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一種從非洲竹芋中提取索馬甜的方法.pdf

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一種 非洲 竹芋 提取 索馬甜 方法
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摘要
申請專利號:

CN201811141257.3

申請日:

20180928

公開號:

CN109170796A

公開日:

20190111

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A23L27/10 主分類號: A23L27/10
申請人: 湖南華誠生物資源股份有限公司
發明人: 李偉,龍偉岸,黃華學
地址: 410205 湖南省長沙市高新區杏康南路8號
優先權: CN201811141257A
專利代理機構: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 代理人: 陸僖;寧星耀
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201811141257.3

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法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

一種從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,包括以下步驟:(1)將非洲竹芋鮮果洗凈,去核,加水,打漿,過濾,離心,得離心清液;(2)將離心清液上陽離子交換樹脂柱后,用洗脫劑洗脫,將洗脫液用納濾膜納濾,收集納濾截留液;(3)將納濾截留液上瓊脂糖凝膠層析柱后,用洗脫劑洗脫,洗脫液減壓濃縮,冷卻至室溫,醇沉,離心,過濾,得索馬甜粗品;(4)將索馬甜粗品用溫水溶解,冷卻至室溫,調節pH值至堿性,降溫,攪拌析晶,離心,過濾,冰水洗晶,干燥,得索馬甜精品。本發明方法所得索馬甜精品中索馬甜的質量含量高達99.2%,索馬甜的總收率高達95.4%;本發明方法設備簡單、操作簡便,環境友好,適合產業化生產。

權利要求書

1.一種從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于,包括以下步驟:(1)將非洲竹芋鮮果洗凈,去核,加水,打漿,過濾,離心,得離心清液;(2)將步驟(1)所得離心清液上陽離子交換樹脂柱后,用洗脫劑洗脫,將洗脫液用納濾膜納濾,收集納濾截留液;(3)將步驟(2)所得納濾截留液上瓊脂糖凝膠層析柱后,用洗脫劑洗脫,洗脫液減壓濃縮,冷卻至室溫,醇沉,離心,過濾,得索馬甜粗品;(4)將步驟(3)所得索馬甜粗品用溫水溶解,冷卻至室溫,調節pH值至堿性,降溫,攪拌析晶,離心,過濾,冰水洗晶,干燥,得索馬甜精品。2.根據權利要求1所述從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于:步驟(1)中,所述加水的量為非洲竹芋鮮果質量的5~10倍;所述打漿至粒度≤100μm;所述離心的分離因數為5000~30000,轉速為6000~10000r/min;所述離心為蝶式離心。3.根據權利要求1或2所述從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于:步驟(2)中,上柱的流速為0.5~1.0BV/h;所述陽離子交換樹脂與非洲竹芋鮮果的體積質量比為0.05~0.30:1;所述陽離子交換樹脂柱的高徑比為4~10:1;所述陽離子交換樹脂的型號為001×7型、001×8型、001×16型或LSD-001型中的一種或幾種。4.根據權利要求1~3之一所述從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于:步驟(2)中,所述洗脫的流速為1.0~2.0BV/h;所述洗脫劑的用量為2~4BV;所述氯化鈉水溶液或氯化鉀水溶液的質量濃度為1~5%;所述洗脫劑為氯化鈉水溶液或氯化鉀水溶液。5.根據權利要求1~4之一所述從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于:步驟(2)中,所述納濾膜的截留分子量為500~1000Da;所述納濾的壓力為0.5~1.5MPa。6.根據權利要求1~5之一所述從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于:步驟(3)中,上柱的流速為0.1~0.5BV/h;所述瓊脂糖凝膠與非洲竹芋鮮果的體積質量比為0.1~0.2:1;所述瓊脂糖凝膠層析柱的高徑比為8~15:1;所述瓊脂糖凝膠的類型為QSepharoseFF型、DEAESepharoseFF型、SPSepharoseFF型或CMSepharoseFF型中的一種或幾種。7.根據權利要求1~6之一所述從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于:步驟(3)中,所述洗脫劑的用量為2~4BV;所述洗脫劑為氯化銨水溶液;所述氯化銨水溶液的質量濃度為1~5%;所述洗脫的流速為1.0~2.0BV/h。8.根據權利要求1~7之一所述從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于:步驟(3)中,所述減壓濃縮的溫度為55~65℃,真空度為-0.08~-0.09MPa,濃縮至固含量為30~40%;所述減壓濃縮為降膜式減壓濃縮;所述醇沉所用醇溶液與濃縮液的體積比為1~2:1;所述醇沉所用醇溶液的體積分數為85~100%;所述醇沉所用醇溶液為乙醇溶液。9.根據權利要求1~8之一所述從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,其特征在于:步驟(4)中,所述溫水的用量為索馬甜粗品濕重的2~5倍;所述溫水的溫度為50~60℃;調節pH值至11~13;用質量濃度0.5~2.0%的稀堿液調節pH值;所述稀堿液為氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液;降溫至5~10℃;所述攪拌析晶的轉速為20~60r/min,時間為12~24h;所述冰水的溫度為0~10℃。

