一種將茶渣改性製備水凝膠的方法及該水凝膠的應用的製作方法

2023-10-27 06:01:37 1

一種將茶渣改性製備水凝膠的方法及該水凝膠的應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種將茶渣改性製備水凝膠的方法及水凝膠的應用。主要製備步驟為：新鮮綠茶枝葉分組，殺青、乾燥、粉碎，再提取水溶性成分，過濾烘乾，脫脂、脫色，得綠茶渣備用。綠茶渣用鹼性化學法提取水不溶性膳食纖維，酸洗，得不同嫩度茶渣纖維素。用離子液體AMIMCl對茶渣纖維素進行改性，製備不同嫩度的茶渣纖維素水凝膠。所製備的茶渣纖維素水凝膠，不僅使茶渣變廢為寶，而且保護環境；製備過程中，對比了不同嫩度的茶渣纖維素所製備的水凝膠的特性及適用度，探討實現茶渣高值化利用的最佳嫩度；同時，對製備的茶渣纖維素水凝膠的應用進行了初探，該水凝膠可作為藥物釋放載體，為茶渣的高值化深加工利用提供了切入點。
【專利說明】一種將茶渣改性製備水凝膠的方法及該水凝膠的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及天然纖維素水凝膠，具體為一種以茶渣為主要原料的水凝膠的製備方法及其應用，屬於環境保護，農產品高值化深加工利用及天然高分子改性技術。
【背景技術】
[0002]近十年來，我國茶產業高速發展一2009年中國茶園種植面積達180萬公頃，約佔世界的45%，茶產量135.8萬噸，約佔世界總量的1/3。我國的種植面積和茶葉產量均居世界第一。與此同時，我國茶飲料、茶多酚、速溶茶等產業迅猛發展，其中，茶飲料成為第三大飲料，僅次於水與碳酸飲料。不論是茶飲料、速溶茶還是茶多酚的提取，都會產生大量廢棄茶渣。這些茶飲料及速溶茶生產企業每年產生的茶渣多達1.6億千克，如果直接把這些廢棄茶渣當作垃圾處理，不僅浪費了其中蘊含的潛在資源，而且容易造成環境汙染。因此，如何發展茶渣的綜合利用，使之成為新型資源並加以利用，在保護環境源利用率，已經引起社會各界的關注和重視。
[0003]茶渣中膳食纖維含量豐富，以不溶性膳食纖維為主，不溶性膳食纖維的含量為14.55%~23.38%，在各類食物中處於較高水平。鹼性提取法從茶渣中提取膳食纖維，是一條合理利用茶渣的重要途徑。纖維素的研究和利用，主要包括:纖維素結構的研究、纖維素的預處理、纖維素改性製備絮凝劑、纖維素改性製備吸附劑等。天然纖維素經過改性後所得到的新材料，能廣泛應用於醫藥、塑料工業等各個領域。因此，近年來纖維素改性方法的研究越來越受到科研人員的重視。
[0004]水凝膠是在水中能夠溶脹，並保持大量水分而又不溶解的交聯聚合物。水凝膠具有三維網絡結構，在水中能 吸收大量的水分溶脹，並在溶脹後繼續保持其原有結構而不被溶解。在生物醫藥領域裡，水凝膠可以用作藥物釋放載體。
[0005]本發明提供一種茶渣改性製備水凝膠的方法，以不同嫩度的茶渣為主要原料，以離子液體I 一烯丙基一 3 —甲基咪唑鹽酸鹽(AMIMCl)為改性劑，製得可用作藥物釋放載體的茶渣纖維素水凝膠。

【發明內容】

[0006]本發明的目的之一在於，提供一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，該水凝膠由不同嫩度的茶渣為主要原料，用離子液體AMIMCl改性而製得。
[0007]本發明的另一個目的在於，提供一種茶渣水凝膠的應用方法，該茶渣水凝膠可用作藥物釋放載體。
[0008]本發明通過以下技術方案實現上述目的。
[0009]首先，發明利用鹼性化學法從不同嫩度的茶渣中提取水不溶性膳食纖維，用AMIMCl離子液體將不同嫩度的茶渣纖維素進行改性，製備成纖維素水凝膠。
[0010]本發明提供一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，包括以下步驟:
