膜分離技術(shù)在甜菊糖甙提取分離中的應(yīng)用研究

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(天津美倫醫(yī)藥集團(tuán)藥物研究院,天津 300400)

甜葉菊又名甜菊，原產(chǎn)于南美[1]。從甜菊葉中提取出來(lái)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?jī)H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(zhǎng)期食用對(duì)肥胖、高血壓、高血糖等疾病有保健治療作用[3]。

傳統(tǒng)的甜菊糖甙生產(chǎn)工藝中采用絮凝對(duì)提取液進(jìn)行初步除雜，由于絮凝過(guò)程需加入絮凝劑，導(dǎo)致絮凝液中含有大量的有色離子，需用離子交換樹(shù)脂去除，使整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程繁瑣、周期長(zhǎng)、成本高。作者采用膜分離技術(shù)取代傳統(tǒng)的絮凝過(guò)程，由于無(wú)有色離子摻入，因而可取消傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中的離子交換過(guò)程，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝的同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料、試劑和儀器

甜菊葉；甜菊糖甙標(biāo)準(zhǔn)品，日本和光純株式會(huì)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(xué)儀器有限公司；真空干燥箱，上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；XD-1型膜設(shè)備、XD-2型膜設(shè)備，合肥信達(dá)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(guò)濾合并濾液過(guò)一級(jí)膜，收集一級(jí)膜濾液，然后過(guò)二級(jí)膜濃縮，二級(jí)膜濾液達(dá)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)可以直接排放或重復(fù)用于浸提，濃縮液經(jīng)過(guò)大孔吸附樹(shù)脂后噴霧干燥得到甜菊糖甙。

實(shí)驗(yàn)完成后，膜需要清洗，以恢復(fù)膜的水通量。先用復(fù)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(cè)

使用高效液相色譜(HPLC)對(duì)甜菊糖甙含量進(jìn)行測(cè)定,采用ODS柱(4.6 mm×200 mm，5 μm)，流動(dòng)相為水∶乙腈(20∶80)，流速為0.5 mL·min-1，柱溫為25℃，進(jìn)樣量為10 μL，運(yùn)行時(shí)間為30 min。

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精密稱取甜菊糖甙標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)備液備用。精密量取儲(chǔ)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(guò)0.45 μm有機(jī)濾膜后注入樣品瓶中，進(jìn)樣檢測(cè)，檢測(cè)得甜菊糖甙的保留時(shí)間為14 min左右。以甜菊糖甙含量(μg·mL-1)為橫坐標(biāo)、甜菊糖甙響應(yīng)信號(hào)峰面積為縱坐標(biāo)繪制含量-峰面積標(biāo)準(zhǔn)曲線，回歸方程為：y=21.1452x+3.0901,相關(guān)系數(shù)R2=0.9996。

1.3.2 樣品的檢測(cè)

量取一定量待測(cè)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(guò)0.45 μm有機(jī)濾膜后注入樣品瓶中，進(jìn)樣檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 一級(jí)膜除雜結(jié)果

將提取液連續(xù)投入一級(jí)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(shí)5.6 h，平均膜通量為263.2 kg·m-2·h-1。一級(jí)膜進(jìn)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(shí)間變化的規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 甜菊葉浸提液過(guò)一級(jí)膜時(shí)間-通量圖

由圖1可以看出，開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，膜通量為459 kg·m-2·h-1，由于較冷料液的加入，系統(tǒng)的溫度有所降低，所以膜通量有所下降。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，溫度恒定，由于濾餅的形成和膜的壓實(shí)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(wěn)定的凝膠層，膜通量趨于穩(wěn)定。停機(jī)時(shí)膜通量為101 kg·m-2·h-1。一級(jí)膜主要是截留淀粉、脂肪、蛋白等一些大分子雜質(zhì)。

2.2 二級(jí)膜濃縮結(jié)果

將一級(jí)膜得到的濾液192.4 kg連續(xù)加入到二級(jí)膜裝置中，得濃縮液21.3 kg，濃縮9.03倍，耗時(shí)5.1 h，平均膜通量為175 kg·m-2·h-1。二級(jí)膜進(jìn)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(shí)間變化的規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出，開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，膜通量為302 kg·m-2·h-1，前4 h內(nèi)膜通量衰減比較緩慢，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，膜被污染，膜孔被堵塞，膜通量持續(xù)下降，停機(jī)時(shí)的膜通量為65 kg·m-2·h-1。

圖2 甜菊葉浸提液過(guò)二級(jí)膜時(shí)間-通量圖

通過(guò)兩級(jí)膜處理，濾液COD由21 027 mg·L-1降到293 mg·L-1，二級(jí)膜濾液可以排放或回用浸提。膜經(jīng)清洗后，膜通量恢復(fù)到原來(lái)的99%以上。

2.3 二級(jí)膜濃縮液噴霧干燥結(jié)果

將二級(jí)膜濃縮液過(guò)大孔吸附樹(shù)脂,噴霧干燥得甜菊糖甙0.53 kg，檢測(cè)得甜菊糖甙純度為82.13%,收率為10.6%。

3 結(jié)論

(1)采用膜分離技術(shù)取代傳統(tǒng)甜菊糖甙生產(chǎn)工藝中的絮凝和離子交換過(guò)程,甜菊糖甙純度為82.13%,收率為10.6%,高于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝收率，達(dá)到了預(yù)期效果。

(2)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，膜保持良好的通量，膜經(jīng)清洗后，膜通量恢復(fù)到原來(lái)的99%以上。

(3)整個(gè)膜分離過(guò)程無(wú)廢水產(chǎn)生，可降低生產(chǎn)成本，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林朝宗.廈門(mén)地區(qū)甜菊栽培技術(shù)總結(jié)[J].亞熱帶植物科學(xué),1980,(1):31-36.

[2] 李欽.甜菊收獲技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,1984,(7):13.

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