CN107383128B

CN107383128B - 一种甜菊糖苷水提取液的脱色方法

Info

Publication number: CN107383128B
Application number: CN201710646376.3A
Authority: CN
Inventors: 华霄; 刘雅娴; 何禾; 杨瑞金
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: CN107383128A

Abstract

本发明公开了一种甜菊糖苷水提取液的脱色方法，其步骤包括：首先将脱乙酰度>90%的壳聚糖配制成浓度1~10%（w/v）的溶液；然后用配制的壳聚糖溶液进行第一次脱色，最后残余色素用阴离子交换树脂脱除。本发明的优点是壳聚糖用量少、脱色时间短。经过壳聚糖脱色后，甜菊糖苷水提取液的脱色率可达到90~98%，总糖苷损失率<8%；再经过树脂脱色后，甜菊糖苷水提取液的脱色率可达到98%以上，总糖苷损失率<10%。

Description

一种甜菊糖苷水提取液的脱色方法

技术领域

本发明属于功能性糖技术领域，具体涉及一种甜菊糖苷水提取液的脱色方法。

背景技术

甜菊糖是从甜叶菊中提取得到的高倍甜味剂，由数种糖苷化合物组成，其中主要的成分为莱鲍迪苷A（RA）和甜菊苷（St）。一般地，甜菊糖以水为介质进行提取，提取可采用一次或多次浸泡直至菊叶变成无甜味，此时甜菊糖苷几乎全部溶入水提液，水提液天然pH为4~6，但在提取同时，甜菊叶中的水溶性色素，包括多酚、花青素等也进入水提取液中，而且在提取过程中，多酚和花青素接触氧气、光照等条件发生氧化，生成更多有色物质。经检测，甜菊糖苷水提取液中存在两类色素，一类对可见光的最大吸收波长为640nm，另一类对可见光的最大吸收波长为420nm，其中主要的色素为吸收640nm波长可见光的物质。色素的存在对甜菊糖苷产品品质有不良影响，因此需要通过合适的方法进行脱色。

工业上糖浆脱色一般使用如下几种方法：（1）树脂脱色，用阳离子或阴离子交换树脂吸附糖浆中的色素，由于树脂带负电荷或正电荷，能吸附含有极性基团（羟基或羧基等）的色素分子，同时对糖分子的吸附程度比较轻，糖苷损失少，但树脂再生产生大量废水，不利于环保；（2）活性炭脱色，利用大比表面积的活性炭在酸性条件下吸附糖浆中非极性或弱极性的杂质分子，一般添加量为产物重量的1%以下，用量少但一般需要70~80℃及调节pH，且产生的活性炭废弃物也带来环保问题；（3）无机絮凝剂脱色，一般使用复合无机盐在水相中产生如Al(OH)₃等絮状沉淀，吸附色素，但同时也吸附一定量糖浆，另外金属离子残留也带来安全问题；（4）有机絮凝剂脱色，一般可使用生物大分子，如带正电荷的壳聚糖能够与溶液中带负电荷的色素分子，以及蛋白质形成絮状沉淀析出。

壳聚糖是目前研究使用比较多的生物絮凝，相比其他脱色方法，安全性较高，产生的固体废弃物较少。但由于壳聚糖是大分子多糖（分子量一般为几十万至几百万），直接在纯水中溶解需要数个小时，因此一般的脱色操作是直接添加固态壳聚糖，然后搅拌脱色以促进壳聚糖溶解，之后还需要数个小时的静置絮凝时间。在甜菊糖苷提取液脱色的实际生产过程中，添加固态壳聚糖存在添加量大、脱色时间长的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种简便易行的甜菊糖苷水提取液的脱色方法，通过利用带正电荷的壳聚糖与带负电荷色素分子的静电相互作用实现脱除大部分色素，而残余色素可用少量树脂脱除。

