甜菊苷 - 图文

甜菊苷

姓名：高朝 学号：20100411310007 （海南大学材化学院 10化工（1）班）

摘要：

甜菊苷是甜菊叶中多种甜菊苷的总称，本文主要对甜菊苷的的组分、理化性质、甜菊苷的应用、安全性、提取分离、味质改进、添加在食物饮料中的稳定性及其甜菊苷在目前生产应用中存在的技术问题和发展前景做一个简单的概述。其中在甜菊苷的提取分离工艺中重点介绍应用大孔吸附树脂分离纯化莱鲍迪苷A的新工艺。

关键词：甜菊苷、甜味剂、大孔吸附树脂 引言：

甜叶菊是菊科多年生草本植物，原产干南美巴西，巴拉圭。甜菊苷是从甜叶菊叶中提取的现代新型天然甜味剂。甜度为蔗糖的200—350倍，而热量只有蔗糖的1/300，口味纯正，与蔗糖相似，味道甘甜，食用安全。在国内和国外许多国家、地区广泛应用于糖果、饮料、食品、医药等行业，受到普遍欢迎，被誉为“最佳天然甜味剂”、“第三糖源”等。国务院批准颁发的《1981—2000年全国食品工业发展纲要》中把甜菊糖甙作为一种新型天然甜味剂进行开发、发展。卫生部1996年12月发布的“GB2760—1996食品添加剂使用卫生标准”中规定，在各类糖果、食品、饮料均按正常生产需要适量使用。卫生部先后于2000年、2001年4月卫通［2000］第1号和卫通[2001]6号通告：增加固体饮料、油炸小食品、调味料和各种蜜饯，均按生产需要适量使用。1998年FAD/WHD食品添加剂和污染物联合专家委员会(JECFA)第51次会议曾对甜菊苷的安全性进行讨论评价，当时委员会认为提供的资料不够充分，在某些实验中，测试物规格较差，质量不一，没有明确成品中的杂质或污染物，也没有甜菊苷及其代谢产物甜菊醇的人体代谢研究资料，因此没有制定出人的体重每公斤每天可摄取甜菊苷的量(ADI)。以后几年中FDA先后3次拒绝了甜叶菊作为食品添加剂的申请，理由是现有的证据不足以证实其安个性。2004年8月，JEC.FA在第63次日内瓦会议上认可了甜叶菊提取物使

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用的试行案，允许甜菊苷作为甜味剂使用①，即人的体重每公斤每天可摄取2 mg甜菊苷，同时该方案规户，作为添加剂使用的甜菊叶提取物其总有含量)应该在95%。2011年11月11日,欧盟委员会发表了一份审批和监管有关含甜菊苷的食物产品在欧洲市场上的规定，这一规定12月2日生效,甜菊苷的食品在欧盟市场上也被接受了。②

我国自80年代中期甜菊糖甙供市场销售以来，已广泛应用于各类食品、糖果、饮料、奶制品、蜜饯、腌制品、化妆品和医药工业制品等上千种产品，国内日益扩大销售市场，外销量与日俱增。1996年以来每年总销量千吨以上，其中80%左右产品外销，销往日本、韩国、阿根廷、美国、加拿大，以及东南亚、欧美等20多个国家或地区，我国早已成为世界上最大的甜菊糖甙生产国和出口国。

正文： 甜菊苷的组分：

甜菊糖苷是指甜叶菊（stevia rebaudiana）的叶子中提取的几种甜菊苷混合物，有时也也专指stevioside一种苷，据天然植物化学的划分，属于四环二萜的糖苷类，为白色粉末。含有20个碳原子的萜类化合物，其通式为（C5H8）4。目前为止，已从甜叶菊中分离得到多种不同甜度的糖苷，这些成分见下表：③④5 英文名 中文名 味道 甜度倍数 在甜菊叶中含量 steviol stevioside rubusoside steviolbioside rebaudioside A rebaudioside B rebaudioside C rebaudioside D rebaudioside E rebaudioside F 甜菊醇（不是苷） 甜菊苷 甜茶苷 甜菊双糖苷 莱苞迪苷A 莱苞迪苷B 莱苞迪苷C 莱苞迪苷D 莱苞迪苷E 莱苞迪苷F 味苦 0 —— —— —— —— 15％~20％ —— —— —— —— —— 余味长而微苦 270-300 —— —— 甜味纯正 —— 甜中带苦 —— —— —— —— 10-15 350-450 10-15 40-60 150-250 100-150 —— 第 2 页 共 14 页

