CN108992541A - 一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂及提取工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂及提取工艺，涉及茶多酚提取技术领域，其中，低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和柠檬酸按照摩尔比为(4‑6):(1.5‑2.5):(0.1‑0.3)的比例混合制成；茶多酚的提取步骤如下：(1)茶籽粕前处理、(2)DSE水溶液的制备、(3)茶多酚粗提、(4)茶多酚精提、(5)浓缩、(6)干燥；本发明采用低共熔溶剂作为提取剂与茶多酚的提取工艺相结合，不仅提高了茶多酚的提取效率，提高原料的利用率，降低了茶多酚生产成本，也有利于茶多酚后续的提纯工艺；本工艺的采用，使得规模化提取茶多酚更容易实现，将有效提高副产品加工效益，解决茶油副产品开发方面的技术瓶颈难题。
Description
【技术领域】
本发明涉及茶多酚提取技术领域，具体涉及一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂及提取工艺。
【背景技术】
茶籽粕(By-products of tea seed)：是茶籽经过加工提油后余下的主要副产品。油茶籽粕一直用于肥田或被丢弃，造成了资源的极大浪费。近年来，随着科技的进步，可以从油茶籽粕中提取各种活性成分，并将各种活性成分开发为高附加值产品。
茶多酚(Tea polyphenol)：茶多酚又名茶单宁、茶鞣质，是山茶科植物中多羟基酚类化合物的总称。茶多酚以儿茶素类为主体，还有黄烷醇类、黄烷酮类、酚酸类和花色苷及其苷元，儿茶素类化合物约占茶多酚总量的65-80％。茶多酚具有抗肿瘤、抗氧化、抗动脉硬化、防治冠心病和中风和抗菌等等，还在食品、医药、化妆品、日用化学品和保健品等方面具有利用潜力。目前，多酚的提取工艺主要有有机溶剂萃取法、离子沉淀提取法、吸附分离提取法等。
低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents)：由英国莱斯特大学Abbott等人于2003年首次报道。它是指由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键给体(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)组合而成的两组分或三组分低共熔混合物，其凝固点显著低于各个组分纯物质的熔点。这种溶剂无毒性，可生物降解，且合成过程原子利用率达100％，是一种新型的绿色溶剂。低共熔溶剂的物理化学性质与离子液体极其相似，所以也有人把它归为一类新型离子液体或离子液体类似物。目前，低共熔溶剂主要应用于生物活性成分萃取(如蛋白质、核酸、酚类、卡拉胶、金属离子等)和萃取精馏(如芳烃与非芳烃分离、醇水分离、醇酯分离等)2个方面。
本发明旨在提供一种操作简单、提取彻底、环境友好的提取茶籽粕中茶多酚的工艺方法。目前国内外尚未发现采用低共熔溶剂提取茶籽粕中茶多酚物质的相关报道。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂及提取工艺，本发明采用低共熔溶剂作为提取剂与茶多酚的提取工艺相结合，不仅提高了茶多酚的提取效率，提高原料的利用率，降低了茶多酚生产成本，也有利于茶多酚后续的提纯工艺；本工艺的采用，使得规模化提取茶多酚更容易实现，将有效提高副产品加工效益，解决茶油副产品开发方面的技术瓶颈难题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂，所述低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和柠檬酸按照摩尔比为(4-6):(1.5-2.5):(0.1-0.3)的比例混合制成。
本发明中，进一步地，所述组成低共熔溶剂的原料中，甘油的纯度≥99％，脯氨酸的纯度≥99％，柠檬酸的纯度≥99％。
本发明中，进一步地所述低共熔溶剂通过以下方法得到：按摩尔比将甘油、脯氨酸和柠檬酸混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3400-3600rpm的转速下离心8-12min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻22-26h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶多酚提取剂DES溶剂备用。
本发明中，进一步地，所述低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和柠檬酸按照摩尔比为5:2:0.2的比例混合制成。
本发明还提供一种茶籽粕中茶多酚的提取工艺，是采用上述低共熔溶剂进行茶多酚的提取，具体工艺如下：
(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于55-65℃的热风箱中干燥11-13h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集60-100目的茶籽粕粉末；
(2)DSE水溶液的制备：将茶多酚提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为(7-8):3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；