[0011](I)對新鮮綠茶枝葉進行蒸汽殺青，烘乾，粉碎，過篩，得到預處理後的茶葉；[0012](2)提取預處理後的茶葉中的水溶性成分，過濾，烘乾，在脫脂試劑中浸泡攪拌進行脫脂後，水洗，再用脫色試劑脫色，洗滌，烘乾，得到脫脂、脫色綠茶渣；
[0013](3)將步驟(2)得到的脫脂、脫色綠茶渣與氫氧化鈉水溶液均勻混合，水浴，抽濾，水洗，得到鹼提後的綠茶渣，將鹼提後的綠茶渣進行酸解，抽濾，水洗，烘乾，得茶渣纖維素；
[0014](4)採用加熱一冷卻一洗滌工藝，將茶渣纖維素與10~30g改性試劑混合，加熱攪拌溶解，得到茶渣纖維素膠體樣品，後將所形成的茶渣纖維素膠體樣品冷卻到室溫，洗滌，徹底洗滌後得茶渣纖維素水凝膠；所述改性試劑為離子液體I 一烯丙基一 3 —甲基咪唑鹽酸鹽(AMMCl);所述茶渣纖維素的用量為以AMMCl用量計算的3%~10%。
[0015]上述方法中，將新鮮綠茶枝葉根據不同嫩度由嫩到老依次分為一葉、二葉、三葉、老葉和茶梗，步驟(1)所述新鮮綠茶枝葉為一葉、二葉、三葉、老葉、茶梗中的一種，以獲得不同嫩度茶渣，由不同嫩度茶渣製得不同嫩度茶渣纖維素，進而製得不同嫩度茶渣纖維素水凝膠。
[0016]上述方法中，步驟(2)中所述提取預處理後的茶葉中的水溶性成分具體為:將預處理後的茶葉與水按質量比為1:20~1:40混合，在水溫為70~100°C條件下浸泡2~4次，每次浸泡時間10~40min。
[0017]上述方法中，步驟(2)中所述脫脂試劑為石油醚，所述浸泡攪拌時間為I~3小時；所述脫色試劑為丙酮。
[0018]上述方法中，步驟(3)中所述氫氧化鈉水溶液質量分數為1%~5%，脫脂、脫色綠茶渣與氫氧化鈉水溶液的料液比為1:10~l:30g:mL，所述水浴的水浴溫度為30~60°C，水浴時間為I~2小時。·
[0019]上述方法中，步驟(3)中所述酸解具體步驟為:將鹼提後的綠茶渣與濃硫酸按料液比1:10~1:30g:mL混合均勻，在溫度為40~70°C條件下酸解I~2小時。
[0020]上述方法中，步驟(4)中所述攪拌溶解的溫度為80~150°C，攪拌溶解時間為10 ~20h。
[0021]上述方法中，步驟(4)中所述洗滌的方法是:用蒸餾水置換洗滌茶渣纖維素膠體中的離子液體。
[0022]本發明的茶渣纖維素水凝膠與現有技術相比，具有以下優點:
[0023]( I)本發明的茶渣纖維素水凝膠，所用主要原料是綠茶渣，屬於廢棄物，將其製備成水凝膠，在保護環境的同時，又提高了資源利用率，為茶渣的高值化深加工利用提供了切入點。
[0024](2)本發明的茶渣纖維素水凝膠，所用主要原料是茶樹新梢的一葉、二葉、三葉、老葉以及茶梗等具有不同嫩度的茶葉不同部位所製得的綠茶渣纖維素，由於工業生產中不同產品及工藝的需求，茶葉加工企業對不同嫩度的茶葉有不同需求度。通過對比不同嫩度的茶渣纖維素所製備的水凝膠的特性及適用度，可探討實現茶渣高值化利用的最佳嫩度。
[0025](3)本發明用AMMCl離子液體將不同嫩度的茶渣纖維素進行改性，製備成茶渣纖維素水凝膠，對茶渣纖維素水凝膠的應用進行了初探，該水凝膠可作為藥物釋放載體。
[0026](4)本發明反應條件溫和易於控制，改性步驟簡單，工藝設備少，易於操作。【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例對本發明進一步詳細說明:
[0028]實施例中述及的平衡潤脹率(ESR)，是採用常規的重量分析方法測的。該水凝膠乾燥後，稱重，室溫下浸泡於水中並潤脹3天達到潤脹平衡狀態後，水中取出樣品並用濾紙擦乾膠體的表面水分，並稱重。ESR通過以下公式計算:
[0029]ESR (%) = (Ws-Wd) /WdXlOO
