CN110269114A - 一种新型的茶汁浓缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的茶汁浓缩方法，包括如下步骤：S1.原料准备：用热水提取茶叶成分，经300‑500目的滤网或滤袋至少一次预过滤得到0.8%‑3%固含量的茶汁原液，并将设定体积的茶汁原液放入原料罐；S2.汲取液配置：配制渗透压大于3.5Mpa的盐溶液或糖类溶液为汲取液，取设定体积的汲取液放入汲取液罐；S3.浓缩：启动原料循环泵将原液送入正向渗透膜组件，同时启动汲取液循环泵将汲取液送入正向渗透膜组件，温度控制在10‑30℃，压力0‑2bar，原液循环流量20‑120L/h，汲取液循环流量10‑50L/h，运行40‑120min得到可溶性固性物浓度为30%‑60%的浓缩茶汁。本发明利用正向渗透膜技术对茶汁进行浓缩，正向渗透膜浓缩过程无外部压力驱动，能耗小，且膜面污染程度小，能保留茶汁中的风味物质和营养物质。
Description
技术领域
本发明涉及饮品浓缩技术领域，特别涉及一种新型的茶汁浓缩方法。
背景技术
茶是中国的传统饮品之一，茶有健身、治疾之药物疗效，又富欣赏情趣，可陶冶情操。中国历史上有很长的饮茶纪录，饮茶已经成为一种文化。随着社会经济的不断发展，物质文明和精神文明建设的不断发展，给茶文化注入了新的内涵和活力，茶文化内涵及表现形式正在不断扩大、延伸、创新和发展。
茶饮料是指以茶叶的萃取液、茶粉、浓缩液为主要原料加工而成的饮料，茶叶中含有天然茶多酚、咖啡碱等有效成分，兼有营养、保健功效，在现代越来越受大众的欢迎。
目前茶浓缩工艺主要有蒸发浓缩和反渗透膜浓缩工艺。蒸发浓工艺可以浓缩到较高的浓度，但是此种方式浓缩后的茶汁香气成分损失多、粘度大且感官品质比较差，稀释配制成茶饮料后，易产生浑浊和沉淀，影响了茶饮料的口感。而反渗透膜浓缩工艺能够保持原茶的香味品质，但是茶汁浓度只能浓缩到20％-25％，且反渗透膜系统需要的运行压力较高，要达到4.0MPa以上，其能耗高，生产成本大。为此，亟需一种新型的茶汁浓缩方法，在常温常压下可实现茶汁的高倍浓缩，能完好地保留茶汁中的风味物质和营养物质，且能耗低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种新型的茶汁浓缩方法，在常温常压下可实现茶汁的高倍浓缩，能保留茶汁中的风味物质和营养物质，且能耗低。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种新型的茶汁浓缩方法，包括如下步骤：
S1.原料准备：用热水提取茶叶有效成分，经过300-500目的滤网或滤袋至少一次预过滤，得到0.8％-3％固含量(Brix)的茶汁原液，并将设定体积的茶汁原液放入原料罐中；
S2.汲取液配置：配制渗透压为3.5Mpa以上的盐溶液或糖类溶液作为正向渗透膜组件的汲取液，并取设定体积的汲取液放入汲取液罐中；
S3.浓缩：启动原料循环泵将茶汁原液从原料罐送入正向渗透膜组件中，同时启动汲取液循环泵将汲取液从汲取液罐送入正向渗透膜组件中，系统温度控制在10-30℃，运行压力0-2bar，茶汁原液循环流量20-120L/h，汲取液循环流量10-50L/h，运行40-120min，得到可溶性固性物浓度为30％-60％的浓缩茶汁。
本发明进一步设置为，所述正向渗透膜组件包括外壳，所述外壳两端分别开设有与原料罐两端相通的进料口和出料口，所述外壳侧壁上开分别设与汲取液罐两端相通的进液口和出液口，所述外壳内固定有将其分隔成原料侧和汲取液侧的正向渗透仿生膜，原料侧与原料罐相通，汲取液侧与汲取液罐相通。
本发明进一步设置为，所述汲取液优选浓度为4％-8％的氯化钠溶液。
本发明进一步设置为，还包括步骤S4.汲取液后处理：当步骤S3中的汲取液浓度低于标准时，将稀释后的汲取液浓缩后回用至步骤S3的浓缩过程中，浓缩方式包括但不限于反渗透浓缩、电渗析浓缩、膜蒸馏浓缩、蒸发浓缩或这些技术的组合方式。
本发明进一步设置为，还包括步骤S5.清洗：
a.在原料罐内放入清水，开启原料循环泵，清洗正向渗透膜组件10-60min，再将水排出；
