CN103694727B - 一种从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，包括如下步骤：（1）往速溶茶排渣废弃液中加入抗氧化剂，加热溶解，使有效成分完全溶解，过滤除去杂质，获得经过预处理的排渣废弃液；（2）往经过预处理的排渣废弃液中加入乙醇和乙酸乙酯的混合液，通氧搅拌后静置分层，分离上相为有机相，下相为水相；（3）将步骤（2）得到的有机相进行真空浓缩，再采用中等极性大孔树脂进行富集，收集洗脱液，经浓缩、冷冻干燥即获得茶黄素产品；（4）将步骤（2）得到的水相进行化学转溶氧化，再经过滤、浓缩和干燥，即获得茶褐素产品。本发明既有效解决废水污染问题，同时又生产出高附加值的茶色素产品，实现速溶茶排渣废弃液的变废为宝。

Description

一种从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法

技术领域

本发明涉及一种速溶茶排渣废弃液的综合利用方法，具体涉及一种从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法。

背景技术

    速溶茶是传统茶叶经深加工而形成的一种饮品，以其方便、安全、营养和健康等特点为广大消费者所喜爱。我国是速溶茶生产的大国，就以浙江茗皇天然食品开发有限公司为例，每年要消耗近15000吨的茶叶原料，生产近4000吨的速溶茶。然而，在速溶茶的生产过程中，会产生许多茶渣和离心机所过滤出的排渣废弃液。经测算，一个年产4000吨速溶茶的企业，每天加工50吨茶叶，有近20吨的排渣废弃液，若按全年300天生产，企业将会有6000吨的年排放量。如果不能及时有效地处理，不但浪费了宝贵的潜在资源，而且还要加重企业治污压力，使企业蒙受巨大的经济损失。

从现有的报道中发现，国内外学者对茶渣的废物再利用已开展了许多研究，但是对排渣废弃液的研究鲜有报道。申请人在《中国食品添加剂》 2012年第S1期发表了《速溶茶生产过程中排渣液的再利用研究》，就速溶茶生产过程中被排放掉的排渣液的综合再利用进行了可行性研究，通过转溶、通氧等物理和化学方法，将排渣液制成排渣粉回收利用，检测结果表明，排渣粉的各项理化指标和同批次成品茶粉接近。但是，排渣粉缺少茶香气，带有闷熟味，入口偏苦涩，不鲜爽，无甜醇感，整体汤色发暗，其在香气、滋味和汤色都不及常规的茶粉。而茶色素在香气和滋味则是要求越平淡越佳，故利用排渣废弃液分离色素更为适合。

据试验测定，碟片离心机所过滤排出的排渣废弃液中，其固形物质量分数为1.5~2.5%，主要有茶多酚、咖啡碱、可溶性蛋白质、氨基酸及其络合物。其中茶多酚的质量浓度在4.0~13.0g/L。而茶多酚中儿茶素是天然茶色素形成的前体物。所以，将排渣废弃液经多部工艺处理，氧化聚合成具有高附加值的茶色素，这将是一种“变废为宝”、“降污减排”的有效措施，是企业增加经济效益的良好途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，既有效解决废水污染问题，同时又生产出高附加值的茶色素产品，实现速溶茶排渣废弃液的变废为宝。

本发明目的是通过如下技术方案实现的。

一种从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，具体包括如下步骤：

   （1）排渣废弃液的预处理：往速溶茶排渣废弃液中加入抗氧化剂，加热溶解，过滤除去杂质，获得经过预处理的排渣废弃液；

   （2）有机溶剂萃取：往经过预处理的排渣废弃液中加入乙醇和乙酸乙酯的混合液萃取，通氧搅拌后静置分层，分离上相为有机相，下相为水相；

   （3）将步骤（2）得到的有机相进行真空浓缩，再采用中等极性大孔树脂进行富集，同时能脱除咖啡碱，收集洗脱液，经浓缩、冷冻干燥即获得茶黄素产品；

   （4）将步骤（2）得到的水相进行化学转溶氧化，再经过滤、浓缩和干燥，即可获得茶褐素产品。

    进一步，步骤（1）中所用到的抗氧化剂为食品领域公知常识中常用的水溶性抗氧化剂，优先选用抗坏血酸。抗氧化剂的加入量为：使得排渣废弃液中抗氧化剂质量分数为0.1~0.3%。

