高纯度甜菊糖苷ra的精制方法
阅读说明：本技术 高纯度甜菊糖苷ra的精制方法 (Refining method of high-purity stevioside RA ) 是由 郑然� 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高纯度甜菊糖苷RA的精制方法,包括如下过程：(1)溶解：粗甜菊糖苷在60-65℃条件下溶解在87％±2％的食用乙醇中；(2)预晶析：停止加热,继续搅拌并自然降温至室温,料液变为浓浆状,有大量白色晶体析出；(3)自然晶析：停止搅拌,静置12-20小时,自然晶析；(4)离心分离：将步骤(3)晶析后的溶液用离心机进行固液分离；(5)洗涤：对固液分离后的滤饼用95％乙醇洗涤；(6)干燥：对洗涤后的结晶糖进行真空干燥；(7)水溶：将干燥后的结晶糖用55-60℃的水溶解；(8)过滤：对溶液进行过滤；(9)干燥：过滤后的水溶液进行喷雾干燥,得到高纯度甜菊糖苷RA,称为结晶糖。本发明的方法乙醇残留少,RA纯度和收率高。(The invention discloses a refining method of high-purity stevioside RA, which comprises the following steps: (1) dissolving: dissolving crude stevioside in 87% +/-2% edible ethanol at 60-65 deg.C; (2) pre-crystallization: stopping heating, continuing stirring, naturally cooling to room temperature, and separating out a large amount of white crystals when the feed liquid is in a thick slurry state; (3) natural crystallization: stopping stirring, standing for 12-20 hours, and naturally crystallizing; (4) centrifugal separation: carrying out solid-liquid separation on the solution crystallized in the step (3) by using a centrifugal machine; (5) washing: washing the filter cake after solid-liquid separation with 95% ethanol; (6) and (3) drying: vacuum drying the washed crystal sugar; (7) dissolving in water: dissolving the dried crystal sugar with water at 55-60 deg.C; (8) and (3) filtering: filtering the solution; (9) and (3) drying: and (3) carrying out spray drying on the filtered water solution to obtain high-purity stevioside RA which is called as crystal sugar. The method has the advantages of less ethanol residue, high RA purity and high RA yield.)
技术领域
本发明属于甜菊糖苷RA的精制纯化方法。
背景技术
甜菊糖是从甜叶菊叶中提取的天然甜味剂，是目前世界已经发现的最接近蔗糖口味的低热值甜味剂。甜菊糖苷中有多种组分，含量最多的是甜菊苷(stevioside，ST)，约占总糖苷的70％，其次是莱鲍迪苷A(rebaudioside A，RA)大约占15-20％，再次是莱鲍迪苷C(RC)约为5％，其余的RB、RD、RE、RF、SB等含量很少。其中甜菊糖苷RA的甜度由于是蔗糖的450倍，而且热量低，甜味又与蔗糖相似，因此应用前景很广。
从甜叶菊叶片中提取甜菊糖苷的方法，主要是将甜叶菊叶浸泡在水中，用水浸渍出甜菊糖苷，然后过滤将液体与叶、茎分离，然后含甜菊糖苷的水溶液用大孔树脂吸附和解析，再经过脱盐脱色获得甜菊糖苷粗品，然后再进行纯化精制获得高纯的RA，最后干燥。
