一種低咖啡因的高純茶多酚的生產方法

2023-12-05 11:25:21 2

專利名稱：一種低咖啡因的高純茶多酚的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種天然有機化合物的生產方法，特別是涉及一種高純茶多酚的生產方法，它屬於生物化工和農產品的深度加工領域。
背景技術：
茶多酚系綠茶中富含的多烴基酚性物質，主要組分是聚黃烷醇類，它由六種左右的單體組成，即D、L-兒茶素(D、L-G)，L-表兒茶素(L-EC)，L-表沒食子兒茶素(L-EGC)，D、L-沒食子兒茶素(D、L-GC)，L-表兒茶茶多酚系茶葉中富含的多烴基酚性物質，主要組分是聚黃烷醇類，它由六種左右的單體組成，即D、L-兒茶素(D、L-G)，L-表兒茶素(L-EC)，L-表沒食子兒茶素(L--EGC)，D、L-沒食子兒茶素(D、L-GC)，L-表兒茶素沒食酯酸酯(L-ECG)，L----表沒食子兒茶素沒食子酸酯(L-EGCG)，其中，大部分屬酯型兒茶素。兒茶素不僅是構成茶葉色、香、味的主體化學物質，而且具有抗氧化、捕集體內游離基、降血脂、抗衰老、抗輻射、減肥、防癌、滅菌消炎、防齒齲、除臭等多方面的功效，在食品、醫藥、日化和油脂等領域具有廣泛的應用前景。近幾年來，國內外，特別是我國和日本對探索新的茶多酚提取分離工藝日益關注。除傳統方法外，又發展了一些新的得取分離技術，如超臨界萃取法(SFE)、高速逆流色譜分離法(HSCCC)等。
歸納提取茶多酚的方法一般分為二步首先從茶未中提取含咖啡因的茶多酚粗品溶液；然後分離濃縮、提純得高含量茶多酚。
茶葉中茶多酚的提取工藝分為四種類型。
1)溶劑萃取法這是目前國內使最廣泛的方法之一其專利也很多，已開出十多種溶劑萃取法。該法的原理是利用茶多酚在不同溶劑中的溶解度差異進行提取分離，其工藝路線如下茶葉原料——溶劑提取——過濾——去雜質——相萃取——分離——噴霧乾燥——茶多酚粗品。提取用到的溶劑有水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等，，多採用回流提取，有福建大閩食品和江西綠康兩企業採用逆流提取。常用的去雜是方法有氯仿脫咖啡因、活性碳脫色、石油醚除色素或通過低溫靜置去雜質、葉綠素、多糖等；萃取的首選溶劑是乙酸乙酯，使茶多酚從水相中分離出來。
可以看出溶劑萃取法提取茶多酚尚存許多有待改進和完善的環節，主要是筒化工藝、降低成本及提高有效成份含量和提取率。
2)沉澱法該法是另一較為常用的方法，萁原理是利用茶多酚在一定條件下可以和某些無機鹼、鹽中的金屬離子形成絡合物而沉澱的性質，與水溶劑中的咖啡因、單糖、胺基酸等組分分離，富集提取茶多酚。其工藝路線如下茶葉原料→沸水提取→過濾→沉澱→轉溶→萃取→濃縮→乾燥→茶多酚成品。
該方法無須使用大量有機溶劑，如氯仿等有毒物質，成本低。但異有不足之處，如沉澱轉溶時需嚴格控制酸度，pH值不僅影響茶多酚絡合沉澱物的溶解度，還影響茶多酚的穩定性。pH值波動大極易造成多酚類物質的氧化破壞，使成品顏色加深。
3)吸附柱色譜法該方法主要是利用吸附劑和洗脫劑進行吸附→解吸使得茶葉浸提液中的兒茶素與其它物質分離。一般工藝路線茶葉→熱水浸提→過濾→吸附解吸——濃縮——噴霧乾燥——茶多酚成品。竹尾中一用茶葉的沸水浸提液過pH＝2的MC吸附柱，然後以70％的乙醇解吸後，濃縮、真空乾燥，得到純度為68％的兒茶素。