說明書

技術領域

本發明涉及一種提取索馬甜的方法,具體涉及一種從非洲竹芋中提取索馬甜的方法。

背景技術

索馬甜(Thaumatin)別名:非洲竹芋甜素,是從西非天然植物非洲竹芋(Thaurnatocuccus daniell)中提取出的超甜物質,甜度為蔗糖的2000~2500倍,是現今為止發現的最甜的物質之一,屬天然蛋白質,其甜味延遲,后味較長,來得慢,消失得也慢。索馬甜的成分有2種,索馬甜Ⅰ為207個氨基酸以直鏈狀結合的化合物,分子量為22204,索馬甜Ⅱ為由198個氨基酸結合而成,分子量21000±500的蛋白質。索馬甜是無熱量的天然甜味劑、調味劑,宜與蔗糖等糖類配合使用于咖啡、巧克力、飲料、甜點、焙烤制品等。此外,索馬甜對香味有增強作用,與香料等合用增效明顯。索馬甜還可改善某些氨基酸的苦味、鞣酸類澀味、咖啡因苦味,增強乳品和可可風味,用于香辛料等也有增強效果。

索馬甜一般制法大致為:將非洲竹芋果實的假種皮經冷凍干燥后分離去籽,用水抽提(pH值2.5~4.0)后,經超濾去除低分子物質,再精制、干燥而成。

目前,對于高質量含量索馬甜的分離方法極少有報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是,克服現有技術存在的上述缺陷,提供一種所得索馬甜質量含量、收率高,工藝簡單,環境友好,適合產業化生產的從非洲竹芋中提取索馬甜的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下:一種從非洲竹芋中提取索馬甜的方法,包括以下步驟:

(1)將非洲竹芋鮮果洗凈,去核,加水,打漿,過濾,離心,得離心清液;

(2)將步驟(1)所得離心清液上陽離子交換樹脂柱后,用洗脫劑洗脫,將洗脫液用納濾膜納濾,收集納濾截留液;

(3)將步驟(2)所得納濾截留液上瓊脂糖凝膠層析柱后,用洗脫劑洗脫,洗脫液減壓濃縮,冷卻至室溫,醇沉,離心,過濾,得索馬甜粗品;

(4)將步驟(3)所得索馬甜粗品用溫水溶解,冷卻至室溫,調節pH值至堿性,降溫,攪拌析晶,離心,過濾,冰水洗晶,干燥,得索馬甜精品。

優選地,步驟(1)中,所述非洲竹芋鮮果中索馬甜的質量含量為2~5%。

優選地,步驟(1)中,所述加水的量為非洲竹芋鮮果質量的5~10倍。

優選地,步驟(1)中,所述打漿至粒度≤100μm。

優選地,步驟(1)中,所述離心的分離因數為5000~30000(更優選8000~20000),轉速為6000~10000 r/min。離心的目的是除去提取液中的懸浮物,使物料澄清。

優選地,步驟(1)中,所述離心為蝶式離心。

優選地,步驟(2)中,上柱的流速為0.5~1.0BV/h。

優選地,步驟(2)中,所述陽離子交換樹脂與非洲竹芋鮮果的體積質量比(L/kg)為0.05~0.30:1(更優選0.1~0.2:1)。使用陽離子交換樹脂的目的是吸附離心清液中的總蛋白,以最大限度的提取屬于天然蛋白質的索馬甜。