rebaudiosideG Dulcoside A

莱苞迪苷G 杜尔可苷A —— —— —— 40-60 —— —— 这些糖苷中，含量高，且有经济价值的糖苷有St、RA、RC、DA四种，特别是其中的RA，不论从甜度和味质上均受到好评。一般说的甜味配糖体含量，都以甜菊总甙(total stevloside)量表示。甜菊总甙是表示甜菊所含各种甜味甙类的总称，即总甙(total glycoside)。我国目前工业化大生产提取出来的甜菊甙是多种苷组成的混合物。其中的苷组分大致可分为以下三类：

(1)甜菊甙。无色晶体，甜度为蔗糖的270～280倍，是甜菊甙产品的主要组成部分，在混合苷中的比例为50％～70％。味质良好，余味长而微苦。

(2)莱包迪甙。这种甙又可分为RA，RC，RD，RE等四种，其中RA是无色结晶。甜度为蔗糖的450倍，甜味纯正，近似蔗糖，是甜菊试产品中甜味最优质部分。RC为无色结晶，甜度不到蔗糖的50倍并带苦味。RD为无色结晶，甜度为蔗糖的150倍。RE的甜庶为蔗糖的100。150倍。RA在干叶中占总甙的15％．20％左右．RC占10％。15％左右，RD，RE占的比例较小。

(3)杜尔可甙。该甙可分为DA和DB两种，其中DB和RC是同一种物质，DA在干叶中占总甙比例也比较小，且其甜度为蔗糖的150倍左右。

总的来说，甜菊苷是甜菊苷产品的主要组成部分，其次是RA部分，但如果产品中RA含量越高，甜味就越纯正，也就会受越多消费者的青睐。因此，我们要想改善现有甜菊甙产品风味，就必须想办法提高甜菊苷产品中RA部分含量。

目前工业化生产的甜菊糖甙主要有3种基本形式罔：(1)淡棕色粗提取物，为50％纯品；(2)微黄色，为80％一90％高等纯品；(3)白色粉末状，为90％以上精品。

甜菊苷的物化性质：

甜菊苷易溶干水，可溶干甲醇、乙醇低级醇，不溶干丙二醇、乙二醇苯、氯仿等有机溶剂，在空气中吸湿性强，干燥失重为1.5%一4.0%。与蔗糖混合使用有显著的相乘效果。同时，甜菊苷具良好的耐热性，不易见光分解，在95℃下加热处理2h甜度不变，即使加热8h甜度降低很少，pH在3--9内稳定，100℃

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下热处理1h也无变化。分子结构如图：

从立体化学分子结构来看（见图），都是相同苷元（甜菊醇亦称配糖基）在C-19位上连接一个葡糖基和C-13位上连接不同数量的葡糖基以及鼠李糖基而形成不同的甜度和甜味，苷元以特有的槐糖基部位的C-13连接数个葡糖基才得以形成高倍甜度。四环二萜的苷元槐糖基C-13位通过氧苷键连接的葡糖基个数和基团种类，都影响着甜菊苷的甜度和甜味味质。可以认为，甜菊苷类的苷元C-13位槐糖基是甜味主要功能基，苷元C-19位酯基是助味基。若连接的不是葡糖基，例如H，则会大大影响甜度和甜味味质。

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甜菊苷 莱鲍迪苷A(RA)

甜菊苷的安全性、特点及功用：

1. 安全性高，经国内外药理实验证明，甜菊糖甙为非致癌性物质，无毒无副作用，食用安全。甜叶菊原产地南美巴拉圭、巴西等地的居民食用甜叶菊已有四百多年历史，至今未发现有任何毒害。

