专利名称：一种以甜叶菊为原料同时制备总咖啡酰奎尼酸和甜菊糖的方法
技术领域：
本发明涉及植物提取物领域，具体涉及用甜叶菊同时提取甜菊糖类和咖啡酰奎尼酸类的方法。用热水、超声波或微波辅助浸提甜叶菊，同时提取总咖啡酰奎尼酸和甜菊糖，用有机溶剂萃取分离及用树脂分离纯化甜菊糖和咖啡酰奎尼酸，从而获得高纯度的甜菊糖和咖啡酰奎尼酸产品，提取后的剩余物用于生产饲料或有机肥料。
背景技术：
甜叶菊(Stevia rebaudinan Betroni)属菊科甜菊属多年生草本植物,原产于巴拉圭的Amambay及Mbaxacayu山脉。甜叶菊作为新型糖源植物，在第二次世界大战时就曾引起过重视。1970年日本从巴西引种，开始驯化、栽培、制糖，同时进行毒理、食品检测等实验。我国于1976年从日本引种成功。目前，韩国、泰国、菲律宾等也有不同程度的推广栽培。
甜叶菊中主要含有糖苷类、酚酸类、黄酮类、挥发油等成分。其中酚酸类的总咖啡酸奎尼酸含量有报道为 I. 29 % (Francis N. Muanda a, Rachid Soulimani, BabakarDiop.Study on chemical composition and biological activities of essential oiland extracts from Stevia rebaudiana Bertoni leaves[J]. LffT-Food Science andTechnology, 2011，I (8) :2_8)，但没有对其不同的咖啡酰奎尼酸种类进行分类，也没有进行分离提取。最近，Hande Karakose等对甜叶菊中的咖啡酰奎尼酸类进行了质谱检测，结果表明甜叶菊中含有3-咖啡酰奎尼酸，4-咖啡酰奎尼酸，5-咖啡酰奎尼酸，3，4- 二咖啡酰奎尼酸，3，5-二咖啡酰奎尼酸，4，5-二咖啡酰奎尼酸，1，，3，5-三咖啡酰奎尼酸，1，4，5-三咖啡酰奎尼酸等，因为他们测得的总含量极低(总咖啡酰奎尼酸量)，也没有对其进行分离石开究(Hande Karakose, Rakesh Jaiswal, Nikolai Kuhnert. Characterizationand Quantification of Hydroxycinnamate Derivatives in Stevia rebaudianaLeaves by LC-MSn^ [J] · Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011,59 10143-10150)。李军等对甜叶菊中含4，5-二咖啡酰奎尼酸进行过报道(李军，姜华，石任兵.HPLC法测定甜叶菊有效部位中4个酚类成分含量[J].药物分析杂志，2009，29 (4)536-539)，没有确定这种成分的具体含量。咖啡酰奎尼酸类物质作为单组分化合物应用于药品或作为抗氧化剂、自由基消除剂、抗癌药等(张洁等.咖啡酰奎尼酸在制备抗缺氧的药物或食品中的用途，2007，CN101219134A)。而其中的二咖啡酰奎尼酸在药用价值上比单咖啡酰奎尼酸更具优势，由中国军事医学科学院和江中集团共同研制的抗艾新药IBE-5的成分是二咖啡酰奎尼酸，其研究结果表明IBE-5能显著降低灵长类实验动物体内艾滋病毒(SIV)病毒水平，且能有效逆转艾滋病毒病变，作用显著强于著名的鸡尾酒疗法对照用药。同时的动物试验还显示了IBE-5 在抑制乙肝病毒方面的良好前景(http://www. jzjt. com/tabid/ 140/InfoID/1436/frtid/174/Default, aspx)。甜叶菊中的黄酮类物质研究有石任兵等对以其单独作为药用成份或与其他药物进行配比用于制备药物或功能性食品进行了研究(石任兵，张来旺，刘斌等.甜叶菊有效部位及其活性和应用，CNlOl 156883A)。传统工艺生产单咖啡酰奎尼酸的主要传统原料是杜仲叶和金银花，两者都是中药材，其收购价格比甜叶菊要高5 10倍，目前的甜叶菊工业应用只用于制备总甜菊苷类，没有利用其中的总咖啡酰奎尼酸成份。