(3)茶多酚粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:15-16的比例充分混合均匀，将混合物于55-65℃下超声提取35-45min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶多酚粗提物备用；
(4)茶多酚精提：具体工艺参数为采用HPD-600大孔树脂层析柱法分离提纯茶多酚粗提物，具体是将HPD-600大孔树脂湿法装入层析柱中，取茶多酚粗提取物，用恒流泵以35-45rpm恒流上样，进行动态吸附，吸附条件为上柱液pH值为4.8-5.2、上样浓度为0.2-0.3mg/mL、上柱液流速为0.8mL/min，静止57-62min后，经流速为0.8-1.0mL/min的88-90％乙醇溶液进行洗脱，得到茶多酚精提液；
(5)浓缩：将步骤(4)所得茶多酚精提液抽真空，于35-45℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶多酚精提浓缩物；
(6)干燥：将步骤(5)所得茶多酚精提浓缩物放于47-52℃的真空干燥箱中干燥18-22h，制得淡黄至茶褐色粉末，即为茶多酚产品。
本发明中，进一步地，所述步骤(3)中的超声功率为420-470W。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明与传统的茶多酚提取方法相比，先进行低共熔溶剂的制备，然后再对茶籽粕中的茶多酚进行粗提和精制，从而得到高纯度的茶多酚产品；采用低共熔溶剂作为提取剂与茶多酚的提取工艺相结合，不仅提高了茶多酚的提取效率，提高原料的利用率，降低了茶多酚生产成本，也有利于茶多酚后续的提纯工艺；本工艺的采用，使得规模化提取茶多酚更容易实现，将有效提高副产品加工效益，解决茶油副产品开发方面的技术瓶颈难题。
2.本发明提供的用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂是由甘油、脯氨酸和柠檬酸按照摩尔比混合得到，该低共熔溶剂具有脯氨酸(如稳定性强、活性强、立体专一性好、环境友好)的诸多优势的同时，还具有低熔点、低挥发度和高热稳定性的特点，且该提取剂绿色安全、可循环利用，反应条件温和、易于操作，提取高效、便于分离。
3.本发明组成低共熔溶剂的原料中，甘油可用作润滑剂、化妆品配制、食品添加剂等，柠檬酸、脯氨酸等配位剂可分别作为食品添加剂和氨基酸类药使用，甘油价格低廉，仅为1.50—15.0RMB/kg，使用时只需将一定比例的甘油与配位剂混合，于100℃下加热搅拌直至形成均一的透明液体即可，其与柠檬酸、脯氨酸相溶，复配得到高稳定的低共熔溶剂，不仅能提高茶皂素的提取率，且较常规提取剂在成本上占有很大优势。
综上所述，本发明提供的用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂制备工艺简单可控，提取效率高，且条件温和，活性成分不易被破坏，经检测，采用本发明的提取剂配合提取方法得到的茶多酚提取率为14.01％，纯度为71.41％。另外，申请人进行自由基清除能力测试发现，该茶多酚产品具有很强的抗氧化能力，对DPPH自由基、·OH自由基有清除能力，自由基的IC50分别为0.241μg/mL和7.54μg/mL。
【具体实施方式】
下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。
实施例1
本实施例提供一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂，该低共熔溶剂是由纯度≥99％的甘油、纯度≥99％的脯氨酸和纯度≥99.5％的柠檬酸按照摩尔比为4:1.5:0.1的比例混合制成；
制备上述低共熔溶剂的方法如下：按摩尔比将甘油、脯氨酸和柠檬酸混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3400rpm的转速下离心8min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻22h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶多酚提取剂DES溶剂备用。
本实施例还提供采用上述低共熔溶剂进行提取茶籽粕中茶多酚的工艺，具有工艺如下：
(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于55℃的热风箱中干燥11h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集60目的茶籽粕粉末；
(2)DSE水溶液的制备：将茶多酚提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为7:3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；
(3)茶多酚粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:15的比例充分混合均匀，将混合物于功率为420W、温度为55℃下超声提取35min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶多酚粗提物备用；
(4)茶多酚精提：具体工艺参数为采用HPD-600大孔树脂层析柱法分离提纯茶多酚粗提物，具体是将HPD-600大孔树脂湿法装入层析柱中，取茶多酚粗提取物，用恒流泵以35rpm恒流上样，进行动态吸附，吸附条件为上柱液pH值为4.8、上样浓度为0.2mg/mL、上柱液流速为0.8mL/min，静止57min后，经流速为0.8mL/min的88％乙醇溶液进行洗脱，得到茶多酚精提液；
(5)浓缩：将步骤(4)所得茶多酚精提液抽真空，于35℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶多酚精提浓缩物；