2. 低热值，可应用于低热量食品、饮料和医药。长期食用甜菊糖甙不会使人发胖，且有降血糖、防龋齿、健胃、解除疲劳之功能，并对健美减肥和糖尿病、心脏病、高血压、动脉硬化等患者食用有辅助疗效，是制作保健食品、保健饮料、保健化妆品和医药制品等最佳天然甜味剂。

3. 甜度高，甜菊糖甙替代蔗糖可降低成本60%以上，且减少运输量、运输费和仓库设备。同时，可长期储存，不变质。

4. 甜菊糖甙易溶于水和酒精，与蔗糖、果糖、麦芽糖、异构化糖等混合使用，不仅口味更佳，且甜度也可提高。

5. 甜菊糖甙属非发酵性物质，性质稳定，具有加工性、加工不变色，耐高温，对热和酸碱(pH3—10)稳定，甜味无变化，在食品、饮料、医药等制作过程中不

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会发生变化。

6. 甜菊糖甙不影响食品的凝固性、粘稠性，并且有非着色性，不会发生象蔗糖那样的褐变现象。

甜菊苷的提取分离：

甜菊苷的商业化生产大多采用从甜菊叶中提取提取物后精制而成。甜菊苷的工艺流程句括:浸泡、 凝聚聚、固液分离、吸附脱色、回收浓缩、干燥成品6个主要工段。⑥从文献报道来看，就其最终产物的不同，可分为两类:一类是甜菊总苷工艺;一类是甜菊苷类工艺。就提取方法的不同又可分为两种:一种是有机溶剂法;一种是水提取法。其中有机溶剂法的溶剂消耗大，成本高，实用性差。从文献报道来看，均提倡水提取法。

提取液的制备: 甜菊苷生产流程的初始阶段为浸泡，主要目的是把甜菊苷叶中的甜菊苷粗品初步提取出来。甜菊苷的提取方法有蒸煮法、冷水浸泡法、发酵法、加酶浸提等不同的浸提方法。3种处理方法中，蒸煮法的生产周期短，工艺操作简单，产品质量较优。但是由于蒸煮法能耗较大，酶法浸提成本较高，所以，该两种方法都不活用于工业生产。

提取液的絮凝: 由于提取过程中水溶性多糖、蛋白质、色素及胶质类物质也被大量提取出来，其量高干甜菊苷3一6倍，如果在料液进入吸附树脂前未对杂质进行一定程度的处理，杂质就会污染树脂，使其功效降低，使用寿命缩短。因此，对提取的料液必须净化处理。预处理的方法大致有以下两种:(l)物理处理法：主要是运用物理方法把料液中的色素、蛋白质等杂质同甜菊苷分开，从而达到预处理除杂的目标，其主要缺点是生产成本高。(2)化学处理法：即往料液中加人一定量的絮凝剂，其主要原理是絮凝剂能供大量的络合离子，强烈吸附胶体微粒，通过粘附桥架交联作用，促使微微粒凝聚。目前国内的甜菊苷厂大都采用化学处理方法来处理原料液中的杂质，即在原料液中加人絮凝剂，使杂质絮凝，从而达到分离杂质的目的。

提取液的纯化: 絮凝后仍有少量杂质，并且由于絮凝剂的加人，也使无机离子和灰分有所增加，用常规手段很难将其彻底分离，特别是想生产出高纯度、高品质的甜菊苷时，杂质量必须严格控制，尚需进一步纯化。一般采用吸附树脂

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吸附，用适当的含水有机溶剂洗脱，得到无色透明的提取液。洗脱液一般采用喷雾干燥法。可得白色精制的甜菊苷，也可浓缩后用乙醇结晶的方法精制甜菊苷。

甜菊苷各组分的分离: 以上方法得到的产品是甜菊苷组分的混合产品，还可以进行进一步的甜菊苷组分分离。目前报道的分离技术有:

高效液相色谱法

（HLPC）、液滴逆流分配层(DCCC)、薄层色谱法（TLC）、重结晶法、超临界萃取法、毛细管电泳法、树脂吸附分离提取法。

下面主要介绍一下用树脂吸附分离甜菊苷组分中的莱鲍迪苷A的工艺⑦⑧⑨：

莱鲍迪苷A在粗体液中含量高，并且味质纯正，所以本文选择了对提取RA（莱鲍迪苷A）的工艺研究。

大孔树脂吸附原理：大孔吸附树脂是吸附性和分子筛选性原理相结合的分离材料。吸附性是由于范德华引力或产生氢键的结果，分子筛选性是由于其本身多孔性结构（对分子大小不同的物质筛选）所决定的。

根据类似物吸附类似物的原则，一般非极性树脂宜于从极性溶剂中吸附非极性有机物质，相反强极性树脂宜于从非极性溶剂中吸附极性溶质，而中等极性吸附树脂，不但能从非水介质中吸附极性物质，也能从极性溶液中吸附非极性物质。甜菊苷分子中含有极性部分葡萄糖基，同时含有非极性部分二萜母核，这样的结构使其在水中有一定的溶解度，同时疏水性二萜母核的存在，使其在非极性大孔吸附树脂上较好的被吸附，而极性较大的葡萄糖则难以在非极性树脂上被吸附，从而实现了甜菊苷的分离，故现在采用非极性大孔吸附树脂来纯化甜菊苷。 分离流程：树脂→预处理→上样→吸附→洗脱→收集洗脱液→回收、浓缩→干燥→成品。

最佳树脂混合的筛选：选择四种不同的树脂进行不同比例的混合，所用树脂有HPD750、 07C 、 LSA-40 和 LX-68M，它们的物理性质和含水量如下表：

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为了选择最佳的大孔吸附树脂混合比例从甜菊苷中分离RA，对不同比例的混合树脂的吸附解吸特征进行表征。

第一，将这四种预处理过的树脂（相当于1克的干树脂)按一定比例和50毫升SGs（甜菊苷粗提液）溶液添加到250毫升的有塞锥形烧瓶中。摇荡混匀后放入SHA-B保温箱中在温度下318.15 K 恒温5小时。吸附过程达到平衡后，用高效液相色谱法分析残液。

第二,移除残余液,向每个烧瓶中添加50毫升的乙醇水溶液(乙醇：水=70:30,体积比)从而解除吸附在混合大孔吸附树脂上的吸附物。锥形烧瓶(100 rpm)中的样品不断搅拌并恒温为318.15 k保持2小时。然后，用高效液相色谱法测定分析相应的洗脱液，不同比例的混合树脂对RA和ST的吸附/解吸率，吸附/解吸量遵循下列方程式：

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按照上述的实验步骤，作出不同比例混合树脂吸附RA（莱鲍迪苷A）所得到液体的纯度及回收的莱鲍迪苷A的图表，进行对比分析得出四种树脂的最佳混合例。所作图表如下：（1: HPD750; 2: LSA-40; 3：07C; 4：LX-68M。5-20为一系列不同质量比混合树脂的吸附柱状图。比例顺序为：HPD750：LSA-40：07C：LX-68M；质量之比，具体的比例在表的下方）

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通过图表可知树脂混合的最佳比例为：2:3:2:2，即序号18，文中简称MAR18。 通过进一步的实验，分别探究进料浓度对动态吸附的影响, 流量在动态吸附过程中的影响, 直径和高度的比例对动态吸附过程的影响及其对 动态解吸的测试，选择出最佳的进料浓度、吸附温度及其吸附时间等。

甜菊苷的味质改进：

前面提到甜菊苷有一定的苦涩味，甜菊糖苷的苦涩后味，可以认为来自两个方面。1985年Kinghoron等人分析认为甜菊叶中包括甜菊糖苷类共计含有双萜、三萜、固醇、类黄酮、单宁及挥发性油等约31种化学成份[3]。日本stevia公司则认为挥发性芳香油、单宁和类黄酮等是构成甜叶菊提取物不良风味的主要成份，称之为“甜味质量影响因子”。Soejarto认为甜叶菊提取物的苦涩味是由于倍

