专利名称：一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法
技术领域：
本发明涉及一种植物成分提取方法，特别是一种甜菊叶中高效连续提 取甜菊糖苷的方法。
背景技术：
甜菊糖苷是继甘蔗糖、甜菜糖的第三大类天然糖源，亦是第一大类低
热量的天然糖源，其甜度是蔗糖的150-300倍，热量仅及蔗糖热量的1 / 300， 是理想的低热量天然糖源。甜菊糖苷是来自含有甜菊糖苷成份的甜菊叶子 提取(萃取)加工而成。甜菊叶种植容易，气候地理适应能力强，来源丰 富，是一种颇有前途经济作物。甜菊叶种植起源于南美巴拉圭，由日本引 种成功而传至中国。中国现在已经是全世界甜菊叶最大种植国，也是甜菊 糖苷的最大生产国和出口国。
从上世纪七八十年代到现在，甜菊叶对甜菊糖苷成份的提取都是采取 水浸提取过滤、除杂、吸附洗脱、交换离子脱盐脱色及活性炭脱色、多道 蒸发、浓縮，最后喷雾干燥制粒的生产工艺，由于甜菊糖苷成份在提取过 程中系热敏性物质，因而其水浸提取不能高温高压，除含糖梦外，还含有 多种悬浮物、胶体、微粒杂质，而提取生产工艺冗长复杂，至上世纪以来 一直处于阶段机械化或阶段半机械化生产状态，离现代化生产要求尚有相 当大的距离。
由于甜菊叶中所含的甜菊糖苷成份属热敏性物质，在甜菊叶的提取过
程中，遇酶和高温容易引起氧苷键断裂，降解，降低甜味，改变性能，正 是这个特点造成了提取工艺技术的难度和复杂性，亦影响了提取的生产率 和制成率的提高。这甜味成份的热敏性特点，影响采用髙温、高压的高效 提取方法，同时，在现在喷雾干燥制粒工序中，由于高温喷雾干燥的影响， 一定程度上降解了甜味成份。这个特点相当大的程度上给甜菊叶提取生产 流程实现自动化、连续化、高效提取技术化带来了困难。甜菊叶中所含甜
味成份较高含量在10-15%，但工序冗长，重复和损耗，无疑对甜菊糖苷提 取率提高有很大影响，还有活性炭脱色，吸附树脂的选择不当，都影响了 制成率的提高。
现行各家的提取工艺大同小异，多年来没有多大的改变，现有技术基
本上采用的工艺是(1)甜菊叶~<2)多道温水浸提取(包括敞锅式及罐溶方
式)"(3)絮凝沉淀一(4)板框过滤一(5)大孔吸附树脂吸附一(6)阳、阴离子交 换吸附一(7)活性炭脱色一(8)板框过滤~(9)蒸发浓缩~(10)喷雾干燥制粒~0 振动筛分成品。
现有上述常规提取甜菊糖苷生产工艺，在生产过程中间还有若干辅助 工艺设施，例如醇回收，微孔过滤等。
现有上述常规提取甜菊糖苷生产工艺的缺点是工序道数多，生产流 程长，周期长，占地面积大，设备多，生产不连续化，自动化程度低，部 分工序实现阶段机械化生产，损耗大，生产率和制成率低，生产成本高。
为了解决目前甜菊行业的浓縮效果低，浪费大，产品纯度低，树脂使 用寿命短，中国专利公布的CN101117345A公开了一种采用集成膜(二级) 分离工艺提取甜菊糖苷的方法， 一定程度上集中，简化了流程工序。此法
不足的是提取的低效率和喷雾干燥制粒的损耗，降解仍然没有得到解决，
且离自动化，连续化尚有相当距离。
发明目的
为解决现有技术甜菊叶中提取甜菊糖苷的方法存在的上述技术不足， 本发明设计甜菊叶中提取甜菊糖苷的方法，该方法采用连续逆流法对甜菊 糖苷进行提取，取代传统的水多道温水浸法对甜菊糖苷进行提取及其配套 的相关工艺，克服了现有技术的不足。
该方法的理论根据是依据甜菊叶提取物成份的性质和特点，甜菊叶的
