CN110746303A - 一种咖啡豆的处理方法及其提取物提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咖啡豆的处理方法及其提取物提纯方法，涉及化合物提取纯化领域。本发明包括一种咖啡豆的处理方法，依次包括以下步骤：S1：利用混合溶剂初步提取；S2：分步萃取，依次在碱性环境和酸性环境进行萃取；S3：柱层析；以达到操作简便、易于产业化的目的。本发明还包括一种咖啡豆提取绿原酸的提纯方法，包括前述的一种咖啡豆的处理方法，将处理咖啡豆得到的绿原酸通过醇类溶剂进行重结晶，并加入活性炭进行脱色；以实现对从咖啡豆中提出的绿原酸进行简便。易于产业化的提纯。

Description

一种咖啡豆的处理方法及其提取物提纯方法

技术领域

本发明涉及化合物提取纯化领域，具体的说，是一种咖啡豆的处理方法。

背景技术

咖啡豆为茜草科植物咖啡属小果咖啡、中果咖啡及大果咖啡的种子，咖啡豆中含有多种化学成分，包括生物碱类、谷甾醇类、有机酸类、多酚及油脂类等。

绿原酸是咖啡豆中最主要的单体化合物，其在咖啡豆中的含量占2%-8%。绿原酸（Chlorogenic acid）又名3-咖啡酰奎尼酸，是植物在有氧呼吸过程中经磷酸戊糖途径中间产物合成的一种苯丙素类物质。绿原酸是一种与人类健康密切相关的生理活性物质，其具有利胆、抗菌、抗过敏、抗致畸、增高白血球、抗氧化、清除体内DPPH自由基、抗HIV、预防心血管疾病和糖尿病，保护肝脏等作用，其在食品、医药和日用化工等领域中有着广泛的应用。

目前对绿原酸的提取方法主要有：

水提法：水提法是利用绿原酸易溶于水之特性，用热水作为浸提剂进行提取方法。采用倍加水量，50℃条件下煎煮次，每次煎煮，得绿原酸粗品。水提法工艺简单、成本低、投资少。但能耗高、生产周期长、废水量大、产品纯度低。

有机溶剂提取法：绿原酸易溶于甲醇、乙醇、丙酮等极性溶剂。用倍量乙醇热回流，得绿原酸粗品。有机溶剂提取工艺简单，投资小，适合产业化生产，但由于使用有机溶剂，增加溶剂回收成本。

大孔树脂吸附法：大孔吸附树脂是一种不含交换基团、具有大孔结构的高分子吸附剂，也是一种亲脂性物质，具有选择性好、机械强度高、再生处理方便、吸附速度快、操作简单、产品质量稳定、生产成本低等优点，所以特别适合于分离提纯水溶性化合物。

总的来说，以上常用的提取绿原酸的方法，自身都存在着一些缺陷，如能耗高、提取时间长、提取率低、产品纯度低、咖啡因含量过高等。因此，本领域亟需一种易于产业化的绿色工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种咖啡豆的处理方法，以达到操作简便、易于产业化的目的。

同时，本发明还提供一种咖啡豆提取物提纯方法，以实现对从咖啡豆中提出的绿原酸进行简便。易于产业化的提纯。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种咖啡豆的处理方法，依次包括以下步骤：

S1：利用混合溶剂初步提取；

S2：分步萃取，依次在碱性环境和酸性环境进行萃取；

S3：柱层析。

作为优选的，根据权利要求1所述的一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：所述混合溶剂包括0.5wt%~5wt%的氯化氢水溶液和醇类溶剂，所述醇类试剂与所述氯化氢水溶液体积比为3:1~5:1，在步骤S1中，每3~10ml所述混合溶剂中添加1g咖啡豆。

进一步的，在进行分步提取前，对物料进行第一次浓缩，将所述混合溶剂与咖啡豆的混合物浓缩至混合物内咖啡豆质量的2-3倍。

更进一步的，在所述步骤S2中，利用无机碱将物料调节至碱性，并利用酯类溶剂进行萃取，所述酯类溶剂与待萃取混合物体积比为1:2~2:1。

更进一步的，取碱性环境萃取后的水相在酸性环境进行萃取，利用无机酸或其水溶液将所述水箱调节至酸性，再用酯类溶剂进行萃取，所述酯类溶剂与待提取物料的体积比为1:2~2:1。

