CN103012403B - 茶叶综合利用深加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于茶叶深加工技术领域，涉及一种茶叶综合利用深加工方法。本发明要解决的技术问题是提供一种茶叶综合利用深加工方法。本发明的技术方案是茶叶综合深加工利用方法，包括如下步骤：（1）超临界CO2萃取；（2）膜过滤；（3）柱层析；（4）高速逆流分离。本发明方法能通过一个工艺流程同时实现对茶叶中多种成分（天然香精、茶多糖、茶色素、生物碱、茶多酚、儿茶素、咖啡碱等）进行提取，大大提高了茶叶深加工的综合利用率。

Description

茶叶综合利用深加工方法
技术领域
本发明属于茶叶深加工技术领域，涉及一种茶叶综合利用深加工方法。 
背景技术
近年来，我国茶叶深加工产业迅速发展，预计到2020年将有超过50％茶叶作为原料通过深加工应用于食品、医药和保健品等行业。但由于我国茶叶深加工产业起步晚，深加工技术落后，主要是粗放式增长，目前面临3个主要技术瓶颈：①茶叶天然提取物达不到食品、医药、保健品等行业的环保及卫生质量安全要求；②茶叶深加工原料综合利用率低；③茶叶天然产物附加值低。技术创新升级将是我国茶叶深加工产业发展的必然趋势和出路。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种绿色环保的茶叶综合利用深加工方法。 
本发明的技术方案是茶叶综合利用深加工方法，包括如下步骤： 
（1）超临界CO2萃取：将茶叶进行静态萃取，即得到茶叶天然香精； 
（2）膜过滤：将经超临界CO2萃取的原料经沸水浸提，粗滤（去除茶渣），膜过滤，浓缩干燥截流液即得茶多糖； 
（3）柱层析：膜过滤透过液浓缩后上样到层析柱，填料选用交联葡聚糖琼脂糖凝胶（Cross-linked agarose and dextran）或葡聚糖凝胶LH-20（Sephadex LH-20），洗脱液流速0.5~2BV/h，先用蒸馏水洗脱，依次收集0.4～0.7BV的洗脱液得到茶色素，收集0.8～2BV的洗脱液得到生物碱；再用50~60%乙醇溶液反向洗脱，收集洗脱液经浓缩干燥得茶多酚； 
（4）高速逆流分离：将经层析收集的生物碱和茶多酚分别用高速逆流分离，溶剂体系为正己烷︰乙酸乙酯︰甲醇︰水＝1︰15︰1︰15，转速700~900r/min，流速1~3mL/min，收集目标产物，得到咖啡碱、儿茶素EGCG、儿茶素GCG和儿茶素ECG。 
进一步的，步骤（1）中静态萃取装料80～100g/L，萃取压力4000~5000psi，萃取温度40~50℃，萃取30～40min，静态萃取2～3次，分离温度为70~80℃。 
优选的，步骤（1）中装料100g/L，萃取压力5000psi（psi是压力单位，磅/平方英寸），萃取温度45℃，静态萃取3次，每次萃取时间40min，分离温度为75℃。 
进一步的，由于大量研究表明茶多糖具有较强生理活性的组分，相对分子量集中在40000-100000之间，因此，步骤（2）中膜过滤的膜孔径选择MWCO（截留分子量）30000，操作压力0.2～0.4MPa，温度37～42℃。 
综合考虑能耗和分离结果，优选的，步骤（2）中膜过滤的压力0.3MPa，温度40℃。 
具体的，步骤（2）中原料液经浸提后粗滤得到的滤液浓缩至原体积的一半时，加入等原体积一半的水，浓缩两次，待最终浓缩至原体积一半时，结束膜过滤。通过这样两次加水浓缩，可以使目标产物的分离更彻底。 
进一步的，步骤（3）中流速为1BV/h，乙醇浓度为60%。 
进一步的，步骤（4）中转速800r/min，流速2mL/min。 
优选的，步骤（2）、（3）、（4）中得到的产品浓缩后，进行真空冷冻干燥，以保证产品功能活性。 
本发明的有益效果： 