本发明的原理为：壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基衍生物，难溶于水但壳聚糖上带有游离伯氨基（-NH₂），在酸性条件下能接受一个质子（H⁺）转变为氨基正离子（-NH₃ ⁺），由此产生分子间斥力，壳聚糖因此可溶于酸性溶液。因此首先利用酸性水溶液溶解壳聚糖，配置成低粘度的壳聚糖溶液，解决了直接添加壳聚糖无法快速溶解而脱色效率低下的问题；第二，壳聚糖分子成为溶液态后，可充分按照摩尔比与色素分子发生静电相互作用，一般植物色素分子可接受或失去质子而带上电荷（如多酚类的酚羟基可解离一个H⁺成为-O^-，花青素的母核2-苯基苯并阳离子本身带有正电荷），因此能与壳聚糖等大分子絮凝剂发生静电结合作用，由于静电相互作用发生很快，因此在絮凝时不需要额外静置数小时；而多酚和花青素在植物组织中的含量一般都在毫克级，所以理论上壳聚糖在充分溶解后仅需少量即可完全结合带负电荷的色素分子；第三，残留的色素分子可用少量阴离子交换树脂脱除，是利用其静电吸附同时又有大孔吸附的特点。

本发明是通过以下技术方案实现上述目的的，一种甜菊糖苷水提取液的脱色方法，包括以下步骤：

（1）配置壳聚糖溶液：将脱乙酰度>90%的固体壳聚糖分散于水中，配置成浓度1~10%（w/v）的分散体系，然后加入乙酸并搅拌直至壳聚糖完全溶解；

（2）壳聚糖脱色：向甜菊糖苷水提取液中加入壳聚糖溶液，充分搅拌进行壳聚糖脱色，然后过滤得到第一步脱色后的甜菊糖苷水提取液；

（3）树脂脱色：向第一步脱色后的甜菊糖苷水提取液中加入阴离子交换树脂搅拌进行树脂脱色，然后过滤，得到脱色后的甜菊糖苷水提取液。

优选的，本发明所述固体壳聚糖用量为水提取液中总糖苷重量的2~5%；

优选的，本发明所述壳聚糖脱色的反应温度为0~80℃，脱色时间为0.5~2h；

优选的，本发明所述壳聚糖脱色中脱色体系的pH=3~9，由于壳聚糖溶液添加量较少，因此加入壳聚糖后水提液的pH不会有明显变化，另外可以通过加入NaOH或盐酸调节体系pH，当体系pH过低或过高时，壳聚糖脱色效果变差，因为它是通过静电吸附色素的；

优选的，本发明所述阴离子交换树脂为强碱性或弱碱性阴离子交换树脂，所述阴离子交换树脂的添加量为2~8g/g糖苷；

优选的，所述树脂脱色的脱色温度为0~50℃，脱色时间为0.5~2h；

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）通过将壳聚糖预先溶解配制成溶液状态，从而在脱色过程中使壳聚糖以分子形态发挥结合色素分子的作用，减少了壳聚糖用量和缩短脱色时间；具体来说，在添加总糖苷重量1~10%的壳聚糖的情况下，甜菊糖苷水提取液的脱色率（680nm波长下检测）可达到90%以上，总糖苷损失率<8%，剩余色素可用少量树脂脱除，而总糖苷损失率累计<10%；

2）本发明技术减少了脱色剂的使用量，可显著降低目前工业上甜菊糖苷水提取液的脱色成本。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

发明中主要的检测分析方法为：总糖苷的检测方法为苯酚硫酸法和紫外分光光度法（210nm），糖苷损失率为脱色过程中损失的糖苷量与脱色前总糖苷的比值；脱色率为脱色前后640nm下所测得的吸光值差值与脱色前640nm下吸光值的比值；

本发明实施例中甜菊叶用水为提取介质，经过一次或多次浸泡提取得到的水提液，其中甜菊糖苷浓度为10~50m/m，pH为4~6。

实施例1

首先将脱乙酰度95%的壳聚糖在常温下分散在水中，加入乙酸并搅拌直至完全溶解，配制成1%（w/v）的壳聚糖溶液。然后向甜菊糖苷水提取液中加入壳聚糖溶液，得到第一步脱色后的甜菊糖苷水提取液；该步骤中脱色反应温度为25℃，壳聚糖用量为水提取液中总糖苷重量的1%，脱色时间为2h，用NaOH调节体系pH为6.5，充分搅拌后过滤，提取液脱色率91.6%，糖苷损失率4%；向用壳聚糖脱色后的甜菊糖苷水提取液中加入一定量D717强碱性阴离子交换树脂，继续搅拌一段时间后过滤，得到脱色后的甜菊糖苷水提取液；该步骤中阴离子交换树脂添加量为5 g/g糖苷，脱色温度为25℃，脱色时间为1h，最终提取液脱色率98.5%，糖苷损失率7%。