更进一步的，在完成萃取后，利用无水硫酸镁干燥酸性萃取后的有机相物料。

更进一步的，所述柱层析的固定相是大孔吸附树脂，流动相是醇类溶剂的水溶液。

更进一步的，所述大孔吸附树脂的含水量为65%~75%，湿视密度为0.6g/ml~0.72g/ml，所述醇类溶剂的水溶液为30%~50%体积分数的甲醇水溶液，依次使用30%体积分数的醇类溶剂和50%体积分数的醇类溶剂进行梯度洗脱。

本发明所公开的一种咖啡豆的处理方法具有以下有益效果：

在对咖啡豆进行提取处理的过程中，操作便捷，不需要额外增加有机溶剂回收工艺即可在萃取后，将有机溶剂回收。即便是便捷的利于产业化的提取方法，也能够大幅度的将咖啡豆中的绿原酸提出，便捷且高效，同时也便于后期的提纯作业，利用简单的提纯，即可得到高纯度的精品绿原酸。

一种咖啡豆提取绿原酸的提纯方法，包括前述的一种咖啡豆的处理方法，将处理咖啡豆得到的绿原酸通过醇类溶剂进行重结晶，并加入活性炭进行脱色。

作为优选的，重结晶后，利用冷乙醇对结晶进行洗涤后，放入烘箱中干燥。

本发明另外所公开的一种咖啡豆提取绿原酸的提纯方法，具有以下有益效果：

至需通过操作便捷的重结晶过程，即可让提取后的产物纯度大幅上升。

附图说明

图1为本发明绿原酸成品的氢谱图。

图2为本发明绿原酸成品的碳谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在利用本发明所公开的方法对咖啡豆进行提取的前，首先需要对咖啡豆中绿原酸的含量进行测试。

具体采用以下方式进行测定：

（1）色谱条件

单独测定绿原酸：

色谱柱为Agilent EC-C18柱（150mm×4.6mm，4μm）；用乙腈-0.4%磷酸水溶液（13:84）作为流动相；设置流速为1.0ml/min；检测波长327nm；柱温：35℃。

绿原酸和咖啡酸同时测定：

色谱柱为Agilent EC-C18柱（150mm×4.6mm，4μm）；

梯度洗脱：用乙腈-0.4%磷酸水溶液作为流动相，0min 乙腈：0.4%磷酸水溶液 5%：95%；5min 乙腈：0.4%磷酸水溶液 10%：90%；10min 乙腈：0.4%磷酸水溶液13%：87%；15min 乙腈：0.4%磷酸水溶液 20%：80%；20min 乙腈：0.4%磷酸水溶液 30%：70%；25min 乙腈：0.4%磷酸水溶液40%：60%；30min 乙腈：0.4%磷酸水溶液 60%：40%；35min 乙腈：0.4%磷酸水溶液80%：20%；40min 乙腈：0.4%磷酸水溶液 0%：100%。

设置流速为1.0ml/min；检测波长327nm；柱温：35℃。

（2）对照品的制备

精密称取绿原酸适量，精密称定，用50%甲醇溶解，混匀。转移到25mL容量瓶中，加50%甲醇至刻度线，摇匀，即得配成40μg/mL的标准溶液。10℃下保存。

（3）样品的制备

取咖啡粉末0.5g，精密称定，置具塞锥形瓶中，精密加入50% 甲醇70mL，称定重量，超声处理（功率200W，频率40kHz）30min，放冷，再称定重量，用50%甲醇补足减失的重量，摇匀，滤过，精密量取续滤液5mL，置于25mL容量瓶中，加50%甲醇至刻度线，摇匀，即得。

（4）测定

标准曲线的绘制：对照品溶液的进样量分别为5μl，6μl，7μl，9μl，10μl。

供试品溶液10μl。

按上述方法测定得到的废弃咖啡豆中绿原酸的含量为3.9%。

对咖啡豆自身的绿原酸含量测量完毕后，通过以下的实施例对本发明所公开的一种咖啡豆的处理方法及其提取物提纯方法进行说明。

实施例1

一种咖啡豆的处理方法，其包括下述步骤：

（1）用混合溶剂提取咖啡豆，得到咖啡豆提取液；所述的混合溶剂为C1~C4的醇类溶剂与HCl水溶液的混合溶剂；

前述的醇类溶剂可以甲醇或乙醇；

前述的HCL水溶液可为0.5 wt%~5.0 wt% HCl水溶液，具体的可以为0.5 wt% HCl水溶液、1.0 wt% HCl水溶液、2.0 wt% HCl水溶液或5.0 wt% HCl水溶液；

