CN113831374B - 一种甜茶苷的结晶方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种甜茶苷的结晶方法，本发明将较高含量的原料甜茶苷粗品溶解于处于亚临界状态的乙醇水溶液中，将处于亚临界状态的溶液进行降温处理，经过三个步骤不同温度和压力下的析晶过程，最终以高收率，高纯度获得甜茶苷，所得产品不含有甲醇等有毒有机残余物质。本发明使用较高浓度乙醇即可完成对甜茶苷的结晶，而不需要高纯度的乙醇，成本低廉，也不需要甲醇，工艺绿色环保，产品品质高。本发明方法所得产品甜茶苷的含量≥99％，且总收率在80％以上。

Description

一种甜茶苷的结晶方法

技术领域

本发明涉及一种天然产物结晶的方法，具体涉及一种甜茶苷的结晶方法。

背景技术

甜茶是蔷薇科悬钩子属植物的一个新品种，八十年代初才开始在我国作为药物发现。甜茶叶在民间应用已久，常被用来代替蔗糖加工食品，作为民间入药用于补肾降压，被誉为神茶，与罗汉果等齐名。甜茶中富含的甜茶苷是一种二萜糖体，甜茶苷的甜度为蔗糖的300倍，而热值仅是蔗糖5％，属高甜度、低热能的天然甜味物质。甜茶苷能激活人的胰岛素，降低血糖，有很好的保健作用，对糖尿病患者和肾病病人有一定的疗效。甜茶叶提取的甜茶苷是甜味植物中口感最佳的甜味剂，因其绿色天然，保健低热而在食品，饮料，冷食制品，调味品，医药工业，美容化妆品等各类行业中展现出良好的经济价值。

结晶工艺是目前制备高纯度甜茶苷的常用方式，是使用高体积质量分数的甲醇水溶液，先进行热溶解，然后再冷却结晶，进而得到高含量甜茶苷结晶，从而实现甜茶苷的纯化。甜茶苷并不容易结晶，在常温条件下甲醇浓度必须大于94％，才能顺利析出晶体，在低温4-6℃也只有少量结晶。相比于甲醇，乙醇更难以结晶，所以在实际生产中，一般都以高浓度甲醇作为析晶溶剂，但是目前该工艺一方面需要高体积分数的甲醇水溶液，一般必须95％以上，甚至达到99％；同时其结晶度(收率)也比较低，直接导致有机溶剂的有效利用率不高，甚至需要多次重结晶，尤其是醇水溶液体积分数较低的情况进行结晶，其结晶度更低。所以，如何在制备高纯度甜茶苷的前提下，在降低有机溶剂体积分数的同时，同时提高结晶度，提高有机溶剂的使用率，这对降低生产成本，提高生产效率，具有重要意义。

此外，在实际生产中，为了提高结晶效率和溶剂利用度，一般使用甲醇，但是高浓度的甲醇对操作技术人员有严重的安全隐患，而且对后处理提出了更高的要求，如果产品检测出甲醇超标，需要重新进行后处理。因此，如何在使用毒性低的乙醇作为结晶溶剂，并且也获得高的结晶效率，也是提纯甜茶苷亟需解决的技术问题。

CN105166198公开了一种高纯度甜茶苷的制备方法，其结晶方法为热乙醇溶解、静置结晶、然后重结晶后即得。该结晶工艺需要无水乙醇，对有机溶剂要求极高。

CN102838644公开了一种从甜茶叶中提取甜茶苷的生产方法，其结晶方法为用热的有机溶解后静置结晶，重复结晶。该结晶工艺需要纯有机溶剂，对有机溶剂要求极高。

上述方法中，对甜茶苷的结晶基本都使用高体积分数的甲醇溶剂并多次重复结晶。如此高要求的有机溶剂势必会直接提高生产成本，同时结晶度也普遍不高。

因此，开发一种使用乙醇制备高纯度甜茶苷的工艺，降低乙醇浓度，同时提高结晶度，提高醇溶剂的使用率，对降低生产成本，提高生产效率，具有重要的环保意义和经济价值。

发明内容

为了克服现有技术中甜茶苷结晶工艺使用高浓度甲醇，有安全隐患，并且溶剂成本高，结晶效率低存的缺陷，本发明提供一种甜茶苷的结晶方法，其可以在较低乙醇浓度的溶剂情况下，使乙醇处于亚临界状态，用于结晶制备高含量甜茶苷。此外，本发明通过三段式的结晶方法，可以提高结晶度，提高有机溶剂的使用率，产品收率和纯度都高。本发明工艺简单，对设备要求低，产业化能力强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种甜茶苷的结晶方法，包括以下步骤：