大孔吸附樹脂是一類新型的非離子型分子吸附劑，已顯示了它獨特的分離作用，已有報到應用於茶多酚的提取分離。該方法是利用吸附樹脂的分子篩和吸附性質，使兒茶素在吸附樹脂上吸附——解吸與其它物質分離，而達到分離純化目的。其關鍵是選擇一種吸附容量大，又易於解吸的吸附樹脂，目前報到的非極性大孔吸附樹脂效果較好。國內的此類產品很多，92-2和92-3吸附樹脂已完全可以取代進口產品，如美國的Amberlite XAD和日本的Kiaion HP系列等。吸附樹脂法操作簡便，樹脂也可再生反覆使用，穩定性高，成本低，正逐步走向工業化。經考查，該法已在湖南古丈猛洞河植物製品有限公司的茶多酚生產上得到應用。
4)超臨界二氧化碳萃取法超臨界萃取法(SFE)是近年發展起來的一種新型的分離技術。它利用超臨界狀態下的流體作溶劑，在超出臨界溫度與壓力的區域下進行萃取，用超臨界二氧化碳流體作為溶劑更顯優勢。因為二氧化碳的臨界值低，壓力與與溫度的一個較小變化都會引起流體密度的幅度改變，並極易滲透到原料基質中，使萃取組分通過分配擴散作用而充分溶解，從而達到萃取的目的。
國內已有用SFE法萃取茶多酚的研究報導。該法選擇了攝氏80度及21Mpa的溫度和壓力條件，用SFE直接從茶葉中萃取茶多酚，純度為95.45％，但提取效率並不高。因此，用SFE直接從茶葉中萃取茶多酚在工業生產中並不可取。但可利用CO2SFE法脫除茶多酚中的咖啡因是可行的。
儘管國內外生產茶多酚的技術已經不少，大孔樹脂吸附分離茶多酚的技術也開始用於工業生產中。但是，還存在如下缺陷1、綠茶提取液未經(超)高速離心和超濾處理，含有較多的雜質，致使大孔樹脂吸附的效率不高，生產的產品純度不夠。
2、選用的大孔樹脂型號不夠理想，對茶多酚吸附的選擇性不夠高，茶多酚與咖啡因的分離不夠徹底，導致產品中兒茶素含量偏低(約75％)，咖啡因含量較高(約0.5％)。
3、液體濃縮常採用減壓濃縮或刮板濃縮，生產過程中能耗高。

發明內容
本發明的目的在於開發一種產品質量高、更加安全、成本較低的高純茶多酚的生產方法。
為實現上述目的，本發明的技術解決方案是本發明是在對綠茶成份的性質和茶多酚、咖啡因的提取分離方法進行深入研究後，通過如下工藝路線和工藝條件來實現的1、工藝路線綠茶→浸提粗濾→高速離心→超濾→大孔樹脂吸附→解吸→納濾濃縮→蒸餾→噴霧乾燥包裝→茶多酚成品2、操作步驟與工藝條件2.1原材料選擇生產茶多酚的主要原料是綠茶或綠茶末，應從感觀指標、理化指標和衛生指標三個方面嚴格控制原料質量。特別是要嚴格控制衛生指標中的農藥殘留和重金屬含量，當中有一項指標不合格時就不能作為生產原料。在採購原料時，要重點檢測控制如下指標(1)、感觀指標色香味正常、無黴變。顆料≥40目(2)理化指標i、茶多酚含量≥18％ii、兒茶素總量≥10％iii、EGCG≥6％iv、水份≤8％(3)衛生指標i、農藥殘留(mgmg/kgkg)≤10ii、重金屬(mgmg/kgkg)≤20
2.2浸提粗濾將原料計量裝入帶加熱和攪拌裝置的提取設備中，第一次加入原料9-10倍重量的純水，加熱至75-85℃，攪拌(轉速15r/min)提取35min，過濾後進行第二次提取。第二次提取加入原料重5-6倍重量的純水，加熱至75-85℃，攪拌提取35min，過濾。兩次濾液經熱交換冷卻至35-40℃，入提取液貯罐(測含固量)。