優選地,步驟(2)中,所述陽離子交換樹脂柱的高徑比為4~10:1。

若上柱流速過快、離子交換樹脂的用量過少或高徑比過小,都將導致總蛋白的吸附不充分,造成總蛋白的收率偏低;若上柱流速過慢、離子交換樹脂的用量過多或高徑比過大,都將造成物料和能源的浪費。

優選地,步驟(2)中,所述陽離子交換樹脂的型號為001×7型、001×8型、001×16型或LSD-001型等中的一種或幾種。

優選地,步驟(2)中,所述洗脫的流速為1.0~2.0 BV/h。

優選地,步驟(2)中,所述洗脫劑的用量為2~4BV。洗脫的目的是將吸附在離子交換樹脂上的總蛋白解吸。

優選地,步驟(2)中,所述氯化鈉水溶液或氯化鉀水溶液的質量濃度為1~5%。

優選地,步驟(2)中,所述洗脫劑為氯化鈉水溶液或氯化鉀水溶液。

優選地,步驟(2)中,所述納濾膜的截留分子量為500~1000Da。納濾的目的是去除離子交換樹脂柱洗脫液中的鹽和小分子有機物。

優選地,步驟(2)中,所述納濾的壓力為0.5~1.5MPa。

優選地,步驟(3)中,上柱的流速為0.1~0.5 BV/h。瓊脂糖凝膠層析的分離原理類似分子篩,待分離的總蛋白通過瓊脂糖凝膠層析柱,不同的蛋白質由于分子量不相同,在瓊脂糖凝膠層析柱上受到的阻滯作用不同,因此在凝膠層析柱中以不同的速度移動;分子量大于允許進入凝膠網孔范圍的物質完全被凝膠排阻,不能進入凝膠顆粒內部,阻滯作用小,隨著溶液在凝膠顆粒之間流動,因此流程短,而先流出層析柱;而分子量小的物質則可完全進入凝膠顆粒的網孔內,阻滯作用大,流程延長,而最后從層析柱中流出;通過選擇合適種類和型號的瓊脂糖凝膠,使目標產物索馬甜的分子量介于完全排阻和完全進入網孔物質的分子量之間,則在兩者之間從柱中流出,由此就可以達到分離目的。

優選地,步驟(3)中,所述瓊脂糖凝膠與非洲竹芋鮮果的體積質量比(L/kg)為0.1~0.2:1。

優選地,步驟(3)中,所述瓊脂糖凝膠層析柱的高徑比為8~15:1。

若上柱流速過快、瓊脂糖凝膠的用量過少或高徑比過小,都將導致索馬甜的吸附不充分,造成索馬甜的收率偏低;若上柱流速過慢、瓊脂糖凝膠的用量過多或高徑比過大,都將造成物料和能源的浪費。

優選地,步驟(3)中,所述瓊脂糖凝膠的類型為Q Sepharose FF型、DEAE Sepharose FF型、SP Sepharose FF型或CM Sepharose FF型等中的一種或幾種。

優選地,步驟(3)中,所述洗脫劑的用量為2~4BV。洗脫的目的是將吸附在瓊脂糖凝膠層析柱上的索馬甜粗品解吸。

優選地,步驟(3)中,所述洗脫劑為氯化銨水溶液。

優選地,步驟(3)中,所述氯化銨水溶液的質量濃度為1~5%(更優選1.5~3.5%)。

優選地,步驟(3)中,所述洗脫的流速為1.0~2.0 BV/h。

優選地,步驟(3)中,所述減壓濃縮的溫度為55~65℃,真空度為-0.08~-0.09MPa,濃縮至固含量為30~40%。

優選地,步驟(3)中,所述減壓濃縮為降膜式減壓濃縮。采用降膜式減壓濃縮可將物料在溫度相對較低、短時間內完成濃縮的過程,防止長時間的高溫環境破壞索馬甜的分子結構。

優選地,步驟(3)中,所述醇沉所用醇溶液與濃縮液的體積比為1~2:1。醇沉的目的是將濃縮液中的索馬甜粗品通過醇沉的手段析出,以去除濃縮液中的銨鹽以及少量水溶性的色素。

優選地,步驟(3)中,所述醇沉所用醇溶液的體積分數為85~100%。

優選地,步驟(3)中,所述醇沉所用醇溶液為乙醇溶液。

若醇溶液的用量過少或體積分數過小,都難以達到純化目的,導致索馬甜的收率偏低;若醇溶液的用量過多或體積分數過大,都將造成物料和能源的浪費,并有可能使雜質大量析出,造成索馬甜粗品的含量偏低。

