CN110078782B - 一种茶皂素提取精制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种茶皂素提取精制工艺，属于茶皂素提取技术领域。该方法是对原料粉进行水提，并使水提溶液在膜组件的一侧循环流动，同时在膜组件的另一侧设置萃取剂并使萃取剂循环流动，并在膜组件两侧施加压力使萃取剂一侧的压力和水提溶液一侧的压力均为正值，当膜组件采用疏水膜时保持萃取剂一侧的压力小于水提溶液一侧的压力以进行萃取，当膜组件采用亲水膜时保持萃取剂一侧的压力高于水提溶液一侧的压力以进行萃取，待萃取完成后将萃取剂相进行干燥，脱除溶剂即得茶皂素。该精制工艺得到的茶皂素纯度高，解决了现有茶皂素提取工艺纯度低的问题，适用于工业提取茶皂素。

Description

一种茶皂素提取精制工艺

技术领域

本发明涉及一种茶皂素提取精制工艺，属于茶皂素提取技术领域。

背景技术

油茶是我国特有的食用油料树种，同时我国也是世界上栽培油茶面积最大的国家。根据我国《全国油茶产业发展规划(2009～2020年)》，根据油茶产业发展规划目标，截止到2020年，我国油茶种植总规模可达到7000万亩。截至2017年底，中国油茶种植面积已扩大到6550万亩，年产茶籽油约38万吨。茶粕是油茶果经榨油后的副产物，年产约20万吨。茶粕资源丰富。

茶粕含有10％-16％茶皂素，此外还含有较丰富的多糖和蛋白质，是一种优良的饲料。然而由于茶皂素味苦，有毒，大部分油茶籽饼粕无法被动物直接食用，只能作为清塘剂或肥料使用，或者廉价出口到东南亚等国家地区，造成了很大的资源浪费，更为严重的是积压的菜籽粕发霉生虫，污染环境。另一方面，茶粕中的茶皂素本身是一种非常重要的工业原材料，广泛用于建材、日用化工、医药和农药等方面。我国生产的茶皂素一半以上销往欧美等发达国家，市场前景非常好。目前国内大部分企业只能生产处纯度在70％左右的茶皂素，这些茶皂素被广泛应用于轻工、化工、农药、饲料、养殖、纺织、采油、采矿、建材与高速公路建设等领域，制造乳化剂、洗洁剂、农药助剂、饲料添加剂、蟹虾养殖保护剂、纺织助剂、油田泡沫剂、采矿浮选剂以及加气混凝土稳泡剂与混凝土外加剂等。纯度在90％以上的茶皂素属于高纯度茶皂素，可用于医药领域。茶皂素的药用价值很高，是一些重要病症用药的主要成分之一，市场价也比一般纯度的茶皂素高出几倍甚至十几倍，利润可观。目前国内可生产高纯度茶皂素的企业很少，高纯茶皂素是许多茶皂素生产商的研发方向。

目前，茶皂素的提取方法仍以水提法，或含水醇类的提取方法为主。茶叶原料经粉碎后，用热的水或含有一定小分子醇类的水溶液浸提一定的时间，使茶皂素溶出，过滤后，滤液经旋转蒸发浓缩，浓缩液再经干燥即可得到茶皂素产品。水提法的产品纯度在40％左右，提取率为80％左右。该方法工艺简单、成本低、投资少、见效快，易为小型工厂接受，但是蒸发量大、能耗高、生产周期长，需要靠精制工艺提高纯度，精制难度较大。含水醇类为萃取剂生产的茶皂素纯度比水提法有所提高，一般在80％左右，提取率与水提法类似，也保持在80％左右。含水醇类的提取方法虽然纯度有所提高，但与水提法存在类似的问题，原料中与茶皂素极性相近的杂质仍然难以分离，后期精制难度仍然较高。

近些年来，有研究利用超声或微波等场增强技术来提高茶皂素提取率，缩短提取时间。例如专利CN1706863A，CN101289473A等专利采用了上述技术方法。但是由于目前超声微波等提取的设备尤其是大规模工业化生产设备尚不成熟，因此该方法应用于工业化生产还需进一步研究。

