背景技术
甜茶为蔷薇科悬钩子属多年生落叶灌木,主产于广西大瑶地区,主要入药部位为甜茶叶,甜茶叶主要成分为甜茶苷、甜茶多酚、黄酮及叶绿素等。
甜茶苷为一种高甜度、低热量的天然甜味剂,其甜度约为蔗糖的300倍,而热量仅为蔗糖的1%,因此,适用于糖尿病、肥胖病及高血脂患者,并广泛运用于食品、饮料等中,拥有巨大的市场价值。但是,由于甜茶叶中含有大量的甜茶多酚和黄酮,在分离纯化过程中很难彻底去掉,这样就会影响甜茶苷提取物的质量,主要表现在甜茶苷提取物有苦涩味和颜色较深。
目前,分离纯化高纯度甜茶苷产品的常规工艺路线是:提取→过滤→大孔吸附树脂纯化→离子交换树脂脱色→结晶和重结晶,但是,该工艺由于黄酮和多酚易被大孔吸附树脂吸附,导致甜茶苷提纯纯度不高,同时颜色也较深,而再用离子交换树脂进行脱色,处理量较小,色素处理不彻底,导致生产成本较高。
CN102702284A公开了一种高纯度甜茶苷的生产工艺,是将甜茶叶用沸水提取3次,提取液再浓缩,用水溶性壳聚糖絮凝澄清,絮凝液离心过滤,用大孔吸附树脂精制,解吸液回收完乙醇后,用离子交换树脂脱色,再用脱盐树脂脱盐,最后用一种复合脱色剂脱色,脱色液浓缩,喷雾干燥,得甜茶苷含量≥98%产品。虽然该方法可获得甜茶苷98%以上产品,但是,用壳聚糖絮凝,虽然能够去除提取液中的部分大分子物质,如蛋白质和鞣质等,但不能去掉甜茶多酚和黄酮,导致大孔吸附树脂纯化效果较差,颜色较深,从而引起后续离子交换树脂脱色效果较差。
CN104193788A公开了一种甜茶苷的提取方法,基本步骤是:提取→过滤→浓缩→离心→脱色、去涩、除杂→干燥,其中脱色、去涩、除杂是依次通过大孔吸附树脂、离子交换树脂、聚酰胺树脂来实现的。但是,该方法不仅操作步骤繁琐,且所得甜茶苷的纯度偏低。
CN101003552A公开了一种高纯度甜茶苷的制备方法,基本步骤是:回流提取→树脂吸附→洗脱→柱层析除杂→干燥→乙醇溶解→过滤→结晶,其中用大孔树脂吸附,用聚酰胺、氧化铝或离子交换树脂进行柱层析除杂。但是,该方法仅单纯用聚酰胺、氧化铝或离子交换树脂中的一种方式进行柱层析除杂,处理量较小,杂质脱除不彻底。
CN104262425A公开了一种提取甜茶苷的新方法,基本工艺是:原料粉碎→溶剂提取→膜浓缩→调pH值→大孔树脂纯化→酸碱处理→洗脱→复合离子交换树脂层析→浓缩→结晶→干燥。但是,该方法的缺点是大孔吸附树脂纯化后,再用酸碱处理,对用水量要求较大,且用复合离子交换树脂层析脱色,处理量较小。
CN102838644A公开了一种从甜茶叶中提取甜茶苷的生产方法,其工艺流程是:原料破碎→溶剂提取→浓缩→乙醇沉淀→大孔树脂纯化→浓缩→聚酰胺树脂层析→浓缩→结晶和重结晶→干燥。但是,该方法的缺点是:使用水提醇沉的方式,虽然能去除部分杂质,如蛋白质等,但不能去除色素,且成本较高,采用聚酰胺树脂脱色的成本也较高。
CN105294790A公开了一种从甜叶菊中提取高纯度甜菊糖苷的方法,工艺流程是:浸泡→酶解→提取→絮凝→大孔树脂脱色→硅胶柱层析。但是,该方法的缺点是:采用硅胶柱层析所使用的有机溶剂量大,操作复杂,且工业化大规模生产困难。
CN106632540A公开了一种甜茶苷的提取的方法,基本工艺是:甜茶粉碎→酶解水提→微波醇提→大孔树脂柱层析→聚酰胺树脂柱纯化。但是,该方法的缺点是:提取工艺复杂,对设备及操作要求较高,回收率偏低。