前述的混合溶剂中，醇类溶剂与所述的HCl水溶液的体积比可为80：20；

再者，前述混合溶剂与咖啡豆的体积质量比值可为5mL/g，即每5ml的混合溶剂中，添加有1g的待提取咖啡豆；

同时，前述的提取可为浸泡提取。浸泡提取的温度可为室温，例如25℃。所述的浸泡提取可在超声下进行；

前述的提取时间持续提取12.5小时；提取2-3次；

前述的提取结束后，可通过过滤或者离心等等方式，得到咖啡豆提取液。

（2）可以利用旋转蒸发浓缩步骤（1）得到的咖啡豆提取液，直至浓缩液为咖啡豆3倍质量时为止得咖啡豆浓缩提取液A。

（3）向咖啡豆浓缩提取液A中加入无机碱如NaHCO3或Na2CO3，调节咖啡豆浓缩提取液A为碱性，碱性可为pH=8，用酯类溶剂萃取，前述的酯类溶剂可为乙酸乙酯或乙酸异丙酯，且，与咖啡豆浓缩提取液A的体积比为1：1，萃取完成后，其水相即咖啡豆浓缩提取液B；前述的萃取次数可萃取1~3次。

（4）向咖啡豆浓缩提取液B中加入无机酸或其水溶液，前述的无机酸可为HCl，前述的无机酸的水溶液可为HCl的水溶液，即1wt%的HCl的水溶液，调节步骤咖啡豆浓缩提取液B为酸性，pH=1~2，用乙酸乙酯或乙酸异丙酯按照与咖啡豆浓缩提取液B体积比为1:1进行萃取，萃取1~5次，其有机相即咖啡豆浓缩提取液C；

在完成萃取后，可通过加入无水MgSO4干燥咖啡豆浓缩提取液C。

（5）利用旋转蒸发浓缩步骤（4）得到的咖啡豆浓缩提取液C，将酯类溶剂去除后，得咖啡豆提取物；

（6）将步骤（5）得到的咖啡豆提取物进行柱层析，即可；所述的柱层析的固定相为苯乙烯型非极性大孔吸附树脂，具体的，是天津南开和成科技有限公司的大孔吸附树脂D101，其粒度可为（0.3-1.25mm）≥95%，含水量可为65%~75%，湿视密度可为0.60 g/ml~0.72 g/ml，所述的柱层析的流动相为C1~C4的醇类溶剂的水溶液，前述的醇类溶剂可为甲醇或乙醇；

并且，柱层析的洗脱方式可为梯度洗脱，例如依次使用下述流动相：30%体积分数的C1~C4的醇类溶剂的水溶液、50%体积分数的C1~C4的醇类溶剂的水溶液。

所述的处理方法的产物为绿原酸。

实施例2

在实施例1的基础上，称量300g的废弃咖啡豆（高效液相测定其中的绿原酸含量为3.9%），将其研细并过60目筛，得到的粉末置于广口瓶中，用乙醇和0.5wt% HCl水溶液（80:20，1500mL）在室温条件下进行浸泡提取12个小时，随后再用超声提取器提取半小时。滤液用多层纱布进行过滤，并收集滤液。剩余残渣用上述提取方法再提取一次，之后将两次的提取滤液进行合并。

上述合并的乙醇水提取液，用减压旋蒸方式除去绝大部分的乙醇（至咖啡豆3倍质量时为止），然后用NaHCO3粉末调节溶液的pH为8左右。接下来，用乙酸乙酯等体积萃取提取浓缩液3次，剩下的水层，再用1%的盐酸水溶液调节pH为1-2。之后用乙酸乙酯对水层进行等体积萃取（5次），合并有机层，并用无水MgSO4进行干燥处理，用脱脂棉过滤除去无水MgSO4，滤液旋干除去溶剂待用。

用大孔树脂对旋蒸得到的初提物进行柱层析处理。大孔树脂使用的型号为D101。100g大孔树脂先用甲醇浸泡过夜溶胀，倒入玻璃柱中，并用30%甲醇水替换柱中的甲醇。将上述得到的浓缩液倒入柱中，依次使用30%甲醇水和50%甲醇水进行梯度洗脱，50%的甲醇水洗脱部分可得到绿原酸粗品（展开剂为二氯甲烷:甲醇=3:1）。减压下使用旋蒸对其进行浓缩处理（除去其中的溶剂）。浓缩后得到12.0克淡黄色粘稠物（其中绿原酸的含量为80%）。