b.配置pH值为10-11的碱性膜专用清洗剂，放入原料罐内，开启原料循环泵，清洗正向渗透膜组件40-60min，系统温度维持在30-40℃条件下，运行压力为0-2bar，清洗完成后将废水排出；
c.再次在原料罐内放入清水，开启原料循环泵，清洗正向渗透膜组件10-60min，再将水排出。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.本发明利用正向渗透膜技术对茶汁进行浓缩，正向渗透膜浓缩过程无外部压力驱动，能耗小，且膜面污染程度小，能保留茶汁中的风味物质和营养物质；
2.本发明采用300-500目的滤网或滤袋至少一次对茶汁进行过滤，利用滤网或滤袋过滤的方式相较于陶瓷膜等过滤方式，其既可将茶汁中的杂质去除，又能保留茶汁中的风味物质和营养物质，同时减少产品的损失；
3.本方案将正向渗透膜浓缩过程的温度控制在10-30℃，运行压力控制在0-2bar，茶汁原液循环流量控制在20-120L/h，汲取液循环流量控制在10-50L/h，温度与压力是影响正向渗透膜的膜通量的主要因素，选取合适的温度和压力有利于加快浓缩速度，而适当的流量使得茶汁原液与正向渗透膜之间有充足的接触时间，以便汲取液将水分吸取，达到浓缩的目的；
4.本发明选用氯化钠溶液作为汲取液时，氯化钠作为常见的工业用盐，其成本低廉，适用于批量使用，且氯化钠溶液化学稳定性好，对正向渗透膜无伤害；
5.本发明利用碱性膜专用清洗剂进行清洗，以此将残留在正向渗透膜组件内的弱酸性茶汁中和、混溶，同时清洗茶汁中鞣质物造成的污染，从而提高清洗效果；而清洗时的温度有助于提高清洗剂的活性，有利于消除正向渗透膜上残留的茶汁原液及杂质，恢复正向渗透膜的膜通量；
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明中涉及的各部件结构示意图。
附图标记：1、原料罐；11、原料流量调节阀；12、原料在线电导率检测仪；13、原料出膜压力表；14、原料温度表；15、原料进膜压力表；16、原料循环流量计；2、原料循环泵；3、正向渗透膜组件；31、外壳；32、进料口；33、出料口；34、正向渗透仿生膜；35、进液口；36、出液口；4、汲取液罐；41、汲取液循环泵；42、汲取液温度表；43、汲取液进膜压力表；44、汲取液出膜压力表；45、汲取液流量调节阀；46、汲取液循环流量计；47、汲取液在线电导率检测仪。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，一种新型的茶汁浓缩方法，包括如下步骤：
S1.原料准备：用热水提取茶叶有效成分，经过300-500目的滤网或滤袋至少一次预过滤，得到0.8％-3％固含量(Brix)的茶汁原液，并将设定体积的茶汁原液放入原料罐1中。
S2.汲取液配置：配制渗透压为3.5Mpa以上的盐溶液或糖类溶液作为正向渗透膜组件的汲取液，并取设定体积的汲取液放入汲取液罐4中；盐类溶液包括但不限于氯化钙、氯化镁和碳酸铵等。
S3.浓缩：启动原料循环泵2将茶汁原液从原料罐1送入正向渗透膜组件中，同时启动汲取液循环泵41将汲取液从汲取液罐4送入正向渗透膜组件中，运行40-120min，得到可溶性固性物浓度为30％-60％的浓缩茶汁；运行时，温度控制在10-30℃，运行压力控制在0-2bar，茶汁原液循环流量控制在20-120L/h，汲取液循环流量控制在10-50L/h。
结合图2所示，上述的原料罐1与正向渗透膜组件3之间连通有原料循环泵2，用于将待浓缩的茶汁原料输送至正向渗透浓缩组件中进行浓缩。正向渗透膜组件3包括外壳31、进料口32、出料口33、正向渗透仿生膜34、进液口35和出液口36。进料口32和出料口33分别开设在外壳31的两端，且进料口32与原料循环泵2相连通，出料口33与原料循环罐相连通。正向渗透仿生膜34固定在外壳31内，正向渗透仿生膜34是能供水分子通过的多孔膜。进液口35和出液口36均开位于外壳31一侧并与外壳31连通，且进液口35和出液口36均与汲取液罐4连通。进液口35与汲取液罐4之间还连通有汲取液循环泵41，用于将汲取液送入正向渗透仿生膜34的汲取液侧，对正向渗透仿生膜34原料侧的原料进行浓缩。