CN105061526A公开了一种高纯度甜茶苷的提取的方法,基本工艺:前处理-微波逆流提取-大孔树脂吸附分离-超滤-浓缩-结晶与重结晶。但是,该方法的缺点是:大孔吸附分离后所得甜茶粗提取物未经过脱色分离纯化,产品结晶颜色较深,收率较低,质量稳定性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种所得产品质量稳定,纯度、收率高,操作工艺简单,提取时间短,能耗、成本低,可实现连续大规模生产的从甜茶叶中提取甜茶苷的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种从甜茶叶中提取甜茶苷的方法,包括以下步骤:
(1)粉碎、提取:将甜茶叶粉碎,过筛,加水,进行连续逆流提取,过滤,得提取液;
(2)酶解、絮凝:在步骤(1)所得提取液中加入酶制剂,进行酶解,酶解液灭活,冷却,絮凝,过滤,水洗滤渣至无甜味,得絮凝液;
(3)超滤、纳滤:将步骤(2)所得絮凝液进行超滤,纳滤,得纳滤截留液;
(4)大孔吸附树脂吸附:将步骤(3)所得纳滤截留液上大孔吸附树脂层析柱吸附,水洗至无甜味,水洗液弃掉,再用有机溶剂梯度洗脱,减压浓缩,得浓缩液;
(5)氧化铝精制:将步骤(4)所得浓缩液上氧化铝层析柱吸附,收集流出液,水洗至无甜味,收集水洗液,流出液和水洗液减压浓缩,得浓缩液;
(6)脱涩、脱苦:在步骤(5)所得浓缩液中,加入活性炭,搅拌,过滤,减压浓缩,喷雾干燥,得甜茶苷粗品;
(7)结晶:将步骤(6)所得甜茶苷粗品用有机溶剂溶解,过滤,结晶,抽滤,真空干燥,粉碎,得甜茶苷产品。
优选地,步骤(1)中,所述甜茶叶中甜茶苷的质量含量为3~6%。
优选地,步骤(1)中,所述过筛的目数为10~50目。
优选地,步骤(1)中,所述水的总用量为甜茶叶质量的5~30倍(更优选10~25倍)。
优选地,步骤(1)中,所述连续逆流提取的温度为80~100℃,每次提取的时间为1~4h,提取的次数≥1次。由于甜茶苷极易溶于热水,浸出时间短,浸出率高,所以使用热水作为提取溶剂,既节约成本,又安全环保,而且使用逆流提取能够保证连续工业化生产。
优选地,步骤(1)中,用100~300目滤布过滤。
优选地,步骤(2)中,所述酶制剂的添加量为提取液质量的0.01~0.5%(更优选0.1~0.3%)。由于热水提取甜茶叶的同时也会将部分水溶性纤维和蛋白质一同提取,如果不通过酶解,会导致后面的膜分离纯化效果较差。
优选地,步骤(2)中,所述酶制剂为纤维素酶制剂、半纤维素酶制剂、果胶酶制剂或蛋白酶制剂等中的一种或几种。
优选地,步骤(2)中,所述酶解的温度为40~60℃,pH值为2.0~9.0(更优选4.0~7.0),时间为1~2h。
优选地,步骤(2)中,所述灭活的温度为90~120℃,时间为30~60s,压力为常压。
优选地,步骤(2)中,所述冷却为板式冷却至常温。
优选地,步骤(2)中,所述絮凝是:将絮凝剂加入酶解液中进行絮凝,加入的过程中不断搅拌,至pH值为2~6,再搅拌0.5~1.5h,静置0.5~1.5h,然后调节pH值≥8,再搅拌0.5~1.5h,静置1~4h。
