膜技術(shù)在提取甜菊糖中的應(yīng)用

姚國(guó)新，毛波，王旭

（1.蒙牛乳業(yè)泰安有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000；2.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430068）

膜技術(shù)在提取甜菊糖中的應(yīng)用

姚國(guó)新1，毛波2，王旭2

（1.蒙牛乳業(yè)泰安有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000；2.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430068）

應(yīng)用膜分離技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn)。首先用微濾膜和超濾膜兩級(jí)膜對(duì)甜菊糖水提液進(jìn)行除雜，除掉果膠等大分子雜質(zhì)、色素和水溶性蛋白等雜質(zhì)，最后用納濾膜進(jìn)行脫鹽濃縮。結(jié)果表明，進(jìn)過(guò)膜處理后的液體濃縮了15倍，純度達(dá)到87%左右。

甜葉菊；甜菊糖；膜技術(shù)

甜葉菊（Stevia），又稱(chēng)甜菊、甜草，屬于小菊科植物，原產(chǎn)于中國(guó)廣東，它一般作為甘味料為人們所知。它化學(xué)成分復(fù)雜，主要有ent-貝殼杉烯型二菇類(lèi)，半日花烷型二菇及半日花烷型雙降二菇，黃酮類(lèi)，揮發(fā)油類(lèi)成分和其它類(lèi)成分[1]。其中ent-貝殼杉烯型二菇類(lèi)是研究最為深入的一類(lèi)成分，而甜菊糖正是該類(lèi)成分中研究比較早的一種物質(zhì)。甜菊糖（又稱(chēng)甜菊糖苷）是繼甘蔗、甜菜糖之外第3種有開(kāi)發(fā)價(jià)值和健康推崇的天然蔗糖替代品，被國(guó)際上譽(yù)為“世界第三糖源”。甜菊糖的外觀為白色至微黃色結(jié)晶性粉末，它具有高甜度、低熱能的特點(diǎn)，其甜度是蔗糖的200倍～300倍，熱值僅為蔗糖的1/300。而且還兼有降低血壓、促進(jìn)代謝，治療胃酸過(guò)多等作用；對(duì)肥胖癥、糖尿病、心血管病、高血壓動(dòng)脈硬化、齲齒等患者也有一定的輔助療效，其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)已備受世界各國(guó)的關(guān)注。

目前甜菊糖的分離主要是利用絮凝除雜離心分離，通常采用鐵鹽或鋁鹽等無(wú)機(jī)低分子作為絮凝劑以石灰為助凝劑進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，形成絮凝沉淀，但是絮凝反應(yīng)較慢，甜菊糖甙在其條件下易被分解破壞，同時(shí)絮凝劑耗量大，絮凝反應(yīng)和壓濾澄清周期較長(zhǎng)。針對(duì)這些缺點(diǎn)，本研究利用膜技術(shù)方法對(duì)甜菊糖提取液進(jìn)行除雜、分離和濃縮，以提高提取液中多糖的純度。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

甜葉菊：黑龍江產(chǎn)；組合膜分離設(shè)備：湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所；HX-200中藥粉碎機(jī)：浙江省永康市溪岸五金藥具廠；Ultimate3000高效液相色譜：DIONEX；pHS-2C數(shù)顯酸度計(jì)。

1.2 分析方法

甜菊糖的測(cè)定采用高效液相色譜法[2]，以甜菊苷為標(biāo)準(zhǔn)品；固形物的測(cè)定采用GB/T 5501-1985《糧食、油料檢驗(yàn)、鮮薯檢驗(yàn)方法》；

雜質(zhì)截留率采用公式[3]：

式中：R為雜質(zhì)截留率；CP為透過(guò)液中雜質(zhì)的濃度，（mg/L）；Ct為原液中雜質(zhì)的濃度，（mg/L）。

1.3 方法

1.3.1 甜菊糖的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)

