Как извлечь стевиозид?

Стевиозиды — это вид гликозида, извлеченный из листьев стевийского завода, который относится к семейству астеачных. Они встречаются в природе гликозиды, которые, как правило, без вкуса, но стевиол гликозиды от 250 до 300 раз слаще, чем сукроуз. Они обладают характеристиками низкой калорий и высокой сладости, и могут быть использованы в качестве естественного подсластителя.

Исследования показали, что стевиозид не только является подсластителем, но и оказывает влияние на снижение артериального давления, антираковых и антибактериальных [1]. С улучшением людей#39; уровень жизни, потребители все больше беспокоятся о здоровье человека, и stevioside, как функциональный гликосайд, имеет хорошие перспективы рынка. В настоящем документе содержится обзор прогресса в области исследований свойств, извлечения, разделения и структурной идентификации стевиосида, а также рассматриваются направления будущих исследований, обеспечивая теоретическую основу для синтеза стевиосида и его применения в пищевой промышленности.

1 химическая структура и физико-химические свойства стевиозида

Stevioside относится к классу тетрациклических дитерпеноидов и включает в себя Stevioside,

Rebaudioside A (Reb A), Rebaudioside B (Reb B), Rebaudioside C (Reb C), Rebaudioside E (Reb E), Rebaudioside F (Reb F), stevioside, duroside и Rebaudioside и т.д. Эти сладости ингредиенты имеют тот же агликоне, стевиол (рис. 1). Углерод -13 sophorose группа является основной функциональной группой, а углерод -19 Эстер группы является вспомогательной вкусовой группы. Неравное количество глюкозы, роговицы или xylose групп прикреплены к этим двум позициям, чтобы сформировать стевиозиды с различными вкусами и физическими и химическими свойствами.

Чистый стевиозид представляет собой белый кристаллический порошок с молекулярной формулой C38H60O18 и температурой плавления 198 °C. Он легко растворим в воде, а также в метаноле, этаноле и тетрагидрофуране, но нерастворим в органических растворителях, таких как бензол, эфир и хлороформ. Он обладает хорошей теплостойкостью и устойчивостью и не легко разлагается при помощи света [2]. Stevioside имеет хорошую переносимость соли, не Maillard браунг, и не ассимилируется или ферментируется микроорганизмами, поэтому он может продлить срок годности своей продукции.

2 извлечение и отделение стевиозида

2.1 извлечение стевиозида

Традиционные методы извлечения стевиозида включают в себя мацерацию и экстракцию растворителей. С развитием современной технологии исследователи усовершенствовали и оптимизировали традиционные методы экстракции и разработали новые методы экстракции, такие как ультразвуковая экстракция и микроволновая экстракция.

2.1.1 экстракция растворителей

 Стевиозиды растворяются в водеИ алкоголь тоже. При использовании метода экстракции растворителя экстрагентом является главным образом вода или этанол. Конкретными методами являются метод мацерации и метод обеззараживания. Метод мацерации имеет длительный производственный цикл и относительно сложный процесс; Метод обеззараживания имеет короткий производственный цикл, простой процесс и лучшее качество продукции. С развитием социальной науки и техники исследователи оптимизировали процесс экстракции растворителей стевиола гликозидов. Чэнь ху и др. [3] извлекают стевиозид путем прессования и извлечения, что имеет характеристики короткого времени извлечения и высокую эффективность извлечения. Ю. цзянь [4] извлек стевиозид путем экстракции растворителей под давлением, что имеет преимущества высокой эффективности, простоты эксплуатации оборудования и низкого уровня загрязнения окружающей среды, и соответствует нынешнему направлению развития современной технологии производства стевийского экстракта.

2.1.2 новые методы экстракции

С развитием науки и техники постепенно открылись новые методы экстракции стевиозида, включая ультразвуковую экстракцию и микроволновую экстракцию. Среди них ультразвуковые волны могут сломать стенки растительных клеток, высвобождая биоактивные вещества для экстракции. Он имеет преимущества высокой степени экстракции, простой эксплуатации, короткий срок, и меньше повреждений активных ингредиентов. Она имеет хорошие перспективы развития. Zhong Liye et al. [5] изучали оптимальные условия экстракционного процесса для стевиозида с помощью ультразвука ортогональных экспериментов, а количественный анализ проводился с использованием колориметрического метода антрона. Результаты показали, что в условиях соотношения кормовой жидкости 1:60 (г) Мл., ультразвуковое время 60 мин, ультразвуковая мощность 150 вт, ультразвуковая температура 55 градусов, экстракция 3 раза, стевиозидная экстракция 27,32%, экстракция высокая, а стоимость низкая.