优选地,所述絮凝剂为FeCl3、FeSO4或AlCl3等中的一种或几种。甜茶叶中含有大量的多酚、黄酮及鞣酸,而这些杂质可以通过与金属絮凝剂络合而迅速沉淀,从而实现杂质的去除,减少后续纯化的压力。
优选地,用饱和石灰水调节pH值≥8。石灰水主要起到助滤的效果。
优选地,步骤(2)中,所述过滤方式为板框压滤,滤膜孔径为0.4~30μm(更优选0.5~5.0μm)。
优选地,步骤(2)中,水洗滤渣的用水量为甜茶叶原料质量的1~2倍。
优选地,步骤(3)中,用于超滤的超滤膜为陶瓷膜,孔径为0.3~1.0μm。由于过滤只能去除大部分固体杂质,而使用超滤能够去除小部分粒径更小的杂质,使料液澄清透亮。
优选地,步骤(3)中,所述纳滤是将超滤液先通过截留分子量为800~5000道尔顿的纳滤膜,水赶膜至透过液无甜味,透过液再通过截留分子量为100~500道尔顿的纳滤膜,水赶膜至截留液的百利度≥20%为止,得纳滤截留液。纳滤先通过截留分子量大的纳滤膜,可除去大分子杂质及大部分色素,再过截留分子量小的纳滤膜,可去除小分子杂质及脱盐。
优选地,步骤(4)中,所述大孔吸附树脂层析柱由≥2根层析柱组成,纳滤截留液先上第1根层析柱,待其流出液有甜味后,流出液上串接的第2根层析柱,同时纳滤截留液开始上第2根层析柱,以此类推,上柱完成后,将第1根至最末1根层析柱串接起来进行水洗,水洗液弃掉,再用有机溶剂分别对每根层析柱进行梯度洗脱。所述流出液有甜味时,流出液中甜茶苷的质量百分数≥0.05%。此上柱方式优势是:既能确保每根层析柱都能达到吸附饱和,从而最大程度的利用树脂,又能保证生产的连续性,提高了生产效率,同时,串接起来进行水洗的方式,使得在前层析柱被洗脱掉的甜茶苷又会被在后层析柱重新吸附,提高了甜茶苷的收率。
优选地,步骤(4)中,所述大孔吸附树脂层析柱的径高比为1:2~8(更优选1:4~6)。
优选地,步骤(4)中,所述大孔吸附树脂与甜茶叶原料的体积质量比(L/kg)为1:5~10。
优选地,步骤(4)中,所述上柱的流速为1~4BV/h。
优选地,步骤(4)中,所述大孔吸附树脂的型号为D-101、AB-8、LX-T28、DM-130或X-5等中的一种或几种。碱性条件下,甜茶苷易被大孔吸附树脂所吸附,而大部分多酚和黄酮则不易被吸附,从而达到良好的纯化效果。大孔树脂吸附主要用于富集甜茶苷,但同时也有少量多酚和黄酮一起被富集,之后通过氧化铝层析柱,则能吸附此部分多酚和黄酮,而甜茶苷不被吸附,随流出液流出,从而提高甜茶苷纯度。
优选地,步骤(4)中,所述水洗的流速为1.0~3.0BV/h。
优选地,步骤(4)中,所述有机溶剂梯度洗脱的流速为0.5~2.0BV/h。
优选地,步骤(4)中,所述梯度洗脱是指:先用1~3BV体积分数10~30%的有机溶剂洗脱,弃掉洗脱液,再用1~3BV体积分数60~95%(更优选65~80%)的有机溶剂洗脱,收集洗脱液。采用体积分数10~30%的有机溶剂洗脱主要可去除少部分极性较大的杂质,比如残留树脂中的少量多酚和黄酮等,而体积分数60~95%的有机溶剂则主要洗脱富集在树脂上的甜茶苷,采用梯度洗脱能使产品中甜茶苷纯度更高,颜色更浅,质量稳定性更好。
优选地,步骤(4)中,所述有机溶剂为食用乙醇溶液。
优选地,步骤(4)中,所述减压浓缩的温度为60~90℃,压力为-0.09~-0.07MPa,减压浓缩至固含量为10~30%。