发明内容

为解决现有水提法或含水醇类的提取方法对于原料中与茶皂素极性相近的杂质难以分离、后期精制难度较高导致提取的茶皂素纯度低的问题，本发明提出了一种新的茶皂素提取精制工艺，采用的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种茶皂素提取精制工艺，该工艺是将含有茶皂素的原料处理成原料粉，对原料粉进行水提，并使水提溶液在膜组件的一侧循环流动，同时在膜组件的另一侧设置萃取剂并使萃取剂循环流动，并在膜组件两侧施加压力使萃取剂一侧的压力和水提溶液一侧的压力均为正值，当膜组件采用疏水膜时保持萃取剂一侧的压力小于水提溶液一侧的压力以进行萃取，当膜组件采用亲水膜时保持萃取剂一侧的压力高于水提溶液一侧的压力以进行萃取，待萃取完成后将萃取剂相进行干燥，脱除溶剂即得茶皂素；其中：所述萃取剂为微溶、难溶或不溶于水的醇类；所述膜组件中的膜为耐受有机溶剂的膜且膜的孔径为0.01μm～0.1μm。

优选地，所述含有茶皂素的原料为油茶籽粕。

优选地，所述将含有茶皂素的原料处理成原料粉是将含有茶皂素的原料干燥后粉碎，过20目～80目筛。优选为过60目筛。

优选地，所述水提的条件为：在50℃～100℃下提取1h-3h。水提温度优选为80℃，水提时间优选为2h。

优选地，所述水提是按照料液比为1：(1～5)(g/mL)加入水进行提取，获得水提溶液；所述萃取剂的用量为：萃取剂与水提溶液的体积比为(1～10):1。本发明中水提溶液的体积是指提取完成后去除残渣后的溶液体积，水提溶液的体积与水提过程中加水的体积大体相同(相同或略高于)。

更优选地，所述水提是按照料液比为1：3(g/mL)加入水进行提取，获得水提溶液；所述萃取剂的用量为：萃取剂与水提溶液的体积比为5：1。

优选地，所述萃取剂选自碳原子数目为4个～10个的醇。更优选地，所述萃取剂为丁醇、戊醇或辛醇。

优选地，所述萃取的时间为1h～3h。更优选为2h。

优选地，在水提溶液循环流动的过程中使水提溶液先通过微滤装置过滤后再流动至膜组件。微滤装置过滤水提溶液中的固体防止膜组件堵塞。

本发明精制工艺可以采用如图1所示的设备进行提取精制。

本发明有益效果：

本发明提出了一种不同于现有茶皂素提取方法的新的精制工艺，该工艺是将膜萃取过程与水提过程耦合在一起，在膜组件的一侧设置水提系统，另一侧设置萃取系统，水提系统中原料粉与水在50℃～100℃下进行水提，在水提过程中原料粉中的茶皂素以及强极性杂质被提取到水中、而弱极性杂质留在原料中，在膜组件的另一侧设置萃取剂，并使水提溶液和萃取剂分别在膜组件的两侧循环流动，当水提溶液流动到膜组件时，在膜组件一侧为不溶于水的醇类萃取剂呈弱极性，且另一侧为水呈强极性的情况下，水中的茶皂素会主动通过膜组件进入到萃取系统溶到萃取剂中进而实现在水提的同时将茶皂素从水提溶液中萃取出来，而水中的强极性杂质则仍然留存在水提溶液中而不会主动通过膜组件进入萃取系统，并且水提溶液中的蛋白质、糖类等大分子物质被膜组件截留而被阻隔在水提溶液一侧而无法进入萃取系统，这样使得茶皂素与水和杂质分离，进而使得茶皂素的纯度得以提高，当萃取剂中茶皂素积累到一定浓度后可以通过干燥并将萃取剂中的溶剂脱除就可以获得较高纯度的茶皂素。该精制过程利用了混合物极性和分子大小的差异实现分离和提取，一次既可以获得纯度很高的茶皂素，本发明精制工艺提取的茶皂素纯度可达91％～97％，得率可达78％～85％，远远高于水提法和利用含水醇类提取得到的茶皂素产品。