2.3高速離心將提取液泵入管式高速離心機在10000-12000r/min下連續離心分離，得澄清的綠茶提取液，入澄清液貯罐(測含固量)。其目的是除去提取液的懸浮物，降低雜質對超濾膜的汙染和增加膜通量。
2.4超濾將離心綠茶澄清液泵入超濾設備中進行超濾，脫除茶多糖、果膠等等雜質(在現有的吸附分離茶多酚技術中綠茶提取液未經超濾去雜，從而導致1、產品的純度較低；2、雜質對樹脂的汙染較大)，超濾液入罐。選用的超濾膜為截留分子量40000-50000的聚偏氟乙烯膜，(如美國的UF605-2、UF610等平板膜和suntar2272卷式膜等)。超濾工藝條件為室溫至40℃，進壓4-6bar，出壓1bar。超濾液得率為92.5-95.5％。
2.5大孔樹脂吸附將超濾去雜的綠茶提取液在常溫常壓下用大孔樹脂吸附。選用的大孔樹脂為聚苯乙烯共聚體或聚乙烯共聚體，其孔徑為32-60，比表面積400-650m2/g。流速視柱高、柱徑而定。
2.6解吸將吸附有茶多酚和咖啡因的大孔樹脂在常溫常壓條件下，先用35-45％中性乙醇脫洗到無咖啡因後，換用65-70％的鹼性乙醇(以氨水調PH＝8-8.5)洗脫茶多酚，脫洗液貯於貯罐中。運用大孔樹脂吸附法分離咖啡因和茶多酚，而不用氯仿、乙酸乙酯萃取分離咖啡因和茶多酚，既避免了氯仿、乙酸乙酯等有機溶劑的汙染，又降低了成本。
2.7納濾(或反滲透)濃縮將茶多酚洗脫液在常溫常壓下泵入納濾(或反滲透)設備中進行納濾(或反滲透)濃縮，其工藝條件為進壓32-35bar，出壓30bar。濃縮倍數為6-7倍，濃縮液含量為7.5-8％。選用的納濾(或反滲透)膜為聚醚酚複合膜。而不用當前國內外多採用減壓濃縮，可以大量節省能源，降低成本。
2.8蒸餾將茶多酚的納濾濃縮液泵入蒸餾斧內，升溫，在78-79℃下蒸餾回收乙醇，得含固量25-30％的茶多酚濃縮液。其目的是進一步回收納濾後的殘留乙醇。
2.9噴霧乾燥將蒸餾所得的茶多酚濃縮液經離心噴霧乾燥得茶多酚。其工藝條件為進風溫度145-220℃，出風溫度70-85℃，乾燥時間30s。
2.10包裝將噴霧乾燥所得的茶多酚經混合、過篩、品檢合格後，按包裝要求包裝得茶多酚成品。
採用上述方案後，由於本方法在茶多酚的生產過程中使用乙醇作為洗脫液洗脫茶多酚，而不使用氯仿、乙酸乙酯等有機溶劑，茶多酚提取液濃縮不用(常用的)減壓濃縮等特點，既避免了有機溶劑殘留，又節約了能耗，提高了生產自動化程度，大大降低了茶多酚的生產成本，提高了產品的質量和安全性。本方法生產的茶多酚的純度大於98％，其中兒茶素大於90％，咖啡因小於0.1％，產品得率大於10％。本發明生產的產品具有抗氧化、抗衰老、降血脂、減肥、防癌、滅菌消炎等多方面的功效，特別適用於食品、飲料、保健品、日用化學品的生產。
具體實施例方式
實施例1本發明採用低檔綠茶或綠茶末為原料的高純茶多酚的生產方法，包括如下步驟1、原材料選擇生產茶多酚的主要原料是綠茶或綠茶末，應從感觀指標、理化指標和衛生指標三個方面嚴格控制原料質量。特別是要嚴格控制衛生指標中的農藥殘留和重金屬含量，當中有一項指標不合格時就不能作為生產原料。
