專利名稱：一種同時制備異甜菊醇和槐糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用甜菊糖及其衍生物通過酸水解在常壓或加壓條件下同時制備異甜菊醇和 槐糖兩種高附加值產(chǎn)物的方法。
背景技術(shù)：
1.甜菊糖苷的概況
甜菊糖苷，又稱甜菊糖、甜菊甙，是從菊科甜葉菊(Wev/a re6a"&a朋bertoni)中提取的新 型天然甜味劑。甜葉菊屬菊科甜菊屬多年生草本植物，原產(chǎn)于南美巴拉圭東北部與巴西接壤 的阿曼拜山脈。野生的甜葉菊早在400多年前就被當?shù)氐木用裼米霾柚械脑鎏饎?，直?887 年，才引起人們的關(guān)注。l卯5年由植物學家Bertoni命名為5tev/a i e6az^'a"a, 1955年開始 人工苗圃栽培試驗。1964年巴拉圭從事大田移植馴化獲得成功。甜葉菊葉中含有甜味的雙 萜配糖體一甜菊糖苷，由此甜葉菊開始受到許多國家和地區(qū)的重視。
甜菊糖苷為白色、無嗅的粉末，甜度約為蔗糖的200-300倍，甜度在口中不易消失。甜 菊糖熔點為198-202°C，耐高溫，在空氣中會迅速吸濕，水中溶解度約為0.12 g/100ml，微 溶于乙醇，對酸、堿穩(wěn)定，在pH4-10的范圍的溶液內(nèi)加熱到120'C也不會發(fā)生變化。近年 來，天然甜味劑甜菊糖苷因其高甜度、低熱值等特點，成為優(yōu)良的新型甜味劑之一。
對甜菊糖苷的毒理試驗最早始于20年代日本的Hokkaido大學，后有許多專家進行了研 究。甜菊糖苷經(jīng)急性毒理試驗、亞急性毒理試驗、致突變試驗等證明是一種安全的甜味劑(小 鼠經(jīng)口 LD50》15g/kg)， 2004年7月6日世界聯(lián)合衛(wèi)生組織正式通過允許甜菊糖苷在世界 范圍內(nèi)通用的決議，這為甜菊糖苷的安全性提出了有利的證明。因此，甜菊糖苷是一種安全 的天然甜味劑(張文芝.美國FDA公開表示甜菊糖可安全使用.山東農(nóng)業(yè),2003， 5: 45-45)。
甜菊糖苷以其豐富的資源和高甜度引起了全世界的注意，各國都積極進行研究和開發(fā)， 日本、新加坡、馬來西亞、韓國、以色列及美國都有大量的甜葉菊種植，日本于1971年首 先引種甜葉菊獲得成功，丁- 1976年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)并一直應(yīng)用至今。在日本，甜菊糖苷 年銷售總額位居非營養(yǎng)型甜味劑的首位，用在飲料和糕點方面的銷售額也在持續(xù)增長；美國 及歐洲一些國家對甜菊糖苷的使用量也在不斷增加中，應(yīng)用前景良好(王仲禮，日本高倍甜 度甜味劑的市場動向，江蘇調(diào)味副食品，2004, 1(21): 26-28)。
我國對于甜葉菊的栽培利用研究始于70年代末，1976年開始由南京中山植物園、中國 農(nóng)業(yè)科學院等科研單位先后從日本引進甜葉菊試種成功。80年代初向全國各地推廣種植。 80年代，南京中山植物園發(fā)表了從甜葉菊中提取含30%甜菊糖苷的技術(shù)報告。1982年成都 化學制藥廠開發(fā)了甜菊糖苷生產(chǎn)技術(shù)，1984年甜菊糖苷在我國被批準可以作為食品添加劑 使用。1996年我國甜菊糖產(chǎn)銷量突破千噸大關(guān)，1997年產(chǎn)銷量達到1400噸左右，其中80 %左右出口。目前在江蘇、福建、山東、新疆、河南、安徽等地都有大量種植，總面積達 100萬畝以上，我國現(xiàn)已成為世界上最大的甜菊糖生產(chǎn)國和出口國(倪軍明，李軍平.甜菊糖 工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景.廣州食品工業(yè)科技，2004, 3(20): 156-158)。 2.甜菊糖苷成分