甜菊葉→水提→微濾→超濾→納濾→樹(shù)脂吸附→解吸→干燥→產(chǎn)品

1.3.2 甜菊糖的提取

取一定量的甜菊葉，粉碎至粒度10目～20目，然后加10倍甜菊葉質(zhì)量的水，冷浸3次每次2 h。

1.3.3 微濾膜過(guò)程

甜菊糖提液中除了含有甜菊糖外，還含有大分子的果膠和一些大分子雜質(zhì)，故選用微濾膜將甜菊糖水提液中的雜質(zhì)及大分子的果膠除去，同時(shí)也可以減少后續(xù)的膜污染。因此我們選用N30的無(wú)機(jī)微濾膜來(lái)處理，其測(cè)量在溫度為40℃，進(jìn)口壓力為0.3 MPa，出口壓力為0.1 MPa，流量為80 L/min的操作條件下膜通量隨時(shí)間的變化。

1.3.4 超濾膜過(guò)程

經(jīng)過(guò)微濾膜處理后，還含有一定量的水溶性蛋白以及色素等物質(zhì)，因而選用截留分子量為5000 u的有機(jī)超濾膜來(lái)除去水溶性蛋白和色素等雜質(zhì)。其測(cè)量在溫度為40℃，進(jìn)口壓力為0.8 MPa，出口壓力為0.7 MPa，流量為250 L/min的操作條件下膜通量隨時(shí)間的變化。

1.3.5 納濾膜過(guò)程

經(jīng)過(guò)以上兩級(jí)膜處理后，濾液中還含有多種酶、氨基酸、抗生素、生物堿等小分子的雜質(zhì)和絕大部分無(wú)機(jī)鹽。選用截留分子量為300 u的有機(jī)納濾膜進(jìn)行處理，其測(cè)量條件在溫度為35℃，進(jìn)口壓力為12 MPa，出口壓力為11.9 MPa，流量為20 L/min的操作條件下膜通量隨時(shí)間的變化。

1.3.6 樹(shù)脂吸附與解析

為了進(jìn)一步提高甜菊糖的純度，將經(jīng)過(guò)納濾膜的濃縮液通過(guò)大孔吸附樹(shù)脂進(jìn)行吸附，吸附完全后，再利用50%～60%的乙醇對(duì)吸附樹(shù)脂進(jìn)行解吸得到較高純度的甜菊糖。

1.3.7 干燥

將解吸得到的甜菊糖溶液進(jìn)行乙醇回收后，再通過(guò)噴粉干燥，得到白色粉末狀的甜菊糖產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 微濾膜過(guò)程的結(jié)果測(cè)定

用微濾膜進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，每10 min測(cè)1次膜的通量。微濾膜的膜通量衰減曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

在試驗(yàn)條件下，N30的膜通量的衰減隨過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步衰減，但衰減的速度極為緩慢，且平均通量為131.97 L/（h·m2），當(dāng)膜通量降至較低時(shí)，已達(dá)到了除雜的目的。因此，此超濾系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。而甜菊糖的透過(guò)率也達(dá)到99.2%，固形物的截留率為26.5%。

2.2 超濾膜過(guò)程的結(jié)果測(cè)定

經(jīng)過(guò)微濾膜的處理后得到的甜菊糖的濾液為深褐色，大分子的雜質(zhì)已經(jīng)被截留了，同時(shí)也減輕了超濾膜的處理壓力和處理量。再用超濾膜進(jìn)行試驗(yàn)為了除去一些色素及水溶性蛋白質(zhì)等物質(zhì)，每隔10 min測(cè)1次膜的通量，超濾膜的膜通量衰減曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

由圖2可以知道超濾膜的膜通量的衰減隨過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步衰減，直到物料結(jié)束后其平均通量為276.6 L/（h·m2）。而且進(jìn)過(guò)超濾膜的處理以后，甜菊糖的透過(guò)率也達(dá)到97.8%，固形物的截留率為61.5%，且濾液的顏色也由原來(lái)的深褐色變?yōu)榱说S色。

