Автореферат (1152196), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Выделение и очистка гликозидов стевииЭкстракцияСхема получения гликозидов стевии включает экстракцию растительной массы водой иливодным раствором этанола или метанола, осаждение и отделение высокомолекулярных веществ,обессоливания и обесцвечивания, очистку на специфических крупнопористых носителях,концентрирование и сушку (рисунок 4).22Рисунок 4 - Экстракция и очистка гликозидов стевииГликозиды экстрагируются из листьев водой или органическими растворителями. Такжеиспользуется экстракция сверхкритическим давлением и перегонка водяным паром.
Горячаявода оказалась наиболее предпочтительной средой для производственной экстракции. Однако,количество извлекаемых примесей ниже, если для экстракции использовать растворители(этанол, метанол/хлороформ или глицерин, сорбитол или пропиленгликоль).В настоящее время, экстракция органическими растворителями используется только влабораторных и пилотных условиях. Для этой цели чаще всего применяют водные растворыметанола и этанола (Patent US 4,361,697, 1982; Patent US 4,171,430, 1979; Patent Japan 77-105,260,1977; Patent US 3,723,410, 1973; Патент РФ 2198548, 2003; Ситничук и др., 2002; Авт.
свид. СССР1794442, 1993).Иногда перед экстракцией, листья предварительно обрабатывают хлороформом илидиоксаном (Patent US 3,723,410, 1973; Patent US 4,361,697, 1982).Метанол, этанол, пропиловый спирт, изопропиловый спирт и н-бутанол использованы дляизоляции сладкого гликозида из водного экстракта. После удаления растворителя полученныйсиропподвергаютхроматографическомуразделениюнаколонкессиликагелемсиспользованием смеси н-пропанола, воды и этилацетата в качестве подвижной фазы (Patent Japan77-105,260, 1977; Patent US 4,171,430, 1979).Однако, выход гликозидов, экстрагированных с помощью органических растворителей, какправило ниже, и процесс довольно сложен для применения его в промышленном масштабе.Поэтому, в настоящее время для промышленного получения гликозидов используется воднаяэкстракция.23Водная экстракция является наиболее удобной, безопасной и экономичной для выделенияи очистки гликозидов.
Процесс может быть выполнен как в периодических, так и в непрерывныхусловиях.Эффективность процесса экстракции в основном зависит от объема воды, температуры, рН,времени, а также от размера листа. При этом, оптимальный средний размер частиц листьев равенпримерно 20-30 мм. При меньших размерах, скорость фильтрации существенно уменьшается изиз быстрого забивания фильтров частицами листа.Кислое значение рН является более предпочтительным для приготовления экстракта снизким содержанием красящих веществ. Для подкисления воды используемой для экстракции,можно использовать любую минеральную или органическую кислоту, однако лимонная ифосфорная кислоты являются предпочтительными, так как в дальнейшем они могут бытьудалены в виде осадка, полученного путем обработки оксидом кальция. Скорость экстракцииотдельных гликозидов также различается при разных значениях рН и температуры.
Однако,использование низких его значений (рН 2,0-3,0) позволяет получать менее окрашенныерастворы.В диапазоне значений рН 2,0-7,0, экстрагированное количество стевиозида остаетсяпрактически таким же, в то время как в щелочной среде оно возрастает с повышениемтемпературы. Интенсивность экстракции РебА, как правило, возрастает с увеличениемтемпературы и практически не меняется при диапазоне рН 2,0-7,0, в то время как в щелочнойсреде снижается значительно. В условиях щелочной среды содержание минорных гликозидов,таких как РебB, РебD, РебF, стевиолбиозид и дулкозид А, значительно выше. Конвертированиестевиозида в стевиолбиозид может произойти и в кислой среде. Интенсивность экстракции РебD,РебE и РебF увеличивается с повышением температуры.Таким образом, применение кислых значений рН и умеренных температур является болеепредпочтительным в отношении содержания РебА и низких концентраций РебB, РебD, РебF.При больших объемах воды, количество экстрагированных негликозидных соединенийвыше, в то время как если взять очень низкие объемы воды, этого будет недостаточно дляполногоизвлечениясладкихгликозидов.Внепрерывныхусловияхпри35-40oC,предпочтительным соотношением листа и воды является предел от 1:20-25, вес/объем (рН 4,5).Время экстракции составляет приблизительно 150-160 мин.С практической точки зрения, в условиях производства применение большого количестваводы сразу не желательно, потому что тогда размер экстракторов должны быть намного больше.Экстракцию предпочтительно проводить несколько раз с помощью 5,0-7,5 объёмами воды длякаждого шага.
Продолжительность одной экстракции длится до 2 часов.24Эффективность экстракции при низких температурах может быть значительно улучшенас помощью сверхвысоких давлений. Процесс проводят в реакторе сверхвысокого давления сиспользованием от 10 до 20 объемов воды. После выдержки в течение 20 мин при комнатнойтемпературе, процесс экстракции продолжают в течении 3-15 мин под давлением 150-600 МПа,повторяя два раза.