1931年法國藥學家B.ridel和L.avieille 二人對甜葉菊提取物用無水乙醇分離得到溶于無 水乙醇的結(jié)晶體甜菊糖苷，1970年巴拉圭的醫(yī)學家在第七次國際糖尿病學會議上報告了甜 菊苷(Stevioside)可作為無熱量的甜昧劑，目前從甜菊糖苷中分離出了 10余種成分，其中甜 菊銜Stevioside,簡稱SS)是含量最多的第一大成份，約占總糖苷量的50-60% (結(jié)構(gòu)式見式 1，分子中含一分子的槐糖，槐糖量占分子總質(zhì)量的42.5%，槐糖結(jié)構(gòu)式見式4)、萊鮑迪苷 A(RebaudiosideA,簡稱RA)是第二大成份，約占總糖苷量的20-30% (結(jié)構(gòu)式見式2,其中 亦含一分子的槐糖，槐糖量占分子總質(zhì)量的35.4%),此外還有萊鮑迪苷C、萊鮑迪苷B、萊鮑迪苷D、萊鮑迪苷E、斯替維伯苷、杜爾可苷A等，甜菊苷元部分是四環(huán)雙萜化合物 (張揚，陳天紅，孫君坦等.甜葉菊糖的組分分離與味質(zhì)改性研究進展.化學通報，1998， 6: 11-16)。
式l 式2
3.甜菊糖苷及其水解產(chǎn)物異甜菊醇和槐糖
甜菊糖苷經(jīng)適宜條件的水解可得到異甜菊醇(結(jié)構(gòu)式見式3)，異甜菊醇是一種四環(huán)雙 萜類化合物，分子中含有羧基和羰基，分子量318。
近年來，大量的研究表明異甜菊醇對抗高血壓、降血糖、保護心肌方面有重要作用， 國外申請了以異甜菊醇作為降血糖藥物的專利(Hermansen K, Gregersen S， J印pesen PB. Patent number: 2001-DK75, 2001056959， WO.)， Jeppesen PB, Nordentoft I.等研究表明異甜菊 醇及其衍生物可作為一種新胰島素增敏劑用于II型糖尿病的治療(Jeppesen PB， Nordentoft I. Isosteviol as novel oral anti-diabetic agent for treatment of type 2 diabetes and the metabolic syndrome — a /" v/vo study on diabetic KKAy-mice. Diabetologia， 2007; 50， Suppl 1: 95)。異甜菊 醇及其衍生物還可用作DNA合成酶抑制劑、抗癌劑(Akihisatoshihiro， Mizushina yoshiyuki, Ukiya motohiko. JP2003-401039),異甜菊醇及其衍生物還可以作為抗心肌缺血復灌損傷的藥物(許德義，孫曄等，中國專利，CN2007. 101006995A)，因此，異甜菊醇是一種有潛力大量 應(yīng)用的產(chǎn)品。
甜菊糖苷經(jīng)酸水解能得到異甜菊醇，但現(xiàn)有文獻所報道的得率只為理論值的47.6% (Avent， A. G.; Hanson,丄R.; de Oliveira, B. H. Phytochemistry. 1990, 29, 2712-2713)，且甜菊
糖苷中的槐糖基團在這樣的水解條件下將被分解，且水解條件劇烈時，生成的異甜菊醇本身 也將被分解，而水解不足時只能生成甜菊糖苷的衍生物而得不到高產(chǎn)率的異甜菊醇，且混合 物的后續(xù)分離困難。
在注重可持發(fā)展的今天，纖維素酶(cellulase)生產(chǎn)及相關(guān)生物質(zhì)利用是解決世界能源危 機、糧食短缺、環(huán)境污染等問題的重要途徑之一。槐糖是目前所知的微生物產(chǎn)纖維素酶的最 佳誘導物，能將木霉發(fā)酵纖維素酶的周期從l-2周縮短為2-3天(朱雨生等.木霉纖維素酶的誘 導形成及其調(diào)節(jié)I.植物生理與分子生物學學報，1980. 6(1):卜9;朱雨生等.木霉纖維素酶的 誘導形成及其調(diào)節(jié)II.槐糖對木霉EA3-867洗滌菌絲體纖維素酶形成的誘導作用及降解物阻 遏現(xiàn)象植物生理與分子生物學學報，1978.4(1): 1-18.)。 Sternberg, D.和Mandels， G.R.用槐糖 對里氏木霉QM6a的CMC酶誘導進行了研究(7Wc/zooferaa "ese/QM6a)結(jié)果表明在1.5 2 h 時槐糖開始起誘導作用(Sternberg, D., Mandels, G.R.. Induction of Cellulolytic Enzymes in TrichodermareeseibySophorose. Journal of bacteriology. 1979, 139,761-769.)?？梢娀碧菍τ?纖維素酶的誘導效果十分明顯。
