膜分離技術在甜菊糖甙提取分離中的應用研究

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(天津美倫醫藥集團藥物研究院,天津 300400)

甜葉菊又名甜菊，原產于南美[1]。從甜菊葉中提取出來的甜菊糖稱為甜菊糖甙，甜菊葉中含有12%～18%的甜菊糖甙[2]，其甜度為蔗糖的200～300倍，而熱量僅為蔗糖的1/300，是一種高甜度、低熱量的新型天然保健糖源，長期食用對肥胖、高血壓、高血糖等疾病有保健治療作用[3]。

傳統的甜菊糖甙生產工藝中采用絮凝對提取液進行初步除雜，由于絮凝過程需加入絮凝劑，導致絮凝液中含有大量的有色離子，需用離子交換樹脂去除，使整個生產工藝過程繁瑣、周期長、成本高。作者采用膜分離技術取代傳統的絮凝過程，由于無有色離子摻入，因而可取消傳統生產工藝中的離子交換過程，簡化生產工藝的同時提高了生產效率。

1 實驗

1.1 原料、試劑和儀器

甜菊葉；甜菊糖甙標準品，日本和光純株式會社。

LC-10AT型液相色譜儀，日本島津；AN0298型分析天平，上海民橋精密科學儀器有限公司；真空干燥箱，上海福瑪實驗設備有限公司；XD-1型膜設備、XD-2型膜設備，合肥信達膜科技有限公司。

1.2 提取工藝

稱取5 kg已粉碎的甜菊葉，裝入200 L提取罐中，在常溫下按1∶10料液比加水浸提4次，每次1 h，共得到提取液192 kg。過濾合并濾液過一級膜，收集一級膜濾液，然后過二級膜濃縮，二級膜濾液達國家排放標準可以直接排放或重復用于浸提，濃縮液經過大孔吸附樹脂后噴霧干燥得到甜菊糖甙。

實驗完成后，膜需要清洗，以恢復膜的水通量。先用復合清洗劑清洗，然后用次氯酸鈉漂洗，最后用清水洗至中性。

1.3 甜菊糖甙含量檢測

使用高效液相色譜(HPLC)對甜菊糖甙含量進行測定,采用ODS柱(4.6 mm×200 mm，5 μm)，流動相為水∶乙腈(20∶80)，流速為0.5 mL·min-1，柱溫為25℃，進樣量為10 μL，運行時間為30 min。

1.3.1 標準曲線的繪制

精密稱取甜菊糖甙標準品0.05 g，置100 mL容量瓶中，加入適量甲醇超聲溶解，稀釋至刻度，搖勻，取10 mL置于100 mL容量瓶中，用甲醇稀釋至刻度，搖勻，作為儲備液備用。精密量取儲備液5.0 mL、10.0 mL、20.0 mL、40.0 mL置50 mL容量瓶中，分別加甲醇至刻度，取1 mL過0.45 μm有機濾膜后注入樣品瓶中，進樣檢測，檢測得甜菊糖甙的保留時間為14 min左右。以甜菊糖甙含量(μg·mL-1)為橫坐標、甜菊糖甙響應信號峰面積為縱坐標繪制含量-峰面積標準曲線，回歸方程為：y=21.1452x+3.0901,相關系數R2=0.9996。

1.3.2 樣品的檢測

量取一定量待測液裝入50 mL容量瓶中，加甲醇超聲溶解，定容至刻度，取1 mL過0.45 μm有機濾膜后注入樣品瓶中，進樣檢測。

2 結果與討論

2.1 一級膜除雜結果

將提取液連續投入一級膜裝置中，出料162.6 kg，再用30 kg純水分2次水洗，出料29.8 kg，耗時5.6 h，平均膜通量為263.2 kg·m-2·h-1。一級膜進口壓力為0.20 MPa、出口壓力為0.15 MPa、控制操作溫度在30℃左右，考察膜通量隨時間變化的規律，結果見圖1。

圖1 甜菊葉浸提液過一級膜時間-通量圖

由圖1可以看出，開始運行時，膜通量為459 kg·m-2·h-1，由于較冷料液的加入，系統的溫度有所降低，所以膜通量有所下降。隨著運行時間的延長，溫度恒定，由于濾餅的形成和膜的壓實作用或膜被污染、膜孔被堵塞，造成膜通量慢慢衰減。衰減到一定程度后，由于膜表面形成了穩定的凝膠層，膜通量趨于穩定。停機時膜通量為101 kg·m-2·h-1。一級膜主要是截留淀粉、脂肪、蛋白等一些大分子雜質。

2.2 二級膜濃縮結果

將一級膜得到的濾液192.4 kg連續加入到二級膜裝置中，得濃縮液21.3 kg，濃縮9.03倍，耗時5.1 h，平均膜通量為175 kg·m-2·h-1。二級膜進口壓力為2.5 MPa、出口壓力為2.4 MPa、控制操作溫度在30℃左右,考察膜通量隨時間變化的規律，結果見圖2。

由圖2可以看出，開始運行時，膜通量為302 kg·m-2·h-1，前4 h內膜通量衰減比較緩慢，隨著運行時間的延長，膜被污染，膜孔被堵塞，膜通量持續下降，停機時的膜通量為65 kg·m-2·h-1。

圖2 甜菊葉浸提液過二級膜時間-通量圖

通過兩級膜處理，濾液COD由21 027 mg·L-1降到293 mg·L-1，二級膜濾液可以排放或回用浸提。膜經清洗后，膜通量恢復到原來的99%以上。

2.3 二級膜濃縮液噴霧干燥結果

將二級膜濃縮液過大孔吸附樹脂,噴霧干燥得甜菊糖甙0.53 kg，檢測得甜菊糖甙純度為82.13%,收率為10.6%。

3 結論

(1)采用膜分離技術取代傳統甜菊糖甙生產工藝中的絮凝和離子交換過程,甜菊糖甙純度為82.13%,收率為10.6%,高于傳統生產工藝收率，達到了預期效果。

(2)整個運行過程中，膜保持良好的通量，膜經清洗后，膜通量恢復到原來的99%以上。

(3)整個膜分離過程無廢水產生，可降低生產成本，達到清潔生產的目的。

參考文獻：

[1] 林朝宗.廈門地區甜菊栽培技術總結[J].亞熱帶植物科學,1980,(1):31-36.

[2] 李欽.甜菊收獲技術[J].農業科技通訊,1984,(7):13.

[3] 肖翊華.甜菊的生理特性與開發利用[J].植物生理學通訊,1997,33(6):499-500.