    进一步，步骤（1）中，优选将料液温度加热到60~65℃，此时大部分大分子聚合物都能溶解。

    进一步，步骤（2）中所用的乙醇和乙酸乙酯的混合液中，乙醇与乙酸乙酯的体积比为1:3~1:4。

    进一步，步骤（2）中，通氧搅拌时间优选为10~15min。

    进一步，步骤（3）中所述的真空浓缩在55~65℃的温度条件下进行，将有机相体积浓缩至原来的1/8~1/10。

    进一步，步骤（3）中所用的中等极性大孔树脂为HPD-450、AB-8、DAX-8中的一种，优先选用HPD-450。

    进一步，步骤（4）化学转溶氧化具体按照如下操作：将水相泵入转溶罐，采用食用级氢氧化钠调节溶液pH至9.0~9.5，加热至70~90℃，通氧转溶25~30min之后，冷却至45~50℃，采用柠檬酸调节pH至5.5~6.0。

本发明具体推荐所述方法按照如下步骤进行：

   （1）往速溶茶排渣废弃液中加入抗坏血酸，使抗坏血酸质量分数为0.1~0.3%，并将料液温度加热到60~65℃，过滤除去杂质，获得经过预处理的排渣废弃液；

   （2）往经过预处理的排渣废弃液中加入体积比为1:3~1:4的乙醇和乙酸乙酯的混合液，通氧搅拌10~15min，静置分层，分离上相为有机相，下相为水相；

   （3）将步骤（2）得到的有机相进行真空浓缩，温度为55~65℃，将有机相体积浓缩至原来的1/8~1/10，再采用中等极性大孔树脂HPD-450进行富集，收集洗脱液，经浓缩、冷冻干燥即获得茶黄素产品；

   （4）采用食用级氢氧化钠调节步骤（2）获得的水相pH至9.0~9.5，加热至70~90℃，通氧转溶25~30min，之后冷却至45~50℃，采用柠檬酸调节pH至5.5~6.0，再经过滤、浓缩和干燥，即获得茶褐素产品。

本发明中所得产品中茶色素(如茶黄素、茶红素和茶褐素等)的含量采用Roberts法测定，即分光光度比色法。

本发明制得的茶色素产品能用于速溶茶及其他产品的着色，同时兼具有一定的保健作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下几点：

    （a）建立了一条高效、环保的排渣废弃液处理工艺，能有效解决废水污染问题，同时又能生产出高附加值的茶色素产品，做到“变废为宝”，一举多得；

    （b）针对茶褐素和茶黄素的极性和稳定性差异大，且茶黄素在碱性条件下会自动氧化的问题，本发明采用了有机溶剂萃取工艺，将茶黄素保护在有机试剂中，而其他儿茶素则在水相中能继续氧化成茶褐素；

    （c）在有机溶剂萃取工艺中，相对于单纯乙酸乙酯的萃取效果，采用乙醇和乙酸乙酯混合液对茶黄素的萃取效果更佳；

（d）采用中等极性大孔树脂尤其是HPD-450处理，能较好地吸附茶黄素，而对有机溶剂中非极性物质无吸附，故对茶黄素能起到很好的富集作用。

附图说明

    图1为本发明方法的工艺流程图。

具体实施方式

    下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例一：

对阿萨姆红茶排渣废弃液进行综合利用，其固形物质量分数为2.0%，茶多酚质量浓度为8.0g/L。量取1000L的阿萨姆红茶排渣废弃液于调配罐中，加入抗坏血酸使其质量分数为0.3%，充分溶解后用泵输送排渣废弃液过热交换器，使料液温度达到65℃，再经200目筛网过滤，除去杂质，获得排渣废弃液。将排渣废弃液泵入混合罐中，加入等体积的乙醇和乙酸乙酯的混合液（乙醇:乙酸乙酯=1:3），通氧搅拌10min，静置一段时间，待上下相分层后，分别收集上相为有机相，共710L，下相为水相，共1080L。（1）将710L有机相通过低温真空浓缩，浓缩温度为60℃，将其体积缩小至71L，再输送到大孔树脂吸附塔装置（4根大孔树脂吸附柱，均高1.0m，塔径均为100mm，）进行富集，选用经乙醇预处理好（预处理方法：用95%浸泡树脂过夜，然后用去离子水清洗，直至无明显乙醇气味。）的HPD-450树脂填充，控制进大孔树脂的料液流速为4.0BV/h，收集茶黄素洗脱液，之后再次进行浓缩，冷冻干燥，即获得0.26kg茶黄素产品，其中茶黄素含量为19.2%，茶红素含量为1.1%。（2）将1080L水将相溶液泵入转溶罐，采用1mol/L的食用级氢氧化钠调节溶液pH至9.5，加热至90℃，通氧转溶30min，之后，冷却至45℃，采用柠檬酸调节pH至5.5，过滤、浓缩、喷雾干燥，最后获得6.5kg茶褐素产品，其中茶褐素含量为38.5%，茶红素含量为0.9%。