其生产工艺主要分为干燥粉碎甜菊叶、浸提、除杂、树脂处理、喷雾干燥和精制等步骤(陈振斌，邸多隆，刘永峰等.甜菊糖大孔吸附树脂吸附分离工艺条 件的正交设计优化[J].应用化工，2011,40(6) =945-948,951) 0在生产过程中使用的化学沉淀剂钙盐和铁盐等除杂工艺会沉淀掉甜叶菊中的总咖啡酰奎尼酸类，造成资源的严重浪费，而这些沉淀的总咖啡酰奎尼酸类随着废渣排入环境后，又对环境造成污染。如果用甜菊同时生产总咖啡酰奎尼酸类和总甜菊苷类产品，可有效地利用这两类资源，有望大大提高甜菊糖产业和总咖啡酰奎尼酸类产业的经济效益、环境效益和社会效益，使资源得到最大程度的利用，符合当今可持续发展战略的要求。
发明内容
本发明提出了一种以甜叶菊为原料同时获得甜菊糖和咖啡酰奎尼酸的新方法，有效地解决目前传统生产工艺中甜叶菊中总咖啡酰奎尼酸被浪费、只生产甜菊苷类产品的现状，提供新的总咖啡酰奎尼酸生产原料来源和充分利资源、减轻环境污染。本发明所采用的技术方案是，一种以甜叶菊为原料同时制备甜菊糖和总咖啡酸奎尼酸的方法，包含以下步骤(I)将甜叶菊用水或有机溶剂在加热、微波或超声辅助作用下对原料进行浸提，固液分离后得到甜菊糖和咖啡酰奎尼酸提取液；对提取液进行浓缩；(2)组分分离溶剂萃取将浓缩的提取液用有机溶剂进行萃取，得到分别含有咖啡酰奎尼酸和含有甜菊糖的萃取液和萃余液；或者是使用树脂把甜菊糖组分和咖啡酸奎尼酸组分进行分离纯化；(3)总咖啡酸奎尼酸纯化将含有咖啡酰奎尼酸的萃取液经过精制纯化后，得到含量为> 90%的总咖啡酸奎尼酸；(4)甜菊糖纯化将含有甜菊糖的萃取后提取液，经精制纯化后得到含量> 90%以上的甜菊糖。上述提取方案中提取的辅助方法有微波、超声、加热等方法。微波辅助的条件为作用时间30秒至3小时，推荐时间I小时；热水辅助提取条件是5min 3小时，推荐时间I小时；超声的条件为5分钟至3小时，时间推荐lh，温度20 100°C，温度最好是40 60°C。上述提取方案中所提到的有机溶剂包括乙醇-水溶液，甲醇-水溶液或其他有机溶剂等。其中水为去离子水或自来水，乙醇-水溶液配比(V/V)为I 8 10;甲醇-水溶液配比(V/V)为I 8 : 10，其他有机溶剂的使用与此相同。上述提取溶剂的pH值推荐在2. O 7. O之间，最好是3. O 4. O之间。原料与溶剂的固液比推荐在I : 15 100之间，最好是I : 40 80之间。本发明在分离甜菊糖总提取液中的总咖啡酰奎尼酸分离时采用萃取或树脂吸附等方法。所用的萃取溶剂是正丁醇、石油醚、乙酸乙酯、氯仿等的任意一种或几种，所用的树脂是 LSA-7、XDA-1、XDA-4、XDA-8、ADS-17、ADS-7、HPD450、HPD500、HPD600、D101、D201、D301、NKA-9、NKA-II、AB-8、HZ-816中的任意一种或几种，或聚酰胺或硅胶等材料。上述分离纯化的方法，在对总咖啡酰奎尼酸的纯化中，使用乙酸乙酯萃取后，得到含有总咖啡酰奎尼酸的萃取液，浓缩后上大孔树脂柱或其他分离材料，吸附后，依次用去离子水和体积浓度20% 80%甲醇或乙醇洗脱，最好用体积浓度50% 60%的甲醇或乙醇洗脱，收集含有总咖啡酰奎尼酸组分的洗脱液。上述提取纯化方法，在对总咖啡酰奎尼酸中单咖啡酰奎尼酸的分离的纯化中，所用的大孔树脂为非极性或极性大孔树脂，最好用弱极性或极性树脂，树脂可以是LSA-7、XDA-1、XDA-4、XDA-8、、ADS-17、ADS-7、HPD450、HPD500、HPD600、D101、D201、D301、NKA-9、NKA-II、AB-8、HZ-816中的一种或几种，或聚酰胺或硅胶等材料。上述提取纯化方法，甜菊糖的纯化精制可按照传统工艺进行。 本发明对于提取的剩余物进行回收处理，用微生物转化(也可直接使用)成饲料或有机肥料。本发明将甜叶菊叶在微波、加热或超声辅助的方法用水或有机溶剂进行浸提，可提高总甜菊苷和总咖啡酰奎尼酸类产品的得率，缩短生产周期。