打破國外壟斷實現“彎道超車” 甜菊糖苷生產走上綠色之路
2024-10-09 09:48:05
金秋時節，是甜葉菊的收獲上市季節。甜葉菊富含甜菊糖苷，是一種低熱量、高甜度天然甜味劑，廣泛應用于食品和飲料工業中。值得一提的是，我國是甜菊糖生產和出口大國，甜葉菊種植面積在20萬畝左右，甜菊糖苷出口連年在植物提取物產品中排名。在這個行業中，晨光生物科技集團（以下簡稱“晨光生物”）科研人員徐美利博士帶領團隊首創的甜葉菊短鏈醇混合溶液同步提取甜菊糖苷和綠原酸、異綠原酸關鍵技術，打破了國外企業的技術壟斷，使我國在甜菊糖生產上實現了“彎道超車”。
創新思路源于生產實踐
甜菊糖苷甜度是蔗糖的300倍，熱量卻只有蔗糖的1/300，因其高甜度、低熱量的特點而成為行業研究的重點。
傳統的甜菊糖苷水提工藝，為去除提取液中的雜質，加工一噸原料需要消耗160公斤硫酸亞鐵和60公斤氫氧化鈣進行絮凝，另外還需要用45噸—50噸水沖洗包裹在渣泥中的糖苷等，導致大量的鐵、硫等成分進入廢水、廢渣中，處理起來難度很大。
畢業于天津大學的徐美利，2014年入職晨光生物。這家企業建有一條年產能2000噸的甜菊糖苷生產線，由于設備逐漸老化，到2017年，因透光度等指標不合格，生產“實在走不下去了”。“水提工藝在甜菊糖生產過程中易滋生微生物堵塞吸附柱，加之樹脂能力逐漸衰減，這是造成問題的主要原因。”靠著深厚的理論功底，徐美利找到了癥結所在，并采用“酸堿洗”的方法解決了這一問題。
但是，徐美利知道，這種方法治標不治本，因為問題出在萃取環節，而解決卻是在精制環節。
另外，徐美利還意識到另一個問題。“甜菊葉中含有6%—7%的綠原酸和異綠原酸，這也是傳統中藥材金銀花、杜仲的重要成分，但單體組成稍微有差別，抗氧化性、、抗病毒能力更強。”徐美利說，在甜菊糖苷生產過程，這些物質作為雜質進入渣滓或廢水里，實在可惜。
徐美利曾做過從生產甜菊糖苷廢水中提取綠原酸和異綠原酸研究，由于在水提取過程中會發生降解等因素，異綠原酸的穩態化問題一直找不到解決辦法，而在醇中其成分能保持不變，和葉子里的保持一致。能不能創新出一種用醇綜合提取、靶向分離技術，以替代傳統的水提取工藝，將提取的產品一個變三個，還能一勞永逸地解決微生物堵塞吸附柱問題，也能節省大量資源？徐美利覺得這個思路理論上可行，經公司組織論證，一項有別于傳統甜菊糖提取理論和工藝的試驗開始了。
反復試錯中終成“正果”
根據甜菊葉所含物質成分、性質，徐美利研發團隊制定了一條工藝、成本可控的優路線。他們緊鑼密鼓地進行小試、中試，和公司里的領導和專家一起分析試驗中出現的問題，探討解決方案。
小試結果表明，用醇綜合提取甜菊糖苷，有效成分基本可以不損失，收率能達到98%以上。
然而，到了中試階段，液液分離中，由于水和醇不能像試驗室小試那樣分離得很好，一些醇進入水層，糊在樹脂上，并使其漂浮，難以發揮應有的作用。
啟動備用方案后，研發團隊小試、中試疊加進行，小試驗證完必要的參數后就開始中試。“條工藝路線是用樹脂把提取液中的異綠原酸等分離，現在換成一種極性更大的醇直接把異綠原酸等物質溶在里邊……”徐美利說，通過反復試驗，問題解決了。
半年時間，徐美利研發團隊完成了項目的小試、中試和放大中試，用這種短鏈醇混合溶液同步提取甜菊糖苷和綠原酸、異綠原酸的新技術，甜菊糖苷產品收率比原技術高出10%以上，同時還得到了綠原酸和異綠原酸兩個新產品。而且利用這項新技術生產甜菊糖苷可以不再使用硫酸亞鐵、氫氧化鈣等化學試劑，用水量減少了一半以上，減少了消耗、保護了環境，為甜菊糖苷生產開辟了一條綠色之路。
新工藝優勢在生產中得以體現
2018年，晨光生物投資3000萬元對甜菊糖生產線進行改造，但新工藝試生產并不順暢。
傳統水提工藝是直接用甜菊葉片提取甜菊糖苷，而新工藝需要將葉片粉碎，這樣可更充分地提取有效成分。但這帶來了一個新問題，過濾時小渣滓堵塞濾網，不得不十幾分鐘清理一次。為攻克這一“堵點”，徐美利團隊每天都在解決這些生產過程中出現的問題，通過調整優化系統，從而把綜合提取工藝的優勢體現出來。“像在提取環節，換過好幾種設備，后來改為拖鏈讓液體可以滲下去順暢地進行交換。”徐美利說，從實驗室到中試、生產線，直到走通、到優，幾乎每個工序都經過了反復調整。
隨著近兩年甜菊糖生產線的不斷整改優化，特別是自動化、信息化、數字化水平的不斷提高，生產參數得到了更加精準把控，產品質量風險大幅降低，甜菊糖苷收率由原來的不到80%提升到現在的95%以上，產能也由過去的每天3.5噸提升到現在的7噸。
業內人士認為，在植物提取產業和技術上，我國長期以來一直在跟著西方走，做的都是從“1到10”的事，甜葉菊綠色綜合提取技術的突破，是一次成功實踐。徐美利團隊為我國的植物提取行業闖出了一片藍海。
去年，徐美利主導完成的“甜葉菊綠色加工關鍵技術創新及產業技術”被農業農村部評為10項農業農村重大新技術之一。 目前，晨光生物制定了綠原酸和異綠原酸產品的開發思路，徐美利團隊正在驗證其生理功效，并開發功能性保健食品以及藥品，目前正在謀劃新食品原料的申報。（記者? 楊曉晶? 通訊員? 李衛國）
轉自：中國食品報
