甜菊糖水提液纯化工艺的改进

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甜菊糖苷是一种天然高倍甜味剂,在食品、营养及医药等领域具有广泛应用。当前我国甜菊糖苷年产量约为10000吨,其中90%用于出口,并且全球年需求量保持10%~20%的增量。目前工业上提取纯化甜菊糖苷的流程较为复杂:首先通过浸提得到糖苷水提液,然后再使用絮凝、膜分离、吸附树脂、离子交换树脂等方法对水提液进行纯化,最后通过重结晶得到商业化的甜菊糖苷。该工艺成本较高且污染较大,不符合食品添加剂绿色生产和消费的发展要求。为此,本文在课题组前期研究基础上,针对水提液中杂质与糖苷结构和性质的差异,尝试探索一种流程较为简单、纯化效果较好、更具经济效益和环保效益的甜菊糖苷纯化方法。首先,按照工业生产的浸提法,提取甜叶菊干叶中的甜菊糖苷(料液比1:20,w/v,常温24 h)。对水提液成分进行分析,杂质与糖苷的比例为5:1~6:1,糖苷含量为7.31±0.26 mg/m L,蛋白含量为18.71±0.80 mg/m L,多酚含量为0.98±0.01 mg/m L。因此主要的杂质为蛋白质,而色素则来源于多酚类物质。其次,基于课题组前期研究结果,试验了反相色谱层析方法对水提液的纯化效果。选取了NDR-1非极性大孔树脂作为甜菊糖苷的吸附基质。对水提液的静态吸附与解吸研究表明,在25oC下,当树脂添加量(湿重)为12 g/g固形物时,以15%(v/v)乙醇溶液作为吸附溶剂,糖苷几乎全部被树脂吸附,再使用纯乙醇将糖苷解吸下来,最终得到糖苷纯度为46.34%,损失率为1.58%,除杂率为77.62%。在动态吸附试验中,当洗脱溶剂乙醇含量从15%(v/v)提升至20%(v/v),得到的解吸液中糖苷纯度从56.13%提升至57.42%;但当乙醇含量提高至25%(v/v),糖苷会随杂质一同被洗脱下来,无法达到分离目的。综上,无法通过一步反相色谱树脂层析来得到高纯度糖苷。第三,由于一步树脂法无法达到理想的除杂效果,因此需要采用其他方法来对水提液进行初步除杂。考虑到水提液中蛋白质是最主要杂质,采用D280阴离子交换树脂作为吸附剂,进行蛋白质去除的可行性试验。优化条件试验表明,在25oC,p H=7,树脂量为0.5 g/g固形物时,糖苷损失率为12.56%,蛋白质去除率为57.66%。该试验证明可以通过静电吸附的方法去除蛋白质,但由于此法糖苷损失率过高,且不够环保,因此采用带正电的天然多糖壳聚糖来取代D280树脂进行初步除杂。对壳聚糖进行了优化条件试验,在添加量为0.04 g/g固形物,30oC,p H=5,絮凝2.5 h条件下,蛋白质去除率为41.9±0.02%,糖苷损失率为0.9±0.01%。最后,采用壳聚糖絮凝沉淀联合反相色谱除杂的方法对水提液进行纯化。采用上述优化后的壳聚糖絮凝条件,并以25%(v/v)乙醇作为杂质洗脱剂,纯化后的样品中,糖苷的纯度为82.75%,回收率为98.57%,总杂质去除率为95.60%。该方法相比现有工业生产工艺,具有流程更短、更加环保、成本更低的优点。
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