接下来对该粘稠物进行重结晶。首先用20mL乙醇将绿原酸粗品溶解，向溶液中加入162毫克活性炭，回流搅拌脱色一小时，冷却过滤，滤液减压浓缩，放置12小时析出黄色沉淀，离心得到黄色沉淀，收率为3.2%（以废弃咖啡豆的量进行计算）。

沉淀粗品用乙醇重结晶2-3次。将结晶用布氏漏斗过滤，并用冷乙醇洗涤，得绿原酸精品湿沉淀。将绿原酸精品湿沉淀放入烘箱干燥，干燥温度为70-80℃。干燥后的绿原酸精品即为绿原酸成品。其氢谱如图1所示，其碳谱如图2所示。

实施例3

在实施例1的基础上，称量300g的废弃咖啡豆（高效液相测定其中的绿原酸含量为3.9%），将其研细并过60目筛，得到的粉末置于广口瓶中，用乙醇和1.0wt%HCl水溶液（80:20，1500mL）在室温条件下进行浸泡提取12个小时，随后再用超声提取器提取半小时。滤液用多层纱布进行过滤，并收集滤液。剩余残渣用上述提取方法再提取一次，之后将两次的提取滤液进行合并。

上述合并的乙醇水提取液，用减压旋蒸方式除去绝大部分的乙醇（至咖啡豆3倍质量时为止），然后用NaHCO3粉末调节溶液的pH为8左右。接下来，用乙酸乙酯等体积萃取提取浓缩液3次，剩下的水层，再用1%的盐酸水溶液调节pH为1-2。之后用乙酸乙酯对水层进行等体积萃取（5次），合并有机层，并用无水MgSO4进行干燥处理，用脱脂棉过滤除去无水MgSO4，滤液旋干除去溶剂待用。

用大孔树脂对旋蒸得到的初提物进行柱层析处理。大孔树脂使用的型号为D101。100g大孔树脂先用甲醇浸泡过夜溶胀，倒入玻璃柱中，并用30%甲醇水替换柱中的甲醇。将上述得到的浓缩液倒入柱中，依次使用30%甲醇水和50%甲醇水进行梯度洗脱，50%的甲醇水洗脱部分可得到绿原酸粗品（展开剂为二氯甲烷:甲醇=3:1）。减压下使用旋蒸对其进行浓缩处理（除去其中的溶剂）。浓缩后得到11.7克淡黄色粘稠物（其中绿原酸的含量为80%）。

接下来对该粘稠物进行重结晶。首先用20mL乙醇将绿原酸粗品溶解，向溶液中加入160毫克活性炭，回流搅拌脱色一小时，冷却过滤，滤液减压浓缩，放置12小时析出黄色沉淀，离心得到黄色沉淀，收率为3.12%（以废弃咖啡豆的量进行计算）。

沉淀粗品用乙醇重结晶2-3次。将结晶用布氏漏斗过滤，并用冷乙醇洗涤，得绿原酸精品湿沉淀。将绿原酸精品湿沉淀放入烘箱干燥，干燥温度为70-80℃。干燥后的绿原酸精品即为绿原酸成品。其氢谱和碳谱同请参考图1以及图2。

实施例4

在实施例1的基础上，称量300g的废弃咖啡豆（高效液相测定其中的绿原酸含量为3.9%），将其研细并过60目筛，得到的粉末置于广口瓶中，用乙醇和2.0wt% HCl水溶液（80:20，1500mL）在室温条件下进行浸泡提取12个小时，随后再用超声提取器提取半小时。滤液用多层纱布进行过滤，并收集滤液。剩余残渣用上述提取方法再提取一次，之后将两次的提取滤液进行合并。

上述合并的乙醇水提取液，用减压旋蒸方式除去绝大部分的乙醇（至咖啡豆3倍质量时为止），然后用NaHCO3粉末调节溶液的pH为8左右。接下来，用乙酸乙酯等体积萃取提取浓缩液3次，剩下的水层，再用1%的盐酸水溶液调节pH为1-2。之后用乙酸乙酯对水层进行等体积萃取（5次），合并有机层，并用无水MgSO4进行干燥处理，用脱脂棉过滤除去无水MgSO4，滤液旋干除去溶剂待用。