優選地,步驟(4)中,所述溫水的用量為索馬甜粗品濕重的2~5倍。

優選地,步驟(4)中,所述溫水的溫度為50~60℃。

優選地,步驟(4)中,調節pH值至11~13。調節pH值的目的是,使溶液的pH值處于索馬甜的等電點范圍內,pH值在等電點范圍內時,索馬甜的溶解度最小,從而可以最大限度的析出。

本發明方法按照先在步驟(3)進行醇沉后,再在步驟(4)調節pH值至堿性,最后再降溫精制的原因是:索馬甜在含有大量氯化銨及水溶性色素的濃縮液中難以結晶析出,通過醇沉可以將這些雜質充分析出、分離;精制過程用熱水將索馬甜粗品溶解,目的是將粗品以及包埋在粗品中的少量雜質(氯化銨及水溶性色素)重新溶解,通過調節pH值至索馬甜的等電點,再輔以降溫,利用索馬甜在堿性pH值下溶解度最小、極易析出,而雜質不會析出的原理,達到制備索馬甜精品的目的。

優選地,步驟(4)中,用質量濃度0.5~2.0%的稀堿液調節pH值。

優選地,步驟(4)中,所述稀堿液為氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液。

優選地,步驟(4)中,降溫至5~10℃。降溫的目的是降低索馬甜的溶解度,從而使索馬甜最大限度的析出。

優選地,步驟(4)中,所述攪拌析晶的轉速為20~60 r/min,時間為12~24h。

優選地,步驟(4)中,所述冰水的溫度為0~10℃。

本發明方法的有益效果如下:

(1)本發明方法所得索馬甜精品中索馬甜(索馬甜Ⅰ和Ⅱ的總量)的質量含量高達99.2%,索馬甜(索馬甜Ⅰ和Ⅱ的總量)的總收率高達95.4%;

(2)本發明方法設備簡單、操作簡便,環境友好,適合產業化生產。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明。

本發明實施例所使用的非洲竹芋鮮果購于加納,其中,索馬甜的質量含量為3.72%;本發明實施例所使用的001×16型、001×8型、LSD-001型陽離子交換樹脂以及SP Sepharose FF型、Q Sepharose FF型、CM Sepharose FF型瓊脂糖凝膠均購于西安藍曉科技新材料股份有限公司;本發明實施例所使用的800Da、900Da、500Da的納濾膜均購于杭州賽菲膜分離技術有限公司;本發明實施例所使用的化學試劑,如無特殊說明,均通過常規商業途徑獲得。

本發明實施例中,采用高效液相色譜法外標法檢測索馬甜的含量。

實施例1

(1)將10kg非洲竹芋鮮果洗凈,去核,加水80kg,打漿至粒度≤200μm,過濾,在分離因數為10000、轉速為8000 r/min下,進行蝶式離心,得離心清液;

(2)將步驟(1)所得離心清液以0.8BV/h的流速,上001×16型陽離子交換樹脂柱(001×16型陽離子交換樹脂的用量為2L,高徑比為8:1)后,以1.5BV/h的流速,用2BV、質量濃度3%的氯化鈉水溶液洗脫,將洗脫液用截留分子量為900Da的納濾膜,在1.2MPa下,納濾,收集納濾截留液;

(3)將步驟(2)所得納濾截留液以0.3BV/h的流速,上SP Sepharose FF型瓊脂糖凝膠層析柱(SP Sepharose FF型瓊脂糖凝膠的用量為2L,高徑比為8:1)后,用3BV、質量濃度2.5%的氯化銨水溶液,以流速1.5 BV/h洗脫,洗脫液在60℃、-0.08MPa下,降膜式減壓濃縮至固含量為40%,得2.4L濃縮液,冷卻至室溫,加入3.6L體積分數87%的乙醇溶液,進行醇沉,離心,過濾,得索馬甜粗品0.87kg(濕重);

(4)將步驟(3)所得0.87kg(濕重)索馬甜粗品用1.75L、60℃的溫水溶解,冷卻至室溫,用質量濃度2%的氫氧化鉀水溶液調節pH值至12.5,降溫至5℃,在30 r/min下,攪拌析晶12 h,離心,過濾,用5℃的冰水洗晶,干燥,得索馬甜精品0.35kg。