如图2所示，原料循环泵2与进料口32之间安装有原料温度表14、原料进膜压力表15和原料循环流量计16；出料口33与原料罐1之间安装有原料流量调节阀11、原料在线电导率检测仪12和原料出膜压力表13；出液口36与汲取液罐4之间安装有汲取液出膜压力表44、汲取液流量调节阀45和汲取液在线电导率检测仪47；汲取液罐4与进液口35之间安装有汲取液循环流量计46、汲取液温度表42和汲取液进膜压力表43。上述结构起到监控浓缩过程中温度、压力和电导率等参数的作用，以此便于操作人员掌握浓缩进度以及各部件运行情况。
实施例1：如图1、图2所示，本实施例中，茶汁原液为绿茶汁，原绿茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为2.2％，取体积50L放入原料罐1中。汲取液采用浓度为6％氯化钠溶液，取体积10L放入汲取液罐4中。浓缩时，系统温度为25℃，运行压力为1bar，绿茶原液循环流量25L/h，汲取液循环流量10L/h，运行60min后，绿茶汁溶液体积剩余2L。浓缩后的绿茶浓缩汁固含量为40.5％brix，茶多酚保留率86.4％，可溶性糖保留率95.5％，咖啡碱保留率91.1％，游离氨基酸保留率90.8％。浓缩绿茶汁中共检出14种香气成分。
实施例2：本实施例与实施例1的区别在于，茶汁原液为绿茶汁，原绿茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为2.2％，绿茶原液循环流量25L/h，汲取液为浓度为8％的氯化钠溶液。
实施例3：本实施例与实施例1的区别在于，茶汁原液为乌龙茶汁，原乌龙茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为0.9％，乌龙茶原液循环流量25L/h，汲取液为浓度为8％的氯化钠溶液。
实施例4：本实施例与实施例1的区别在于，茶汁原液为乌龙茶汁，原乌龙茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为0.9％，乌龙茶原液循环流量25L/h，汲取液为浓度为6％的氯化钠溶液。
实施例5：本实施例与实施例1的区别在于，茶汁原液为乌龙茶汁，原乌龙茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为0.9％，乌龙茶原液循环流量25L/h，汲取液为浓度为4％的氯化钠溶液。
实施例6：本实施例与实施例1的区别在于，茶汁原液为红茶汁，原乌红茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为1％，红茶原液循环流量25L/h，汲取液为浓度为8％的氯化钠溶液。
实施例7：本实施例与实施例1的区别在于，茶汁原液为红茶汁，原乌红茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为1％，红茶原液循环流量20L/h，汲取液为浓度为6％的氯化钠溶液。
实施例8：本实施例与实施例1的区别在于，茶汁原液为红茶汁，原乌红茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为1％，红茶原液循环流量25L/h，汲取液为浓度为4％的氯化钠溶液。
对比例1：本对比例中，茶汁原液为乌龙茶汁，原乌龙茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为0.9％，取体积50L放入原料罐1中。汲取液采用浓度为2％氯化钠溶液，取体积10L放入汲取液罐4中。浓缩时，系统温度为25℃，运行压力为1bar，乌龙茶原液循环流量25L/h，汲取液循环流量10L/h，运行100min后，绿茶汁溶液体积剩余2.22L。
对比例2：本对比例与对比例1的区别在于，茶汁原液为红茶汁，原红茶汁经过300目和500目的滤网或滤袋过滤后，原茶汁浓度为1％，红茶原液循环流量25L/h，汲取液为浓度为2％的氯化钠溶液。
下表为不同实施例与对比例的实验数据：
表1不同实施例和对比例的实验数据记录表
