CN102057994B - 一种茶渣的资源化利用方法 - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明涉及一种茶渣的利用方法，属植物提取与加工方法。本发明的技术要点在于：将茶渣用水进行浸提之后，将浸提液通入陶瓷膜分离器，浸提液中的大颗粒茶渣被截留并浓缩，浓缩液进行板框过滤和气流式喷雾器干燥，粉碎后制成超细茶粉；将陶瓷膜工序渗透液通入有机/无机复合膜分离器，渗透液中的茶叶有机活性化合物透过有机/无机复合膜成为茶叶芳香物质；板框压滤液和有机/无机复合膜的截留液则返回到浸提工艺，作为浸提用水。该方法可以将茶渣中的芳香物质分离提纯出来，而制成的超细茶粉颗粒可以作为多孔吸附剂使用，不仅解决了环境污染问题，而且极大的提高了废弃茶渣的经济价值；整个工艺实现了水的循环使用，符合循环经济的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种茶渣的利用方法，具体涉及采用陶瓷滤膜与有机/无机复合渗透汽化膜组合工艺实现茶渣残余有机芳香物质提取、茶粉利用并实现水循环利用的速溶茶粉制备所产生的茶渣的资源化利用方法，属于植物提取与加工领域。
背景技术
茶叶全身都是宝。茶能清热解毒，有提高人体免疫力之功效。现代生物化学和医学研究证明，在茶叶的化学成分中，有机化合物约有450种以上，无机矿物营养元素不少于15种，由此可见，茶叶对人体既有营养价值，又有药理作用，与人们的身体健康息息相关。绿茶还具有防龋齿、杀菌、抗病毒、抗过敏、防辐射、保护肝脏、抗气喘、消臭解毒等功效。按科研部门取样分析和企业测算，提取茶粉后的茶渣中含有的各种对人体有效成分仍保持在25%以上。目前茶渣的处理方法大多是自然堆放、填埋被丢弃、或作为饲料及饲料添加剂。然而大量的茶渣经过日晒雨淋，大量的茶叶废水流向周围的农田和河流，会产生臭气，严重污染了周围的生态环境。
芳香物质是决定茶饮料品质的重要因素之一。芳香物质是指茶叶中含有的醇类、酚类、醛类、酮类、酸类、酯类、含氮化合物等多类芳香物质，它们共同影响着茶香，进而影响着茶饮料的口感。研究发现，茶叶中含有较多的营养成分和药用成分，而传统的泡茶饮用的方法，使饮用者吸收的营养成分和药用成分仅占茶叶的一部分，因此在废弃的茶渣中，仍然残留较多的芳香物质成分。经过提取的茶渣仍残留1%～2%的茶多酚，0.1%～0.3%的咖啡碱，17%～19%的粗蛋白，16%～18%的粗纤维，其残留的氨基酸中，赖氨酸和蛋氨酸的组份含量则分别为1.5%～2%和0.5%～0.7%，因此茶渣有较高的潜在利用价值。
现有技术对茶渣的利用方法主要是从茶渣中提取含量较多、经济价值高的单组分物质的方法，例如碱法提取蛋白、乙醇热提法提取黄酮、溶剂萃取法和离子沉淀法相结合提取茶多酚等。上述提取过程中，由于使用热法或溶剂萃取，会造成芳香物质成分的大量流失；大量使用萃取剂，成本也较高；加之后续的产品分离能耗较高。
虽然陶瓷膜过滤技术已应用于茶渣浸提液中的蛋白质、多糖、果胶、微生物等大分子物质的分离，然后对渗透液等进行醇沉、萃取、离心分离等工艺后，分离出活性成分。然而，陶瓷膜工艺虽然缩短了传统工艺流程，但是后续步骤和传统工艺一样，并且最后提取的仍是单一物质，大部分活性物质仍旧流失；浓缩后的料液没有给出有效的处理方法；整个过程的容积使用量仍然很大，污染也相对严重。因此，实现茶渣的清洁资源化利用，既可以解决其环境问题，又可以增加经济效益。
发明内容
本发明的技术目的在于克服现有技术中茶渣的利用方法中萃取剂使用量大，能耗高，环境污染严重，以及利用效率低，利用度不高等技术问题，提供一种茶渣的资源再利用的方法。
为了实现本发明的技术目的，本发明的技术方案为：
一种茶渣的利用方法，其具体步骤如下：
a）将茶渣放入水中进行浸提；