Применение высокого давления позволило значительно уменьшить времяэкстракции и избежать деградации гликозидов (Patent Chinese Appl., 200910070870, 2010).Метод экстракции с помощью суперкритического СО2 является более быстрым и полнымпо сравнению с традиционными способами (Choi et al., 2002; Erkucuk et al., 2009; Pasquel et al.,2000; Pol et al., 2007; Yoda et al., 2003).Двухступенчатый процесс производства экстракта стевии выполняется следующимобразом: 1) предварительная обработка листьев стевии с помощью сверхкритической флюиднойэкстракции (SCFE) с CO2 и 2) экстракция с помощью SCFE, с использованием смесей CO2+вода,CO2+этанол, и CO2+вода+этанол.
Условиями предварительной обработки было давление 200 бари температура 30oC. Гликозиды были получены при давлении 120 и 200 бар и температурах 16,30 и 45oC (Pasquel et al., 1999; 2000).Однако, этот процесс достаточно дорогой по сравнению с традиционным методомэкстракции, что затрудняет его использование в коммерческих процессах.Экстракцию можно ускорить также при помощи комбинации различных методов, такихкак ультразвук и микроволн. Применение микроволн и ультразвука предотвращает деградациюгликозидов при высокотемпературной обработке во время экстракции классическим способом.Увеличивается эффективность экстракции при повышенной температуре.
Однако, приувеличении мощности ультразвукового поля видимого эффекта не наблюдается (Alupului et al.,2009; Jaitak et al., 2009; Liu et al., 2010; Patent Chinese Appl. 200910117118, 2009).Эффективность экстракции можно существенно увеличить с применением такихферментов, как целлюлазы, гемицеллюлазы и пектиназы, способные разрушить клеточнуюстенку растений, делая более быстрым высвобождение внутриклеточных веществ. Такой процессделает возможным "зеленый" вариант экстракции гликозидов стевии.
При этом, выход продуктоввыше по сравнению с традиционными методами. Так, применение пектиназы сокращает времяэкстракции практически вдвое, значительно увеличивает скорость экстракции и фильтрации, атакже выход экстрагируемых стевиолгликозидов (Patent US 7,838,044, 2010). Гемицеллюлазадаёт наиболее высокий выход гликозидов по сравнению с целлюлазой и пектиназой (Puri et al.,2011a, b, c).Однако, ферментативная экстракция стевиолгликозидов ограничена из-за ценыфермента и его производства, а также часто низкой эффективности коммерческих ферментов при25гидролизе клеточной стенки растений.
Кроме того, при более длительном процессе экстракции,многие из ферментов способны гидролизовать сами гликозиды, особенно, если ферментзагрязнен другими гидролитическими ферментами, какими часто являются промышленныетоварные ферменты.Очистка экстрактаДля очистки гликозидов стевии используют экстракцию различными растворителями,флокуляцию и осаждение, ионный обмен, адсорбцию на полимерных или неорганическихадсорбентах, колоночную хроматографию, ультрафильтрацию и нанофильтрацию и некоторыедругие методы.
На практике, очистку гликозидов осуществляют с использованием комбинацииразличных методов.Первый этап для очистки экстракта стевии является осаждение высокомолекулярныхсоединений, а также некоторых пигментов и других примесей. Наиболее часто в качествеосаждающего вещества используют гидроксид и ортофосфат кальция, гидроксид бария илиацетат бария, Fe2(SO4)3 и FeCl3 (Phillips, 1987). Алюминием хлорида наиболее эффективноудаляются пигменты, но приводит к наиболее высокой потере гликозидов. В промышленныхиспользованиях сочетание Ca(OH)2 и FeCl3 является наиболее эффективным (Fuh, Chiang, 1990;Patent US Appl. 20100112175, 2010).После фильтрации, экстракт пропускают через колонки с крупнопористым полимернымносителем, который адсорбирует гликозиды, а примеси вымываются промывкой водой.Десорбцию гликозидов осуществляют с помощью водного раствора этанола или метанола.
Послеудаления растворителей и обесцвечивания, экстракт концентрируют и сушат на распылительнойсушке.Очисткуисходногоэкстрактаможноосуществитьтакжекомбинированнымиспользованием микрофильтрации, ультрафильтрации и нанофильтрации (Patent US 5,972,120,1999).При этом экстракцию осуществляют непрерывно в проточных колонках. Оптимальныйсредний размер листьев составляет около 20 мм. При более мелких частицах, скоростьфильтрации существенно уменьшается и колонка засоряется. Воду добавляют в количестве 0,05частей от веса сухих листьев.
Температуру колонки устанавливают в пределах 4оС и экстракциюосуществляют водой с рН в пределах 2-4 (фосфорной кислотой). При низких температурах и рНпротекает более селективная экстракция с получением практически бесцветного раствора.Экстракт фильтруют через трубчатые керамические мембраны (0,35 µм) и далее черезультрафильтрационные мембраны (2,5 кДа фильтрующей способностью) с диафильтрацией.26Добавление в экстракт полиакриламида или СаО существенно облегчает процесс фильтрации накерамических фильтрах. Полученный фильтрат очищается от низкомолекулярных примесей сиспользованием наномембран при температурах до 80оС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