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伴内酯引起的[3][4]。

多位学者阐述、分析，甜味菊提取物中除糖苷类物质外，尚有其他单宁、类黄酮、倍伴内酯等带有苦味且影响甜味的不良风味因子，是甜叶菊提取物的苦涩来源。从天然植物分子化学结构特性的研究来看，这些都系疏水性的呈苦味的特点成份，所以市场要求甜叶菊提取物的甜菊糖苷类含量必须在90%，甚至95%以上。其目的之一，是为了减少因含杂引起的苦涩味。

另一方面，甜味菊提取物占95%以上甚至100%的甜菊糖苷类，是否可以推理认为是纯甜而没有苦涩后味呢？结果见下表：

各种苷的甜度：（以蔗糖甜度为1）

名称 甜菊苷 斯替维醇苷 莱鲍迪苷A 莱鲍迪苷B 莱鲍迪苷C 莱鲍迪苷D 莱鲍迪苷E 杜尔可苷A 甜菊醇

（165） （167） （166） （168） （169） （170） （171） （172） （173）

甜度/倍1）100～270 10～15 150～300 10～15 40～60 200～250 150～200 40～60 味苦

从表中可以看出, 甜菊苷的苷元(甜菊醇,亦即配糖基)是苦味的。也即是说，通过酸水解去掉C-13位槐糖基氧苷键连接的所有葡粮基，再用碱水解去掉C-19位酯键连接的葡糖基，其剩下的苷元（甜菊醇），实验证明是呈苦味的。

其分子结构式如图

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苷元分子结构表明，连接基因多系烷基类物质CH3、CH2以及H等，其疏水性也从理论上证明呈苦味。换句话说，甜菊苷和甜菊苷A都是以疏水性的苷元通过氧苷键和酯键连接亲水性的葡糖基后，整体呈亲水性而易溶于水中，其口感甜中带苦的原因也就是苷元部分及其连接基所带来的。

味质改进方法： 从甜叶菊提取物的分子化学结构来看，提纯、减少含杂是解决苦涩味的一个重要方面。另一个方面则是要解决甜菊糖苷自身分子化学结构中的苦味根源-苷元（甜菊醇）部位问题。为了解决甜菊糖苷苦涩味问题，用转移酶或混和酶的酶化接枝方法有一定作用。若用一般微胶囊方法来解决，随之而来的苦味减少或没有了，但甜味势必也减少没有了，反而影响了甜度和甜味。至于食品化学中常提到的掩盖苦涩味的方法，往往是掩盖了苦涩味的同时也掩盖了甜味，或者用甜味去掩盖苦涩味，顾此失彼。无法达到较佳的要求。食品工业的调味方法是有一定效果，但要基本解决苦涩问题，其作用是有限度的。根据上述的分子化学结构，能否只包络呈苦涩味的苷元部位，而又不影响或减少整个甜菊糖苷的甜度呢？为此，王德骥提出了包络苷元部位的技术，并申请了专利。

甜菊苷在食物中的稳定性：

Etienne Jooken, Ruis Amery等人在一个多样化的食物类别范围内对甜菊苷的稳定性进行了几个测试。分析表明，没有找到任何分解物质的迹象。这些添加了甜菊苷的食品质量和正常的保质期都没有受到影响⑩。因此，人们可以放心的食用。Ursula Wolwer-Rieck等人把甜菊苷和莱鲍迪苷A添加到不同的碳酸软饮料中并且存储在80℃下72小时发现甜菊苷和莱鲍迪苷A被分解，在降解产物中，没有对人体有害的物质产生，因此在饮料中也是安全的。

甜菊苷的前景：

我国自海南到新疆，从云南到黑龙江，除高寒和无灌溉条件的地区外，均可种植:南方每年收成2一3次，北方每年一收。事实证明，发展甜菊苷对我国国民经济发展有着重要的意义。