[0030]式中，Ws——平衡潤脹狀態下水凝膠的重量；
[0031 ]Wd——潤脹前乾燥水凝膠的重量；
[0032]實施例中述及的載藥率和藥物累計釋放率，是用水楊酸鈉(NaSA)作為模型藥物，用於所製備水凝膠的載藥與釋放研究。乾燥水凝膠室溫下浸泡於裝有IOOmL NaSA水溶液(10%，w/w)的瓶子中。為研究載藥動力學，在載藥過程中，每間隔一定時間取出IOmL載藥中的NaSA水溶液，採用紫外可見光分光光度計測定溶液中NaSA剩餘含量，同時，向三角錐瓶中加入等量的蒸餾水以保持溶液體積不變。載藥結束後，取出已載藥的樣品，用蒸餾水衝洗兩次並烘箱乾燥至恆重。水凝膠中NaSA載藥率(% )根據以下方程計算:
[0033]NaSA 載藥率(%) = [ (C0-Ct) V/m] * (4-2)
[0034]式中，C。——載藥前NaSA水溶液的濃度(w/w);
[0035]Ct——載藥t時間後NaSA水溶液的濃度(w/w);
[0036]V——NaSA水溶液的體積；
[0037]m——載藥前水凝膠的質`量；
[0038]為研究藥物釋放動力學，已載藥水凝膠與IOOmL蒸餾水(作為釋放介質)於三角錐瓶中置於37°C恆溫培養箱中振動處理。在釋放過程中，每間隔一定時間取出5mL釋放介質用於藥物濃度測定，同時，三角錐瓶中加入等量的蒸餾水以保持釋放介質體積不變。藥物累計釋放率(％)根據以下方程計算:
[0039]藥物累計釋放率(%)=Wt/Wttrtal X 100%
[0040]式中，Wt——時間t時藥物累計釋放的量；
[0041 ]Wtotal——水凝膠中藥物總裝載的量。
[0042]實施例1:
[0043](I)將新鮮綠茶一葉進行蒸汽殺青，烘乾，粉碎，過篩，得到預處理後的茶葉；
[0044](2)將預處理後的茶葉與水按質量比1:25、水溫70°C、浸泡2次，每次浸泡時間lOmin，提取水溶性成分，過濾，烘乾。以石油醚為溶劑，浸泡攪拌I小時進行脫脂後，水洗，再用丙酮脫色，洗滌，烘乾，得脫脂、脫色綠茶渣。
[0045](3)將脫脂、脫色綠茶渣與質量分數為l%NaOH溶液按料液比1:10 (g:mL)混合均勻，恆溫30°C水浴I小時，抽濾，水洗。再與濃硫酸按料液比1:10 (g:mL)混合均勻，恆溫40°C酸解I小時，抽濾，水洗，烘乾，得一葉茶渣纖維素；
[0046](4)採用加熱一冷卻一洗滌工藝，將3% (以AMMCl用量計算)的一葉茶渣纖維素與IOg AMMCl於80°C下攪拌溶解10h。將所形成的茶渣纖維素膠體樣品冷卻到室溫。然後，用蒸餾水置換洗滌茶渣纖維素膠體中的離子液體。徹底洗滌後，得一葉茶渣纖維素水凝膠。
[0047](5)對一葉茶渣纖維素水凝膠進行測定，平衡潤脹率為133.24±8.22%，平衡載藥率為12.83%，藥物釋放率為62.7%。
[0048]實施例2:
[0049](I)將新鮮綠茶二葉進行蒸汽殺青，烘乾，粉碎，過篩，得到預處理後的茶葉；
[0050](2)將預處理後的茶葉與水按質量比1:25、水溫801:、浸泡2次，每次浸泡時間15min，提取水溶性成分，過濾，烘乾。以石油醚為溶劑，浸泡攪拌1.5小時進行脫脂後，水洗，再用丙酮脫色，洗滌，烘乾，得脫脂、脫色綠茶渣。
[0051 ] (3)將脫脂、脫色綠茶渣與質量分數為2%Na0H溶液按料液比1:15 (g:mL)混合均勻，恆溫35°C水浴1.5小時,抽濾,水洗。再與濃硫酸按料液比1:15 (g:mL)混合均勻,恆溫50°C酸解I小時，抽濾，水洗，烘乾，得二葉茶渣纖維素；
[0052](4)採用加熱一冷卻一洗滌工藝，將5% (以AMMCl用量計算)的二葉茶渣纖維素與15g AMMCl於90°C下攪拌溶解12h。加熱溶解後，所形成的茶渣纖維素膠體樣品冷卻到室溫。然後，用蒸餾水置換洗滌茶渣纖維素膠體中的離子液體。徹底洗滌後，得二葉茶渣纖維素水凝膠。