在RA纯化精制工艺中，重结晶法是利用甜菊糖苷中各成份在一些溶剂中的溶解度不同，将甜菊糖苷溶解在溶剂中，然后冷却析出晶体，经过至少两次溶解和结晶析出，获得RA含量较高的晶体。采用重结晶法进行精制，需要进行多次冷却晶析。
例如CN107722070A公开的“一种制备高纯度甜菊糖苷RD的方法”，先用85％的乙醇作溶剂在80℃回流条件下溶解母液甜菊糖苷干粉，然后冷却到4℃进行结晶。然后将晶体中加入80％的甲醇溶液预热到80℃再次进行溶解，再冷却到4℃进行结晶。收集的晶体再用65％的甲醇预热到80℃溶解，冷却到4℃进行结晶。再经过低温减压干燥，得到RD含量≥95％的精制RD产品。该工艺每次预热溶解时间为30min，每次冷却结晶时间12-36h，优选24-26h，时间长、效率低。
例如CN102199178A公开的一种莱鲍迪糖苷RA的提取工艺中，将大孔吸附树脂洗脱后的甜叶菊总苷溶液经干燥得到的甜叶菊总苷粉末，溶解于甲醇—水溶液，浓缩静置结晶分离出甜菊苷ST，而莱鲍迪糖苷RA则留存在母液中，母液中加入甲醇—乙醇混合液，搅拌均匀后浓缩静置，甜菊苷RA结晶析出，最后再用乙醇重结晶，得到莱鲍迪糖苷RA晶体，RA纯度达到90％以上。
在上述重结晶纯化工艺中，由于是利用甲醇、乙醇溶液作溶剂，利用不同糖苷溶解度的差异进行纯化，经过多次溶解、结晶析出，周期长；为了提高纯度，导致收率不理想，纯度达到95％时其收率一般在20-28％；另外，成品中甲醇或乙醇残留多，通常在3000-5000mg/kg。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种高纯度甜菊糖苷RA的精制方法，这种方法只需经过一次晶析，比重结晶相比可以缩短生产周期，而且在RA纯度达到97％时收率可以达到35％以上，且基本无溶液残留。
为了实现上述目的，本发明提供的高纯度甜菊糖苷RA的精制方法，包括如下过程：
(1)溶解：粗甜菊糖苷在60-65℃条件下溶解在87％±2％的食用乙醇中；
(2)预晶析：停止加热，继续搅拌并自然降温至室温，料液变为浓浆状，有大量白色晶体析出；
(3)自然晶析：停止搅拌，静置12-20小时，自然晶析；
(4)离心分离：将步骤(3)晶析后的溶液用离心机进行固液分离，得到滤饼和母液；
(5)洗涤：对固液分离后的滤饼用浓度为93-97％的乙醇洗涤；
(6)干燥：对洗涤后的结晶糖进行真空干燥；
(7)水溶：将干燥后的结晶糖用55-60℃的水溶解；
(8)过滤：对溶液进行过滤；
(9)干燥：过滤后的水溶液进行喷雾干燥，得到高纯度甜菊糖苷RA，称为结晶糖。
在所述步骤(1)中，甜菊糖苷与乙醇溶液的最佳料液比按重量计控制在1：2.5-3。
在所述步骤(2)中，自然降温过程中搅拌时间控制在30-90分钟。
在所述步骤(3)中，优先采用平板式拉袋刮刀下卸料离心机，除了可以进行离心过滤分离外，还可以在离心机内进行洗涤和脱水，滤饼还可以完全清除，提高了产率。
在所述步骤(6)中，优先采用真空耙式干燥机进行干燥，作为溶剂的乙醇能够回收，大大减少了乙醇消耗，且干燥能耗低。
在所述的步骤(8)中，优先采用喷雾干燥，使得高纯度RA甜菊糖的颗粒度均匀，更易溶解，溶解度更高，流动性好，对用户添加更方便，粉尘更少。
所述步骤(4)离心分离出的液体，含有甜菊糖苷里未结晶上的组分，还有色素、杂质等，称为母液。本发明还包括由母液制母液糖的方法，母液先通过蒸馏回收乙醇，将回收完乙醇后的溶液加水稀释到浓度为8％－10％(wt％)，通入脱盐、脱色、精制树脂进行脱盐、脱色得精制液，精制液中加活性炭搅拌进行除色、除味处理，经过过滤、浓缩和喷雾干燥，得到母液糖。
本发明这种方法，只进行一次溶解结晶，通过控制乙醇浓度为87％±2％，即由水和乙醇形成的混合溶剂，控制甜菊糖苷的溶解度，通过搅拌条件下自然降温至室温而非强制冷却降温到低温，形成细小的晶核，然后在室温下静置使晶核缓慢长大，发明人发现这种方式晶体结晶析出过程中夹杂少，RA晶体纯度高。而且只需一次溶解—晶析，RA损失少得率高，再通过水溶解、过滤去除杂质，进一步纯化。而水通过喷雾干燥脱除，减少了产品中乙醇的残留，乙醇残留小于1600mg/kg。本发明的方法RA纯度达到96％以上，收率达到34-40％，RA生产成本约为36万元/吨。结晶糖与母液糖的综合收率达到87％左右。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
所用原料为RA含量为60-70％的甜菊糖苷，即粗甜菊糖苷。
具体过程如下：
