全 文 ：分离与提取
2012年第 38卷第 11期(总第 299期)179
两步树脂法从甜叶菊水提液中纯化甜菊糖苷*
唐乐乐1，叶发银1，杨瑞金2，华霄2，赵伟2，张文斌2
1(江南大学 食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡，214122)
2(江南大学 食品学院，江苏 无锡，214122)
摘 要 采用两步树脂法从甜叶菊水提液中提取纯化甜菊糖苷。第一步主要是脱色，通过比较大孔树脂 D293、
D296、JN-1、JN-2、D890 和 D201 处理甜叶菊水提液的脱色率、甜菊糖苷保留率和解吸性能，发现 JN-1 的效果最
好。在优化条件下，甜叶菊水提液经 JN-1 处理，甜菊糖苷纯度由原来的 42. 65%提高到 67. 33%，收率达到
84. 87%;第二步的主要目的是提高产品纯度，通过比较大孔树脂 AB-8、JNF-1、X-5、NKA-II 和 D101 对甜菊糖苷
的吸附-解吸性能和得到的纯化液的甜菊糖苷纯度，发现 JNF-1 的效果最好。在优化的条件下，JN-1 处理后的甜
菊糖苷溶液进一步采用 JNF-1 吸附，溶液的甜菊糖苷纯度提高至 92. 92%，收率 91. 08%。
关键词 甜菊糖苷，大孔吸附树脂，脱色，纯化
第一作者:硕士研究生(杨瑞金教授为通讯作者，E-mail:yrj@
jiangnan． edu． cn)。
*“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD23B03) ;江苏高校
优势学科建设工程资助项目(PAPD) ;江南大学糖化学与生物
技术教育部重点实验室开放课题(KLCCB-KF201206)
收稿日期:2012 － 09 － 18，改回日期:2012 － 11 － 19
甜菊糖苷是从菊科植物甜叶菊中提取纯化得到
的高甜度、低热值甜味剂［1］，作为蔗糖替代物，已广
泛用于食品和饮料工业［2］。除高甜度外，甜菊糖苷
还具有降血糖、降血压、消炎以及免疫调节等活
性［3］。甜菊糖苷纯化工艺一般包括絮凝、大孔树脂
吸附甜菊糖苷、树脂脱色和脱盐等工序［4］。可是添
加絮凝剂引入的杂质需要在后续工艺中去除，同时沉
淀物会吸附一部分甜菊糖苷，使收率降低［5］，脱盐脱
色树脂再生消耗大量酸、碱和水。近年人们改进了传
统工艺，研究表明 ADS-7 树脂［6］和季铵基修饰的 AB-
8 树脂［7］可一步吸附-解吸纯化甜菊糖苷，无需脱盐
和脱色，但该法仍需使用絮凝处理的水提液做上柱
液。陈振斌等［8］将不经过絮凝的甜叶菊水提液直接
用大孔吸附树脂分离制备甜菊糖苷，制得的产品纯度
仅 75. 2%，产品仍需继续纯化才能达到国家质量标
准。此外，赵永良等［9］采用一级膜除杂、二级膜浓缩
取代絮凝过程，浓缩液再经大孔树脂吸附，甜菊糖苷
纯度 82. 13%，但收率仅 10. 6%，且膜需经常清洗，增
加了成本。针对上述情况，本文重点研究了两步树脂
法直接从甜叶菊水提液中提取纯化甜菊糖苷的工艺:
第一步为脱色除杂，第二步采用对甜菊糖苷吸附量
大、对杂质几乎不吸附的树脂进行纯化，两步树脂处
理即得高纯度的甜菊糖苷。
1 材料与方法
1. 1 材料与仪器
甜叶菊干叶，江苏东台甜叶菊供销合作社;树脂
D293、D296、JN-1、JN-2、JNF-1，上海华震科技有限公
司;树脂 D201，江苏苏青水处理有限公司;树脂
D890，浙江争光科技有限公司;树脂 NKA-II，天津南
开和成科技有限公司;树脂 AB-8、D101、X-5，安徽三
星树脂科技有限公司。
玻璃层析柱(Φ1. 0 cm × 20 cm 和 Φ1. 6 cm × 15
cm) ，上海沪西分析仪器厂有限公司;FE20 实验室
pH计，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;HA-2A
冷冻水浴恒温振荡器，江苏金坛亿通电子有限公司;
Hitachi L-2000 型高效液相色谱仪，日本日立公司;
UV-2102C紫外-可见分光光度计，上海尤尼柯仪器有
限公司。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 甜叶菊水提液的制备
取 200 g甜叶菊干叶粉碎至 20 ～40 目，加入1 000
mL去离子水，室温下超声辅助提取 12 min(每工作 6
s，停 6 s) ，过滤，滤渣拧干后重复提取 2 次，合并滤液。