本发明创造性的首次将超临界CO2萃取、膜过滤分离、柱层析分离纯化、高速逆流分离纯化多种技术有机结合作为一个整体同时应用于茶叶精深加工综合利用。一个流程能同时实现对茶叶中多种活性成分（天然香精、茶多糖、茶色素、生物碱、茶多酚、儿茶素、咖啡碱等）进行分离提取，显著提高了茶叶综合利用效益，且保证了所提取的各生化成分的得率及纯度。本发明方法绿色环保高效，不使用任何有毒有害试剂，保证了产品环保卫生质量安全，大大提高了产品附加值。此外，也可以根据具体需求和用途确定活性成分的分离程度（大类物质或者单体标准物质）。本发明为茶叶的深加工和综合利用提供了一种新的选择，具有很好的应用前景。 
本发明方法提取的茶叶香精萃取率可达到0.56%以上，产品为粉末状，由二甲基硫醚为特征香气成分以及50多种醇、酮、醛、醚和酯类等香气成分组成。茶多糖得率大于5.2%，纯度达36.7%（市场上销售的茶多糖纯度较低一般在20~30%）。所得茶色素经分析发现，其中主要含有一些多酚氧化物以及黄酮苷类混合物，作为天然色素利用。生物碱的得率可达到2.8%以上，且只含可可碱和咖啡碱，其中咖啡碱含量达93%，产品回收率98%以上。茶多酚产品纯度高达98%，富含儿茶素90%以上，不含咖啡碱，产品得率8%左右，回收率85%以上。对生物碱和茶多酚进一步分离，可得到咖啡碱和三种儿茶素EGCG、GCG和ECG，经HPLC检测，纯度都在98%以上。 
附图说明
图1、本发明方法工艺流程图 
具体实施方式
本发明的技术方案是茶叶综合利用深加工方法，包括如下步骤： 
（1）超临界CO2萃取：将茶叶进行静态萃取，即得到茶叶天然香精； 
（2）膜过滤：将经超临界CO2萃取的原料经沸水浸提，粗滤（去除茶渣），膜过滤，浓缩干燥截流液即得茶多糖； 
（3）柱层析：膜过滤透过液浓缩后上样到层析柱，填料选用交联葡聚糖琼脂糖凝胶（Cross-linked agarose and dextran）或葡聚糖凝胶LH-20（Sephadex LH-20），洗脱液流速0.5~2BV/h，先用蒸馏水洗脱，依次收集0.4～0.7BV的洗脱液得到茶色素，收集0.8～2BV的洗脱液得到生物碱；再用50~60%乙醇溶液反向洗脱，收集茶多酚； 
（4）高速逆流分离：将经层析收集的生物碱和茶多酚分别进行高速逆流分离，溶剂体系为正己烷︰乙酸乙酯︰甲醇︰水＝1︰15︰1︰15，转速700~900r/min，流速1~3mL/min，收集目标产物，得到咖啡碱、儿茶素EGCG、儿茶素GCG和儿茶素ECG。 
进一步的，步骤（1）中静态萃取装料80～100g/L，萃取压力4000~5000psi，萃取温度40~50℃，静态萃取30～40min，静态萃取2～3次，分离温度为70~80℃。 
优选的，步骤（1）中装料100g/L，萃取压力5000psi，萃取温度45℃，静态萃取3次，每次萃取时间40min，分离温度为75℃。 
进一步的，由于大量研究表明茶多糖具有较强生理活性的组分，相对分子量集中在40000~100000之间，因此，步骤（2）中膜过滤的膜孔径选择MWCO30000，操作压力0.2～0.4MPa，温度37～42℃。 
综合考虑能耗和分离结果，优选的，步骤（2）中膜过滤的压力0.3MPa，温度40℃。 
具体的，步骤（2）中原料液经浸提后粗滤得到的滤液浓缩至原体积的一半时，加入等原体积一半的水，浓缩两次，待最终浓缩至原体积一半时，结束膜过滤。通过这样两次加水浓缩，可以使目标产物的分离更彻底。 
进一步的，步骤（3）中流速为1BV/h，乙醇浓度为60%。 
进一步的，步骤（4）中转速800r/min，流速2mL/min。 
优选的，步骤（2）、（3）、（4）中得到的产品浓缩后，进行真空冷冻干燥，以保证产品功能活性。 
本发明方法的流程是发明人经多次试验所得，采用这样的流程操作最为简单，且节省成本，提取的生化成分最多。每一生化成分尽量在一次操作中获得，无需重复多次提取分离，且所得的各成分的纯度和得率都能达到最佳。 
本发明工艺流程首先利用超临界CO2萃取技术可萃取非极性天然产物的特性，专一性的萃取制备茶叶天然香精，同时又能很好的保留原料中的极性生化成分，便于后续的深加工利用。萃取后的原料经沸水浸提后，利用对茶叶生化成分基本无损的膜过滤分离制备技术，通过选择合适的膜孔径浓缩浸提液得茶多糖，而茶叶中90%以上的生化成分因分子量不足1000通过膜进入透过液，不影响后续的加工利用。透过液经过柱层析可以利用生化成分的物化特性将其分离制备得到生化功能相近的产品。最后可以根据实际需要，利用高速逆流色谱使用 费用低、消耗低、分离纯度高的优势，通过溶剂体系筛选和技术优化，进一步将柱层析得到的产品分离纯化得纯度较高的生化标准品。 
