黃華學 何安樂 劉庚貴 黃俊 熊瑤

【關鍵詞】甜菊糖;高純度;低溫;分步結晶

【中圖分類號】TS202.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）07-0049-03

0 引言

甜菊糖苷是從菊科草本植物甜葉菊中提取的極甜的非糖類物質，它的甜度可達蔗糖的250～450倍，而熱量只有蔗糖的1/300且口感非常接近蔗糖，是經我國衛(wèi)計委批準，繼甘蔗、甜菜糖之外的第三種極具開發(fā)價值和保健功能的天然甜味劑，被國際上譽為“世界第三糖源”。目前，甜菊糖苷的純化工藝主要采用重結晶法，需要使用大量有機溶劑（甲醇和乙醇），由于結晶母液中甜菊糖苷純度低（10%～20%），現有技術無法得到高純度甜菊糖苷（98%），導致大量高含量產品收率低，造成資源的大量浪費和環(huán)境的嚴重污染，所以不適合工業(yè)規(guī)?；a[1]。本研究采用分布結晶技術，以含量為80%的甜菊糖苷為原料，制備含量不低于99%的高純度甜菊糖苷產品，并獲得最佳工藝參數，從而為高純度甜菊糖苷產品產業(yè)化提供基礎依據。

1 試驗材料與儀器

1.1 材料

（1）原材料：甜菊糖苷（總苷80%，江西海富生物工程有限公司生產）。

（2）試劑：甜菊糖苷（≥99.0%）AR、無水乙醇AR、無水甲醇AR、氫氧化鈉AR、磷酸AR、乙腈AR等。

1.2 主要儀器

高效液相色譜儀（型號為Waters 2695）、恒溫水浴鍋（上海儀電科學儀器股份有限公司）、分析天平（“日本島津”生產）等。

2 方法

2.1 甜菊糖苷含量測定方法

甜菊糖苷含量的測定依照國家標準《GB 8270—2014》附錄A.4中規(guī)定的方法進行測定。

2.2 工藝路線

（1）溶劑的配置：將一定量的有機醇溶劑與純水按照一定的比例混合后，封閉待用。

（2）溶解：將100 g甜菊糖苷與溶劑按照一定的比例進行混合，然后將其加熱至80 ℃進行回流攪拌，直至全部溶解。

（3）常溫結晶：將溶解后的待結晶溶液置于常溫條件下24 h后進行抽濾，并用95%的有機溶劑洗滌濾餅，收集濾餅并干燥稱重得甜菊糖苷T1。

（4）低溫結晶：將上述濾液置于低溫條件下，靜置24 h后，保持低溫快速抽濾，并用低溫的有機溶劑洗滌濾餅，收集濾餅并干燥稱重得甜菊糖苷T2。

（5）冷凍結晶：將上述濾液置于冷凍溫度條件下，靜置24 h后，保持低溫快速抽濾，并用冷凍溫度的有機溶劑洗滌濾餅，收集濾餅并干燥稱重得甜菊糖苷T3。

（6）母液回收：將上述得到的母液濃縮、干燥后稱重，即得甜菊糖苷T4。

（7）合并：將上述得到的3個結晶甜菊糖苷產品（T1、T2、T3）合并、稱重、檢測，即得高含量甜菊糖苷。

工藝路線如圖1所示。

2.3 數據統(tǒng)計與分析

數據統(tǒng)計采用Office 2020軟件，數據分析處理采用SPSS 8.0軟件。

2.4 低溫分步結晶工藝優(yōu)化方法

在單因素試驗的基礎之，以乙醇濃度（A）、甜菊糖苷濃度（B）、常溫（C）、低溫（D）及冷凍（E）5個因素4個水平做多指標正交試驗表L16（45）進行試驗，對結晶制得甜菊糖苷重量及含量進行綜合評分[2-3]。正交試驗因素水平表見表1，多指標設計及結果見表2。