提取后运用萃取等方法，可以有效地保留提取液中的总咖啡酰奎尼酸、甜菊糖等成分，然后用树脂进行进一步分离纯化，分别得到总咖啡酰奎尼酸类和甜菊糖产品，提取剩余物作为饲料或有机肥使用，最大限度地利用了甜叶菊资源，提高过程的综合效益。本发明在对甜叶菊中总咖啡酰奎尼酸类(包括单咖啡酰奎尼酸类、双咖啡酰奎尼酸、三咖啡酰喹尼酸类)及同时分离总咖啡酰奎尼酸类和总甜菊苷类的方法进行了研究。结果表明甜叶菊原料与传统的咖啡酰奎尼酸生产原料(金银花、杜仲、菊芋、烟草等)相比较，甜叶菊有着很大的优势I、提取物种类的优势，可以用产量高、种植面积广的甜叶菊大宗价格较低的原料同时提取总咖啡酰奎尼酸类和总甜菊苷类两类高附加值产品，取代传统的金银花、杜仲等价闻的原料。2、含量的优势，本发明的研究结果表明，我们所用的甜叶菊中的总咖啡酰奎尼酸类的含量达3. 28% (其中双咖啡酰奎尼酸类的含量达2. 65% )，远高于烟草中总咖啡酰奎尼酸(主要成分是单咖啡酰奎尼酸)的含量O. 54% (陈育如，唐刚，刘虎等.烟草废料中咖啡酰奎尼酸的提取工艺研究[J].生物加工过程，2009，7 (6) 55-58);以及菊芋中总咖啡酰奎尼酸类含量的O. 16% (主要成分也是单咖啡酰奎尼酸，张海娟，刘玲，郑晓涛等.菊芋叶片中绿原酸的提取工艺条件优化研究[J].2011，32(5) :261-262, 265)。在甜叶菊中，不仅咖啡酰奎尼酸的含量均比烟草和菊芋要高，最具优势的是性能比单咖啡酰奎尼酸药用性能更好的二咖啡酰奎尼酸含量高(2. 65% )0与前人研究甜叶菊的结果比较，本发明的研究发现甜叶菊中的总咖啡酰奎尼酸类含量(3. 28% )比Hande Karakose等报道的O. 036%高几十倍，比Francois N等报道的
I.29%含量高几倍，因此具有很大的开发应用价值。本发明提出的方法是在得到总甜菊苷类的同时能提取到总咖啡酰奎尼酸类产品，原料成本和分离成本都能得到有效的降低。
图I提取液中总咖啡酰奎尼酸的HPLC检测2提取液中总甜菊糖HPLC检测3树脂分离的双咖啡酰奎尼酸产品HPLC4树脂分离的双咖啡酰奎尼酸产品质谱5树脂分离的单咖啡酰奎尼酸产品HPLC6树脂分离的甜菊糖产品质谱图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，举例是为说明本发明的过程而非仅限于实施例。实例I :取Ikg的甜叶菊叶粉末，加入20L的水或去离子水，将pH调至3.0，蒸煮微沸提取5min。提取后进行过滤、浓缩。浓缩液用乙酸乙酯萃取；上层的乙酸乙酯萃取液，再进行浓缩后，使用NKA-9大孔树脂柱吸附，依次用去离子水和体积浓度60%的乙醇洗脱，收集含有总咖啡酰奎尼酸中二咖啡酰奎尼酸的洗脱液，浓缩干燥，得到含量为80. 0%的二咖啡酰奎尼酸15.90g。下层的萃取后的提取液，上AB-8大孔树脂柱吸附，依次用去离子水和乙醇溶液洗脱，收集含有单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖的洗脱液，浓缩干燥，得到含量为
78.56%的单咖啡酰奎尼酸3. 78g ;甜菊糖的洗脱液经浓缩后，使用钙盐和铁盐作为沉淀剂进行去杂，去杂后再上AB-8树脂进行纯化，收集含有甜菊糖的洗脱液，经树脂吸附分离纯化，得到甜菊糖含量为95. 2%的产品102. 3克。实例2 :取Ikg的甜叶菊叶粉末，加入40L的70%乙醇溶液，将pH调至3. 5，超声提取。提取后进行过滤、浓缩。浓缩液用乙酸乙酯萃取；上步乙酸乙酯萃取液，再进行浓缩后，使用HPD500大孔树脂柱吸附，依次用去离子水和体积浓度70%的乙醇洗脱，收集含有二咖啡酰奎尼酸的洗脱液，浓缩干燥，得到含量为92. 45%的二咖啡酰奎尼酸17. 40g。萃取后的提取液，上HPD450大孔树脂柱吸附，依次用去离子水和乙醇溶液洗脱，收集含有单咖啡酰奎尼酸的洗脱液，浓缩干燥，得到含量为90. 32%的单咖啡酰奎尼酸4. 72g。甜菊糖的洗脱液经浓缩后，使用钙盐和铁盐作为沉淀剂进行去杂，去杂后再上HPD450树脂进行纯化，收集含有甜菊糖的洗脱液，经树脂吸附分离纯化，得到甜菊糖含量为93. 2%的产品112. 