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甜叶菊水提取液的除杂工艺研究
伏军芳1 , 2 , 黄新异2 , 宋玉民1＊ , 邸多隆2＊
(1.西北师范大学化学化工学院 , 甘肃 兰州 730070;
2.中国科学院兰州化学物理研究所甘肃省天然药物
重点实验室 , 甘肃 兰州 730000)
基金项目:中国科学院“百人计划”择优支持项目
甜叶菊(Stev ia rebaud iana Bertoni)属菊科多
年生草本植物 ,其中的主要甜味成分是甜菊糖苷 ,包
括甜菊糖苷(stevio side)、莱包迪苷 A (rebaudioside
A)、莱包迪苷 C (rebaudio side C)、杜尔可苷 A
(dulco side A)、甜菊醇双糖苷(steriolbio side)、莱包
迪苷 B (rebaudioside B)、莱包迪苷 D (rebaudio side
D)、莱包迪苷 E (rebaudioside E)和莱包迪苷 F
(rebaudioside F)[ 1] 。甜菊糖苷含量占甜叶菊叶片质
量的4%～ 13%,其甜度是蔗糖的 200 ～ 350 倍[ 2] 。甜
菊糖苷食用安全 ,无副作用 ,已作为甜味剂广泛应用
于食品 、医药 、化妆品 、饮料和酿酒等行业[ 3] 。
目前 ,甜菊糖苷的提取分离工艺主要是水提取 、
除杂 、大孔吸附树脂分离 、离子交换树脂脱色[ 4] 。由
于甜叶菊水提取液中含有大量的蛋白质 、有机酸 、叶
绿素 、无机盐 、皂苷 、鞣质等杂质 ,这些杂质的含量是
甜菊糖苷含量的 5 ～ 7 倍。为了减少大孔树脂分离
纯化时的负荷和延长树脂的寿命 ,需要对提取液进
行除杂预处理。常用的除杂预处理方法是化学絮
凝 ,但化学絮凝剂的加入本身引入了大量的无机离
子 ,在后续工艺中增加了除去无机离子的步骤 ,增加
了生产成本和周期[ 5] ,且用化学絮凝剂絮凝 ,甜菊糖
苷的损失较大[ 6] 。本文以除杂率和甜菊糖苷损失率
为评价指标 ,分别考查化学絮凝剂 、改性凹凸棒石和
醇沉的除杂效果 ,为工业化生产中降低甜菊糖苷的
损失率 、简化工艺 、节约生产成本提供参考 。
1 实验部分
1.1 仪器与材料
Agi lent 1200高效液相色谱仪(美国 Agilent公
司);RE-52C 旋转蒸发仪(巩义市英峪予华仪器厂)
;SHZ-D Ш循环水式真空泵 (巩义市英峪予华仪器
厂);恒温干燥箱(上海实验仪器总厂);BS224S 型电
子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)。
甜叶菊干叶(由甘肃省农垦集团公司提供);甜
菊糖苷对照品(成都曼思特生物科技有限公司);改
性凹凸棒石(中科院兰州化物所环境材料与生态化
·126· 化 学 世 界 2010 年
学研究发展中心提供);乙腈(山东禹王实业总公司
化工厂 ,色谱纯);其余试剂均为分析纯 。
1.2 样品的制备
1.2.1 甜叶菊水提液的制备
取一定量的甜叶菊 ,第一次加入甜叶菊质量 10
倍的沸水蒸煮提取 1 h ,冷却至室温 ,过滤。滤渣再
加入 8倍量的沸水蒸煮提取两次 ,各 1 h ,过滤 。合
并 3次滤液 ,浓缩至提取液 1/10 ,摇匀 ,即为甜叶菊
的提取液 。
1.2.2 提取液不同除杂方法考查
(1)化学絮凝剂絮凝 取 20 mL提取液 ,分别加
入不同量的化学絮凝剂(m(FeCl3)∶m(CaO)=1∶