3 結果與分析

3.1 正交試驗結果分析

對乙醇濃度（A）、甜菊糖苷濃度（B）、常溫（C）、低溫（D）及冷凍（E）5個單因素進行正交試驗設計并針對所得甜菊糖苷重量和含量2個指標進行考察和分析，同時進行方差分析，從而確定高純度甜菊糖苷分步結晶的最佳工藝參數和影響主次因素的順序，其重量和含量結果見表2。

針對制得高純度甜菊糖苷產品的重量情況來看，由表1可以看出，高純度甜菊糖苷分步結晶的最佳工藝參數為A2B2C4D4E2或A3B2C4D4E2，即乙醇濃度（A）為80%或85%、濃度（B）為30%、常溫（C）為30 ℃、低溫（D）為5 ℃及冷凍（E）為-25 ℃。5個因素對高純度甜菊糖苷分步結晶影響的主次因素為C>A>B>D>E。說明常溫結晶溫度對高純度甜菊糖苷分步結晶制得的產品質量影響最大，其次是乙醇濃度，再次是甜菊糖苷濃度，最后分別是低溫結晶溫度和冷凍結晶溫度。

針對制得高純度甜菊糖苷產品的含量來看，高純度甜菊糖苷分步結晶的最佳工藝參數為A1B1C2D2E1，即乙醇濃度（A）為75%、濃度（B）為20%、常溫（C）為20 ℃、低溫（D）為-5 ℃及冷凍（E）為-30 ℃（見表1）。5個因素對高純度甜菊糖苷分步結晶影響的主次因素順序為B>C>D>E>A。說明甜菊糖苷濃度對高純度甜菊糖苷分步結晶制得的產品質量影響最大，其次是常溫結晶溫度，再次是低溫結晶溫度，最后分別是冷凍結晶溫度和乙醇濃度。

乙醇濃度對各指標的影響：從表3可以看出，乙醇濃度對含量的極差是最小的，也就是說，乙醇濃度對高純度甜菊糖苷分步結晶所得產品的含量影響最小。乙醇濃度對產品重量的影響較大且A2和A3等同，由于高濃度乙醇成本較高，所以綜合考慮方案A2和A3，選擇最佳方案為A2，即乙醇濃度為80%。

甜菊糖苷濃度對各指標的影響：從表3可以看出，甜菊糖苷濃度對含量的極差是最大，對產品重量影響適中，所以針對該研究是為了獲得高純度甜菊糖苷產品而言，優(yōu)先考慮獲得高純度，即選對含量影響最大的因素，選擇最佳方案為B1，即甜菊糖苷的濃度為20%。

常溫結晶對各指標的影響：從表3可以看出，常溫結晶對重量的極差都是最大，即影響最大，同時常溫結晶對含量的影響也極大，也就是說，常溫結晶對高純度甜菊糖苷分步結晶所得產品重量和含量的影響都最大或較大，所以針對該研究是為了獲得高純度甜菊糖苷產品而言，優(yōu)先考慮獲得高純度，即選對含量影響最大的因素，選擇最佳方案為C2，即常溫結晶溫度為20 ℃。

低溫結晶各指標的影響：從表3可以看出，低溫結晶對重量與含量的極差都是較小的，即影響較小，也就是說，低溫結晶的溫度對高純度甜菊糖苷分步結晶所得產品影響較小，綜合考慮后，選擇最佳方案為D3，即低溫結晶溫度為0 ℃。

冷凍結晶各指標的影響：從表3可以看出，冷凍結晶對重量與含量的極差是較小，即影響較小，也就是說，冷凍結晶的溫度對高純度甜菊糖苷分步結晶所得產品影響較小，從節(jié)能的角度分析，綜合考慮后，選擇最佳方案為E2，即冷凍結晶溫度為-25 ℃。

通過對各因素對兩個指標影響的綜合分析，得到理論上的最佳工藝參數為A2B1C2D3E2，即乙醇濃度為80%、甜菊糖苷濃度為20%。常溫結晶溫度為20 ℃、低溫結晶溫度為0 ℃、冷凍結晶溫度為-25 ℃。