低温离心得到茶褐色液体，－20 ℃储藏备用。
1. 2. 2 甜叶菊水提液的脱色
1. 2. 2. 1 脱色树脂筛选
树脂的预处理参照文献［10］。以脱色率、糖苷
保留率和解吸率为评价指标，分别考察树脂 D296、
D293、D201、JN-2、D890 和 JN-1 对甜叶菊水提液的脱
色效果。
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180 2012 Vol. 38 No. 11 (Total 299)
脱色率:甜叶菊水提液呈茶褐色，根据颜色互补
原理，选择 420 nm为检测波长。在该波长下，分别测
定甜叶菊水提液脱色前吸光值(A0)和脱色后的吸光
值(A1) ，按式(1)计算树脂的脱色率(D)。
D /% =
A0 － A1
A0
× 100 (1)
甜菊糖苷保留率:分别测定脱色前甜菊糖苷溶液
浓度 c0(mg /mL)、体积 V0(mL)以及脱色后浓度 c1
(mg /mL)、体积 V1(mL) ，按式(2)计算甜菊糖苷保留
率(R)。
R /% =
c1 × V1
c0 × V0
× 100 (2)
解吸率:测定解吸液的吸光值(A2) ，按式(3)计
算解吸率(Z)。
Z /% =
A2
A0 － A1
× 100 (3)
1. 2. 2. 2 静态吸附与解吸实验
静态吸附:称取一定量的预处理树脂于 250 mL
锥形瓶内，加入 30 mL 甜叶菊水提液，25 ℃，130 r /
min下摇床振荡吸附 30 h，测定脱色率和甜菊糖苷保
留率。
静态解吸:吸附结束，将树脂过滤，树脂用去离子
水漂洗两次，加入 30 mL解吸剂，25 ℃，130 r /min 摇
床振荡解吸 4 h，考察不同解吸剂对色素的解吸能力。
1. 2. 2. 3 动态吸附与解吸实验
动态吸附:将甜叶菊水提液通入脱色树脂柱
(Φ1. 6 cm × 15 cm) ，以流出液吸光值(A)与甜叶菊
水提液吸光值(A0)的比值为纵坐标，进液体积为横
坐标，绘制 0. 1 BV /h和 0. 2 BV /h流量下的动态脱色
曲线。
动态解吸:吸附饱和的树脂柱，采用解吸剂以 4
BV /h的流量洗脱色素。
1. 2. 3 甜叶菊水提液的提纯
1. 2. 3. 1 提纯树脂筛选
实验中所用大孔吸附树脂的性能如表 1 所示，其
预处理方法按文献［10］进行。以静态平衡吸附量、
解吸量以及甜菊糖苷纯度为评价指标，分别考察树脂
AB-8、JNF-1、X-5、NKA-II和 D101 五种大孔树脂对脱
色除杂的甜叶菊水提液的精制效果。静态平衡吸附
量、解吸量分别按式(4)和式(5)计算:
静态平衡吸附量:Qe = (c0 － ce)×
V0
m (4)
解吸量:Qd =
cdVd
m (5)
式中:Qe，静态平衡吸附量(mg /g) ;c0、ce，初始和
吸附平衡时溶质浓度(mg /mL) ;V0，吸附液体积
(mL) ;m，干树脂质量(g) ;Qd，解吸量(mg /g) ;cd，解
吸液溶质浓度(mg /mL) ;Vd，解吸液体积(mL)。
表 1 大孔吸附树脂的性能
树脂
名称
极性
粒径范围 /
mm
比表面积 /
(m2·g － 1)
平均孔径 /
nm
含水量 /
%
AB-8 弱极性 0. 315 ～ 1. 25 480 ～ 520 130 ～ 140 53. 73
JNF-1 非极性 0. 315 ～ 1. 25 880 ～ 920 70 ～ 80 65. 17
X-5 非极性 0. 315 ～ 1. 25 500 ～ 600 29 ～ 30 57. 21
NKA-II 极性 0. 3 ～ 1. 25 750 ～ 950 15. 5 ～ 16. 5 56. 31
D101 非极性 0. 25 ～ 0. 84 500 ～ 550 90 ～ 100 68. 45
1. 2. 3. 2 甜菊糖苷的动态吸附和解吸
动态吸附漏出曲线:脱色的甜叶菊水提液稀释两
倍，25 ℃，以 4 BV /h 流量通入装填了提纯树脂的层
析柱(Φ1. 0 cm ×20 cm)内，分析流出液组成。
动态解吸:吸附饱和后，先用 4 BV 去离子水洗
柱，再用乙醇溶液洗脱甜菊糖苷。
1. 2. 4 分析方法
(1)含水量:将一定质量的甜叶菊水提液冷冻干
燥，然后将其恒重，计算含水量 H%。
(2)蛋白质含量:参照 GB5009. 5 － 2010 中的“凯
氏定氮法”。
(3)甜菊糖苷含量(质量百分数) :参照 GB 8270