(6)干燥：将步骤(5)所得茶多酚精提浓缩物放于47℃的真空干燥箱中干燥18h，制得淡黄至茶褐色粉末，即为茶多酚产品。
实施例2
本实施例提供一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂，该低共熔溶剂是由纯度≥99％的甘油、纯度≥99％的脯氨酸和纯度≥99.5％的柠檬酸按照摩尔比为5:2:0.2的比例混合制成；
制备上述低共熔溶剂的方法如下：按摩尔比将甘油、脯氨酸和柠檬酸混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3500rpm的转速下离心10min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻24h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶多酚提取剂DES溶剂备用。
本实施例还提供采用上述低共熔溶剂进行提取茶籽粕中茶多酚的工艺，具有工艺如下：
(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于60℃的热风箱中干燥12h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集80目的茶籽粕粉末；
(2)DSE水溶液的制备：将茶多酚提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为7:3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；
(3)茶多酚粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:15的比例充分混合均匀，将混合物于功率为450W、温度为60℃下超声提取40min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶多酚粗提物备用；
(4)茶多酚精提：具体工艺参数为采用HPD-600大孔树脂层析柱法分离提纯茶多酚粗提物，具体是将HPD-600大孔树脂湿法装入层析柱中，取茶多酚粗提取物，用恒流泵以40rpm恒流上样，进行动态吸附，吸附条件为上柱液pH值为5.0、上样浓度为0.2mg/mL、上柱液流速为0.8mL/min，静止60min后，经流速为0.9mL/min的89％乙醇溶液进行洗脱，得到茶多酚精提液；
(5)浓缩：将步骤(4)所得茶多酚精提液抽真空，于40℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶多酚精提浓缩物；
(6)干燥：将步骤(5)所得茶多酚精提浓缩物放于50℃的真空干燥箱中干燥20h，制得淡黄至茶褐色粉末，即为茶多酚产品。
实施例3
本实施例提供一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂，该低共熔溶剂是由纯度≥99％的甘油、纯度≥99％的脯氨酸和纯度≥99.5％的柠檬酸按照摩尔比为6:2.5:0.3的比例混合制成；
制备上述低共熔溶剂的方法如下：按摩尔比将甘油、脯氨酸和柠檬酸混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3600rpm的转速下离心12min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻26h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶多酚提取剂DES溶剂备用。
本实施例还提供采用上述低共熔溶剂进行提取茶籽粕中茶多酚的工艺，具有工艺如下：
(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于65℃的热风箱中干燥13h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集100目的茶籽粕粉末；
(2)DSE水溶液的制备：将茶多酚提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为8:3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；
(3)茶多酚粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:16的比例充分混合均匀，将混合物于功率为470W、温度为65℃下超声提取45min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶多酚粗提物备用；
(4)茶多酚精提：具体工艺参数为采用HPD-600大孔树脂层析柱法分离提纯茶多酚粗提物，具体是将HPD-600大孔树脂湿法装入层析柱中，取茶多酚粗提取物，用恒流泵以45rpm恒流上样，进行动态吸附，吸附条件为上柱液pH值为5.2、上样浓度为0.3mg/mL、上柱液流速为0.8mL/min，静止62min后，经流速为1.0mL/min的90％乙醇溶液进行洗脱，得到茶多酚精提液；
(5)浓缩：将步骤(4)所得茶多酚精提液抽真空，于45℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶多酚精提浓缩物；
(6)干燥：将步骤(5)所得茶多酚精提浓缩物放于52℃的真空干燥箱中干燥22h，制得淡黄至茶褐色粉末，即为茶多酚产品。
本发明试验结果