2.3 納濾膜過(guò)程的結(jié)果測(cè)定

經(jīng)過(guò)微濾膜和超濾膜兩級(jí)膜的處理后，得到的濾液體系成分相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是其無(wú)機(jī)鹽含量較高。此時(shí)用納濾膜進(jìn)行濃縮，同時(shí)也除去部分的小分子物質(zhì)和大部分的無(wú)機(jī)鹽。用納濾膜進(jìn)行試驗(yàn)，每隔10 min測(cè)1次膜通量，其膜通量衰減曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

膜通量的衰減隨過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步衰減，但衰減的速度較為緩慢，且平均通量為3.09 L/（min·支），當(dāng)膜通量降至較低時(shí)，已基本達(dá)到了濃縮的目的，濃縮了15倍（與原水提取液相比），為下面樹(shù)脂吸附減小了很大的處理量，而且電導(dǎo)也大幅度降低了，且純度達(dá)到了87%左右。

2.4 后續(xù)處理

將經(jīng)過(guò)納濾膜得到的濃縮液進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，使甜菊糖盡可能的吸附到樹(shù)脂上，讓色素、部分無(wú)機(jī)鹽等雜質(zhì)透過(guò)樹(shù)脂；再利用50%～60%的乙醇將吸附在樹(shù)脂上的甜菊糖解吸出來(lái)，得到澄清的解吸液；將澄清的解吸液通過(guò)噴粉干燥，得到白色的粉末，口感適宜、無(wú)異味，純度達(dá)到96%。

3 結(jié)論

甜菊葉經(jīng)過(guò)冷浸后得到的濾液，經(jīng)過(guò)微濾膜處理后，甜菊糖的透過(guò)率也達(dá)到99.2%，固形物的截留率為26.5%，由此可見(jiàn)大分子的雜質(zhì)基本上被除去；然后再通過(guò)超濾膜的進(jìn)一步除雜，甜菊糖的透過(guò)率也達(dá)到97.8%，固形物的截留率為61.5%，且顏色變成了淡黃色，達(dá)到所希望的效果；再將除雜后的濾液經(jīng)過(guò)納濾濃縮至1/15，不僅為吸附減輕了壓力，同時(shí)其純度也達(dá)到87%以上；而再經(jīng)過(guò)樹(shù)脂的吸附，得到了高純度高價(jià)值的甜菊糖。

[1]姜華.甜葉菊有效部位制備工藝及化學(xué)成分與質(zhì)量控制方法研究[D].北京中醫(yī)藥大學(xué)，2007:102-104

[2]于聰敏，石巖.甜菊糖甙的測(cè)定方法[J].中國(guó)糖料，2009(1):46-48

[3]汪鐸，官庭輝，萬(wàn)端極.靈芝多糖的膜技術(shù)除雜濃縮[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2010(10):86-89

Study on the Membrane Technology Used in the Extraction of the Stevia Sugar

YAO Guo-xin1，MAO Bo2，WANG Xu2
（1.Mengniu Dairy Tai'an Co.,Ltd.，Tai'an 271000，Shandong，China；2.Hubei University of Technology School of Chemical and Environmental Engineering，Wuhan 430068，Hubei，China）

In order to improve the traditional technologies，we has used the membrane separation technology.Firstly,the Stevia extract was purified by microfiltration membrane and ultrafiltration membrane to get rid of pectin，other macromolecules and soluble proteins.Finaly,the nanofiltration membrane was used for concentration when most of the inorganic salt was removed.The results show that the liquid which was treated by membrane was concentrated 15 times and the purity quotient is about 87%.

Stevia；stevia sugar；membrane technology

姚國(guó)新（1978—），男（漢），工程碩士，研究方向：食品加工工藝。

2011-03-17