b）浸提液泵入陶瓷膜分离器进行过滤，得到的渗透液送入有机/无机复合膜过滤器，收集后得到茶叶芳香物质；有机/无机复合膜的截留液返回步骤a）作为浸提用水使用；
c） 将陶瓷膜过滤后浓缩得到的浸提液送到板框压滤机进行固液分离；
d） 将板框过滤的滤饼通过气流式喷雾器干燥、粉碎后制得超细颗粒状的茶粉；板框过滤的液体则返回步骤a）作为浸提用水使用。
其中，所述的茶渣是指茶饮料生产中产生的固体废弃物；如有大颗粒的茶渣，则通过沉降或粗过滤除去，并在步骤a）之前进行机械粉碎制成粉末状。
其中，所述的步骤a）的浸提条件为：温度50～100℃，浸提时间15～100分钟。
其中，步骤b）所述的陶瓷膜分离器的膜孔径为0.01～1 μm；陶瓷材料为氧化铝、氧化锆或氧化钛中的一种或者几种。
其中，所述的步骤b）的陶瓷膜过滤条件为：温度10～70℃，压力0.5～4×105 Pa，膜面流速1～5 m/s。
其中，所述步骤b）的有机/无机复合膜过滤条件为：温度5～60℃，压力60～8000 Pa。
其中，所述步骤b）的有机/无机复合膜是指在陶瓷撑体上复合有机膜层制备而成；其中，陶瓷材料为氧化铝、氧化锆或氧化钛中的一种或者几种；有机材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基辛基硅氧烷(POMS)、聚醚共聚乙酰胺(PEBA)、乙酸甲酯、或甲基叔丁基醚(MTBE)。
本发明的有益效果在于：
1、 采用陶瓷膜分离和有机/无机复合膜分离组合工艺进行茶渣的资源化回收利用，既可以回收茶渣中残余的有机活性成分，也可以将截留的固体物质加工成超细茶粉，极大的增加了茶渣的经济价值；
2、与传统的有机溶剂萃取、离心分离、蒸发溶剂等方法相比，本发明的组合工艺不需要添加任何药剂，既降低了成本也缩短了分离工序，减轻了环境压力，且膜分离工艺过程不需要加热处理，能耗降低；
3、膜分离效果显著，陶瓷膜分离过程可以将所有的固体颗粒截留富集，板框压滤后不排放固体废弃物；有机/无机复合膜分离工艺实现茶渣中芳香物质的收率和纯度大大高于常规工艺；
4、整个流程实现水资源的循环利用，不向外排放废液；
5、本发明属于新型的膜分离耦合技术，不需要特别的加热设备，能耗低，工艺流程短，操作条件容易控制。
附图说明
图1为本发明所述的茶渣的利用方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明，但不限制本发明的保护范围。
实施例1
将通过机械粉碎制成粉末状的茶渣与水按照质量比1:20进行配置，50℃下浸提100分钟，将浸提液使用10 nm氧化铝陶瓷滤膜过滤，控制操作条件温度10℃，压力4×105 Pa，膜面流速5 m/s，稳定通量维持在60 L/(m2·h)，将截留液浓缩80倍后放入300目滤布的板框压滤机中压滤，其中滤饼通过气流式喷雾器干燥后制得茶粉，压滤液返回浸提工序循环使用，陶瓷膜过滤渗透清液中不含有固体颗粒，使用PDMS/氧化铝陶瓷复合膜进行分离，操作条件为温度20℃，压力1300 Pa，芳香物质渗透率为2.3×10-3 Kg/m-2·h，采用气相色谱测得芳香物质的收率高于95%，而常规工艺收率不超过80%。
实施例2
将通过机械粉碎制成粉末状的茶渣与水按照质量比1:20进行配置，50℃下浸提60分钟，将浸提液使用20 nm氧化锆陶瓷膜过滤，控制操作条件温度20℃，压力0.5×105 Pa，膜面流速3 m/s，稳定通量维持在80 L/(m2·h)，将截留液浓缩80倍后放入300目滤布的板框压滤机中压滤，其中滤饼通过气流式喷雾器干燥后制得茶粉，压滤液返回浸提工序循环使用，陶瓷膜过滤渗透清液中不含有固体颗粒，使用POMS/氧化锆陶瓷复合膜进行分离，操作条件为温度5℃，压力60 Pa，芳香物质渗透率为2.5×10-5 Kg/m-2·h，采用气相色谱测得芳香物质的收率高于95%，常规工艺收率不超过80%。