2、浸提粗濾將200kg綠茶裝入帶加熱和攪拌裝置的提取設備中(3000L的多能提取罐)，第一次加入1900kg的純水，關閉加料口，啟動攪拌，啟開蒸汽閥，加熱至75-85℃，攪拌(轉速15r/min)提取35min，過濾後進行第二次提取。第二次提取加入1000kg的純水，加熱至75℃，攪拌提取35min，過濾。兩次濾液經熱交換冷卻至35℃，入4000L的提取液貯罐(測含固量≥1.2％)。
3、高速離心將提取液在常溫常壓下，按33L/min的流速泵入管式高速離心機在10000r/min下連續離心分離，得澄清的綠茶提取液，入4000L的澄清液貯罐。
4、超濾將離心綠茶澄清液按33L/min的流速泵入超濾設備中進行超濾，脫除茶多糖、果膠等等雜質，超濾液入4000L貯罐。選用的超濾膜為截留分子量40000偏氟乙烯膜，(如美國的UF605-2、UF610等平板膜和suntar2272卷式膜等)。超濾工藝條件為室溫，進壓6bar，出壓1bar。超濾液的出口流速為30L/min。
5、大孔樹脂吸附在常溫常壓下，將超濾去雜的綠茶提取液按30L/min的流速泵入大孔樹脂吸附塔的高位罐中。啟開和調節進料閥，控制進大孔樹脂吸附塔的綠茶提取液的流速為30L/min。選用的大孔樹脂為聚苯乙烯共聚體或聚乙烯共聚體，其平均孔徑為≥32，比表面積≥400m2/g。大孔樹脂吸附塔高3m，塔徑350mm。
6、解吸將吸附有茶多酚和咖啡因的大孔樹脂在常溫常壓條件下，先用35％中性乙醇脫洗(流速15L/min)到檢測無咖啡因後，換用65％的鹼性乙醇(以氨水調PH＝8)以流速為13L/min洗脫茶多酚，脫洗液貯於貯罐中。
7、納濾(或反滲透)濃縮在常溫常壓下，將茶多酚洗脫液以13L/min的流速泵入管式納濾設備中進行納濾濃縮。其工藝條件為進壓35bar，出壓30bar。濃縮液流出速度為2.2L/min，濃縮液含固量為7.5％。選用的納濾(或反滲透)膜為聚醯胺(PA)複合膜，截留分子量為200。
8、蒸餾將茶多酚的納濾濃縮液300L泵入700L(ZQN700型)的蒸餾斧內，升溫，在78℃下蒸餾回收乙醇，得含固量25％的茶多酚濃縮液96L。
9、噴霧乾燥將蒸餾所得的96L茶多酚濃縮液經LPG-100型離心噴霧乾燥得茶多酚20.85kg，得率為10.4％。其工藝條件為進風溫度145℃，出風溫度70℃，乾燥時間30s。
10、包裝將噴霧乾燥所得的20.85kg茶多酚經混合、過篩、取樣檢驗，茶多酚的含量為99.2％，兒茶素的含量為91％，EGCG含量為73％，水份≤3％，咖啡因為0.07％，農藥殘留未檢出，重金屬≤2PPM，產品質量合格。按包裝要求包裝得茶多酚成品。
實施例21、原材料選擇與實施例1相同。
2、浸提粗濾將200kg綠茶裝入帶加熱和攪拌裝置的提取設備中(3000L的多能提取罐)，第一次加入1800kg的純水，關閉加料口，啟動攪拌，啟開蒸汽閥，加熱至85℃，攪拌(轉速15r/min)提取35min，過濾後進行第二次提取。第二次提取加入1000的純水，加熱至85℃，攪拌提取35min，過濾。兩次濾液經熱交換冷卻至40℃，入4000L的提取液貯罐(測含固量＝1.4％)。
3、高速離心將提取液在常溫常壓下，按35L/min的流速泵入管式高速離心機在12000r/min下連續離心分離，得澄清的綠茶提取液，入4000L的澄清液貯罐。
