实施例5

室温条件下，在结晶罐中加入预先配制好的浓度为95％的乙醇溶液2000L，按质量体积比(Kg∶L)1∶8加入250Kg纯度为95％甜菊糖甙(莱鲍迪甙A纯度80％)粉末，边加粉末边缓慢搅拌，同时开动超声功率为1500W、频率为36KHz的超声波发生装置和加温装置，在20分钟内均匀添加粉末完毕，添加完毕即停止超声，升温至75℃，恒温90分钟；开动降温装置，以每分钟降温15℃的速率将溶液降温至20℃，静置结晶7小时，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用板框压滤机进行固液分离，所得晶体用纯度为95％乙醇溶液洗涤2次，每次250L，用高效液相色谱仪分析晶体莱鲍迪甙A纯度为89％；然后将所得晶体转入结晶罐中，加入浓度为98％乙醇溶液2000L，缓慢搅拌，同时开动超声功率为1300W、频率为36KHz的超声波发生装置和加温装置，超声20分钟，升温至75℃，恒温90分钟，开动降温装置，以每分钟降温15℃的速率将溶液降温至20℃，静置重结晶7小时，每间隔90分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为15分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用离心分离机进行固液分离，所得重结晶晶体用浓度为98％乙醇溶液洗涤2次，每次250L；经洗涤后的晶体用去离子水溶解，经膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥制得高纯度莱鲍迪甙A为162.5Kg，莱鲍迪甙A收率84.2％。

实施例6

室温条件下，在结晶罐中加入预先配制好的浓度为96％的乙醇溶液2250L，按质量体积比(Kg∶L)1∶9加入250Kg纯度为95％甜菊糖甙(莱鲍迪甙A纯度90％)粉末，边加粉末边缓慢搅拌，同时开动超声功率为1800W、频率为40KHz的超声波发生装置和加温装置，在20分钟内均匀添加粉末完毕，添加完毕即停止超声，升温至75℃，恒温90分钟；开动降温装置，以每分钟降温15℃的速率将溶液降温至25℃，静置结晶8小时，每间隔90分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为15分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用离心分离机进行固液分离，所得晶体用纯度为95％乙醇溶液洗涤2次，每次250L，经洗涤后的晶体用去离子水溶解，经膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥制得高纯度莱鲍迪甙A为185Kg，莱鲍迪甙A收率85.9％。

结晶母液经分离提纯精制得到副产品甜菊糖甙。

实施例7

室温条件下，在结晶罐中加入预先配制好的浓度为98％的乙醇溶液2500L，按质量体积比(Kg∶L)1∶10加入250Kg纯度为97％甜菊糖甙(莱鲍迪甙A纯度95％)粉末，边加粉末边缓慢搅拌，同时开动超声功率为2000W、频率为40KHz的超声波发生装置和加温装置，在20分钟内均匀添加粉末完毕，添加完毕即停止超声，升温至80℃，恒温90分钟；开动降温装置，以每分钟降温15℃的速率将溶液降温至25℃，静置结晶12小时，每间隔90分钟缓慢搅拌溶液一次，同时开动超声波发生装置，边搅拌边超声，搅拌时间为15分钟，搅拌停止即停止超声；将所得的晶体和溶液用离心分离机进行固液分离，所得晶体用纯度为95％乙醇溶液洗涤2次，每次250L，经洗涤后的晶体用去离子水溶解，经膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥制得高纯度莱鲍迪甙A为185Kg，莱鲍迪甙A收率85.9％。

结晶母液经分离提纯精制得到副产品甜菊糖甙。

产品经江苏省中科院植物研究所检验，甜菊糖甙总甙含量为98.5％，莱鲍迪甙A含量为97.6％，重金属和砷含量均小于0.0001％。达到美国FDA纯度要求95％以上，欧盟国家法国纯度要求97％的标准。

Claims

1.一种超声波结晶莱鲍迪甙A的方法，其特征在于：以纯度为85-97％，莱鲍迪甙A纯度为40-95％的甜菊糖甙为原料；以85-98％乙醇溶液为溶剂；按甜菊糖甙和溶剂质量体积比(kg∶L)为1∶4-10进行投料，边搅拌边加料，同时辅以超声波辅助溶解，加热升温至40-80℃，恒温30-90分钟；以每分钟降温5-15℃的降温速率快速降温至10-25℃，先后静置结晶、重结晶3-12小时；静置结晶和重结晶过程中，每间隔30-90分钟进行搅拌和采用超声波分别进行辅助结晶和重结晶5-15分钟；重结晶后的晶体经固液分离、洗涤溶解、膜分离、减压蒸馏、喷雾干燥后制得高纯度莱鲍迪甙A，纯度达95％以上。

2.根据权利要求1所述的一种超声波结晶莱鲍迪甙A的方法，其特征在于：所述超声波由功率为500-2000W、频率为20-40KHz的超声波发生装置产生。

3.根据权利要求1所述的一种超声波结晶莱鲍迪甙A的方法，其特征在于：固液分离采用板框压滤机或离心分离机进行。

4.根据权利要求1所述的一种超声波结晶莱鲍迪甙A的方法，其特征在于：洗涤溶解所用溶剂为80-98％乙醇或去离子水。