(1)溶解：将甜茶苷原料粗品溶解于亚临界状态的乙醇水溶液，得到原始母液。

(2)第一次析晶：维持亚临界状态的压强，将母液Ⅰ降温至130-160℃，恒温静置析晶，固液分离并洗晶后，得到结晶Ⅰ和母液Ⅰ。

(3)第二次析晶：将压力恢复至常压，搅拌条件下母液I中加入少量不溶性碳酸盐，继续降温至4-10℃，停止搅拌，恒温静置析晶，固液分离并洗晶后，得到结晶Ⅱ和母液Ⅱ。

(4)第三次析晶：母液Ⅱ继续降温，并调节pH值为弱酸性，恒温静置析晶，固液分离并洗晶后，得到结晶Ⅲ和母液Ⅲ。

(5)干燥、粉碎与过筛：将结晶Ⅰ、结晶Ⅱ和结晶Ⅲ合并后，干燥、粉碎及过筛，得甜茶苷产品。

本发明通过一定温度和压力下，使溶剂处于压临界状态，此时溶液体系内的分子的扩散性能增强，传质速度加快，对弱极性以及非极性物质的渗透性和溶解能力显著提高。现有技术采用亚临界流体的这种特定一般用于萃取天然产物。

进一步地，步骤(1)中，所述的甜茶苷粗品是由蔷薇科悬钩子属植物甜茶的叶子中提取制得的，甜茶苷含量在甜茶苷含量≥70％，优选甜茶苷含量≥80％；所述乙醇水溶液的体积分数为80-99.9％，优选90-95％。

进一步地，步骤(1)中，所述的亚临界状态为温度为200～240℃并且压强为5～15MPa，优选220～230℃并且压强为8～12MPa。

进一步地，步骤(1)中，甜茶苷原料粗品与乙醇水溶液的料液比1:1～3(kg/L)，优选为1：1.4～2.1。

进一步地，步骤(2)中，所述的降温为保持压强，将其温度降温至130-160℃，降温速率为10-15℃/h，恒温静置为保持恒温恒压静置2～4h。降温温度和降温速率在上述范围内，可以高效率地获得甜茶苷晶体。温度太低，或者降温速率太快，会携带部分杂质一起析晶，导致产品颜色发黄，或者纯度不够高，品质不好。温度太高，会导致产品收率降低。

本发明所述固液分离为将未结晶的母液从结晶容器泵出并单独收集即可，所述的固液分离是在保持静置析晶的恒温恒压条件下进行；所述洗晶为用0-4℃的体积分数为95％的乙醇或甲醇直接淋洗结晶。

进一步地，步骤(3)中，所述不溶性碳酸盐为碳酸钙，碳酸锌，碳酸钡中的至少一种，不溶性碳酸盐的加入量是甜茶苷原料粗品质量的0.1-0.3wt％。在第二次析晶时，溶剂体系已经不处于亚临界状态，并且在第一次析晶时，体系中甜茶苷已经大量析出，此时析晶困难。加入少量的不溶性碳酸盐，在体系中作为杂质，可以作为晶核促进析晶，多余的不溶性碳酸盐在后续的洗晶和调节pH过程中会被除去，不会影响产品品质。

进一步地，步骤(3)中，所述搅拌的速度是40-60r/min，搅拌速度过快，会扰动析晶过程；搅拌速度太慢，不溶性碳酸盐分布不够均匀，析晶效率低；所述降温是使母液I温度降至4～10℃，温度太低，所得产品晶体品质不高；温度过高，析晶不充分，结晶效率低；降温速率为10-40℃/h，步骤(3)的降温速率没有特别严格的限定，稍快或者稍慢并没有显著的影响；所述的恒温静置为保持恒温常压静置6～12h。

进一步地，步骤(4)中，所述的降温是将母液II降温为-10至-20℃，降温速率10-20℃/h，调节pH值为弱酸性是用稀盐酸调节pH为3.5-5，所述的恒温静置为保持低温常压静置12～24h。