4、超濾將離心綠茶澄清液按35L/min的流速泵入超濾設備中進行超濾，脫除茶多糖、果膠等等雜質，超濾液入4000L貯罐。選用的超濾膜為截留分子量60000的聚偏氟乙烯膜。超濾工藝條件為室溫，進壓6bar，出壓1bar。超濾液的出口流速為33L/min。
5、大孔樹脂吸附在常溫常壓下，將超濾去雜的綠茶提取液按33L/min的流速泵入大孔樹脂吸附塔的高位罐中。啟開和調節進料閥，控制進大孔樹脂吸附塔的綠茶提取液的流速為33L/min。選用的大孔樹脂為聚苯乙烯共聚體或聚乙烯共聚體，其平均孔徑為60，比表面積650m2/g。大孔樹脂吸附塔高4m，塔徑350mm。
6、解吸將吸附有茶多酚和咖啡因的大孔樹脂在常溫常壓條件下，先用40％中性乙醇脫洗(流速15L/min)到檢測無咖啡因後，換用70％的鹼性乙醇(以氨水調PH＝8.5)以流速為15L/min洗脫茶多酚，脫洗液貯於貯罐中。
7、納濾(或反滲透)濃縮在常溫常壓下，將茶多酚洗脫液以15L/min的流速泵入管式納濾設備中進行納濾濃縮。其工藝條件為進壓35bar，出壓30bar。濃縮液流出速度為2.5L/min，濃縮液含固量為8％。選用的納濾(或反滲透)膜為聚醯胺(PA)複合膜，截留分子量為200。
8、蒸餾將茶多酚的納濾濃縮液300L泵入700L(ZQN700型)的蒸餾斧內，升溫，在79℃下蒸餾回收乙醇，得含固量30％的茶多酚濃縮液96L。
9、噴霧乾燥將蒸餾所得的96L茶多酚濃縮液經LPG-100型離心噴霧乾燥得茶多酚20.85kg，得率為10.4％。其工藝條件為進風溫度220℃，出風溫度85℃，乾燥時間30s。
10、包裝與實施例1相同實施例31、原材料與實施例1相同。
2、浸提粗濾將200綠茶裝入帶加熱和攪拌裝置的提取設備中，第一次加入2000的純水，關閉加料口，啟動攪拌，啟開蒸汽閥，加熱至70℃，攪拌(轉速15r/min)提取35min，過濾後進行第二次提取。第二次提取加入1200kg的純水，加熱至80℃，攪拌提取35min，過濾。兩次濾液經熱交換冷卻至38℃，入4000L的提取液貯罐(測含固量＝1.35)。
3、高速離心將提取液在常溫常壓下，按34L/min的流速泵入管式高速離心機在13000r/min下連續離心分離，得澄清的綠茶提取液，入4000L的澄清液貯罐。
4、超濾將離心綠茶澄清液按34L/min的流速泵入超濾設備中進行超濾，脫除茶多糖、果膠等等雜質，超濾液入4000L貯罐。選用的超濾膜為截留分子量50000的聚偏氟乙烯膜。超濾工藝條件為室溫，進壓6bar，出壓1bar。超濾液的出口流速為32L/min。
5、大孔樹脂吸附在常溫常壓下，將超濾去雜的綠茶提取液按34L/min的流速泵入大孔樹脂吸附塔的高位罐中。啟開和調節進料閥，控制進大孔樹脂吸附塔的綠茶提取液的流速為34L/min。選用的大孔樹脂為聚苯乙烯共聚體或聚乙烯共聚體，其平均孔徑為48，比表面積500m2/g。大孔樹脂吸附塔高3.5m，塔徑350mm。
6、解吸將吸附有茶多酚和咖啡因的大孔樹脂在常溫常壓條件下，先用45％中性乙醇脫洗(流速15L/min)到檢測無咖啡因後，換用68％的鹼性乙醇(以氨水調PH＝8.2)以流速為14L/min洗脫茶多酚，脫洗液貯於貯罐中。