槐糖(式4)是一種稀有雙糖，主要來自槐樹(國槐So/^oray邵o"/caLinn.)所產(chǎn)槐角 (槐糖含量<0.5%)或葡萄糖廠的結(jié)晶母液(只含微量)等，在試劑級葡萄糖中含量僅為 0.0058%(Mandelsetal.， 1962)，因此原料來源有限，制備與分離成本昂貴，無法適應(yīng)大規(guī)模 生產(chǎn)的需要。
而在甜菊糖苷中，槐糖基占整個分子的質(zhì)量非?？捎^(以甜菊糖苷中含量最高的甜菊苷 SS計)，有大量生產(chǎn)的潛力。且甜菊葉中含甜菊糖量一般占干葉重的8-15%左右，甜菊產(chǎn)量 高(每畝產(chǎn)干葉400-500公斤)、抗逆性強、病蟲害少、適應(yīng)性廣。因此甜菊糖苷將是槐糖和 異甜菊醇生產(chǎn)的理想來源(王客友.開發(fā)甜葉菊，脫貧致富快.農(nóng)家科技，2007. 11:21-21)， 如果能用甜菊糖苷同時生產(chǎn)槐糖和異甜菊醇，與其他原料相比，將有巨大的原料優(yōu)勢與成本 優(yōu)勢，同時充分利用了資源。
現(xiàn)有報道中，用與RA分離的高純度甜菊苷(SS>98%)單一成份可水解出一定量的槐糖， 其得率為理論值的25% (Kusakabe, I., Kusama， S.， Murakami, K. Agricultural and biological chemistry, 1987,51,2255-2256.)，原料中的其他成份沒有得到利用，且這種方法對原料的純 度要求很高(SS純度〉98。/。)。因此前期對SS與RA的分離成本很高，甜菊糖苷中只利用了原 料中的SS進行水解，而SS中又只利用了槐糖的1/4,因此需要進一步的改進。
本發(fā)明提出通過控制水解條件(酸種類、酸濃度、甜菊糖濃度、時間、溫度)，實現(xiàn)了 在一個反應(yīng)器中水解同時得到槐糖和異甜菊醇的方法，且原料可以是低成本的幾種甜菊糖苷 的混合物也可以是單體純品(如SS或RA)，混合甜菊糖苷的價格遠低于純品SS或RA的價格， 加上回收水解中的第三種產(chǎn)物葡萄糖，使甜菊糖苷物料得到了100。/。的最大限度利用。
如在本發(fā)明的一種水解條件下，水解時間100 min，比傳統(tǒng)方法中為得到槐糖水解的時
5間3小時(Kusakabe,l., 1987)短二分之一，而槐糖產(chǎn)率更高，減少了槐糖在長時間的分解， 而槐糖得率比傳統(tǒng)方法提高了52.8 %.
異甜菊醇目前試劑價格為2500元/g,槐糖試劑價格為1500元/100mg，兩者都未檢索到規(guī) ?；墓I(yè)產(chǎn)品，本發(fā)明的實施將有利于大幅度地降低這兩者昂貴的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過酸水解甜菊糖苷同時制備異甜菊醇和槐糖方法。 本發(fā)明所依據(jù)反應(yīng)式如下-
酸、加熱(或常溫) 甜菊糖苷- 異甜菊醇+槐糖+葡萄糖
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是甜菊糖苷在酸作用下水解lmin 24h，然后用常規(guī)分離純 化方法得到異甜菊醇和槐糖；其中甜菊糖苷濃度為0.1~10% (W/W)，酸濃度為0.01 15N。
甜菊醇和槐糖是在同一個酸水解過程中產(chǎn)生，水解用酸為無機酸或有機酸，無機酸如鹽 酸、硫酸、氫氟酸、氫溴酸或磺酸、固體酸等，有機酸如醋酸、檸檬酸、蘋果酸或草酸等， 酸濃度范圍最好為0.05 5N，如用鹽酸時，濃度可為0.1N。
本發(fā)明方法中所述的甜菊糖苷是含槐糖基團的甜菊醇的糖苷衍生物的混合物或單體。所 說的含槐糖基團的甜菊醇的糖苷衍生物，'-可以是甜菊苷、萊鮑迪甙A、萊鮑迪甙B、萊鮑迪 甙C、萊鮑迪甙D、萊鮑迪甙E、萊鮑迪甙F、甜菊雙甙及其甜菊苷類的其他糖苷衍生物等。
本發(fā)明方法中的水解時間優(yōu)選20 min~100 min。水解溫度優(yōu)選5~150°C,最好是100-120°C。
本發(fā)明方法中的水解是在常壓或0.1~2 MPa的壓力下進行；水解壓力最好為0.1~0.3 MPa。