优选地,步骤(5)中,所述上柱的流速为0.5~2.0BV/h。
优选地,步骤(5)中,所述氧化铝层析柱的径高比为1:2~8。
优选地,步骤(5)中,所述氧化铝与甜茶叶原料的体积质量比(L/kg)为1:40~100(更优选1:50~80)。氧化铝的作用主要是吸附脱除大孔吸附树脂洗脱液中残留的少量有色物质,比如多酚和黄酮;且氧化铝较离子交换树脂或聚酰胺树脂具有脱色成本低,效果好等优势。
优选地,步骤(5)中,所述氧化铝为酸性氧化铝或中性氧化铝。
优选地,步骤(5)中,所述氧化铝在使用前先进行活化:先将氧化铝在500~600℃的高温条件下,活化10~20h后,再用体积分数为85~98%的乙醇溶液清洗至流出液无色透明,且除乙醇味外无其它气味为止,最后水洗至无乙醇味。
优选地,步骤(5)中,所述氧化铝的目数为80~300目。
优选地,步骤(5)中,所述水洗的流速为0.5~1.0BV/h。
优选地,步骤(5)中,所述减压浓缩的温度为60~90℃,压力为-0.09~-0.07MPa,减压浓缩至固含量为40~60%。
优选地,步骤(6)中,所述活性炭的用量为浓缩液质量的0.1~0.5%。
优选地,步骤(6)中,所述活性炭的目数为60~200目。
优选地,步骤(6)中,所述搅拌的温度为80~100℃,时间为0.5~1.5h。
优选地,步骤(6)中,所述过滤为先用板框压滤,再用陶瓷膜过滤。
优选地,所述板框压滤所用板式滤膜的孔径为0.4~30μm(更优选0.5~5.0μm),所述陶瓷膜的孔径为0.3~1.0μm。
优选地,步骤(6)中,所述减压浓缩的温度为60~90℃,压力为-0.09~-0.07MPa,减压浓缩至固含量为40~60%。
优选地,步骤(6)中,所述喷雾干燥的进风温度为180~220℃,出风温度为70~90℃。
优选地,步骤(7)中,所述甜茶苷粗品与有机溶剂的质量比为1:5~15(更优选1:6~10)。
优选地,步骤(7)中,所述有机溶剂的体积分数为60~95%。
优选地,步骤(7)中,所述溶解的温度为60~90℃。
优选地,步骤(7)中,所述结晶的温度为-5~10℃,时间为2~24h。
优选地,步骤(7)中,所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或几种。
优选地,步骤(7)中,所述真空干燥的温度为60~90℃,真空度为-0.01~-0.09MPa,时间为2~24h。
本发明方法的有益效果如下:
(1)本发明方法所提取的甜茶苷产品呈纯白色,纯度≥99%,收率≥90.5%;
(2)本发明方法采用先酶解后絮凝的方式来去除甜茶提取液中的多酚、黄酮及鞣质,去除效果显著,比其它方式成本低;本发明方法采用超滤、纳滤来实现分离纯化及脱盐脱色,同样相比传统的离子交换树脂脱盐脱色成本低,工艺简便;酶解+絮凝的方式可去除大部分色素,超滤+纳滤的方式可去除大部分杂质,大部分色素和杂质都去除后,再用大孔吸附树脂吸附甜茶苷的方式,相比提取液直接上大孔树脂吸附,不仅吸附量大,且大孔树脂吸附后,产品纯度更高,可达90%以上,再通过氧化铝+活性炭的方式精制、脱色、脱涩、脱苦,结晶,处理量大,效果更好,产品质量更稳定;
(3)本发明方法操作工艺简单,提取时间短,能耗、成本低,可实现连续大规模生产。