Экстракция с помощью микроволн-это метод экстракции, который использует высокочастотную микроволновую энергию для экстракции диполярных молекул в пробе и растворителе. Этот метод имеет преимущества: короткое время, высокая скорость извлечения, простое оборудование, широкий диапазон применения и низкий уровень загрязнения. Ю. цзянь и др. [6] использовали метод поверхностной реакции для разработки экспериментов и изучения оптимальных условий процесса извлечения стевиозида с помощью микроволн. Результаты показали, что в дополнение к выбору соотношения экстракционной жидкости к материалу, время экстракции и микроволновая мощность также имеют решающее значение для экстракции стевиосида с помощью микроволн. Если время экстракции слишком продолжительное, это увеличит растворение водорастворимых веществ и других примесей в стевии, а также увеличит затраты на техническое обслуживание микроволнового оборудования. Если вырабатываемая энергия является слишком высокой, то мгновенная высокая температура, получаемая высокой энергией, приводит к деградации или частичной деградации гликозидов.

2.2 отделение и очистка стевиольных гликозидов

С развитием технологии разделения и обнаружения стевиола гликозидов было обнаружено в общей сложности 35 стевиольных гликозидов с различными структурами, включая гликозиловые продукты изостевиола и его изомеров, и 8 стевиолов, которые имеют аналогичную структуру, но различные количества и типы сахарных групп, добавленных на различных объектах. Разница в количестве и типе групп сахара является основной причиной разницы во вкусе и сладости различных гликозидов. Методы разделения и очистки стевиозидов включают рекристаллизацию, хроматографию и ионообменную смолу, и эти методы часто используются в сочетании с процессом экстракции стевиозидов. Например, чжао конмин и др. [7] комбинировали хроматографию среднего давления с рекристаллизацией для достижения цели отделения стевиозидов, предлагая новые идеи по развитию и использованию материнского спирта стевия. Liu Zonglin et al. [8] объединили метод ионообменных смол с методом рекристаллизации для отделения и очистки стевиозидов, создав процесс очистки стевиозидов с перспективами промышленного развития.

2.2.1 метод рекристаллизации

Основной принцип метода рекристаллизации заключается в разделении стевиольных гликозидов, таких как стевиозид, rebaudioside A и rebaudioside C, на основе их различий в растворимости в смеси метанола и воды. Основные компоненты стевиола гликозиды очищаются и отделяются путем регулирования соотношения метанола и воды в смеси или добавления других растворителей.

2.2.2 тонкослойная хроматография

Тонкослойная хроматография представляет собой метод хроматографической сепарации, в котором используется опор, покрытый опорной пластиной, в качестве стационарной фазы и соответствующий растворитель в качестве подвижной фазы для отделения, идентификации и количественной оценки смешанных проб. Этот метод широко используется для разделения, идентификации и определения содержания различных гликозидов в стевии. Например, чжоу и др. [9] инновационный метод проверки на предмет идеальной тонкослойной хроматографии развивающегося агента [(хлороформ: метанол: вода = 65: 35: 10 жидкости нижнего слоя, 1 мл формовой кислоты) и (n- бутанол: уксусная кислота: вода = 4: 1: 5 верхнего слоя) позволил разработать двухмерный вертикальный метод развития, который позволяет эффективно отделить и идентифицировать четыре стевиольных гликозида.

2.2.3 высокопроизводительная жидкостная хроматография

Высокопроизводительная жидкостная хроматография использует жидкость в качестве мобильной фазы. Система инфузирования высокого давления используется для перекачки подвижной фазы, состоящей из одного растворителя с различными поляризациями или смешанного растворителя с различными пропорциями, буферного раствора и т.д., в колонку, содержащую стационарную фазу. После разделения элементов в колонке они вводят детектор для обнаружения, с тем чтобы образец мог быть проанализирован. Sun Rui et al. [10] изучали использование высокоэффективной гидрофильной жидкой хроматографии для разделения компонентов с использованием ультрафиолетового детектора для обнаружения. При обеспечении точности результатов испытаний и срока службы колонки содержание стевиозида может определяться в больших количествах. Предварительная обработка проб является простой и экономичной, а возможность переноса-хорошей.

2.2.4 метод ионообменных смол

Метод ионообменных смол-это метод, который использует агент exchange для обмена ионами в растворе для разделения. Этот метод имеет преимущества высокой эффективности сепарации, широкого диапазона применения и удобной регенерации, и широко используется в очистке и сепарации стевиольных гликозидов.