提取物成份一甜菊糖苷是甜菊苷(Stevioside)、甜菊苷A (rebaudiosiedA); 甜菊苷B (rebaudio-sideB)甜菊苷C等的混和物，主要成份有8种，其中 有甜味的有6种，之间的区别，是相同的苷元-配糖基(亦称甜菊醇)在氧 苷键上结合糖基的种类，数量和构成不同，例如图2的甜菊苷和甜菊苷A， 都是相同的苷元在C-13位以氧苷键连接2个或3个不同数量的葡糖苷，从 而形成不同的甜度和甜味。
甜菊苷和甜菊苷A其C-19位连接葡糖基的酯键在提取过程中，对水 温、酸、酶等都是相对稳定的，而C-13位连接葡糖基的氧苷键，对于水温、 酸、酶等相对来说容易裂解，也就是说在高温下，在酸、碱催化作用下容 易产生键断裂，由于甜菊中提取物成份在提取过程中属于热敏性物质，应 尽量在低温条件下水提取，防止水解反应的产生，以免提取物分子因连接 结构裂解发生变化，引起甜菊糖苷的甜味和甜度发生变化。
由上述分析论述可看出，制定萃取甜菊叶提取物成份-甜菊糖苷的生产 技术工艺和过程，必须围绕甜菊叶提取物在提取过程中属热敏性物质这个
特点进行，该技术关键是制约本行业必须采用低温水浸提取工艺的原因， 同时也是甜菊糖苷生产中出现难度和复杂性的原因。
本发明实现发明目的采用的具体技术方案是，该方法步骤包括
(1) 采用连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，连续逆流法为甜菊叶被螺旋 方式自下往上的运动方式挤压运动，溶液自上往下经过甜菊叶对甜菊糖苷 进行提取，溶液与甜菊叶始终保持高浓度梯度，甜菊叶的残渣经螺旋向上 的挤压运动后，在上端被挤出，溶液对甜菊叶中的甜菊糖苷进行提取后， 成粗糖液，在下端被回收；
(2) 将步骤(1)粗糖液，采用天然沸石进行予除处理，即粗糖液经过天然
沸石固定床进行悬浮渣汁的予处理；
(3) 将步骤(2)除渣处理的粗糖液，采用酸活化季胺有机改性膨润土絮凝
沉淀处理
(4) 将步骤(3)絮凝沉淀处理粗糖液，进行微孔或膜过滤得生糖液
(5) 将步骤(4)过滤的生糖液，采用ADS-4和ADS-7树脂吸附；
(6) 将吸附在ADS4和ADS-7树脂吸上的甜菊糖苷的有效成分洗脱，得 甜菊糖苷洗脱精糖液；
(7) 将步骤(6)的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用外加热式双效浓縮，得浓縮 的甜菊糖苷洗脱精糖液；
(8) 将步骤(7)浓縮的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用真空连续干燥得甜菊糖 苷成品。
本发明的有益效果是，甜菊糖苷的提取速度快，效率高，甜菊糖苷的 提取率可达卯％以上，甜菊糖苷中的热敏物质不被破坏和降解，采用本发
明的方法，可使生产过程自动化、连续化、模块化、减少认为操作影响和 占地面积、减少水的消耗和废液的排放、提高出品率、降低生产成本。
具体实施例方式
甜菊叶中提取甜菊糖苷的方法，该方法步骤包括
(l)采用连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，连续逆流法为甜菊叶被螺旋 方式自下往上的运动方式挤压运动，溶液自上往下经过甜菊叶对甜菊糖苷 进行提取，溶液与甜菊叶始终保持高浓度梯度，甜菊叶的残渣经螺旋向上 的挤压运动后，在上端被挤出，溶液对甜菊叶中的甜菊糖苷进行提取后， 成粗糖液，在下端被回收。
该工艺步骤中，集萃取、连续、动态提取为一体，甜菊叶以机械螺旋 方式自下往上的运动方式前进，而溶液(水)则以逆流(与甜菊叶的运动 方向相反)流动，甜菊叶以机械螺旋方式自下往上的运动的过程中，甜菊 糖苷有效成分被连续地浸出，甜菊叶残渣在上端被挤出，同时溶液(水) 从高端进入，在重力作用下，在渗透甜菊叶流向低端过程中浓度不断加大， 最终提取液由下端(低端)被回收。