6克。实例3 :取Ikg的甜叶菊叶粉末，加入80L的50%甲醇溶液，将pH调至4.0，超声提取(提取液中总咖啡酰奎尼酸量见图1，总甜菊糖量见图2)。提取后进行过滤、浓缩。浓缩液用乙酸乙酯萃取；上步乙酸乙酯萃取液，再进行浓缩后，使用NKA-II大孔树脂柱吸附，依次用去离子水和体积浓度50%的乙醇洗脱，收集含有二咖啡酰奎尼酸的洗脱液，浓缩干燥，得到含量为81. 50%的二咖啡酰奎尼酸16. 85g。萃取后的提取液，上D201大孔树脂柱吸附，依次用去离子水和乙醇溶液洗脱，收集含有单咖啡酰奎尼酸的洗脱液，浓缩干燥，得到含量为83. 12%的单咖啡酰奎尼酸4. 56g。甜菊糖的洗脱液经浓缩后，使用钙盐和铁盐作为沉淀剂进行去杂，去杂后再上D201树脂进行纯化，收集含有甜菊糖的洗脱液，经树脂吸附分离纯化，得到甜菊糖含量为90. 5%的产品92. 9克。实例4 :取Ikg的甜叶菊叶粉末，加入60L的95%甲醇溶液，将pH调至3. 5，超声提取。提取后进行过滤、浓缩。浓缩液用乙酸乙酯萃取；上步乙酸乙酯萃取液，再进行浓缩后，使用聚酰胺柱吸附，依次用去离子水和体积浓度60%的乙醇洗脱，收集含有二咖啡酰奎尼酸的洗脱液，浓缩干燥，得到含量为83. 45%的二咖啡酰奎尼酸16. 50g(HPLC图及质谱图分别见图3至图4)。萃取后的提取液，上D301大孔树脂柱吸附，依次用去离子水和乙醇溶液洗脱，收集含有单咖啡酰奎尼酸的洗脱液，浓缩干燥，得到含量为82. 34%的单咖啡酰奎尼酸4. 82g(HPLC分析见图5)。甜菊糖的洗脱液经浓缩后，使用钙盐和铁盐作为沉淀剂进行去杂，去杂后再上D301树脂进行纯化，收集含有甜菊糖的洗脱液，经树脂吸附分离纯化，得到甜菊糖含量为94. 2%的产品98. 7克(质谱图见图6)。实例5 :与实施例I的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是纯化二咖啡酰奎尼酸所用的树脂是ADS-7，分离纯化单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖所用的树脂是ADS-17。实例6 :与实施例2的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是纯化二咖啡酰奎尼酸所用的树脂是XDA-I，分离纯化单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖所用的树脂是XDA-8。实例7 :与实施例3的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是纯化二咖啡酰奎尼酸所用的树脂是LSA-7，分离纯化单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖所用的材料是聚酰胺和硅胶。实例8 :与实施例2的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是纯化二咖啡酰奎尼酸所用的树脂是D101，分离纯化单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖所用的树脂是HZ-816。实例9 :与实施例I的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是提取溶剂为水30L。实例10 :与实施例2的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是提取溶剂为40% 乙醇 40L。实例11 :与实施例3的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是提取溶剂为70% 甲醇 80L。实例12 :与实施例4的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是提取溶剂为60% 乙醇 60L。