3 структурная идентификация стевиольных гликозидов

Структурная идентификация стевиольных гликозидов требует комбинированного использования различных методов, таких как хроматография, масс-спектрометрия и ядерный магнитный резонанс. После разделения и очистки образца для различных типов стевиольных гликозидов могут использоваться различные методы хроматографии столбца, такие как тонкослойная хроматография и высокопроизводительная жидкостная хроматография, для разделения и идентификации компонентов, а затем такие методы, как массовая спектрометрия и ядерный магнитный резонанс, для определения структуры полученных компонентов.

3.1 масс-спектрометрия

Масс-спектрометрия разделяет движущиеся ионы в соответствии с их соотношением массы и заряда, используя электрические и магнитные поля, а затем обнаруживает их. Для определения их химического состава измеряется точная масса ионов. Хотя жидкая хроматография, как правило, может разделять различные стевиольные гликозиды, ее ультрафиолетовое оборудование имеет абсорбционный свет только на 200-300 нм, что делает его менее чувствительным к обнаружению некоторых стевиольных гликозидов. Однако масс-спектрометр имеет более высокую чувствительность к обнаружению и может решить эту проблему. Чжу джингвен и др. [11] использовали жидкую хроматографию-массовую спектрометрию для анализа и определения различных стандартов стевиозида и экстракт стевиозидного сырого листа "Xinfeng No. 3", определяя пиковые периоды и последовательности различных пиковых периодов и последовательности стевиозидов, получили больше типов спектров стевиозидного ультрафиолетового излучения, улучшили исследования по определению стевиозида и обеспечили теоретическую основу для дальнейших исследований стевиозида и стевиозида.

Lu Bo et al. [12] разработали метод идентификации стевиозидных структур в стевии с использованием электрораспылительной масс-спектрометрии. В отличие от жидкой хроматографии-масс-спектрометрии, этот метод позволяет быстро обнаружить гликозидные компоненты в различных смесях и получить более полную структурную информацию. Эта информация позволяет быстро определить гликозидную структуру без необходимости комплексной предварительной обработки проб. Этот метод дает ценную информацию для изучения структурной модификации и метаболической реакции стевиозида и его производных.

3.2 метод ядерного магнитного резонанса

Метод ядерного магнитного резонанса использует электромагнитные волны длиной волны от 10 до 100 нм для облучения образца и изучает поглощение радиочастотного излучения атомными ядрами в сильном магнитном поле для получения информации о молекулярной структуре соединения. Этот метод обычно сочетается с такими методами, как тонкослойная хроматография и масс-спектрометрия. Ян кванфа [13] успешно определил структуру стевиозида, разделив различные стевиозиды, определив чистоту соединений с помощью хроматографии тонкого слоя, определив молекулярный вес с помощью масс-спектрометрии и определив химическую структуру с помощью ядерного магнитного резонанса. Жуанг хаору [14] использовал каталитическую систему AuCl3-tert-butyronitrile для строительства градо-гликозидных облигаций с высокой стереоэлектричностью для подготовки натуральных продуктов стевиол гликозидов из семейства rebaudioside A. Химическая структура продукта была определена с использованием ядерного магнитного резонанса, послужившего основой для синтеза стевиольных гликозидов.

Перспективы на будущее

В последние годы концепция здорового питания с низким содержанием сахара получила широкое распространение. Таким образом, стевиол гликозиды, которые отличаются высокой сладостью и низким содержанием калорий, постепенно становятся точкой исследования благодаря их высокой ценности применения и широким перспективам развития.

С точки зрения извлечения, разделения иОчистка стевиольных гликозидов, научно-исследовательская тенденция заключается в постоянном совершенствовании методов добычи и разделения для достижения целей повышения коэффициента добычи и снижения затрат. Например, чэнь ху и др. [3] усовершенствовали традиционный метод экстракции растворителей; Zhong Liye et al. [5] разработали новый метод ультразвуковой экстракции; Жао конмин и др. [7] использовали сочетание различных усовершенствованных методов извлечения для изучения наиболее подходящих условий извлечения. Что касается структурной идентификации, то для постоянной оптимизации методов идентификации используются также различные методы, такие, как массовая спектрометрия. Например, Lu Bo et al. [12] усовершенствовали метод масс-спектрометрии и разработали метод электрораспылительной масс-спектрометрии для идентификации структуры стевиозидов. Однако экстракция натуральных стевиозидов из растений ограничена циклом роста посевов, содержанием стевиозидов и скоростью экстракции. В результате исследования его структуры биосинтез стевиозидов постепенно стал центром исследований, а повышение его урожайности также стало будущим направлением исследований.