经检测，本发明茶多酚提取率为14.01％，纯度为71.41％。该茶多酚产品具有很强的抗氧化能力，对DPPH自由基、·OH自由基有清除能力，自由基的IC50分别为0.241μg/mL和7.54μg/mL。
对比试验
为了更清楚的说明本发明的实用价值，申请人做如下对比试验验证：
试验一：将等量、同渠道获取的茶籽粕分别经以下三种提取方法与本发明实施例1-3所述提取方法进行茶多酚的提取，对比的三种提取方法为常见提取方法，其所使用的材料与实验时条件如下表1所示：
表1三种提取方法实验条件
检测六种不同提纯条件下的茶多酚回收率、纯度等实验数据，如表2所示：
表2六组茶多酚实验数据对比
| 提取方法 | 茶多酚提取率/％ | 多酚含量/％ |
| 75％乙醇回流提取 | 12.3 | 59.7 |
| 乙酸乙酯回流萃取 | 11.3 | 63.1 |
| 超临界CO2萃取 | 12.9 | 65.4 |
| 本发明实施例1 | 14.00 | 71.41 |
| 本发明实施例2 | 14.01 | 71.42 |
| 本发明实施例3 | 14.02 | 71.40 |
由实验结果可见，相比75％乙醇回流提取、乙酸乙酯回流萃取、超临界CO2萃取，采用本发明所述提取方法对茶籽粕的茶多酚进行提取，具有茶多酚回收率高、所得茶多酚多酚含量高的优势。
试验二：本发明的步骤(3)中超声波提取功率是申请人经过多次试验得出的最佳参数，现将申请人试验过程中的超声波提取参数对提取率的影响记录如表3所示(除了超声波提取参数不同，其他方法均相同)：
表3超声波提取参数对茶多酚提取率的影响
根据上表得知，在超声功率为450W，提取温度为60℃，提取时间为40min时，茶多酚的提取率最高，而在提取参数分别低于上述参数或者高于上述参数时，其提取率都低于本发明实施例2中的提取参数(即超声功率为450W，提取温度为60℃，提取时间为40min)，说明了本发明实施例2中所述的超声提取参数为茶多酚提取的最佳提取参数。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂，其特征在于，所述低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和柠檬酸按照摩尔比为(4-6):(1.5-2.5):(0.1-0.3)的比例混合制成。
2.根据权利要求1所述的一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂，其特征在于，所述组成低共熔溶剂的原料中，甘油的纯度≥99％，脯氨酸的纯度≥99％，柠檬酸的纯度≥99.5％。
3.根据权利要求1所述的一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂，其特征在于，所述低共熔溶剂通过以下方法得到：按摩尔比将甘油、脯氨酸和柠檬酸混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3400-3600rpm的转速下离心8-12min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻22-26h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶多酚提取剂DES溶剂备用。
4.根据权利要求1所述的一种用于提取茶籽粕中茶多酚的低共熔溶剂，其特征在于，所述低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和柠檬酸按照摩尔比为5:2:0.2的比例混合制成。
5.一种茶籽粕中茶多酚的提取工艺，其特征在于，是采用权利要求1-4任一项所述的低共熔溶剂进行茶多酚的提取，具体工艺如下：
(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于55-65℃的热风箱中干燥11-13h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集60-100目的茶籽粕粉末；
(2)DSE水溶液的制备：将茶多酚提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为(7-8):3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；
(3)茶多酚粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:15-16的比例充分混合均匀，将混合物于55-65℃下超声提取35-45min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶多酚粗提物备用；
(4)茶多酚精提：具体工艺参数为采用HPD-600大孔树脂层析柱法分离提纯茶多酚粗提物，具体是将HPD-600大孔树脂湿法装入层析柱中，取茶多酚粗提取物，用恒流泵以35-45rpm恒流上样，进行动态吸附，吸附条件为上柱液pH值为4.8-5.2、上样浓度为0.2-0.3mg/mL、上柱液流速为0.8mL/min，静止57-62min后，经流速为0.8-1.0mL/min的88-90％乙醇溶液进行洗脱，得到茶多酚精提液；
(5)浓缩：将步骤(4)所得茶多酚精提液抽真空，于35-45℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶多酚精提浓缩物；
(6)干燥：将步骤(5)所得茶多酚精提浓缩物放于47-52℃的真空干燥箱中干燥18-22h，制得淡黄至茶褐色粉末，即为茶多酚产品。
6.根据权利要求5所述的一种茶籽粕中茶多酚的提取工艺，其特征在于，所述步骤(3)中的超声功率为420-470W。
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