根据上表数据，结合实施例1-8的数据以及对比例1-5的数据可知，当氯化钠溶液浓度大于4％时，汲取液的渗透压在3.5Mpa以上，三种茶原液浓缩后的固含量均在30％以上，且茶汁内的茶多酚、游离氨基酸、咖啡碱和可溶性糖的保留率足够使浓缩后的茶汁仍具有茶汁的风味，确保了茶汁的品质；而考虑到汲取液的成本问题，将氯化钠溶液的浓度上限设为8％。
实施例9：本实施例与实施例1的区别在于，汲取液采用浓度为6％氯化钠溶液，取体积10L放入汲取液罐4中。浓缩时，系统温度为25℃，运行压力为1bar，绿茶原液循环流量25L/h，汲取液循环流量10L/h，运行30min后，暂停浓缩，更换新的汲取液10L放入汲取液罐4中，然后继续运行15min，绿茶汁溶液体积剩余1L。浓缩后的绿茶浓缩汁固含量为44.3％brix，茶多酚保留率88.7％，可溶性糖保留率96.1％，咖啡碱保留率92.3％，游离氨基酸保留率90.4％。
对比实施例1与实施例9可知，在浓缩过程中更换新的汲取液，以此提高正向渗透仿生膜34的膜通量，加快了浓缩速度，进一步提高了生产效率。
实施例10：本实施例与实施例1的区别在于，还包括步骤S4.汲取液后处理：当步骤S3中的汲取液浓度低于标准时，将稀释后的汲取液浓缩后回用至步骤S3的浓缩过程中，浓缩方式为反渗透浓缩。
实施例11：本实施例与实施例10的区别在于，还包括步骤S4.汲取液后处理：当步骤S3中的汲取液浓度低于标准时，将稀释后的汲取液浓缩后回用至步骤S3的浓缩过程中，浓缩方式为电渗析浓缩。
实施例12：本实施例与实施例10的区别在于，还包括步骤S4.汲取液后处理：当步骤S3中的汲取液浓度低于标准时，将稀释后的汲取液浓缩后回用至步骤S3的浓缩过程中，浓缩方式为蒸发浓缩。
实施例13：本实施例与实施例10的区别在于，还包括步骤S4.汲取液后处理：当步骤S3中的汲取液浓度低于标准时，将稀释后的汲取液浓缩后回用至步骤S3的浓缩过程中，浓缩方式为膜蒸馏浓缩。
实施例14：本实施例与实施例10的区别在于，还包括步骤S4.汲取液后处理：当步骤S3中的汲取液浓度低于标准时，将稀释后的汲取液浓缩后回用至步骤S3的浓缩过程中，浓缩方式为反渗透浓缩、电渗析浓缩、膜蒸馏浓缩和蒸发浓缩的组合。
实施例15：本实施例与实施例1的区别在于，还包括步骤S5.清洗：
a.在原料罐1内放入清水，开启原料循环泵2，清洗正向渗透膜组件10-60min，再将水排出；
b.配置pH值为11的碱性膜专用清洗剂，放入原料罐1内，开启原料循环泵2，清洗正向渗透膜组件40-60min，系统温度维持在30-40℃条件下，运行压力为0-2bar，清洗完成后将废水排出；
c.再次在原料罐1内放入清水，开启原料循环泵2，清洗正向渗透膜组件10-60min，再将水排出。
实施例16：本实施例与实施例15的区别在于，步骤b中的碱性膜专用清洗剂pH值为10。
对比例3：本对比例与实施例15的区别在于，步骤b中的碱性膜专用清洗剂pH值为9。
对比例4：本对比例与实施例15的区别在于，步骤b中的碱性膜专用清洗剂pH值为8。
对比例5：本对比例与实施例15的区别在于，步骤b中的碱性膜专用清洗剂pH值为12。
下表为不同实施例与对比例的实验数据：
表2不同pH值的碱性膜专用清洗剂的对正向渗透仿生膜膜通量的清洗效果记录表
根据上表数据可知，采用pH值为10-12的碱性膜专用清洗剂取得的清洗效果均能将膜通量基本恢复至初始水平，但pH值为12时的清洗效果与pH值为11时的清洗效果相近，综合生产成本以及潜在的安全隐患，本发明优选的碱性膜专用清洗剂的pH值为10-11。碱性膜专用清洗剂的使用实现了正向渗透仿生膜的多次利用，延长了正向渗透仿生膜的使用寿命。
实施例17：如图1、图2所示，一种新型的茶汁浓缩方法，包括如下步骤：
S1.原料准备：用热水提取茶叶有效成分，先用300目的滤网或滤袋进行过滤，再用500目的滤网或滤袋过滤两次，得到0.8％-3％固含量(Brix)的茶汁原液，并将设定体积的茶汁原液放入原料罐中；
S2.汲取液配置：配制渗透压为5MPa的盐溶液或糖类溶液作为正向渗透膜组件3的汲取液，并取设定体积的汲取液放入汲取液罐中；