在确定了工艺流程后，发明人还进一步的对超临界CO2萃取、膜过滤分离、柱层析分离纯化、高速逆流分离中的操作参数进行了优化，以确保在每一操作中将目的产物分离提取完备，保证目的产品纯度和提取率，同时也不影响对后续目标产物的分离提取。 
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。 
实施例1采用本发明方法对茶叶综合利用深加工 
（1）超临界CO2萃取：装料80g/L，萃取压力5000psi，萃取温度45℃，萃取3次，每次萃取时间40min，分离温度为75℃，分离收集即得到茶叶天然香精； 
（2）膜过滤：将经超临界CO2萃取的原料经沸水浸提，粗滤去除茶渣，滤液经膜过滤，膜孔径选择MWCO30000，操作压力0.3MPa，温度40℃，浓缩干燥截流液即得茶多糖； 
（3）柱层析：膜过滤透过液浓缩后上样到层析柱，填料选用Cross-linked agarose and dextran，洗脱液流速1BV/h，先用蒸馏水洗脱，分离分别依次洗脱得到茶色素和生物碱；再用50%乙醇溶液反向洗脱，收集茶多酚；收集产品浓缩干燥后得相应的产品。 
（4）高速逆流分离：将经层析收集的生物碱和茶多酚进行高速逆流分离，溶剂体系为正己烷︰乙酸乙酯︰甲醇︰水＝1︰15︰1︰15，转速900r/min，流速2mL/min，收集目标产物，浓缩后干燥得到咖啡碱、儿茶素EGCG、儿茶素GCG和儿茶素ECG。 
经定量分析检测：本发明方法茶叶香精萃取率0.65%，产品为粉末状，由二甲基硫醚为特征香气成分以及50多种醇、酮、醛、醚和酯类等香气成分组成。茶多糖得率5.21%，纯度达36.72%。所得茶色素经分析发现，其中主要含有一些多酚氧化物以及黄酮苷类混合物，作为天然色素利用。生物碱的得率2.83%，其中咖啡碱含量93.10%以上。茶多酚产品纯度高达98.04%，富含儿茶素90.16%以上，不含咖啡碱，产品得率7.38%左右。对生物碱和茶多酚的进一步分离，得到咖啡碱与三种儿茶素EGCG、GCG和ECG的纯度分别为98.35%、99.23%、98.61%、99.07%。 
实施例2采用本发明方法对茶叶综合利用深加工 
（1）超临界CO2萃取：装料100g/L，萃取压力4500psi，萃取温度50℃，萃取2次，每次萃取时间40min，分离温度为70℃，分离收集即得到茶叶天然香精； 
（2）膜过滤：将经超临界CO2萃取的原料经沸水浸提，粗滤去除茶渣，滤液经膜过滤，膜孔径选择MWCO30000，操作压力0.4MPa，温度45℃，浓缩干燥截流液即得茶多糖； 
（3）柱层析：膜过滤透过液浓缩后上样到层析柱，填料选用Sephadex LH-20，洗脱液流 速1BV/h，先用蒸馏水洗脱，分离分别依次洗脱得到茶色素和生物碱；再用60%乙醇溶液反向洗脱，收集茶多酚；收集产品浓缩干燥后得相应的产品。 
（4）高速逆流分离：将经层析收集的生物碱和茶多酚进行高速逆流分离，溶剂体系为正己烷︰乙酸乙酯︰甲醇︰水＝1︰15︰1︰15，转速900r/min，流速1mL/min，收集目标产物，浓缩后干燥得到咖啡碱、儿茶素EGCG、儿茶素GCG和儿茶素ECG。 
经定量分析检测：本发明方法茶叶香精萃取率0.56%，产品为粉末状，由二甲基硫醚为特征香气成分以及50多种醇、酮、醛、醚和酯类等香气成分组成。茶多糖得率5.78%，纯度达37.42%。所得茶色素经分析发现，其中主要含有一些多酚氧化物以及黄酮苷类混合物，作为天然色素利用。生物碱的得率2.92%，其中咖啡碱含量92.74%以上。茶多酚产品纯度高达98.25%，富含儿茶素91.67%以上，不含咖啡碱，产品得率7.06%左右。对生物碱和茶多酚的进一步分离，得到咖啡碱与三种儿茶素EGCG、GCG和ECG的纯度分别为98.08%、99.09%、98.84%、98.68%。 