由于甜菊糖苷提取物在提取过程的热敏性原因，影响在提取过程中采 用酸酶和高温高压的高效技术措施。为了保证提取物的品质，甜菊叶普遍 采用低温水浸提取工艺。这个工艺过程，本质上是一种处理固液混和物的 同一液体(水)的萃取。以扩散理论为基础，当固体(甜菊干叶)与溶剂
(水、醇)经过长时间接触后，溶质(即甜菊叶提取物一-甜菊糖苷) 完全溶解时，甜菊叶空隙的液体浓度将等于周围液体的浓度。即使延长时 间也不易改变，达到了平衡。因此浓度差是渗透或扩散的动力。物质(即
甜菊叶提取物)的扩散速率可借用费克第一扩散定律来说明
ds / dt=—DF ds / dx——(1)
式中dt^"扩散时间
ds—dt时间内物质(溶质)扩散量；
F—扩散面积，即甜菊叶的大小和表面状态；
ds / dx—浸取液体浓度梯度；
D"扩散系数，负号表示扩散趋向平衡时浓度的降低,与温度成正比， 与液体黏度成反比。
从式(1)可以看出，在水浸提取中，扩散速率ds / dt与扩散面积F、 扩散过程中的浓度梯度ds / ds和水温度成正比关系,与液体的黏度成反比。 实验表明，浸取速率主要由内部扩散所决定，内部扩散与许多因素有关， 式(1)和D表明，当温度T受到限制时，扩散面积一定时，对提取速率 起主导作用的是提取浓度梯度和甜菊干叶空隙的内外液体黏度。显然，常 规的水浸提取法，在一定时间内就会饱和平衡，浸取液体由水的黏度向具 有一定糖水的液体黏度增加，浸取速率即使延长时间，变化也不大，只有 重新改变浸取液体黏度和浸取液体浓度梯度，才能继续有效提取。该工艺 步骤根据上述理论，采用连续逆流法对甜菊糖苷的提取，随时变换甜菊叶 周围的浸取液黏度和浓度梯度，始终保持最大的浸出浓度梯度和浸取液的 最小黏度，这就是该工艺步骤可以提髙浸出速率的技术关键。
由于甜菊叶与周围的溶液(水)的浓度差对于浸出速率起到决定作用， 该工艺步骤中增加溶液(水)与甜菊叶的作用接触面积，增加浓度梯度、 扩散和平衡，确保了最大的平衡极限，同时可获得较高的效率和浸出浓度，
总效率相当于3-7次扩散、平衡及分离阶段。有效成分提取率可达到卯％ 以上。
(2)将步骤(1)粗糖液，采用天然沸石进行予除处理，即粗糖液经过天然 沸石固定床进行悬浮渣汁的予处理。
本发明步骤(l)获得的粗糖液，呈暗褐色的浑浊状，该工艺步骤的目的 是将呈暗褐色的浑浊状粗糖液中，暗褐色的胶粒、杂质和悬浮物等沉淀下 来。由于天然沸石的比表面积大和高吸附的特点，对于暗褐色的胶粒、杂 质和悬浮物的沉淀具有明显的效果，同时天然沸石为土壤改良剂之一，具 有绿色环保，其吸附的沉淀物可作为有机肥料。
(3)将步骤(2)除渣处理的粗糖液，采用酸活化季胺有机改性膨润土絮凝沉淀 处理。
酸活化季胺有机改性膨润土，具有很好的吸附能力，同时具有优越的 阳离子交换容量，是良好的土壤改良剂，现有技术中用于食用油脱色，采 用改性膨润土絮凝沉淀其絮凝沉淀物可安全食用，而且可成为含有大量氨 基酸和蛋白质的有机肥料，采用该工艺步骤实现了绿色环保。
(4) 将步骤(3)絮凝沉淀处理粗糖液，进行微孔或膜过滤得生糖液。
(5) 将步骤(4)过滤的生糖液，采用ADS-4和ADS-7吸附树脂。 在现有技术中，吸附树脂采用XAD-7、 HP-20和P-101等，采用上述
成分的大孔吸附树脂，不能将甜菊糖苷与色素很好的分离，还需要离子交 换树脂迸行脱盐、脱色，甚至采用活性炭脱色处理，生产工序长，影响提 取率，增减原料消耗和生产成本。
由于甜菊糖苷与色素都是带有亲水基团的有机物，甜菊糖苷与色素都
可被吸附树脂吸附，也可被有机溶剂一起洗脱，也就是说，甜菊糖苷与色 素在吸附和洗脱方面性质差别很小，如何利用甜菊糖苷与色素之间的微小 差别，如何选择一种选择性强的吸附树脂，也是困扰业界的技术瓶颈。