－ 1999 中“容量法”。
(4)甜菊糖苷纯度:按式(6)计算:
产品纯度 /% =
甜菊糖苷质量
甜菊糖苷水提液质量(1 － H%)
× 100 (6)
2 结果与讨论
2. 1 脱色工艺
2. 1. 1 树脂筛选
由图 1 可知，6 种树脂对甜叶菊水提液脱色率均
大于 85%。但是树脂 D296、D293 和 D201 的糖苷保
留率小于 60%，JN-2 和 D890 的色素解吸率小于
80%。综合考虑脱色率、糖苷保留率和树脂再生能
力，确定 JN-1 为最佳脱色树脂。
2. 1. 2 不同温度下 JN-1 静态吸附色素的效果
从图 2 可看出，在脱色初始阶段(0 ～ 5 h) ，45 ℃
时树脂对色素的吸附速度最大，这是由于树脂吸附色
素的主要推动力为静电相互作用，升高温度提高了色
素分子和树脂上可交换基团的解离度，同时促进了色
分离与提取
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图 1 六种大孔树脂对甜叶菊水提液的脱色效果
素分子热运动，有利于色素分子吸附［11］。45 ℃时树
脂对色素分子的吸附约在 5 h趋于平衡(脱色率稳定
在 75%左右) ，此时 25 ℃和 35 ℃的树脂对色素的吸
附未达饱和。35 ℃的脱色率在吸附 14 h 时超过 45
℃，并在吸附 25 h时达到 87. 6%。因而确定 35 ℃为
最佳脱色温度。
图 2 温度对 JN-1 树脂脱色效果的影响
2. 1. 3 JN-1 动态脱色效果
由图 3 可知，以 70%的脱色率为衡量标准(即 A /
A0比值为 0. 3) ，0. 1 BV /h流量可处理 5 BV 水提液，
而 0. 2 BV /h流量仅处理 2. 8 BV。结果表明，低流量
进液时色素分子与树脂接触更充分，脱色效果较好。
图 3 不同流量对 JN-1 树脂脱色效果的影响
2. 1. 4 JN-1 柱的再生
以 5% NaOH溶液为解吸剂，流量 4 BV /h，解吸
结果如图 4。洗脱体积为 1. 5 BV 时，吸附在树脂上
的大部分色素分子已解吸，到 6 BV 时色素洗脱率接
近 100%，耗时 1. 5 h。
图 4 JN-1 树脂的动态解吸曲线
2. 2 甜叶菊水提液的提纯
2. 2. 1 提纯树脂的筛选
分别考察大孔吸附树脂 AB-8、JNF-1、X-5、NKA-
II和 D101 对 JN-1 处理后甜叶菊水提液的纯化效果，
结果如图 5 所示。结果表明，树脂对甜菊糖苷吸附量
与其极性有一定关系，非极性的 JNF-1、X-5 和 D101
对甜菊糖苷的吸附量大于极性的 NKA-II、弱极性的
AB-8。吸附量还与树脂的比表面积有关［12］，JNF-1
比 X-5 和 D101 具有更高的比表面积，对甜菊糖苷吸
附量最大，并且解吸容易，经 JNF-1 精制后的甜菊糖
苷的纯度达到 90%以上，因此选择 JNF-1 为提纯树
脂。
图 5 不同型号大孔树脂对脱色后的甜菊
糖水提液的提纯效果
2. 2. 2 乙醇浓度对 JNF-1 吸附的甜菊糖苷的解吸效
果的影响
考察不同浓度乙醇(体积分数分别为 10%、
20%、40%、60%、70%、80%)的对 JNF-1 吸附的甜菊
糖苷的解吸能力，结果如图 6。70% ～ 80%乙醇的解
吸能力高于其他浓度的乙醇，且解吸率变化不大，从
成本考虑，确定 70%乙醇为最佳解吸剂。
2. 2. 3 JNF-1 动态吸附甜菊糖苷的漏出曲线
将 JNF-1 装柱(Φ1. 0 cm × 20 cm，床体积 15
mL) ，流量 4 BV /h 时的动态吸附结果如图 7 所示。
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图 6 乙醇浓度对 JNF-1 树脂解吸率的影响
结果表明，25 ℃下，吸附液浓度为 5. 05 g /L，JNF-1 可
处理 27 BV的甜叶菊水提液不发生漏泄。
图 7 JNF-1 树脂漏出曲线
2. 2. 4 JNF-1 吸附甜菊糖苷的动态解吸曲线
如图 8，使用 70%乙醇解吸吸附饱和的树脂柱，
流量 4 BV /h，解吸剂用量为 4 BV即可将甜菊糖苷从
树脂上完全解吸下来。
图 8 JNF-1 树脂动态解吸曲线
2. 3 两步树脂法纯化甜菊糖苷结果分析
表 2 甜叶菊水提液经两步树脂法纯化后的分析结果 %
含水量
甜菊
糖苷
蛋白质
甜菊糖
苷纯度
收率