近些年来，由于人们的健康饮食观念日益上升，市场上对甜菊苷的需求量日

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益增加。因此，一套合理、安全和经济的甜菊苷生产工艺必不可少。目前，处于经济方面考虑，很多厂家采用甲醇和水作为洗脱剂(甲醇的比例大多控制在80%),洗脱后，甲醇随着甜菊苷一起进入后续工艺，直到最后蒸发浓缩时才进行回收利用，而甲醇具有一定的毒性，大量的甲醇进入后续工艺不仅给生产人员带来毒害，而且使蒸发浓缩的成本费用升高再加上絮凝阶段甜菊苷损失率太高，因此,现有工艺急需改进，以适应市场发展的需求而研究工艺的改进必须有一套可靠、快速、操作简单和成本低的检测方法以用来辅助研究。现有的甜菊苷检测方法主要有重量法、碱量法、分光光度法、薄层色谱法,超临界萃取法、化学发光法、毛细管电泳法和高效液相色谱法等。重量法、碱量法和分光光度法可用于成份单一样品中甜菊苷和总苷含量的测定，但重量法和碱量法在计算结果时把所有甜菊苷混合物的分子量都统一为Stevioside的分子量(804.86)，误差较大，且操作繁琐，分析时间长。目前国内外大多利用高效液相色谱技术分离检测甜菊苷各组分，但分离甜菊苷必须使用专用的色谱柱，如NH2柱，或C18柱和NH2联用，而单独使用便宜的C18柱不能达到有效的分离，而专用的色谱柱不仅村价昂贵，而且对实际样品的纯度要求较高，还会因为色谱柱容易被污染难以清洗而使柱的使用寿命缩短，因而限制了其普遍使用。

参考文献：

① 卢定强，刘骥，陈家英，王俊，凌帕泉，陶颖.响应曲面法优化打孔树脂

吸附甜菊苷工艺.食品工业科技，2010.7（7）：206—209

②Etienne Jooken, Ruis Amery, Tom Struyf, Barbara Duquenne, Jan Geuns,and Boudewijn Meesschaert 。Stability of Steviol Glycosides in Several Food Matrices，agricultural and food chemistry, 2012, 60, 10606?10612 ③Ursula Wolwer-Rieck. The Leaves of Stevia rebaudiana (Bertoni), Their

Constituents and theAnalyses Thereof: A Review. J. Agric.Food Chem. 2012, 60, 886?895

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④Caroline Hellfritsch, Anne Brockho, Frauke Stahler,WolfgangMeyerhof,and Thomas Hofmann*.Human Psychometric and Taste Receptor Responses to Steviol Glycosides. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 6782?6793

⑤Valerio Pieri,? Andrea Belancic,? Susana Morales,? and Hermann Stuppner*.Identification and Quantification of Major Steviol Glycosides in Stevia rebaudiana Purified Extracts by 1H NMR Spectroscopy. J. Agric. Food Chem. 2011, 59, 4378–4384

⑥应以坚，王雪奇. 生物产品甜菊苷综述. 轻工科技.2012,1,9-10

⑦Yongfeng Liu, Duolong Di, Qingqing Bai, Jintian Li, Zhenbin Chen, Song Lou, and Helin Ye. Preparative Separation and Purification of Rebaudioside A from Steviol Glycosides Using Mixed-Mode Macroporous Adsorption Resins. J. Agric. Food Chem. 2011, 59, 9629–9636

⑧叶发银，杨瑞金率，华霄，赵伟，张文斌. 大孔树脂D392对莱鲍迪普A和甜菊普的吸附选择性. 糖化学与生物技术教育部重点实验室, 2012-08-16, ⑨卢定强，刘骥，陈家英，王俊，凌帕泉，陶颖.响应曲面法优化打孔树脂吸附甜菊苷工艺.食品工业科技，2010.7（7）：206—209

⑩ URSULA WO¨ LWER-RIECK, WERNER TOMBERG,AND ANDREAS WAWRZUN. Investigations on the Stability of Stevioside and Rebaudioside A in Soft Drinks. J. Agric. Food Chem. 2010, 58, 12216–12220

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