(1)溶解：将配成浓度为87％±2％的食用乙醇，先加热升温至60-65℃，然后边搅拌边加入RA60-70％的甜菊糖苷粉末至结晶釜中，甜菊糖与乙醇的料液比按重量计为：1：2.5-3，甜菊糖苷粉末完全溶解；
(2)预晶析：甜菊糖苷粉末完全溶解后，停止加热，继续搅拌到结晶釜内料液变为浓浆状(时间在30－90分钟左右)，有大量白色晶体析出，停止搅拌；
(3)自然晶析：停止搅拌，静置12-20小时，自然晶析；
(4)离心分离：将步骤(3)晶析后的溶液用平板式拉袋刮刀下卸料离心机进行固液分离；
(5)洗涤：通过离心分离出乙醇溶剂后，再用浓度为95％的乙醇对滤饼进行洗涤，然后甩干；
(6)干燥：将洗涤后的结晶糖滤饼送入真空耙式干燥机中进行干燥，去除乙醇残留并收集乙醇；
(7)水溶：将干燥后的结晶糖用55-60℃的纯水溶解成30％-35％的浓度；
(8)过滤：对溶液进行过滤，过滤后的料液保持50-55℃的温度；
(9)干燥：过滤后的水溶液用喷雾干燥塔进行喷雾干燥(喷雾干燥时间控制在10小时以内，否则糖液会在储罐和管道内再结晶析出，堵塞管道，不好清理)，得到高纯度精制甜菊糖苷——结晶糖，乙醇残留小于1600mg/kg，RA纯度达到96％以上。
步骤(4)中的离心分离的母液，进行如下处理以获得母液糖：
A、将母液全部收集后，先用酒精蒸馏塔进行酒精的蒸馏回收，待全部收集后，剩下的即为甜菊糖苷母液。
B、将母液加水稀释到8％－10％(wt％)的浓度，分别通入处理好的脱盐、脱色、精制树脂，所用树脂为脱盐001*16；脱色762；精制J04。
C、精制液全部收集到反应罐中，检测浓度和比吸光度，适量添加活性炭，搅拌反应30分钟，进一步脱色和除味。
D、将带有活性炭的糖液，通过板框压滤机进行分离、过滤，即得颜色好、无杂质的甜菊糖苷液体。
E、通过浓缩膜，将糖液浓缩至40％以上的浓度。经杀菌后，转入喷雾干燥进行干燥，即得母液糖成品糖。母液糖中总糖苷90％以上，其中40-50％的STV，25-35％的RD，10-11％的RC，1-1.5％的甜茶，0.7-1.5％的DA，0.4-0.8％的RD。
经此工艺的母液糖含量可达到85％－92％，结晶糖与母液糖的综合收率可达到87％左右。
实验1不同乙醇浓度的影响
为了考察不同乙醇浓度对最终RA纯度和收率的影响，分别用乙醇浓度为70％、75％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、93％、95％、99％的食用乙醇进行溶解，其他具体参数均相同，分别为:
粗甜菊糖苷各组分含量：RA为66.01％、ST为16.41％、RB未检出、RC为8.02％、RD为0.72％、RF为1.44％，总糖苷为92.6％。
步骤(1)中甜菊糖与乙醇的料液比为1：2.7
步骤(2)中搅拌时间为1小时
步骤(3)中静置时间为12小时
步骤(7)中纯水温度为60℃，溶液浓度为30％；
步骤(8)中料液温度55℃。
不同乙醇浓度下，得到的最终高纯度甜菊糖苷RA产品中各组分含量见表1.表1不同乙醇浓度纯化得到的甜菊糖苷RA产品各糖苷含量
由表1可以看出，溶解和晶析用的乙醇浓度对RA含量和收率有明显影响，乙醇浓度为85-89％时，RA纯度大于96％，收率大于34％。而乙醇浓度为87％时，RA纯度达到98.11％，收率40％，效果最佳。
实验2不同晶析条件的影响
为了验证自然降温和冷却降温的影响，进行了不同降温晶析条件下的对比。
方法1：采用浓度为87％的食用乙醇，在80℃温度并搅拌下溶解粗糖苷，然后用16-18℃冷水在搅拌下冷却到25℃，停止搅拌静置20小时进行结晶，过滤并干燥。
方法2：采用浓度为87％的食用乙醇，在65℃温度并搅拌下溶解粗糖苷，然后用16-18℃冷水在搅拌下冷却到25℃，停止搅拌静置20小时进行结晶，过滤并干燥。
方法3：采用浓度为87％的食用乙醇，在65℃温度并搅拌下溶解粗糖苷，然后在搅拌自然冷却到25℃，静置20小时进行结晶，过滤并干燥。
方法4：采用浓度为87％的食用乙醇，在65℃温度并搅拌下溶解粗糖苷，然后在搅拌下0-2℃冷水冷却到5℃，静置20小时进行结晶，过滤并干燥。
方法1-4处理得到的RA产品中组分及含量见表2.
表2不同降温晶析条件对RA产品中组分及含量的影响
由表2可以看出，冷却速度对RA纯度有影响，方法1、2、4用冷却水冷却与方法3的自然冷却相比，RA纯度降低。而方法2与方法4比较，方法4冷却到5℃，RA纯度低于方法2。说明，过快的冷却结晶，不利于提高RA纯度。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。