甜叶菊水提液 97. 21 1. 19 0. 13 42. 65 －
JN-1 脱色后 98. 50 1. 01 0. 03 67. 33 84. 87
JNF-1 提纯后 99. 01 0. 92 0 92. 92 91. 08
纯化液 99. 01 0. 92 0 92. 92 77. 30
如表 2 所示，经两步树脂法处理，甜叶菊水提液
中甜菊糖苷的纯度由最初的 42. 65% 提高至
92. 92%，甜菊糖苷总收率为 77. 30%。
3 结论
采用两步树脂法处理甜叶菊水提液，结果表明，
JN-1 对甜叶菊水提液中的色素和其他杂质具有选择
性吸附能力，35 ℃，水提液 0. 1 BV /h 过 JN-1 柱，甜
菊糖苷的纯度由原来的 42. 65%提高到 67. 33%，收
率为 84. 87%;进一步使用 JNF-1 提纯，甜菊糖苷纯度
提高到 92. 92%，收率 91. 08%。两步树脂法处理后
的总收率为 77. 30%。本方法能够取代传统工艺中
的絮凝剂处理、离子交换柱脱盐等步骤，三废排放大
为减少，适合工业化生产。
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Two-step Resin Adsorption for Purification of Stevia Glycosides
from Stevia Rebaudiana Aqueous Extract
Tang Le-le1，Ye Fa-yin1，Yang Rui-jin2，Hua Xiao2，Zhao Wei2，Zhang Wen-bin2
1(State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China)
2(School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China)
ABSTRACT A new method for purification of steviol glycosides from Stevia Rebaudiana crude extracts by macro-
porous adsorption resin (MAR)was systematically investigated． The purification procedure consisted of two steps． In
the first step，the main purpose was decolorization，and several types of macroporous resins including D293，D296，
JN-1，JN-2，D890 and D201 were used in order to choose the best resin． JN-1 resin was selected according to their
decolorization ratio，the retention of steviol glycosides ratio and desorption ratio． In order to increase the purity，a sec-
ond step of refining was added by screening various types of macroporous resins (AB-8，JNF-1，X-5，NKA-II and
D101)． The results demonstrated that JNF-1 resin was the most suitable resin． The purity of steviol glycosides after
the first step JN-1 was from 42． 65% to 67． 33% with a recovery of 84． 87% ． The purity of steviol glycosides in-
creased to 92． 92% with a recovery of 91． 08% after the second step JNF-1．
Key words steviol glycosides，macroporous adsorption resin，decolorization，purification