实例13 :与实施例2的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是纯化二咖啡酰奎尼酸所用的树脂是XDA-4，分离纯化单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖所用的树脂是HZ-816。实例14 :与实施例2的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是纯化二咖啡酰奎尼酸所用的树脂是XDA-8，分离纯化单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖所用的树脂是ADS-17。实例15 :与实施例2的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是纯化二咖啡酰奎尼酸所用的树脂是HPD500，分离纯化单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖所用的树脂是AB-8。
实例16 :与实施例2的提取及纯化工艺过程基本相同，所不同的是纯化二咖啡酰奎尼酸所用的树脂是HPD600，分离纯化单咖啡酰奎尼酸和甜菊糖所用的树脂是D201。
权利要求
1.一种以甜叶菊为原料同时制备甜菊糖和总咖啡酸奎尼酸的方法，其特征在于包含以下步骤 (1)将甜叶菊用水或有机溶剂在加热、微波或超声辅助作用下对原料进行浸提，固液分离后得到甜菊糖和咖啡酰奎尼酸提取液；对提取液进行浓缩； (2)组分分离 溶剂萃取将浓缩的提取液用有机溶剂进行萃取，上层为含有咖啡酰奎尼酸的萃取液，下层为含有甜菊糖的萃余液； 或者是使用树脂把甜菊糖组分和咖啡酸奎尼酸类组分分离纯化； (3)总咖啡酸奎尼酸纯化将含有咖啡酰奎尼酸的萃取液经过精制纯化后，得到含量为>90%的总咖啡酸奎尼酸； (4)甜菊糖纯化将含有甜菊糖的萃余液，经精制纯化后得到含量>90%以上甜菊糖产品O
2.如权利要求I所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的有机溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、正丁醇、石油醚、乙酸乙酯、甲乙酮或氯仿的任意一种或几种的组合；有机溶剂的体积浓度在1%_100%之间。
3.如权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述萃取溶剂是正丁醇、石油醚、乙酸乙酯或氯仿的任意一种或几种；树脂是LSA-7、XDA-U XDA-4、XDA-8、、ADS-17、ADS-7、HPD450、HPD500、HPD600、D101、D201、D301、NKA-9、NKA- II、AB-8、HZ-816、聚酰胺或硅胶的任意一种或几种。
4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中的提取物经固液分离后，固体剩余物直接或用微生物转化的方法生产饲料或有机肥料。
全文摘要
本发明涉及以甜叶菊为原料同时提取总咖啡酰奎尼酸和甜菊糖的方法，该方法是将甜叶菊用水或有机溶剂在加热、微波或超声辅助作用下对原料进行浸提，固液分离后得到甜菊糖和咖啡酰奎尼酸提取液后，然后进行萃取分离，最后经纯化后得到甜菊糖总苷和总咖啡酰奎尼酸的纯品。本发明提出在传统的甜菊糖生产工艺的基础上加上总咖啡酰奎尼酸的提取工艺，可以甜叶菊为原料同时得到甜菊糖和总咖啡酰奎尼酸两类产品，拓宽了总咖啡酰奎尼酸类物质的原料来源，用一种原料同时生产两类高附加值产品，可大大降低这两类产品的生产成本，减少资源浪费和环境污染，符合可持续发展战略的要求，具有良好的应用前景。
文档编号A23K1/14GK102617667SQ20121005562
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者刘润薇, 刘珺, 张怡斐, 王建芬, 陈育如, 马迎迎 申请人:南京师范大学