Кроме того, поскольку стевиол гликозиды широко используются в пищевой промышленности, исследования по их услащающим компонентам также могут стать будущим направлением исследований. Среди стевиольных гликозидных соединений содержание стевиозида и rebaudioside A высокое и они имеют высокую сладость, но rebaudioside C имеет определенный послевкусный вкус, который влияет на вкус качество стевиола гликозидов. В последних исследованиях хао жилин и др. [15] использовали свободные аминокислоты и 5'- нуклеотиды в экстракте подслащенных дрожжей для повышения восприятия сладости стевиольных гликозидов; Син линлин и др. [16] изучали влияние полисахаридной системы изолята соевого белка на горький вкус стевиола гликозидов. В будущем исследователи изменят его путем изучения различных биохимических методов для дальнейшего улучшения сенсорного качества стевиозида.

Ссылки на статьи

[1] ли ятонг, ма юань, ван чжэньян и др. Научно-исследовательский прогресс в области применения и биосинтеза стевиосида [J]. Китайский журнал биологической инженерии, 2023, 43(1): 104-114.

[2] лю дунцян, ян фанчао, ли линсяо и др. Исследование ультразвукового процесса экстракции и очистки стевиосида [J]. Китайские приправы, 2013, 38 (10): 103-107.

[3] чэнь ху, ли яньли, чжи юньву и др. Оптимизация процесса извлечения стевиосида методом поверхностной реакции [J]. Пищевая промышленность, 2017, 38(5): 139 — 142.

[4] ю. ю. оптимизация процесса экстракции стевиозида методом использования растворителя под давлением с использованием метода поверхностного реагирования [J]. Исследования и разработки в области продовольствия, 2014, 35(7): 43 — 47.

[5] чжун лийе, му чжижен, ян чуаньхуэй и др. Исследование оптимальных условий извлечения стевиосида из стевии ультразвуковым методом [J]. Пищевая промышленность, 2019, 40 (1): 82 — 86.

[6] Yu J, Cai L. Research on the optimization of the process of microwave- based экстракция стевиосида методом поверхностной реакции [J]. Наука и технологии пищевой промышленности, 2012, 33(15): 280 — 283.

[7] чжао конмин, чэн шуай, ян янфан и др. Разделение четырех стевиозидных мономеров жидкостной хроматографией среднего давления [J]. Пищевые добавки китая, 2021, 32 (12): 89-96.

[8] лю цонглин, пэн йияо, го ян и др. Исследование процесса экстракции и кристаллизации стевиосида [J]. Наука о еде, 2002 (8): 99-100.

[9] чжоу цзинтин, чжан таоцзюнь, ван цяоюй и др. Тонкослойный метод хроматографии для одновременной идентификации нескольких стевиозидов [J]. Пищевые добавки китая, 2021, 32 (3): 76-84.

[10] сун р, цзя п, фэн с и др. Определение содержания стевиозида в листьях стевии с помощью высокопроизводительной жидкостной хроматографии [J]. Пищевые добавки китая, 2019, 30(2): 131-136.

[11] чжу цзинвэнь, го шуцяо, шу хунмэй и др. Отделение и идентификация стевиосида в листьях стевии жидкостной хроматографией-масс-спектрометрией [J]. Китайский сельскохозяйственный научный бюллетень, 2017, 33(30): 43-50.

[12] Lv Bo, Han Yinsen, Xu Qingxuan. Определение структуры стевиосида в сухих листьях стевии с помощью электрораспылительной тандемной масс-спектрометрии [J]. Китайский сахарный тростник, 2022, 44(2): 44-50.

[13] ян кванфа. Исследование химического состава, содержания и сладости стевии [D]. Пекин: пекинский университет химической технологии, 2012.

[14] жуан хаору. Высокостереоэлектрическая конструкция 2- деоксиновых гликозидов и эффективная подготовка стевиозидных натуральных продуктов [D]. Цзинань: шаньдунский университет, 2022.

[15] хао жилин, лян ли, ли ку и др. Анализ услаждающего эффекта дрожжевого экстракта на 10 подсластителей [J/OL]. Тонкие химикаты: 1-11[2023-02-16].

[16] син линлин, чжу лиджи. Ингибиторное действие изолятно-полисахаридной системы соевого белка на горение стевиозида и стабильность композитной эмульсии [J]. Китайский журнал пищевой науки, 2022, 22(9): 153-162.