[0053](5)對二葉茶渣纖維素水凝膠進行測定，平衡潤脹率為310.86±4.18%，平衡載藥率為13.18%，藥物釋放率為65.0%。
[0054]實施例3:
[0055](I)將新鮮綠茶三葉進行蒸汽殺青，烘乾，粉碎，過篩，得到預處理後的茶葉；
[0056](2)將預處理後的茶葉與水按質量比1:30、水溫901:、浸泡3次，每次浸泡時間20min，提取水溶性成分，過濾，烘乾。以石油醚為溶劑，浸泡攪拌1.5小時進行脫脂後，水洗，再用丙酮脫色，洗滌，烘乾 ，得脫脂、脫色綠茶渣。
[0057](3)將脫脂、脫色綠茶渣與質量分數為3%Na0H溶液按料液比1:20 (g:mL)混合均勻，恆溫40°C水浴1.5小時，抽濾，水洗。再與濃硫酸按料液比1:20 (g:mL)混合均勻，恆溫60°C酸解I小時，抽濾，水洗，烘乾，得三葉茶渣纖維素；
[0058](4)採用加熱一冷卻一洗滌工藝，將7% (以AMMCl用量計算)的三葉茶渣纖維素與20g AMMCl於100°C下攪拌溶解14h。加熱溶解後，所形成的茶渣纖維素膠體樣品冷卻到室溫。然後，用蒸餾水置換洗滌茶渣纖維素膠體中的離子液體。徹底洗滌後，得三葉茶渣纖維素水凝膠。
[0059](5)對三葉茶渣纖維素水凝膠進行測定，平衡潤脹率為146.12±3.45%，平衡載藥率為14.07%,藥物釋放率為65.5%。
[0060]實施例4:
[0061]( I)將新鮮綠茶老葉葉進行蒸汽殺青，烘乾，粉碎，過篩，得到預處理後的茶葉；
[0062](2)將預處理後的茶葉與水按質量比1:35、水溫100°C、浸泡3次，每次浸泡時間30min，提取水溶性成分，過濾，烘乾。以石油醚為溶劑，浸泡攪拌2小時進行脫脂後，水洗，再用丙酮脫色，洗滌，烘乾，得脫脂、脫色綠茶渣。
[0063](3)將脫脂、脫色綠茶渣與質量分數為4%NaOH溶液按料液比1:30 (g:mL)混合均勻，恆溫50°C水浴2小時，抽濾，水洗。再與濃硫酸按料液比1:25 (g:mL)混合均勻，恆溫60°C酸解2小時，抽濾，水洗，烘乾，得老葉茶渣纖維素；
[0064](4)採用加熱一冷卻一洗滌工藝，將8% (以AMMCl用量計算)的老葉茶渣纖維素與30g AMMCl於80°C下攪拌溶解18h。加熱溶解後，所形成的茶渣纖維素膠體樣品冷卻到室溫。然後，用蒸餾水置換洗滌茶渣纖維素膠體中的離子液體。徹底洗滌後，得老葉茶渣纖維素水凝膠。
[0065](5)對老葉茶渣纖維素水凝膠進行測定，平衡潤脹率為307.38±35.07%，平衡載藥率為14.54%，藥物釋放率為51.5%。
[0066]實施例5:
[0067]( I)將新鮮綠茶茶梗進行蒸汽殺青，烘乾，粉碎，過篩，得到預處理後的茶葉；
[0068](2)將預處理後的茶葉與水按質量比1:40、水溫100°C、浸泡4次，每次浸泡時間40min，提取水溶性成分，過濾，烘乾。以石油醚為溶劑，浸泡攪拌3小時進行脫脂後，水洗，再用丙酮脫色，洗滌，烘乾，得脫脂、脫色綠茶渣。
[0069](3)將脫脂、脫色綠茶渣與質量分數為5%Na0H溶液按料液比1:30 (g:mL)混合均勻，恆溫60°C水浴2小時，抽濾，水洗。再與濃硫酸按料液比1:30 (g:mL)混合均勻，恆溫70°C酸解2小時，抽濾，水洗，烘乾，得茶梗茶渣纖維素；
[0070](4)採用加熱一冷卻一洗滌工藝，將10% (以AMMCl用量計算)的茶梗茶渣纖維素與30g AMMCl於90°C下攪拌溶解20h。加熱溶解後，所形成的茶渣纖維素膠體樣品冷卻到室溫。然後，用蒸餾水置換洗滌茶渣纖維素膠體中的離子液體。徹底洗滌後，得茶梗茶渣纖維素水凝膠。
[0071](5)對茶梗茶渣纖維素水凝膠進行測定，平衡潤脹率為217.72±5.73%，平衡載藥率為14.90%，藥物釋放率 為71.4%。