实施例二：

对云南CTC红碎茶排渣废弃液进行综合利用，其固形物质量分数为2.5%，茶多酚质量浓度为13.0g/L。量取1000L的云南CTC红碎茶排渣废弃液于调配罐中，加入抗坏血酸使其质量分数为0.3%，充分溶解后用泵输送排渣废弃液过热交换器，使料液温度达到65℃，再经200目筛网过滤，除去杂质，获得排渣废弃液。将排渣废弃液泵入混合罐中，加入等体积的乙醇和乙酸乙酯的混合液（乙醇:乙酸乙酯=1:3），通氧搅拌10min，静置一段时间，待上下相分层后，分别收集上相为有机相，共720L，下相为水相，共1100L。（1）将720L有机相通过低温真空浓缩，浓缩温度为65℃，体积缩小至72L，再输送到大孔树脂吸附塔装置进行富集，选用经乙醇预处理好的HPD-450树脂填充，控制进大孔树脂的料液流速为4.0BV/h，收集茶黄素洗脱液，之后再次进行浓缩，冷冻干燥，即获得0.40kg茶黄素产品，其中茶黄素含量为27.4%，茶红素含量为1.6%。（2）将1100L水将相溶液泵入转溶罐，采用1mol/L的食用级氢氧化钠调节溶液pH至9.5，加热至90℃，通氧转溶30min，之后，冷却至50℃，采用柠檬酸调节pH至6.0，过滤、浓缩、喷雾干燥，最后获得8.4kg茶褐素产品，其中茶褐素含量为48.9%，茶红素含量为1.1%。

对比实施例：

对云南CTC红碎茶排渣废弃液进行综合利用，其固形物质量分数为2.5%，茶多酚质量浓度为13.0g/L。量取1000L的红茶排渣废弃液于调配罐中，加入抗坏血酸使其质量分数为0.3%，充分溶解后用泵输送排渣废弃液过热交换器，使料液温度达到65℃，再经200目筛网过滤，除去杂质，获得排渣废弃液。将排渣废弃液泵入混合罐中，加入等体积的乙酸乙酯，通氧搅拌10min，静置一段时间，待上下相分层后，分别收集上相为有机相，共650L，下相为水相，共1200L。（1）将650L有机相通过低温真空浓缩，浓缩温度为60℃，体积缩小至65L，再输送到大孔树脂吸附塔装置进行富集，选用经乙醇预处理好的HPD-450树脂填充，控制进大孔树脂的料液流速为4.0BV/h，收集茶黄素洗脱液，之后再次进行浓缩，冷冻干燥，即获得0.26kg茶黄素产品，其中茶黄素含量为24.1%，茶红素含量为1.2%。（2）将1200L水将相溶液泵入转溶罐，采用1mol/L的食用级氢氧化钠调节溶液pH至9.5，加热至90℃，通氧转溶30min，之后，冷却至50℃，采用柠檬酸调节pH至6.0，过滤、浓缩、喷雾干燥，最后获得8.5kg茶褐素产品，其中茶褐素含量为47.7%，茶红素含量为1.0%。与实施例二比较可见，在茶黄素产品总得率和茶黄素含量方面，仅乙酸乙酯萃取的效果要低于乙醇-乙酸乙酯混合液的萃取效果。