Claims (13)

1.茶叶综合利用深加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)超临界CO2萃取：将茶叶进行静态萃取，即得到茶叶天然香精；
(2)膜过滤：将经超临界CO2萃取的原料经沸水浸提，粗滤去除茶渣，原料液膜过滤，浓缩干燥截流液即得茶多糖；
(3)柱层析：膜过滤透过液浓缩后上样到层析柱，填料选用交联葡聚糖琼脂糖凝胶或葡聚糖凝胶LH-20，洗脱液流速0.5～2BV/h，先用蒸馏水洗脱，依次收集0.4～0.7BV的洗脱液得到茶色素，收集0.8～2BV的洗脱液得到生物碱；再用50～60％乙醇溶液反向洗脱，收集茶多酚；
(4)高速逆流分离：将经层析收集的生物碱和茶多酚分别进行高速逆流分离，溶剂体系为正己烷︰乙酸乙酯︰甲醇︰水＝1︰15︰1︰15，转速700～900r/min，流速1～3mL/min，收集目标产物，分别得到咖啡碱、儿茶素EGCG、儿茶素GCG和儿茶素ECG。
2.如权利要求1所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(2)中膜过滤的膜孔径选择截留分子量30000，压力0.2～0.4MPa，温度37～42℃。
3.如权利要求2所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(2)中膜过滤的压力0.3MPa，温度40℃。
4.如权利要求1所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(1)中静态萃取装料80～100g/L，萃取压力4000～5000psi，萃取温度40～50℃，静态萃取30～40min，静态萃取2～3次，分离温度为70～80℃。
5.如权利要求4所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(2)中膜过滤的膜孔径选择截留分子量30000，压力0.2～0.4MPa，温度37～42℃。
6.如权利要求5所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(2)中膜过滤的压力0.3MPa，温度40℃。
7.如权利要求4所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(1)中静态萃取装料100g/L，萃取压力5000psi，萃取温度45℃，萃取3次，每次萃取时间40min，分离温度为75℃。
8.如权利要求7所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(2)中膜过滤的膜孔径选择截留分子量30000，压力0.2～0.4MPa，温度37～42℃。
9.如权利要求8所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(2)中膜过滤的压力0.3MPa，温度40℃。
10.如权利要求1所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(2)中原料液经浸提后粗滤得到的滤液浓缩至原体积的一半时，加入等原体积一半的水，浓缩两次，待最终浓缩至原体积一半时，结束膜过滤。
11.如权利要求1所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(3)中洗脱液流速为1BV/h，乙醇浓度为60％。
12.如权利要求1所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(4)中转速800r/min，流速2mL/min。
13.如权利要求1～12任一项所述的茶叶综合利用深加工方法，其特征在于：步骤(2)、(3)、(4)中得到的产品进行浓缩，真空冷冻干燥。
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