7、納濾(或反滲透)濃縮在常溫常壓下，將茶多酚洗脫液以14L/min的流速泵入管式納濾設備中進行納濾濃縮。其工藝條件為進壓35bar，出壓30bar。濃縮液流出速度為2.4L/min，濃縮液含固量為7.8％。
8、蒸餾
將茶多酚的納濾濃縮液300L泵入700L(ZQN700型)的蒸餾斧內，升溫，在78℃下蒸餾回收乙醇，得含固量28％的茶多酚濃縮液96L。
9、噴霧乾燥將蒸餾所得的96L茶多酚濃縮液經離心噴霧乾燥得茶多酚20.85kg，得率為10.4％。其工藝條件為進風溫度200℃，出風溫度78℃，乾燥時間30s。
10、包裝與實施例相同。
權利要求
1.一種採用低檔綠茶或綠茶末為原料的高純茶多酚的生產方法，包括如下步驟(1)熱水浸提和粗濾，得提取液；(2)提取液經管式離心機離心在10000-12000r/min下連續離心分離，得到澄清的綠茶澄清液；(3)澄清液經大孔樹脂離交床吸附茶多酚和咖啡因；(4)將吸附有茶多酚和咖啡因的經分級洗脫；(5)茶多酚洗脫液經納濾濃縮或反滲透濃縮，蒸餾回收乙醇；(6)噴霧乾燥得高純茶多酚。
2.根據權利要求1所述的高純茶多酚的生產方法，其特徵在於在步驟(2)之後增加步驟(2A)超濾綠茶澄清液經截留分子量為30000-50000的超濾膜超濾脫除茶多糖、果膠等雜質。
3.根據權利要求2所述的高純茶多酚的生產方法，其特徵在於選用的超濾膜為聚偏氟乙烯超濾膜。
4.根據權利要求1所述的高純茶多酚的生產方法，其特徵在於步驟(1)所述的熱水浸提和粗濾就是將原料計量裝入帶加熱和攪拌裝置的提取設備中，第一次加入原料9-10倍重量的純水，加熱至75-85℃，攪拌提取35min，過濾後進行第二次提取。第二次提取加入原料重5-6倍重量的純水，加熱至75-85℃，攪拌提取35min，過濾。兩次濾液經熱交換冷卻至35-40℃，入提取液貯罐。
5.根據權利要求1所述的高純茶多酚的生產方法，其特徵在於步驟(4)所述的將吸附有茶多酚和咖啡因的經分級洗脫是在常溫常壓條件下，先用35-45％中性乙醇脫洗到無咖啡因後，換用60-80％的PH值為8-8.5鹼性乙醇洗脫茶多酚。
6.根據權利要求1所述的高純茶多酚的生產方法，其特徵在於步驟(5)所述的納濾濃縮或反滲透濃縮是將茶多酚洗脫液經截留分子量150的聚氨酯複合膜納濾濃縮或反滲透濃縮，得茶多酚濃縮液，濃縮液經蒸餾回收乙醇，使其含固量提高至含固量25％以上。
全文摘要
本發明公開了一種高純茶多酚的生產方法，它包括茶葉浸提、浸提液超高速離心、離心液超濾去雜、超濾液大孔樹脂吸附、分級脫洗分離咖啡因和茶多酚、茶多酚脫洗液的納濾或反滲透濃縮，茶多酚濃縮液經噴霧乾燥得高純茶多酚。本方法具有在茶多酚的生產過程中不使用氯仿、乙酸乙酯等有機溶劑，茶多酚提取液濃縮不用(常用的)減壓濃縮等特點，既避免了有機溶劑殘留，又節約了能耗，提高了生產自動化程度，大大降低了茶多酚的生產成本，提高了產品的質量和安全性。本方法生產的茶多酚具有抗氧化、抗衰老等多方面的功效，特別適用於食品、飲料、保健品、日用化學品的生產。
文檔編號C07D311/00GK1634914SQ20041005240
公開日2005年7月6日 申請日期2004年11月23日 優先權日2004年11月23日
發明者藍偉光, 張世文, 王瑞芳, 方富林 申請人:三達膜科技(廈門)有限公司