【權利要求】
1.一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，其特徵是，所述水凝膠由不同嫩度的茶渣為主要原料製備而得，包括以下步驟: (1)對新鮮綠茶枝葉進行蒸汽殺青，烘乾，粉碎，過篩，得到預處理後的茶葉； (2)提取預處理後的茶葉中的水溶性成分，過濾，烘乾，在脫脂試劑中浸泡攪拌進行脫脂後，水洗，再用脫色試劑脫色，洗滌，烘乾，得到脫脂、脫色綠茶渣； (3)將步驟(2)得到的脫脂、脫色綠茶渣與氫氧化鈉水溶液均勻混合，水浴，抽濾，水洗，得到鹼提後的綠茶渣，將鹼提後的綠茶渣進行酸解，抽濾，水洗，烘乾，得茶渣纖維素； (4)採用加熱一冷卻一洗滌工藝，將茶渣纖維素與10~30g改性試劑混合，加熱攪拌溶解，得到茶渣纖維素膠體樣品，後將所形成的茶渣纖維素膠體樣品冷卻到室溫，洗滌，徹底洗滌後得茶渣纖維素水凝膠；所述改性試劑為離子液體I 一烯丙基一 3 —甲基咪唑鹽酸鹽(AMMCl);所述茶渣纖維素的用量為以AMMCl用量計算的3%~10%。
2.根據權利要求1所述的一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，其特徵是，將新鮮綠茶枝葉根據不同嫩度由嫩到老依次分為一葉、二葉、三葉、老葉和茶梗，步驟(1)所述新鮮綠茶枝葉為一葉、二葉、三葉、老葉、茶梗中的一種，以獲得不同嫩度茶渣，由不同嫩度茶渣製得不同嫩度茶渣纖維素，進而製得不同嫩度茶渣纖維素水凝膠。
3.根據權利要求1所述的一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，其特徵是，步驟(2)中所述提取預處理後的茶葉中的水溶性成分具體為:將預處理後的茶葉與水按質量比為1:20~1:40混合，在水溫為70~100°C條件下浸泡2~4次，每次浸泡時間10~40min。
4.根據權利要求1所述的一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，其特徵是，步驟(2)中所述脫脂試劑為石油醚，所述浸泡攪拌時間為I~3小時；所述脫色試劑為丙酮。`
5.根據權利要求1所述的一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，其特徵是，步驟(3)中所述氫氧化鈉水溶液質量分數為1%~5%，脫脂、脫色綠茶渣與氫氧化鈉水溶液的料液比為1:10~l:30g:mL，所述水浴的水浴溫度為30~60°C，水浴時間為I~2小時。
6.根據權利要求1所述的一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，其特徵是，步驟(3)中所述酸解具體步驟為:將鹼提後的綠茶渣與濃硫酸按料液比1:10~1:30g: mL混合均勻，在溫度為40~70°C條件下酸解I~2小時。
7.根據權利要求1所述的一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，其特徵是，步驟(4)中所述攪拌溶解的溫度為80~150°C，攪拌溶解時間為10~20h。
8.根據權利要求1所述的一種將茶渣改性製備水凝膠的方法，其特徵是，步驟(4)中所述洗滌的方法是:用蒸餾水置換洗滌茶渣纖維素膠體中的離子液體。
9.由權利要求1所述的一種將茶渣改性製備水凝膠的方法製得的一種天然茶渣纖維素水凝膠作為藥物釋放載體的應用。
【文檔編號】A61K47/38GK103709256SQ201310706066
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】黃惠華, 厲劍劍, 劉麗斌, 唐展榆, 劉淑敏 申請人:華南理工大學