一種茶渣的資源化利用方法
2023-09-23 03:27:15 4
專利名稱：一種茶渣的資源化利用方法
技術領域：
本發明涉及一種茶渣的利用方法，具體涉及採用陶瓷濾膜與有機/無機複合滲透 汽化膜組合工藝實現茶渣殘餘有機芳香物質提取、茶粉利用並實現水循環利用的速溶茶粉 製備所產生的茶渣的資源化利用方法，屬於植物提取與加工領域。
背景技術：
茶葉全身都是寶。茶能清熱解毒，有提高人體免疫力之功效。現代生物化學和醫學 研究證明，在茶葉的化學成分中，有機化合物約有450種以上，無機礦物營養元素不少於15 種，由此可見，茶葉對人體既有營養價值，又有藥理作用，與人們的身體健康息息相關。綠茶 還具有防齲齒、殺菌、抗病毒、抗過敏、防輻射、保護肝臟、抗氣喘、消臭解毒等功效。按科研 部門取樣分析和企業測算，提取茶粉後的茶渣中含有的各種對人體有效成分仍保持在25% 以上。目前茶渣的處理方法大多是自然堆放、填埋被丟棄、或作為飼料及飼料添加劑。然而 大量的茶渣經過日曬雨淋，大量的茶葉廢水流向周圍的農田和河流，會產生臭氣，嚴重汙染 了周圍的生態環境。芳香物質是決定茶飲料品質的重要因素之一。芳香物質是指茶葉中含有的醇類、 酚類、醛類、酮類、酸類、酯類、含氮化合物等多類芳香物質，它們共同影響著茶香，進而影響 著茶飲料的口感。研究發現，茶葉中含有較多的營養成分和藥用成分，而傳統的泡茶飲用的 方法，使飲用者吸收的營養成分和藥用成分僅佔茶葉的一部分，因此在廢棄的茶渣中，仍然 殘留較多的芳香物質成分。經過提取的茶渣仍殘留1% 2%的茶多酚，0. 1% 0. 3%的咖啡 鹼，17% 19%的粗蛋白，16% 18%的粗纖維，其殘留的胺基酸中，賴氨酸和蛋氨酸的組份 含量則分別為1. 5% 2%和0. 5% 0. 7%，因此茶渣有較高的潛在利用價值。現有技術對茶渣的利用方法主要是從茶渣中提取含量較多、經濟價值高的單組分 物質的方法，例如鹼法提取蛋白、乙醇熱提法提取黃酮、溶劑萃取法和離子沉澱法相結合提 取茶多酚等。上述提取過程中，由於使用熱法或溶劑萃取，會造成芳香物質成分的大量流 失；大量使用萃取劑，成本也較高；加之後續的產品分離能耗較高。雖然陶瓷膜過濾技術已應用於茶渣浸提液中的蛋白質、多糖、果膠、微生物等大分 子物質的分離，然後對滲透液等進行醇沉、萃取、離心分離等工藝後，分離出活性成分。然 而，陶瓷膜工藝雖然縮短了傳統工藝流程，但是後續步驟和傳統工藝一樣，並且最後提取的 仍是單一物質，大部分活性物質仍舊流失；濃縮後的料液沒有給出有效的處理方法；整個 過程的容積使用量仍然很大，汙染也相對嚴重。因此，實現茶渣的清潔資源化利用，既可以 解決其環境問題，又可以增加經濟效益。
發明內容
本發明的技術目的在於克服現有技術中茶渣的利用方法中萃取劑使用量大，能耗 高，環境汙染嚴重，以及利用效率低，利用度不高等技術問題，提供一種茶渣的資源再利用 的方法。
為了實現本發明的技術目的，本發明的技術方案為 一種茶渣的利用方法，其具體步驟如下
a)將茶渣放入水中進行浸提；
b)浸提液泵入陶瓷膜分離器進行過濾，得到的滲透液送入有機/無機複合膜過濾器， 收集後得到茶葉芳香物質；有機/無機複合膜的截留液返回步驟a)作為浸提用水使用；
c)將陶瓷膜過濾後濃縮得到的浸提液送到板框壓濾機進行固液分離；
d)將板框過濾的濾餅通過氣流式噴霧器乾燥、粉碎後製得超細顆粒狀的茶粉；板框過 濾的液體則返回步驟a)作為浸提用水使用。其中，所述的茶渣是指茶飲料生產中產生的固體廢棄物；如有大顆粒的茶渣，則通 過沉降或粗過濾除去，並在步驟a)之前進行機械粉碎製成粉末狀。其中，所述的步驟a)的浸提條件為溫度50 100°C，浸提時間15 100分鐘。其中，步驟b)所述的陶瓷膜分離器的膜孔徑為0. 01 1 μ m ；陶瓷材料為氧化鋁、 氧化鋯或氧化鈦中的一種或者幾種。其中，所述的步驟b)的陶瓷膜過濾條件為溫度10 70°C，壓力0.5 4X105Pa， 膜面流速1 5 m/s。其中，所述步驟b)的有機/無機複合膜過濾條件為溫度5 60°C，壓力60 8000 Pa。其中，所述步驟b)的有機/無機複合膜是指在陶瓷撐體上複合有機膜層製備而 成；其中，陶瓷材料為氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦中的一種或者幾種；有機材料為聚二甲基矽 氧烷(PDMS)、聚甲基辛基矽氧烷(POMS)、聚醚共聚乙醯胺(ΡΕΒΑ)、乙酸甲酯、或甲基叔丁基 醚(MTBE)。本發明的有益效果在於