实施例2

首先将脱乙酰度98%的壳聚糖在常温下分散在水中，加入乙酸并搅拌直至完全溶解，配制成4%（w/v）的壳聚糖溶液。然后向甜菊糖苷水提取液中加入壳聚糖溶液，得到第一步脱色后的甜菊糖苷水提取液；该步骤中脱色反应温度为25℃，壳聚糖用量为水提取液中总糖苷重量的4%，脱色时间为30min，用NaOH调节体系pH为6.0，充分搅拌后过滤，提取液脱色率97.3%，糖苷损失率7%；向用壳聚糖脱色后的甜菊糖苷水提取液中加入一定量AB8弱碱性阴离子交换树脂，继续搅拌一段时间后过滤，得到脱色后的甜菊糖苷水提取液；该步骤中阴离子交换树脂添加量为7g/L，脱色温度为25℃，脱色时间为1.5 h，最终提取液脱色率99.1%，糖苷损失率8%。

实施例3

首先将脱乙酰度95%的壳聚糖在常温下分散在水中，加入乙酸并搅拌直至完全溶解，配制成10%（w/v）的壳聚糖溶液。然后向甜菊糖苷水提取液中加入壳聚糖溶液，得到第一步脱色后的甜菊糖苷水提取液；该步骤中脱色反应温度为65℃，壳聚糖用量为水提取液中总糖苷重量的10%，脱色时间为30min，用NaOH调节体系pH为7.0，充分搅拌后过滤，提取液脱色率97.6%，糖苷损失率8%；向用壳聚糖脱色后的甜菊糖苷水提取液中加入一定量D392弱碱性阴离子交换树脂，继续搅拌一段时间后过滤，得到脱色后的甜菊糖苷水提取液；该步骤中阴离子交换树脂添加量为8 g/L，脱色温度为30℃，脱色时间为2 h，最终提取液脱色率98.8%，糖苷损失率8%。

对比例1

直接向甜菊糖苷水提取液中加入固体壳聚糖粉末，脱色反应温度为40℃，用NaOH调节体系pH为5.0，壳聚糖用量为水提取液中总糖苷重量的120%，搅拌时间为2h，之后静置絮凝时间4h，然后过滤去掉絮凝固体得到第一步脱色后的甜菊糖苷水提取液，提取液脱色率95.3%，糖苷损失率7%；向用壳聚糖脱色后的甜菊糖苷水提取液中加入一定量AB8弱碱性阴离子交换树脂，继续搅拌一段时间后过滤，得到脱色后的甜菊糖苷水提取液；该步骤中阴离子交换树脂添加量为8g/g糖苷，脱色温度为25℃，脱色时间为1.5h，最终提取液脱色率99.0%，糖苷损失率9%。

该实施例中直接添加，要达到相同脱色效果下，壳聚糖用量显著增加、脱色时间显著延长。试验中若是减少固态壳聚糖的用量，则对应的脱色效果也显著下降。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims

1.一种甜菊糖苷水提取液的脱色方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)配置壳聚糖溶液：将脱乙酰度>90％的固体壳聚糖分散于水中，配置成浓度1～10％w/v的分散体系，然后加入乙酸并搅拌直至壳聚糖完全溶解；

(2)壳聚糖脱色：向甜菊糖苷水提取液中加入壳聚糖溶液，充分搅拌进行壳聚糖脱色，然后过滤得到第一步脱色后的甜菊糖苷水提取液；

(3)树脂脱色：向第一步脱色后的甜菊糖苷水提取液中加入阴离子交换树脂搅拌进行树脂脱色，然后过滤，得到脱色后的甜菊糖苷水提取液；

所述壳聚糖脱色中脱色体系的pH＝6.0-7.0；

所述固体壳聚糖用量为水提取液中总糖苷重量的2～5％；

所述阴离子交换树脂为强碱性或弱碱性阴离子交换树脂，所述阴离子交换树脂的添加量为2～8g/g糖苷。

2.根据权利要求1所述的脱色方法，其特征在于：所述壳聚糖脱色的反应温度为0～80℃，脱色时间为0.5～2h。

3.根据权利要求1所述的脱色方法，其特征在于：所述树脂脱色的脱色温度为0～50℃，脱色时间为0.5～2h。

4.根据权利要求1所述的脱色方法，其特征在于：甜菊糖苷水提取液的脱色率可达到98％以上，总糖苷损失率<10％。