本发明经反复比较试验，在该工艺步骤中，利用ADS4和ADS-7吸附 树脂的VRn基团对甜菊糖苷的某些基团选择性高的特点，采用ADS4和 ADS-7吸附树脂对步骤(4)过滤的生糖液进行处理，采用洗脱液套用的方法。 实施例证明，该工艺步骤具有吸附量大、洗脱效果好，洗脱后的糖液浓度 高，总甜菊糖苷含量可达90%以上，产品纯度和色度可提高到98%，同时
该工艺可实现自动化、计算机智能化控制，为甜菊糖苷的提取实现全部自 动化控制提供技术保障。
(6)将吸附在ADS4和ADS-7树脂上的甜菊糖苷的有效成分洗脱，得甜 菊糖苷洗脱精糖液。
( )将步骤(6)的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用外加热式双效浓縮器，得浓 缩的甜菊糖苷洗脱精糖液。
针对甜菊叶提取物的热敏性特点，本工艺步骤用热泵外加热式的双效 浓缩器代替常规的蒸发浓縮或真空蒸发浓縮，蒸发速度快，浓缩比重大， 实施例证明浓縮比重可达1.2-1.35，双效同时蒸发，二次蒸汽得以使用，比 可节能50%，浓縮在密封中无泡沫状态下进行，不易跑料，不易结焦，清 洗方便，减少污染，同时克服料现有的蒸发浓縮设备体积庞大，热耗能大， 效率低及投资成本高的技术不足，实施例采用低噪声热泵，低温加热和低 温蒸发的天然植物提取的双效浓縮型装置。
(S)将步骤( )浓縮的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用真空连续干燥得甜菊糖
苷成品。
本发明中，该工艺步骤采用采用真空连续干燥的办法得甜菊糖苷成品。 在具体实施例中，采用干燥制粒釆用智能化的带式真空连续千燥机，干燥 制粒是甜菊糖苷生产的最后关键环节。现有工艺中全都采用上世纪七八十
年定型的喷雾干燥制粒机，现有工艺的缺点是；效率低、耗损大、颗粒偏 细、大小不易控制，密闭差、生产环境差，进风温度偏高，达140° C左右， 尔后虽然降下来，但处于含水的浓缩甜菊糖苷液体的热敏性物质仍有部分
降解作用，该工艺步骤的技术进步是，a)产品整个干燥，处于真空，封闭
环境，符合(GMP)要求的条件，干燥过程40~60° C,可以保持甜菊糖 苷的甜味甜度不被破坏，得到高质量的产品。(2)连续进料、出料，大大提 高生产效率。(3)自动CIP在线清洗系统，保证批与批产品间的质量差异， 大大降低劳动强度。(4)干燥机自动控制，微机控制系统采用图形化人机界 面，使干燥制粒工序形成模块化。
本发明实施例中，为尽可能将甜菊叶中甜菊糖苷提取，该方法的步骤 (l)重复2-6次，得不同浓度的甜菊糖苷提取液合并使用。
本发明在将步骤(l)设计成集萃取、重渗漉、连续动态逆流提取成为一 体的逆流提取单元，共设置2-6个逆流提取单元对甜菊叶中甜菊糖苷进行 逆流提取提取，根据设置的提取单元具体数量，甜菊叶的不同品种，提取 浓度等技术参数进行控制，逐级将甜菊叶的有效成分扩散到起始浓度相对 交底套用的提取液中，以最大限度转移甜菊叶中的溶解成分，縮短提取时 间，降低溶液(水)的用量。
每个提取单元采用机械强制循环方式，连续逆流法为甜菊叶被蟝旋方
式自下往上的运动方式挤压运动，溶液自上往下经过甜菊叶对甜菊糖苷进 行提取，连续循环，流动浸出，提高固一液扩散界面层的更新速度，使甜 菌叶中的待溶成份与浸出液中的溶质一甜菊糖苷成份，在单位时间内能保 持一个较高的浓度差。当某一阶段提取过程完成时，不饱和溶剂隔一个提 取单元迁移继续循环提取，以增加甜菊叶与提取液中的甜菌糖苷成份的浓 度差，提高提取效率。
本发明实施例具体如下