1、採用陶瓷膜分離和有機/無機複合膜分離組合工藝進行茶渣的資源化回收利用， 既可以回收茶渣中殘餘的有機活性成分，也可以將截留的固體物質加工成超細茶粉，極大 的增加了茶渣的經濟價值；
2、與傳統的有機溶劑萃取、離心分離、蒸發溶劑等方法相比，本發明的組合工藝不需要 添加任何藥劑，既降低了成本也縮短了分離工序，減輕了環境壓力，且膜分離工藝過程不需 要加熱處理，能耗降低；
3、膜分離效果顯著，陶瓷膜分離過程可以將所有的固體顆粒截留富集，板框壓濾後不 排放固體廢棄物；有機/無機複合膜分離工藝實現茶渣中芳香物質的收率和純度大大高於 常規工藝；
4、整個流程實現水資源的循環利用，不向外排放廢液；
5、本發明屬於新型的膜分離耦合技術，不需要特別的加熱設備，能耗低，工藝流程短， 操作條件容易控制。
圖1為本發明所述的茶渣的利用方法的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例進一步描述本發明，但不限制本發明的保護範圍。實施例1
將通過機械粉碎製成粉末狀的茶渣與水按照質量比1:20進行配置，50°C下浸提100 分鐘，將浸提液使用10 nm氧化鋁陶瓷濾膜過濾，控制操作條件溫度10°C，壓力4X105 Pa, 膜面流速5 m/s,穩定通量維持在60 L/ (m2 · h)，將截留液濃縮80倍後放入300目濾布的 板框壓濾機中壓濾，其中濾餅通過氣流式噴霧器乾燥後製得茶粉，壓濾液返回浸提工序循 環使用，陶瓷膜過濾滲透清液中不含有固體顆粒，使用PDMS/氧化鋁陶瓷複合膜進行分離， 操作條件為溫度20°C，壓力1300 Pa,芳香物質滲透率為2. 3 X 10_3 Kg/m_2 -h,採用氣相色譜 測得芳香物質的收率高於95%，而常規工藝收率不超過80%。實施例2
將通過機械粉碎製成粉末狀的茶渣與水按照質量比1 20進行配置，50°C下浸提60分 鍾，將浸提液使用20 nm氧化鋯陶瓷膜過濾，控制操作條件溫度20°C，壓力0.5 X IO5 Pa，膜 面流速3 m/s，穩定通量維持在80 L/(m2*h)，將截留液濃縮80倍後放入300目濾布的板 框壓濾機中壓濾，其中濾餅通過氣流式噴霧器乾燥後製得茶粉，壓濾液返回浸提工序循環 使用，陶瓷膜過濾滲透清液中不含有固體顆粒，使用POMS/氧化鋯陶瓷複合膜進行分離，操 作條件為溫度5°C，壓力60 Pa，芳香物質滲透率為2. 5X 10_5 Kg/m_2 · h，採用氣相色譜測得 芳香物質的收率高於95%，常規工藝收率不超過80%。實施例3
將通過機械粉碎製成粉末狀的茶渣與水按照質量比1:20進行配置，75°C下浸提75 分鐘，將浸提液使用50 nm氧化鈦陶瓷膜過濾，控制操作條件溫度5°C，壓力2. 4X IO5 Pa,膜 面流速2 m/s，穩定通量維持在78 L/(m2*h)，將截留液濃縮80倍後放入300目濾布的板 框壓濾機中壓濾，其中濾餅通過氣流式噴霧器乾燥後製得茶粉，壓濾液返回浸提工序循環 使用，陶瓷膜過濾滲透清液中不含有固體顆粒，使用PEBA/氧化鈦陶瓷複合膜進行分離，操 作條件為溫度40°C，壓力3500 Pa,芳香物質滲透率為8. 9 X 10_3 Kg/m_2 -h,採用氣相色譜測 得芳香物質的收率高於95%，常規工藝收率不超過80%。實施例4
將通過機械粉碎製成粉末狀的茶渣與水按照質量比1:20進行配置，100°C下浸提15 分鐘，將浸提液使用250 nm氧化鈦-氧化鋯陶瓷膜過濾，控制操作條件溫度60°C，壓力 3 X IO5 Pa，膜面流速1 m/s，穩定通量維持在110 L/(m2 *h)，將截留液濃縮80倍後放入300 目濾布的板框壓濾機中壓濾，其中濾餅通過氣流式噴霧器乾燥後製得茶粉，壓濾液返回浸 提工序循環使用，陶瓷膜過濾滲透清液中不含有固體顆粒，使用MTBE/氧化鈦-氧化鈦陶 瓷複合膜進行分離，操作條件為溫度80°C，壓力8000 Pa，芳香物質滲透率為3.3 X 10_2 Kg/ m_2 ·1ι，採用氣相色譜測得芳香物質的收率高於95%，常規工藝收率不超過80%。實施例5
將通過機械粉碎製成粉末狀的茶渣與水按照質量比1 20進行配置，80°C下浸提65分 鍾，將浸提液使用1 μ m氧化鋁-氧化鋯-氧化鈦陶瓷膜過濾，控制操作條件溫度70°C，壓 力IX IO5Pa,膜面流速4 m/s，穩定通量維持在97 L/(m2 · h)，將截留液濃縮80倍後放入 300目濾布的板框壓濾機中壓濾，其中濾餅通過氣流式噴霧器乾燥後製得茶粉，壓濾液返回