所述的酸水解產(chǎn)生的異甜菊醇和槐糖要分別經(jīng)過常規(guī)的萃取或?qū)游黾夹g(shù)分離得到純化 產(chǎn)物。
現(xiàn)有技術(shù)采用長時間或濃酸高溫水解的方式，使槐糖在水解過程中分解為葡萄糖，異甜 菊醇進一步分解為小分子產(chǎn)物，降低了產(chǎn)品收率，其中各條件的影響如下。 酸種類強酸有利于水解的快速進行，但易造成產(chǎn)物的進一步分解。
酸濃度提高酸濃度有利于水解的快速進行，但易造成產(chǎn)物的分解，增加不必要的副產(chǎn)物量。
溫度提高水解溫度有利于加快水解反應(yīng)，但產(chǎn)物易分解，副產(chǎn)物多，產(chǎn)率降低。 壓力提高水解壓力有利于加快水解反應(yīng)進行，但產(chǎn)物易分解，副產(chǎn)物增多，產(chǎn)率降低。 水解時間時間過長易造成產(chǎn)物分解，副產(chǎn)物增多。
適宜的水解條件是綜合考慮酸種類、酸濃度、水解溫度、水解壓力、水解時間。 本發(fā)明將以往單純得到異甜菊醇或槐糖的過程合二為一，采用加壓或高溫水解提高反應(yīng) 速度，縮短生產(chǎn)周期，同時生產(chǎn)兩種高附加值的異甜菊醇和槐糖產(chǎn)品和葡萄糖副產(chǎn)品，大大 提高了原料利用率和過程的經(jīng)濟效益，減少了廢棄物的排放量。得到的異甜菊醇產(chǎn)物是極具 開發(fā)前景的用于高血壓、高血脂、糖尿病等代謝綜合癥的藥物，得到的槐糖是強力誘導纖維 素酶的高效誘導劑，有利于降低纖維素酶的生產(chǎn)成本。


圖l:異甜菊醇的高效液相色譜(HPLC)分析圖 圖2:異甜菊醇紅外光譜(IR)圖
圖3: 1% (W/W)混合甜菊糖溶液液中SS與RA的HPLC圖 圖4:槐糖的薄層層析示意(TLC)圖
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明，舉例是為說明本發(fā)明的過程而非僅限于實施例。 實施例1:
配制甜菊糖苷混合物(SS70%， RA20%， RC及其它甜菊糖苷成分10%，總甜菊糖苷成 分大于卯％)水溶液濃度10% (W/W),加濃鹽酸使其濃度為0.1 N，常壓下，溫度11(TC, 水解100min，經(jīng)常規(guī)分離純化得異甜菊醇純品，異甜菊醇的HPLC和紅外光譜分別見圖、 圖2;水解液經(jīng)常規(guī)分離純化等步驟得到槐糖產(chǎn)品，槐糖的薄層層析(TLC)見圖4，葡萄 糖另行分離利用。 實施例2:
配制甜菊糖芏混合物水溶液使其濃度為0.1% (W/W)，加濃鹽酸使其濃度為0.01 N，混 勻，150'C加熱水解60秒(s),經(jīng)常規(guī)分離純化得異甜菊醇純品；濾液經(jīng)經(jīng)常規(guī)分離純化 得到槐糖。 實施例3:
配制甜菊糖苷混合物水溶液使其濃度為4W(W/W)，加40%的氫溴酸使其濃度為0.05N, 混勻，5'C下震蕩24h過濾，濾渣經(jīng)水洗、干燥、結(jié)晶得異甜菊醇純品；濾液經(jīng)除雜、結(jié)晶 純化得到槐糖組分。 實施例4:
配制甜菊糖苷混合物水溶液使其濃度為5% (W/W),加濃硫酸使其濃度為15N，混勻， 0.1 Mpa壓力下，加熱2h，冷卻后過濾或離心，濾渣或沉淀經(jīng)水洗并干燥即得異甜菊醇粗 品，經(jīng)結(jié)晶純化得到純品；水解濾液經(jīng)吸附、洗脫、結(jié)晶純化等步驟得到槐糖純品。 實施例5:
配制甜菊糖苷混合物水溶液使其濃度為1% (W/W)，溶液的HPLC圖見圖3，加濃硫 酸使其濃度為5N，混勻，2Mpa壓力下，100'C加熱水解加熱20min，冷卻后過濾或離心， 濾渣或沉淀經(jīng)水洗并干燥即得異甜菊醇粗品，經(jīng)結(jié)晶純化得到純品；水解濾液經(jīng)吸附、洗脫、 結(jié)晶純化得到槐糖純品。 實施例6:
與實施例1相似，所不同的是用SS純度為1000/。的原料。水解溫度12(TC,水解壓力 0.3 Mpa。 實施例7:
與實施例1相似， 實施例8:
與實施例1相似， 實施例9:
與實施例1相似， 實施例10:
與實施例1相似， 實施例11:
與實施例1相似， 實施例12:
與實施例1相似， 實施例13:
與實施例1相似， 實施例14:
與實施例1相似，
所不同的是用的酸為固體酸。
所不同的是用RA純度為100%的甜菊糖苷原料。
所不同的是用的酸為醋酸。
所不同的是用RC純度為100%的甜菊糖苷原料。
所不同的是用的酸為檸檬酸。
所不同的是用混合物中RE含量為100%的原料(
所不同的是用的酸為草酸。
所不同的是用甜菊雙糖苷純度為50%的原料。實施例15:
與實施例1相似，所不同的是用的酸為氫氟酸。 實施例16:
與實施例1相似，所不同的是用RD純度為40%的甜菊糖苷原料。
實施例17:
與實施例1相似，所不同的是用單體甜菊雙糖苷100%原料。 實施例18:
與實施例1相似，所不同的是用的酸為蘋果酸。 實施例19:
與實施例1相似，所不同的是用的原料為甜菊葉。
權(quán)利要求
1、一種酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖的方法，其特征在于，酸水解甜菊糖苷同時得到異甜菊醇和槐糖；水解體系中甜菊糖苷質(zhì)量百分濃度為0.1～10％(W/W)，酸濃度為0.01～15N；在5～150℃下，反應(yīng)1min～24h后用過濾、萃取及吸附層析方法，分離純化得到異甜菊醇和槐糖。
2、 按照權(quán)利要求1所述的酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖方法，其特征在T，水 解用酸為無機酸或有機酸，酸濃度為0.05 5N。
3、 按照權(quán)利要求2所述的酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖方法，其特征在于，其 中所說的無機酸是鹽酸、硫酸、氫氟酸、氫溴酸、磺酸或固體酸，其中所說的有機酸是醋酸、 檸檬酸、蘋果酸或草酸。
4、 按照權(quán)利要求1所述的酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖方法，其特征在于，所 述的甜菊糖苷是含槐糖基團的甜菊醇的糖苷衍生物的混合物或單體。
5、 按照權(quán)利要求4所述的酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖方法，其特征在于，所 說的含槐糖基團的甜菊醇的糖苷衍生物，是甜菊苷、萊鮑迪甙A、萊鮑迪甙B、萊鮑迪甙C、 萊鮑迪甙D、萊鮑迪甙E、杜爾可苷A、甜菊雙甙及其甜菊苷類的其他糖苷衍生物。
6、 按照權(quán)利要求1所述的酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖方法，其特征在于，是 指水解時間為20 min~100 min。
7、 按照權(quán)利要求6所述的酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖方法，其特征在f，水 解溫度為100~120°C。
8、 按照權(quán)利要求1所述的酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖方法，其特征在T，水 解是在常壓或0.1~2 MPa的壓力下進行。
9、 按照權(quán)利要求8所述的酸水解甜菊糖苷制備異甜菊醇和槐糖方法，其特征在于，水 解壓力為0.1~0.3 MPa。全文摘要
本發(fā)明用酸水解來源豐富的甜菊糖苷同時獲得異甜菊醇和槐糖二種高附加值產(chǎn)物。異甜菊醇產(chǎn)品是具有降糖調(diào)脂等功能的藥物，槐糖是木霉等菌株產(chǎn)纖維素酶的最有效誘導物，二種產(chǎn)物分別有著廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的特點為經(jīng)過控制適當?shù)臈l件，采用一步水解法同時制備槐糖和異甜菊醇兩種具有重要工業(yè)應(yīng)用價值和藥用價值的高附加值產(chǎn)物。
文檔編號C07C51/373GK101497633SQ20091002581
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者虎 劉, 劉友芬, 姜中玉, 陳育如 申請人:南京師范大學