本发明精制工艺能够在水提的同时实时地将水提溶液中的茶皂素分离并提取到萃取系统中，实现了水提茶皂素的原位分离。通常在普通水提过程中原料中的茶皂素逐渐进入到水中，当水中茶皂素达到一定浓度时水则不能够继续溶解茶皂素，则需要更换新水来继续提取，此种提取方式用水量大，而本发明中虽然水提系统中的茶皂素不断从原料溶解到水中，但是茶皂素又不断地进入到萃取系统的萃取剂中，这样就使得相同水量本发明工艺可以处理更多的原料，换言之本发明的水提系统相比于普通水提法处理相同重量的原料其用水量更少，因此本发明工艺用水量得到减少，不仅节约了水资源，还节约了生产成本。

附图说明

图1为一种适用于本发明茶皂素精制工艺工业化生产的工业化设备示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。

实施例1

本实施例提供一种茶皂素提取精制工艺，该精制工艺按照如下步骤进行：

(1)原料预处理：将油茶籽粕用烘箱在60℃干燥24小时，粉碎过60目筛，得原料粉，取原料粉50克备用；

(2)步骤(1)中得到的产品，按料液重量体积比为1:5(g/mL)加水250mL，搅拌均匀；

(3)调节步骤(2)的料液温度为80℃，保温处理(即水提)2h；

(4)将步骤(3)再保温0.5h后，开启料液(水提溶液)在膜组件壳程侧循环，循环管路增加微滤装置，使水提溶液先通过微滤装置过滤后再流动至膜组件，保证料液中的固体不会进入膜组件；保持料液一侧压力为正值(0.012MPa)，在该压力下，料液不会渗透到膜的另外一侧；膜组件采用商业化脱气膜组件(美国Liqui-cel脱气膜1.7X5.5，膜采用疏水膜材料，膜孔径为0.06μm，膜面积约0.5㎡)；

(5)以正丁醇为萃取剂，正丁醇用量为750mL，开启萃取剂一侧在管程循环，保持正丁醇一侧压力为正值(0.005MPa)；

(6)萃取循环进行2h后，将正丁醇旋蒸脱溶，脱溶后正丁醇约730mL，正丁醇回收后循环使用；得到固体约7克左右，即为茶皂素产品，纯度约为91％，得率约为84％。

将步骤(4)中循环的料液过滤，固体干燥后残渣约为43克左右，可直接作为饲料或其他用途，干燥过程可根据需求确定是否回收有机溶剂；将过滤后得到的液体回用，用于浸提新鲜原料。

实施例2(在实施例1的基础上改变料水比＝，改变萃取剂与水提液的比例)

本实施例提供一种茶皂素提取精制工艺，该精制工艺按照如下步骤进行：

(1)原料预处理：将油茶籽粕用烘箱在60℃干燥24小时，粉碎过60目筛，得原料粉，取得原料粉50克备用；

(2)步骤(1)中得到的产品，按料液重量体积比为1:3(g/mL)添加加水150mL，搅拌均匀；

(3)调节步骤(2)的料液温度为80℃，保温处理(即水提)2h；

(4)将步骤(3)再保温0.5h后，开启料液(水提溶液)在膜组件壳程侧循环，循环管路增加微滤装置，使水提溶液先通过微滤装置过滤后再流动至膜组件，保证料液中的固体不会进入膜组件；保持料液一侧压力为正值(0.012MPa)，在该压力下，料液不会渗透到膜的另外一侧；膜组件采用商业化脱气膜组件(美国Liqui-cel脱气膜1.7X5.5，膜采用疏水膜材料，膜孔径为0.06μm，膜面积约0.5㎡)；

(5)以正丁醇为萃取剂，正丁醇用量为750mL，开启萃取剂一侧在管程循环，保持正丁醇一侧压力为正值(0.005MPa)；

(6)萃取循环进行2h后，将正丁醇旋蒸脱溶，脱溶后正丁醇约710mL，正丁醇回收后循环使用；得到固体约6克左右，即为茶皂素产品，纯度约为97％，得率约78％。

将步骤(4)中循环的料液过滤，固体干燥后残渣约为44克左右，可直接作为饲料或其他用途，干燥过程可根据需求确定是否回收有机溶剂；将过滤后得到的液体回用，用于浸提新鲜原料。