3.2 方差分析

為了判斷以上5種受控因素對實驗結果的影響情況，將多指標正交表進行方差分析，找出其影響質量和含量的主要來源。正交實驗的方差分析結果見表4。

由表4的方差分析可以看出：C因素對產品重量的影響極其顯著性，A因素對產品重量的影響顯著，B因素對產品含量的影響顯著，而D和E對含量和重量的影響都不顯著。

綜上所述，說明常溫結晶溫度對高純度甜菊糖苷分步結晶所得產品的重量具有極其顯著的影響，乙醇濃度對高純度甜菊糖苷分步結晶所得產品的重量具有顯著的影響，甜菊糖苷濃度對高純度甜菊糖苷分步結晶所得產品的含量具有顯著的影響，低溫結晶溫度和冷凍結晶溫度對制得的產品重量與含量影響不顯著。

3.3 驗證試驗

最佳工藝參數為A2B1C2D3E2，即乙醇濃度為80%、甜菊糖苷的濃度為20%、常溫結晶溫度為20 ℃、低溫結晶溫度為0 ℃、冷凍結晶溫度為-25 ℃。重復試驗，并進行質量和含量的測定，得到重量為70.3 g、含量為99.5%的高純度甜菊糖苷產品，與理論值預期相符，高純度甜菊糖苷收率達87.4%，符合產業(yè)化需求。

4 結論與建議

4.1 結論

（1）高純度甜菊糖苷分布結晶的最佳工藝參數如下：乙醇的濃度為80%、甜菊糖苷的濃度為20%、常溫結晶溫度為20 ℃、低溫結晶溫度為0℃、冷凍結晶溫度為-25 ℃。

（2）得到重量為70.3 g、含量為99.5%的高純度甜菊糖苷產品，與理論值預期相符，高純度甜菊糖苷收率達87.4%，符合產業(yè)化需求。

（3）常溫結晶溫度對高純度甜菊糖苷重量具有顯著的影響，乙醇濃度對高純度甜菊糖苷重量具有顯著的影響，甜菊糖苷濃度對高純度甜菊糖苷含量具有顯著的影響，低溫結晶溫度和冷凍結晶溫度對制得的產品重量與含量影響不顯著。

4.2 建議

（1）在本試驗設計過程中，考慮使用乙醇作為有機溶劑，但未針對結晶所用的有機溶劑進行研究，例如甲醇、正丁醇或是各種有機醇的混合物，后續(xù)試驗可以考慮將其他有機溶劑進行對比實驗并進行優(yōu)化，從而獲得收率和含量更高且更易產業(yè)化的工藝。

（2）本試驗中在分布結晶的過程中只考慮溫度對結晶的影響，沒有考慮每次分離之后所得母液有機溶劑濃度對結晶的影響，通過調整母液中有機溶劑的濃度，極有可能進一步提升含量和收率。

（3）本試驗設計只針對質量和含量進行考察，未對甜菊糖苷產品的食品感官進行評定。甜菊糖苷為食品甜味劑，其口感滋味極為重要，口感不佳的產品很難有好的市場價值，后續(xù)試驗應該進行重點考察純化過程對口感滋味的影響。

（4）本試驗考察的是甜菊糖苷總苷的含量，分布結晶對各種單獨皂苷成分的影響情況沒有考察，下一步試驗可以針對此影響開展研究。

參 考 文 獻

[1]額爾敦巴雅爾，云雪艷，王琦銘，等.甜菊糖結晶過程中化學成分的分布及其總糖含量變化研究[J].中國食品添加劑，2020，31（11）：10-19.

[2]何安樂，江玉姬，謝寶貴.靈芝多糖酶解-Sevage法聯合脫蛋白工藝研究[J].中國食品工藝，2012（3）：54-58.

[3]劉庚貴，唐克軍，羅習，等.利用“廣西甜茶”生產≥98%甜茶苷的新工藝[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014（4）：11-12.