步骤(5)中，所述的干燥为以除去水分为目的，包括但不包括真空干燥、鼓风干燥、真空微波干燥、真空冷冻干燥中的任意一种。

步骤(5)中，所述的粉碎为机械破碎，如粉碎机。

步骤(5)中，所述的过筛为过80～200目。

本发明方法的原理是：

将较高含量的原料甜茶苷粗品溶解于处于亚临界状态的乙醇水溶液中，由于亚临界状态条件下的溶媒对原料粗品具有更高的溶解度，故而单位体积的溶媒可以溶解更多的原料粗品，从而制得更多的产品，达到提高溶媒利用率的目的。将处于亚临界状态的溶液进行降温处理(且处于亚临界状态)，由于稳定的降低，其溶解度会同步降低，过饱和溶液开始第一次析晶，从而制得结晶Ⅰ和母液Ⅰ；接着继续降低母液Ⅰ温度，使母液溶解度进一步降低，过饱和溶液开始第二次析晶，从而制得结晶Ⅱ和母液Ⅱ；然后将母液Ⅱ继续降低温度至水的冰点以下(醇水溶液冰点更低，不结冰)，同时用盐酸降低其pH值，进一步降低其溶解度，过饱和溶液开始第三次析晶，从而制得结晶Ⅲ和母液Ⅲ。后续分别将三次结晶洗晶、干燥、过筛后即得高纯度者甜茶苷。

本发明方法的有益效果如下：

一、本发明所得产品甜茶苷的含量≥99％，且总收率在80％以上。

二、本发明方法结晶度高，溶剂利用率高，能够以高纯度，高收率获得甜茶苷产品(结晶Ⅰ、结晶Ⅱ和结晶Ⅲ)。

三、本发明方法整个工艺对环境友好，溶剂利用率高，生产成本低，对设备要求低，操作简单，产业化能力强。

四、本发明利用浓度要求不高的乙醇水溶液，获得高品质甜茶苷产品，降低了生产成本，而且工艺方法不使用甲醇，绿色环保，产品中无有毒有机物质残留。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例所使用的甜茶苷粗品由江西海富生物工程有限公司提供，甜茶苷含量为81.73wt％。

本发明实施例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。甜茶苷的检测方法：依照DBS45/067-2020食品安全地方标准甜茶中甜茶苷含量的测定进行检测。

实施例1

(1)溶解：将100g甜茶苷含量为81.73wt％的甜茶苷粗品溶解于160mL，温度为220℃、压强为10MPa，处于亚临界状态的93％乙醇水溶液中，并混合均匀。

(2)第一析晶：在维持亚临界状态的压强条件下，以降温速率为15℃/h的速度降温至140℃之后，并保持静置恒温3h，然后在该状态条件下过滤收集晶体，并用4℃的95％乙醇洗晶，得到母液Ⅰ和51.2g待干燥的晶体Ⅰ。

(3)第二次析晶：将母液Ⅰ压力恢复至常压，在60r/min搅拌条件下加入0.1g碳酸钙，温度以降温速率为30℃/h的速度降温至10℃之后，停止搅拌，并保持静置恒温10h，然后在该状态条件下快速过滤收集晶体，并用4℃的95％乙醇洗晶，得到母液Ⅱ和18.3g待干燥的晶体Ⅱ。

(4)第三次析晶：将母液Ⅱ用盐酸调节pH值为4.0后，温度以降温速率为20℃/h的速度降温至-20℃之后，并保持静置恒温5h，然后在该状态条件下快速过滤收集晶体，并用4℃的95％乙醇洗晶，得到母液Ⅲ和7.9g待干燥的晶体Ⅲ。

(5)干燥、粉碎与过筛：：将结晶Ⅰ、结晶Ⅱ和结晶Ⅲ合并后，在-0.1MPa、80℃条件下真空干燥至恒重后，粉碎机粉碎并过100目筛后，即得高含量甜茶苷产品。

经过称重和检测：最终得到69.02g甜茶苷产品，纯度99.8％，产品总收率为84.28％。

实施例2

其他条件和操作和实施例1相同，区别在于步骤(1)中，100g甜茶苷粗品溶解于210mL，温度为200℃、压强为12MPa，处于亚临界状态的93％乙醇水溶液中，最终得到66.37g甜茶苷产品，纯度99.8％，产品总收率为81.04％。