实施例3
将通过机械粉碎制成粉末状的茶渣与水按照质量比1:20进行配置，75℃下浸提75分钟，将浸提液使用50 nm氧化钛陶瓷膜过滤，控制操作条件温度5℃，压力2.4×105 Pa，膜面流速2 m/s，稳定通量维持在78 L/(m2·h)，将截留液浓缩80倍后放入300目滤布的板框压滤机中压滤，其中滤饼通过气流式喷雾器干燥后制得茶粉，压滤液返回浸提工序循环使用，陶瓷膜过滤渗透清液中不含有固体颗粒，使用PEBA/氧化钛陶瓷复合膜进行分离，操作条件为温度40℃，压力3500 Pa，芳香物质渗透率为8.9×10-3 Kg/m-2·h，采用气相色谱测得芳香物质的收率高于95%，常规工艺收率不超过80%。
实施例4
将通过机械粉碎制成粉末状的茶渣与水按照质量比1:20进行配置，100℃下浸提15分钟，将浸提液使用250 nm氧化钛-氧化锆陶瓷膜过滤，控制操作条件温度60℃，压力3×105 Pa，膜面流速1 m/s，稳定通量维持在110 L/(m2·h)，将截留液浓缩80倍后放入300目滤布的板框压滤机中压滤，其中滤饼通过气流式喷雾器干燥后制得茶粉，压滤液返回浸提工序循环使用，陶瓷膜过滤渗透清液中不含有固体颗粒，使用MTBE/氧化钛-氧化钛陶瓷复合膜进行分离，操作条件为温度80℃，压力8000 Pa，芳香物质渗透率为3.3×10-2 Kg/m-2·h，采用气相色谱测得芳香物质的收率高于95%，常规工艺收率不超过80%。
实施例5
将通过机械粉碎制成粉末状的茶渣与水按照质量比1:20进行配置，80℃下浸提65分钟，将浸提液使用1 μm氧化铝-氧化锆-氧化钛陶瓷膜过滤，控制操作条件温度70℃，压力1×105Pa，膜面流速4 m/s，稳定通量维持在97 L/(m2·h)，将截留液浓缩80倍后放入300目滤布的板框压滤机中压滤，其中滤饼通过气流式喷雾器干燥后制得茶粉，压滤液返回浸提工序循环使用，陶瓷膜过滤渗透清液中不含有固体颗粒，使用乙酸甲酯/氧化铝-氧化锆-氧化钛陶瓷复合膜进行分离，操作条件为温度60℃，压力4000 Pa，芳香物质渗透率为1.1×10-2 Kg/m-2·h，采用气相色谱测得芳香物质的收率高于95%，常规工艺收率不超过80%。
Claims (2)
1.一种茶渣的利用方法，其特征在于具体步骤如下：
a）将茶渣放入水中进行浸提，浸提条件为：温度50～100℃，浸提时间15～100分钟；
b）浸提液泵入陶瓷膜分离器进行过滤，得到的渗透液送入有机/无机复合膜过滤器，收集渗透液后得到茶叶芳香物质；有机/无机复合膜的截留液返回步骤a）作为浸提用水使用；
所述的陶瓷膜分离器的陶瓷材料为氧化铝、氧化锆或氧化钛中的一种或者几种；陶瓷膜分离器的滤膜孔径为0.01～1 μm；陶瓷膜过滤条件为：温度10～70℃，压力0.5～4×105 Pa，膜面流速1～5 m/s；
所述的有机/无机复合膜是指在陶瓷撑体上制备的有机/无机复合膜；有机/无机复合膜的陶瓷撑体材料为氧化铝、氧化锆或氧化钛中的一种或者几种；有机/无机复合膜的有机材料为聚二甲基硅氧烷、聚甲基辛基硅氧烷、聚醚共聚乙酰胺、乙酸甲酯、或甲基叔丁基醚；有机/无机复合膜过滤条件为：温度5～60℃，压力60～8000 Pa；
c） 将陶瓷膜过滤后浓缩得到的浸提液送到板框压滤机进行固液分离；
d） 将板框过滤的滤饼通过气流式喷雾器干燥、粉碎后制得超细颗粒状的茶粉；板框过滤的液体则返回步骤a）作为浸提用水使用。
2.根据权利要求1所述的茶渣的利用方法，其特征在于所述的茶渣通过沉降或粗过滤除去大颗粒，在步骤a）之前进行机械粉碎制成粉末状。
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