S3.浓缩：启动原料循环泵将茶汁原液从原料罐送入正向渗透膜组件3中，同时启动汲取液循环泵将汲取液从汲取液罐送入正向渗透膜组件3中，运行60min以便对茶汁原液进行浓缩；运行时，温度控制在20℃，运行压力控制在0.5bar，茶汁原液循环流量控制在30L/h，汲取液循环流量控制在10L/h；
S4.汲取液后处理：当步骤S3中的汲取液浓度低于标准时，将稀释后的汲取液浓缩后回用至步骤S3的浓缩过程中，浓缩方式为反渗透浓缩、电渗析浓缩、膜蒸馏浓缩和蒸发浓缩这些技术中的任意两种的组合；
S5.清洗：
a.在原料罐内放入清水，开启原料循环泵2，清洗正向渗透膜组件40min，再将水排出；
b.配置pH值为10的碱性膜专用清洗剂，放入原料罐1内，开启原料循环泵2，清洗正向渗透膜组件60min，系统温度维持在35℃条件下，运行压力为1bar，清洗完成后将废水排出；
c.再次在原料罐1内放入清水，开启原料循环泵2，清洗正向渗透膜组件30min，再将水排出；
本实施例在使用时，利用300目的滤网或滤袋和500目的滤网或滤袋对茶汁进行过滤，既将茶汁中的杂质有效地去除，又保留了茶汁中的风味物质和营养物质，减少了风味物质和营养物质因过滤造成的损失；而汲取液在浓缩完成后进行了浓缩，以此实现汲取液的循环利用；正向渗透膜组件3在浓缩后利用碱性膜专用清洗剂进行清洗，以此不断恢复正向渗透仿生膜34的膜通量，实现其多次利用，延长其使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种新型的茶汁浓缩方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.原料准备：用热水提取茶叶有效成分，经过300-500目的滤网或滤袋至少一次预过滤，得到0.8%-3% 固含量（Brix）的茶汁原液，并将设定体积的茶汁原液放入原料罐(1)中；
S2.汲取液配置：配制渗透压为3.5Mpa以上的盐溶液或糖类溶液作为正向渗透膜组件(3)的汲取液，并取设定体积的汲取液放入汲取液罐(4)中；
S3.浓缩：启动原料循环泵(2)将茶汁原液从原料罐(1)送入正向渗透膜组件(3)中，同时启动汲取液循环泵(41)将汲取液从汲取液罐(4)送入正向渗透膜组件(3)中，系统温度控制在10-30℃，运行压力0-2bar，茶汁原液循环流量20-120L/h，汲取液循环流量10-50L/h，运行40-120min，得到可溶性固性物浓度为30%-60%的浓缩茶汁。
2.根据权利要求1所述的一种新型的茶汁浓缩方法，其特征在于，所述正向渗透膜组件(3)包括外壳(31)，所述外壳(31)两端分别开设有与原料罐(1)两端相通的进料口(32)和出料口(33)，所述外壳(31)侧壁上开分别设与汲取液罐(4)两端相通的进液口(35)和出液口(36)，所述外壳(31)内固定有将其分隔成原料侧和汲取液侧的正向渗透仿生膜(34)，原料侧与原料罐(1)相通，汲取液侧与汲取液罐(4)相通。
3.根据权利要求1所述的一种新型的茶汁浓缩方法，其特征在于，所述汲取液优选浓度为4%-8%的氯化钠溶液。
4.根据权利要求1所述的一种新型的茶汁浓缩方法，其特征在于，还包括步骤S4.汲取液后处理：当步骤S3中的汲取液浓度低于标准时，将稀释后的汲取液浓缩后回用至步骤S3的浓缩过程中，浓缩方式包括但不限于反渗透浓缩、电渗析浓缩、膜蒸馏浓缩、蒸发浓缩或这些技术的组合方式。
5.根据权利要求1中所述的一种新型的茶汁浓缩方法，其特征在于，还包括步骤S5.清洗：
a. 在原料罐(1)内放入清水，开启原料循环泵(2)，清洗正向渗透膜组件(3)10-60min，再将水排出；
b. 配置pH值为10-11的碱性膜专用清洗剂，放入原料罐(1)内，开启原料循环泵(2)，清洗正向渗透膜组件(3)40-60min，系统温度维持在30-40℃条件下，运行压力为0-2bar，清洗完成后将废水排出；
c. 再次在原料罐(1)内放入清水，开启原料循环泵(2)，清洗正向渗透膜组件(3)10-60min，再将水排出。
6.根据权利要求1所述的一种新型的茶汁浓缩方法，其特征在于，所述步骤S3中，运行30min后暂停浓缩，更换设定体积的新的汲取液放入汲取液罐(4)中，继续运行直至浓缩完成。
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