实施例三：

对云南红茶排渣废弃液进行综合利用，其固形物质量分数为1.5%，茶多酚质量浓度为5.7g/L。量取1000L的红茶排渣废弃液于调配罐中，加入抗坏血酸使其质量分数为0.2%，充分溶解后用泵输送排渣废弃液过热交换器，使料液温度达到60℃，再经200目筛网过滤，除去杂质，获得排渣废弃液。将排渣废弃液泵入混合罐中，加入等体积的乙醇和乙酸乙酯的混合液（乙醇:乙酸乙酯=1:4），通氧搅拌10min，静置一段时间，待上下相分层后，分别收集上相为有机相，共730L，下相为水相，共1150L。（1）将730L有机相通过低温真空浓缩，浓缩温度为60℃，体积缩小至73L，再输送到大孔树脂吸附塔装置进行富集，选用经乙醇预处理好的HPD-450树脂填充，控制进大孔树脂的料液流速为4.0BV/h，收集茶黄素洗脱液，之后再次进行浓缩，冷冻干燥，即获得0.23kg茶黄素产品，其中茶黄素含量为21.6%，茶红素含量为1.0%。（2）将1150L水将相溶液泵入转溶罐，采用1mol/L的食用级氢氧化钠调节溶液pH至9.5，加热至90℃，通氧转溶30min，之后，冷却至50℃，采用柠檬酸调节pH至6.0，过滤、浓缩和喷雾干燥均采用公知常识中方法。最后，获得5.3kg茶褐素产品，其中茶褐素含量为42.2%，茶红素含量为0.8%。

Claims (6)

1.一种从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，具体包括如下步骤：

   （1）往速溶茶排渣废弃液中加入抗氧化剂，加热溶解，过滤除去杂质，获得经过预处理的排渣废弃液；所述的抗氧化剂为抗坏血酸；

   （2）往经过预处理的排渣废弃液中加入乙醇和乙酸乙酯的混合液萃取，通氧搅拌后静置分层，分离上相为有机相，下相为水相；所用的乙醇和乙酸乙酯的混合液中，乙醇与乙酸乙酯的体积比为1:3~1:4；

   （3）将步骤（2）得到的有机相进行真空浓缩，再采用中等极性大孔树脂进行富集，收集洗脱液，经浓缩、冷冻干燥即获得茶黄素产品；所用的中等极性大孔树脂为HPD-450；

   （4）将步骤（2）得到的水相进行化学转溶氧化，所述的化学转溶氧化具体按照如下操作：采用食用氢氧化钠调节水相pH至9.0~9.5，加热至70~90℃，通氧转溶25~30min，之后，冷却至45~50℃，采用柠檬酸调节pH至5.5~6.0；再经过滤、浓缩和干燥，即获得茶褐素产品。

2.如权利要求1所述的从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，其特征在于：抗氧化剂的加入量为：使得排渣废弃液中抗氧化剂质量分数为0.1~0.3%。

3.如权利要求1或2所述的从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，其特征在于：步骤（1）中，将料液温度加热到60~65℃溶解。

4.如权利要求3所述的从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，其特征在于：通氧搅拌时间为10~15min。

5.如权利要求1或2所述的从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的真空浓缩在55~65℃的温度条件下进行，将有机相体积浓缩至原来的1/8~1/10。

6.如权利要求1所述的从速溶茶排渣废弃液中分离茶色素的方法，其特征在于所述方法按照如下步骤进行：

   （1）往速溶茶排渣废弃液中加入抗坏血酸，使抗坏血酸质量分数为0.1~0.3%，并使料液温度达到60~65℃，过滤除去杂质，获得经过预处理的排渣废弃液；

   （2）往经过预处理的排渣废弃液中加入体积比为1:3~1:4的乙醇和乙酸乙酯的混合液，通氧搅拌10~15min，静置分层，分离上相为有机相，下相为水相；

   （3）将步骤（2）得到的有机相进行真空浓缩，温度为55~65℃，将有机相体积浓缩至原来的1/8~1/10，再采用中等极性大孔树脂HPD-450进行富集，收集洗脱液，经浓缩、冷冻干燥即获得茶黄素产品；

   （4）采用食用级氢氧化钠调节步骤（2）获得的水相pH至9.0~9.5，加热至70~90℃，通氧转溶25~30min，之后冷却至45~50℃，采用柠檬酸调节pH至5.5~6.0，再经过滤、浓缩和干燥，即获得茶褐素产品。