5浸提工序循環使用，陶瓷膜過濾滲透清液中不含有固體顆粒，使用乙酸甲酯/氧化鋁_氧 化鋯_氧化鈦陶瓷複合膜進行分離，操作條件為溫度60 V，壓力4000 Pa,芳香物質滲透率 為1. IXlO-2 Kg/m_2 · h，採用氣相色譜測得芳香物質的收率高於95%，常規工藝收率不超過 80%。
權利要求
1.一種茶渣的利用方法，其特徵在於具體步驟如下a)將茶渣放入水中進行浸提；b)浸提液泵入陶瓷膜分離器進行過濾，得到的滲透液送入有機/無機複合膜過濾 器，收集滲透液後得到茶葉芳香物質；有機/無機複合膜的截留液返回步驟a)作為浸提用 水使用；c)將陶瓷膜過濾後濃縮得到的浸提液送到板框壓濾機進行固液分離；d)將板框過濾的濾餅通過氣流式噴霧器乾燥、粉碎後製得超細顆粒狀的茶粉；板框過 濾的液體則返回步驟a)作為浸提用水使用。
2.根據權利要求1所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述的茶渣通過沉降或粗過濾 除去大顆粒，在步驟a)之前進行機械粉碎製成粉末狀。
3.根據權利要求1所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述的步驟a)的浸提條件為 溫度50 100°C，浸提時間15 100分鐘。
4.根據權利要求1所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述的步驟b)的陶瓷膜分離器 的濾膜孔徑為0.01 1 μπι。
5.根據權利要求1所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述的步驟b)的陶瓷膜過濾條 件為溫度10 70°C，壓力0. 5 4X IO5 Pa，膜面流速1 5 m/s。
6.根據權利要求1所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述的步驟b)的陶瓷膜分離器 的陶瓷材料為氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦中的一種或者幾種。
7.根據根據權利要求1所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述步驟b)的有機/無機 複合膜是指在陶瓷撐體上製備的有機/無機複合膜。
8.根據根據權利要求7所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述步驟b)的有機/無機 複合膜的陶瓷撐體材料為氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦中的一種或者幾種。
9.根據根據權利要求1所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述步驟b)的有機/無機 複合膜的有機材料為聚二甲基矽氧烷、聚甲基辛基矽氧烷、聚醚共聚乙醯胺、乙酸甲酯、或 甲基叔丁基醚。
10.根據根據權利要求1所述的茶渣的利用方法，其特徵在於所述步驟b)的有機/無 機複合膜過濾條件為溫度5 60°C，壓力60 8000 Pa。
全文摘要
本發明涉及一種茶渣的利用方法，屬植物提取與加工方法。本發明的技術要點在於將茶渣用水進行浸提之後，將浸提液通入陶瓷膜分離器，浸提液中的大顆粒茶渣被截留並濃縮，濃縮液進行板框過濾和氣流式噴霧器乾燥，粉碎後製成超細茶粉；將陶瓷膜工序滲透液通入有機/無機複合膜分離器，滲透液中的茶葉有機活性化合物透過有機/無機複合膜成為茶葉芳香物質；板框壓濾液和有機/無機複合膜的截留液則返回到浸提工藝，作為浸提用水。該方法可以將茶渣中的芳香物質分離提純出來，而製成的超細茶粉顆粒可以作為多孔吸附劑使用，不僅解決了環境汙染問題，而且極大的提高了廢棄茶渣的經濟價值；整個工藝實現了水的循環使用，符合循環經濟的要求。
文檔編號A23F3/06GK102057994SQ20101055114
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者仲兆祥, 姚忠, 徐虹 申請人:南京工業大學