实施例3

其他条件和操作和实施例1相同，区别在于步骤(1)中，100g甜茶苷粗品溶解于160mL，温度为240℃、压强为8MPa，处于亚临界状态的95％乙醇水溶液中，最终得到67.82g甜茶苷产品，纯度99.7％，产品总收率为82.73％。

实施例4

其他条件和操作和实施例1相同，区别在于步骤(2)中，降温速率为20℃/h，最终得到69.31g甜茶苷产品，纯度98.3％，产品总收率为83.36％。

实施例5

其他条件和操作和实施例1相同，区别在于步骤(2)中，降温速率为25℃/h，最终得到69.44g甜茶苷产品，为淡黄色，纯度98.6％，产品总收率为83.77％。

实施例6

其他条件和操作和实施例1相同，区别在于步骤(2)中，降温温度改至130℃，最终得到69.15g甜茶苷产品，纯度99.6％，产品总收率为84.27％。

实施例7

其他条件和操作和实施例1相同，区别在于步骤(2)中，降温温度改至160℃，最终得到67.64g甜茶苷产品，纯度99.8％，产品总收率为82.59％。

对比例1

其他条件和操作和实施例1相同，区别在于步骤(1)中，常压下，将100g甜茶苷粗品溶解于60℃的160mL的体积浓度为95％的乙醇，降温至4℃，仅析出15.3g晶体，说明在常规条件下，甜茶苷在95％乙醇中结晶度仍很低，不能满足工业提纯甜茶苷的需求。

对比例2

其他条件和操作和实施例1相同，区别在于步骤(3)中，不加入碳酸钙，第二次析晶时得到11.5g待干燥晶体II，第三次析晶时得到8.2g待干燥晶体III，最终得到62.48g甜茶苷产品，纯度99.8％，收率76.29％。

Claims (5)

1.一种甜茶苷的结晶方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）溶解：将甜茶苷原料粗品溶解于亚临界状态的乙醇水溶液，得到原始母液；所述的亚临界状态为220-230℃并且压强为8-12MPa；所述乙醇水溶液的体积分数为90-95%；甜茶苷原料粗品与乙醇水溶液的料液比为1：1.4-2.1，kg/L；

（2）第一次析晶：维持亚临界状态的压强，将母液降温至130-160℃，恒温静置析晶，固液分离并洗晶后，得到结晶Ⅰ和母液Ⅰ；所述的降温为保持压强，降温速率为10-15℃/h，恒温静置为保持恒温恒压静置2-4h；

（3）第二次析晶：将压力恢复至常压，搅拌条件下母液I中加入少量不溶性碳酸盐，继续降温至4-10℃，停止搅拌，恒温静置析晶，固液分离并洗晶后，得到结晶Ⅱ和母液Ⅱ；所述不溶性碳酸盐为碳酸钙，碳酸锌，碳酸钡中的至少一种，不溶性碳酸盐的加入量是甜茶苷原料粗品质量的0.1-0.3wt%；

（4）第三次析晶：母液Ⅱ继续降温，并调节pH值为弱酸性，恒温静置析晶，固液分离并洗晶后，得到结晶Ⅲ和母液Ⅲ；所述的降温是将母液II降温为-10至-20℃，降温速率10-20℃/h，调节pH值为弱酸性是用稀盐酸调节pH为3.5-5，所述的恒温静置为保持低温常压静置12-24h；

（5）干燥、粉碎与过筛：将结晶Ⅰ、结晶Ⅱ和结晶Ⅲ合并后，干燥、粉碎及过筛，得甜茶苷产品。

2.根据权利要求1所述的结晶方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的甜茶苷粗品的甜茶苷含量≥70%。

3.根据权利要求2所述的结晶方法，其特征在于，所述的甜茶苷粗品的甜茶苷含量≥80%。

4.根据权利要求1所述的结晶方法，其特征在于，步骤（3）中，所述搅拌的速度是40-60r/min，降温速率为10-40℃/h，所述的恒温静置为保持恒温常压静置6~12h。

5.根据权利要求1所述的结晶方法，其特征在于，步骤（5）中，所述的干燥为以除去水分为目的，包括真空干燥、鼓风干燥、真空微波干燥、真空冷冻干燥中的任意一种；所述的粉碎为机械破碎；所述的过筛为过80~200目。