实施例3(在实施例1的基础上萃取剂与水提液的比例变大)

本实施例提供一种茶皂素提取精制工艺，该精制工艺按照如下步骤进行：

(1)原料预处理：将油茶籽粕用烘箱在60℃干燥24小时，粉碎过60目筛，得原料粉，取原料粉50克备用；

(2)步骤(1)中得到的产品，按料液重量体积比为1:5(g/mL)加水250mL，搅拌均匀；

(3)调节步骤(2)的料液温度为80℃，保温处理(即水提)2h；

(4)将步骤(3)再保温0.5h后，开启料液(水提溶液)在膜组件壳程侧循环，循环管路增加微滤装置，使水提溶液先通过微滤装置过滤后再流动至膜组件，保证料液中的固体不会进入膜组件。保持料液一侧压力为正值(0.012MPa)，在该压力下，料液不会渗透到膜的另外一侧；膜组件采用商业化脱气膜组件(美国Liqui-cel脱气膜1.7X5.5，膜采用疏水膜材料，膜孔径为0.06μm，膜面积约0.5㎡)；

(5)以正丁醇为萃取剂，正丁醇用量为1250mL，开启萃取剂一侧在管程循环，保持正丁醇一侧压力为正值(0.005MPa)；

(6)萃取循环进行2h后，将正丁醇旋蒸脱溶，脱溶后正丁醇约1220mL，正丁醇回收后循环使用；得到固体约7克左右，即为茶皂素产品，纯度约为97％，得率约为85％。

将步骤(4)中循环的料液过滤，固体干燥后残渣约为43克左右，可直接作为饲料或其他用途，干燥过程可根据需求确定是否回收有机溶剂；将过滤后得到的液体回用，用于浸提新鲜原料。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：膜萃取采用亲水膜，其他步骤和条件均与实施例1相同，最终茶皂素纯度约为91％，得率约为85％。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于：用正戊醇作为萃取剂代替正丁醇，制得的茶皂素纯度为95％，得率为77％。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于：用辛醇作为萃取剂代替正丁醇，制得的茶皂素纯度为95％，得率为70％。

实施例7

本实施例与实施例1的区别在于：原料为20目筛后得到，茶皂素纯度为91％，得率为45％。

实施例8

本实施例与实施例1的区别在于：步骤(5)中正丁醇的用量是2500mL，其他步骤和条件均与实施例1相同，最终茶皂素纯度为91％，得率为92％。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (1)

1.一种茶皂素提取精制工艺，其特征在于，将含有茶皂素的原料处理成原料粉，对原料粉进行水提，并使水提溶液在膜组件的一侧循环流动，同时在膜组件的另一侧设置萃取剂并使萃取剂循环流动，并在膜组件两侧施加压力使萃取剂一侧的压力和水提溶液一侧的压力均为正值，当膜组件采用疏水膜时保持萃取剂一侧的压力小于水提溶液一侧的压力以进行萃取，当膜组件采用亲水膜时保持萃取剂一侧的压力高于水提溶液一侧的压力以进行萃取，待萃取完成后将萃取剂相进行干燥，脱除溶剂即得茶皂素；其中：所述萃取剂为微溶、难溶或不溶于水的醇类；所述含有茶皂素的原料为油茶籽粕；所述将含有茶皂素的原料处理成原料粉是将含有茶皂素的原料干燥后粉碎，过20目～80目筛；所述水提的条件为：在50℃～100℃下提取1h-3h；所述水提是按照料液比为1：(1～5)(g/mL)加入水进行提取，获得水提溶液；所述萃取剂的用量为：萃取剂与水提溶液的体积比为(1～10):1；所述萃取剂为丁醇、戊醇或辛醇；所述萃取的时间为1h～3h；在水提溶液循环流动的过程中使水提溶液先通过微滤装置过滤后再流动至膜组件；所述膜组件采用商业化脱气膜组件，具体参数为：美国Liqui-cel脱气膜1.7X5.5，膜采用疏水膜材料或亲水膜材料，膜孔径为0.06μm，膜面积0.5m²。

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