实施例l:
一条生产线实际生产量最高可达300吨
该实施例中，步骤(D，即连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，重复2-3 次，得不同浓度的甜菊糖苷提取液合并使用。设备投资800万，与现有技
术生产线相比节能30%，有效成份提取率提高15—20%，占地面积节约 35%，工效提高30%，整套主体生产工艺都由计算机控制的自动化模块(四
大模块提取、吸附洗脱、浓縮、干燥制粒)组成，是封闭的安全清洁生
产，是热敏性物质提取现代化生产的较佳选择。
实施例2: —条线实际年产量最高可达250吨
该实施例中，步骤(l)，即连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，重复4-6 次，得不同浓度的甜菊糖苷提取液合并使用。设备投资900万，与现有技 术生产线相比节能30%，有效成份提取率提高10~15%,占地面积节约 40%,工效提高25%,整套主体生产工艺都由计算机控制的自动化模块(四
大模块提取、吸附洗脱、浓縮、干燥制粒)组成，是封闭的安全清洁生
产，是热敏性物质提取现代化生产的较佳选择。
权利要求
1.一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法，其特征在于该方法步骤包括(1)采用连续逆流法得到甜菊糖苷提取液，连续逆流法为甜菊叶被螺旋方式自下往上的运动方式挤压运动，溶液自上往下经过甜菊叶对甜菊糖苷进行提取，溶液与甜菊叶始终保持高浓度梯度，甜菊叶的残渣经螺旋向上的挤压运动后，在上端被挤出，溶液对甜菊叶中的甜菊糖苷进行提取后，成粗糖液，在下端被回收；(2)将步骤(1)粗糖液，采用天然沸石进行予除处理，即粗糖液经过天然沸石固定床进行悬浮渣汁的予处理；(3)将步骤(2)除渣处理的粗糖液，采用酸活化季胺有机改性膨润土絮凝沉淀处理(4)将步骤(3)絮凝沉淀处理粗糖液，进行微孔或膜过滤得生糖液(5)将步骤(4)过滤的生糖液，采用ADS-4和ADS-7树脂吸附；(6)将吸附在ADS-4和ADS-7树脂上的甜菊糖苷的有效成分洗脱，得甜菊糖苷洗脱精糖液；(7)将步骤(6)的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用外加热式双效浓缩，得浓缩的甜菊糖苷洗脱精糖液；(8)将步骤(7)浓缩的甜菊糖苷洗脱精糖液，采用真空连续干燥得甜菊糖苷成品。
2、 根据权利要求1所述的一种甜菊叶中髙效连续提取甜菊糖苷的方法， 其特征在于该方法步骤(l)重复2-6次，得不同浓度的甜菊糖苷提取液合 并使用。
全文摘要
本发明公开一种甜菊叶中高效连续提取甜菊糖苷的方法，解决现有提取工艺，由于甜菊叶中所含的甜菊糖苷成份属热敏性物质，在提取过程中，遇酶和高温容易引起氧苷键断裂，降解，降低甜味，而必须采用多道温水浸工艺，本发明采用工艺路线是，连续逆流法提取—天然沸石悬浮渣汁处理—改性膨润土絮凝沉淀处理—微孔或膜过滤—ADS-4和ADS-7树脂吸附—洗脱—外加热式双效浓缩—真空连续干燥。本发明的有益效果是，甜菊糖苷的提取速度快，效率高，甜菊糖苷的提取率可达90％以上，甜菊糖苷中的热敏物质不被破坏和降解，采用本发明的方法，可使生产过程自动化、连续化、模块化、减少认为操作影响和占地面积、减少水的消耗和废液的排放、提高出品率、降低生产成本。
文档编号C07H15/00GK101367852SQ20081021606
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者王德骥 申请人:王德骥