2.5),振摇 10 min ,调整体系的 pH 值为 9 ～ 10 ,在
65 ～ 70 ℃的水浴中静置 1 h ,离心 ,上清液置于 100
mL 容量瓶中 ,用蒸馏水定容 ,摇匀 ,即得 。
(2)改性凹凸棒石吸附:参考文献[ 7] ,凹凸棒石
先用浓度为 5 %的硫酸酸化 ,再在 400 ℃下焙烧 2
h ,研磨 。取 20 mL 提取液 ,分别加入不同量改性凹
凸棒石 ,振摇 10 min ,调整体系的 pH 值为 9 ～ 10 ,
在 65 ～ 70 ℃的水浴中静置 1 h ,离心 ,上清液置于
100 mL 容量瓶中 ,用蒸馏水定容 ,摇匀 ,即得。
(3)乙醇沉淀:取 20 mL 提取液 ,搅拌 ,滴加不
同体积 95 %的乙醇 ,滴加速度为 10 mL/min ,滴加
完毕后静置 1 h ,离心 ,上清液减压蒸馏除去乙醇 ,
置于 100 mL 容量瓶中 ,用蒸馏水定容 ,摇匀 ,即得 。
1.3 样品测定
1.3.1 甜菊糖苷损失率的测定
精密称取甜菊糖苷对照品约 25 mg , 置于 10
mL 的容量瓶中 ,加入适量 70 %的乙醇超声溶解 ,
放至室温后定容至刻度 ,摇匀 ,即得对照品储备溶
液 。精密量取对照品储备溶液 5.0 mL ,用 70 %的
乙醇稀释至 25 mL ,摇匀 ,即得对照品溶液。分别精
密量取 1.2.1制备的提取液溶液和 1.2.2制备的不
同除杂方法除杂后溶液各 0.5 mL ,置于 25 mL 容
量瓶中 ,用 70 %的乙醇定容 ,即得样品溶液 。
将对照品溶液 、样品溶液用 0.45 μm 滤膜过
滤 ,参照 GB8270-1999[ 8] 色谱条件进样分析 ,按照下
式计算甜菊糖苷损失率:
甜菊糖苷损失率(%)=W0-W1
W 0
×100 %
其中:W 0 -测得的提取液中甜菊糖苷含量
(mg),W1 -测得的除杂后提取液的甜菊糖苷含量
(mg)。
1.3.2 除杂率的测定
分别精密量取 1.2.1 制备的甜叶菊水提液及
1.2.2 制备的不同除杂方法除杂后溶液各 20.0
mL ,置于蒸发皿中 ,水浴蒸干后 ,移入 110 ℃烘箱干
燥至恒重后称重 ,得浸膏质量 ,按照下式计算除杂
率:
除杂率(%)=M0-M1
M0
×100 %
其中:M0-原提取液的浸膏质量(mg),M1-除杂后
提取液的浸膏质量(mg)。
2 结果与讨论
分别用化学絮凝剂 、改性凹凸棒石和乙醇进行
单因素除杂试验 ,以除杂率和甜菊糖苷损失率为评
价指标 ,对不同除杂方法的除杂效果进行了考察 ,结
果见表 1。
表 1 不同除杂方法对除杂效果的影响
化 学絮 凝剂
加入量/ g 除杂率/ % 损失率/ %
改性 凹 凸棒 石
加入量/g 除杂率/ % 损失率/ %
醇 沉
体系醇浓度/ % 除杂率/ % 损失率/ %
0.78 24.12 12.29 0.78 6.09 6.33 50 3.63 11.85
0.93 26.20 14.58 0.93 7.55 23.86 60 3.75 10.33
1.17 31.44 17.98 1.17 12.94 28.64 70 9.06 8.42
1.55 34.92 25.67 1.55 13.66 31.76 80 16.47 6.13
2.33 40.12 38.63 2.33 21.17 39.45 90 15.03 9.93
由表 1可知:化学絮凝剂的沉淀效果最佳 ,但甜
菊糖苷的损失率较大 。这是因为在化学絮凝时 ,絮
凝剂间会发生如下化学反应:
2Fe3++ 3Ca(OH)2 = 2Fe(OH)3(胶体)+
3Ca
2+
反应生成的 Fe(OH)3 胶核带正电荷使提取液
中带负电荷的杂质聚沉 ,当胶核过量时 ,同时吸附甜
菊糖苷分子中羟基上的孤对电子 ,使甜菊糖苷聚沉 ,
所以在加入絮凝剂量较大时 ,甜菊糖苷损失较大。
且加入化学絮凝剂除杂后 ,甜叶菊水提液的颜色会
变成红褐色 ,随着化学絮凝剂用量的增加 ,颜色加
深 ,可能是由于引入了 Fe3+ ,Ca2+ ,Cl-等无机离子。
改性凹凸棒石的除杂效果和甜菊糖苷的损失率
随凹凸棒石加入量的增加而增加 。这是由于改性凹
·127·第 2 期 化 学 世 界
凸棒石是一种层链状结构 ,其内部空洞大 ,比表面积
大 ,比表面能大 ,所以吸附能力强。当加入的凹凸棒
石较多时 ,吸附能力较强 ,能使更多的杂质和甜菊糖
苷聚集沉淀 ,当加入的凹凸棒石过少 ,吸附能力较
弱 ,只能吸附提取液中少量的杂质和甜菊糖苷 ,除杂
不明显。除杂后溶液的颜色随着除杂率的增加而变
深 ,可能是由于凹凸棒石中带有金属离子或凹凸棒
石不易被处理干净。
醇沉法是中草药生产过程中一种常用的除杂方
法。醇沉法是利用甜菊糖苷易溶于乙醇 ,而蛋白质 、
淀粉等大分子杂质不溶于乙醇的特性达到除杂的目
的。在加入乙醇的过程中 ,采用适当的搅拌速度 ,有
利于避免因局部乙醇浓度过高而引起淀粉 、蛋白质
等杂质沉淀析出并包裹甜菊糖苷造成的甜菊糖苷的
损失 。当体系醇浓度达到 80 %时 ,几乎可除去全部
淀粉 、多糖 、蛋白质 、无机盐类杂质 ,而甜菊糖苷的损
失率最小 ,溶液透明澄清 ,为最佳的醇沉条件 。与化
学絮凝剂沉淀法和改性凹凸棒石吸附法比较 ,醇沉
法除杂较好 ,甜菊糖苷损失小 ,醇沉后溶液澄清 ,为
淡黄色 ,不会引入其他杂质和无机离子 ,减少了后续
去除无机离子的工艺步骤 ,因此 ,醇沉法简化了甜菊
糖苷的整个工艺 ,且醇沉法工艺简单 ,乙醇易得 ,毒
性小 ,易于回收利用 ,生产成本小。
3 结 论
在甜叶菊水提取液的除杂处理中 ,化学絮凝法
的絮凝效果和醇沉法的沉淀效果较凹凸棒石的吸附
效果佳 ,但是醇沉法甜菊糖苷损失较化学絮凝剂絮
凝要小 ,当体系乙醇浓度为 80 %时 ,除杂率为 16.
47 %,甜菊糖苷的损失率仅为 6.13 %。且醇沉过
程中没有引入其他无机离子 ,减少了后续除去无机
离子的步骤 。醇沉工艺工业上操作简单 、工艺条件
易于实现 ,实验中所用的乙醇可以回收循环使用 ,是
一种较为经济简便的除杂方法。
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(上接第 109 页)
3 结论
文献[ 11] 以碘甲烷为甲基化试剂 ,需要高温高压
的反应条件;以硫酸二甲酯为甲基化试剂 ,需要在
150 ℃的高温下进行反应才能得到葫芦巴碱甲酯 ,
进一步水解得到葫芦巴碱硫酸盐。本实验采用水为
溶剂 ,加入适量 N aOH ,既能增强硫酸二甲酯的反
应活性 ,又能避免甲酯的形成 ,还可促进硫酸甲酯钠
最终转化成硫酸钠 ,利于纯化 。
通过合成工艺条件的优化 ,以价格低廉的硫酸
二甲酯为甲基化试剂 ,水做溶剂合成葫芦巴碱 ,硫酸
酸化得其硫酸盐 。避免了文献[ 11] 的高温高压操作 ,
简化了操作条件 , 便于反应跟踪 ,收率由文献的
65%提高到 92%,使生产成本大大降低 ,为工业化
生产提供了可能的技术途径。
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