經高效液相色譜法外標法檢測,本發明實施例所得索馬甜精品中索馬甜(索馬甜Ⅰ和Ⅱ的總量)的質量含量為99.2%,索馬甜(索馬甜Ⅰ和Ⅱ的總量)的總收率為93.3%。

實施例2

(1)將20kg非洲竹芋鮮果洗凈,去核,加水100kg,打漿至粒度≤150μm,過濾,在分離因數為8000、轉速為6000 r/min下,進行蝶式離心,得離心清液;

(2)將步驟(1)所得離心清液以0.5BV/h的流速,上001×8型陽離子交換樹脂柱(001×8型陽離子交換樹脂的用量為3L,高徑比為5:1)后,以1.0BV/h的流速,用3BV、質量濃度1.5%的氯化鈉水溶液洗脫,將洗脫液用截留分子量為800Da的納濾膜,在1.0MPa下,納濾,收集納濾截留液;

(3)將步驟(2)所得納濾截留液以0.2BV/h的流速,上Q Sepharose FF型瓊脂糖凝膠層析柱(Q Sepharose FF型瓊脂糖凝膠的用量為2L,高徑比為10:1)后,用2.5BV、質量濃度2%的氯化銨水溶液,以流速 1.0BV/h洗脫,洗脫液在55℃、-0.09MPa下,降膜式減壓濃縮至固含量為30%,得6L濃縮液,冷卻至室溫,加入12L體積分數90%的乙醇溶液,進行醇沉,離心,過濾,得索馬甜粗品1.3kg(濕重);

(4)將步驟(3)所得1.3kg(濕重)索馬甜粗品用3.3L、50℃的溫水溶解,冷卻至室溫,用質量濃度1%的氫氧化鈉水溶液調節pH值至11.5,降溫至10℃,在20 r/min下,攪拌析晶24 h,離心,過濾,用0℃的冰水洗晶,干燥,得索馬甜精品0.72kg。

經高效液相色譜法外標法檢測,本發明實施例所得索馬甜精品中索馬甜(索馬甜Ⅰ和Ⅱ的總量)的質量含量為98.6%,索馬甜(索馬甜Ⅰ和Ⅱ的總量)的總收率為95.4%。

實施例3

(1)將30kg非洲竹芋鮮果洗凈,去核,加水180kg,打漿至粒度≤100μm,過濾,在分離因數為15000、轉速為10000 r/min下,進行蝶式離心,得離心清液;

(2)將步驟(1)所得離心清液以1.0BV/h的流速,上LSD-001型陽離子交換樹脂柱(LSD-001型陽離子交換樹脂的用量為3L,高徑比為6:1)后,以2.0BV/h的流速,用3.5BV、質量濃度2%的氯化鉀水溶液洗脫,將洗脫液用截留分子量為500Da的納濾膜,在1.5MPa下,納濾,收集納濾截留液;

(3)將步驟(2)所得納濾截留液以0.4BV/h的流速,上CM Sepharose FF型瓊脂糖凝膠層析柱(CM Sepharose FF型瓊脂糖凝膠的用量為4.5L,高徑比為12:1)后,用4BV、質量濃度1.8%的氯化銨水溶液,以流速2.0BV/h洗脫,洗脫液在63℃、-0.08MPa下,降膜式減壓濃縮至固含量為35%,得8.5L濃縮液,冷卻至室溫,加入10L體積分數85%的乙醇溶液,進行醇沉,離心,過濾,得索馬甜粗品2.5kg(濕重);

(4)將步驟(3)所得2.5kg(濕重)索馬甜粗品用7.5L、55℃的溫水溶解,冷卻至室溫,用質量濃度1.5%的氫氧化鈉水溶液調節pH值至12,降溫至7℃,在40r/min下,攪拌析晶18h,離心,過濾,用8℃的冰水洗晶,干燥,得索馬甜精品1.07kg。

經高效液相色譜法外標法檢測,本發明實施例所得索馬甜精品中索馬甜(索馬甜Ⅰ和Ⅱ的總量)的質量含量為97.8%,索馬甜(索馬甜Ⅰ和Ⅱ的總量)的總收率為93.8%。

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