用大孔树脂对旋蒸得到的初提物进行柱层析处理。大孔树脂使用的型号为D101。100g大孔树脂先用甲醇浸泡过夜溶胀，倒入玻璃柱中，并用30%甲醇水替换柱中的甲醇。将上述得到的浓缩液倒入柱中，依次使用30%甲醇水和50%甲醇水进行梯度洗脱，50%的甲醇水洗脱部分可得到绿原酸粗品（展开剂为二氯甲烷:甲醇=3:1）。减压下使用旋蒸对其进行浓缩处理（除去其中的溶剂）。浓缩后得到11.55克淡黄色粘稠物（其中绿原酸的含量为80%）。

接下来对该粘稠物进行重结晶。首先用20mL乙醇将绿原酸粗品溶解，向溶液中加入160毫克活性炭，回流搅拌脱色一小时，冷却过滤，滤液减压浓缩，放置12小时析出黄色沉淀，离心得到黄色沉淀，收率为3.08%（以废弃咖啡豆的量进行计算）。

沉淀粗品用乙醇重结晶2-3次。将结晶用布氏漏斗过滤，并用冷乙醇洗涤，得绿原酸精品湿沉淀。将绿原酸精品湿沉淀放入烘箱干燥，干燥温度为70-80℃。干燥后的绿原酸精品即为绿原酸成品。其氢谱和碳谱请参见图1以及图2.

实施例5

在实施例1的基础上，称量300g的废弃咖啡豆（高效液相测定其中的绿原酸含量为3.9%），将其研细并过60目筛，得到的粉末置于广口瓶中，用乙醇和5.0wt% HCl水溶液（80:20，1500mL）在室温条件下进行浸泡提取12个小时，随后再用超声提取器提取半小时。滤液用多层纱布进行过滤，并收集滤液。剩余残渣用上述提取方法再提取一次，之后将两次的提取滤液进行合并。

上述合并的乙醇水提取液，用减压旋蒸方式除去绝大部分的乙醇（至咖啡豆3倍质量时为止），然后用NaHCO3粉末调节溶液的pH为8左右。接下来，用乙酸乙酯等体积萃取提取浓缩液3次，剩下的水层，再用1%的盐酸水溶液调节pH为1-2。之后用乙酸乙酯对水层进行等体积萃取（5次），合并有机层，并用无水MgSO4进行干燥处理，用脱脂棉过滤除去无水MgSO4，滤液旋干除去溶剂待用。

用大孔树脂对旋蒸得到的初提物进行柱层析处理。大孔树脂使用的型号为D101。100g大孔树脂先用甲醇浸泡过夜溶胀，倒入玻璃柱中，并用30%甲醇水替换柱中的甲醇。将上述得到的浓缩液倒入柱中，依次使用30%甲醇水和50%甲醇水进行梯度洗脱，50%的甲醇水洗脱部分可得到绿原酸粗品（展开剂为二氯甲烷:甲醇=3:1）。减压下使用旋蒸对其进行浓缩处理（除去其中的溶剂）。浓缩后得到11.1克淡黄色粘稠物（其中绿原酸的含量为80%）。

接下来对该粘稠物进行重结晶。首先用20mL乙醇将绿原酸粗品溶解，向溶液中加入162毫克活性炭，回流搅拌脱色一小时，冷却过滤，滤液减压浓缩，放置12小时析出黄色沉淀，离心得到黄色沉淀，收率为2.96%（以废弃咖啡豆的量进行计算）。

沉淀粗品用乙醇重结晶2-3次。将结晶用布氏漏斗过滤，并用冷乙醇洗涤，得绿原酸精品湿沉淀。将绿原酸精品湿沉淀放入烘箱干燥，干燥温度为70-80℃。干燥后的绿原酸精品即为绿原酸成品。

综合对比上述的若干实施例，通过本发明所公开的咖啡豆处理方法，能够将咖啡都中的绿原酸大量的提出处，最高的能够达到83%的绿原酸提取率，并且操作简便，便于工业化，大幅度的增加了产业化提取咖啡豆中绿原酸的效率和效果。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

S1：利用混合溶剂初步提取；

S2：分步萃取，依次在碱性环境和酸性环境进行萃取；

S3：柱层析。

2.根据权利要求1所述的一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：所述混合溶剂包括0.5wt%~5wt%的氯化氢水溶液和醇类溶剂，所述醇类试剂与所述氯化氢水溶液体积比为3:1~5:1，在步骤S1中，每3~10ml所述混合溶剂中添加1g咖啡豆。

3.根据权利要求1所述的一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：在进行分步提取前，对物料进行第一次浓缩，将所述混合溶剂与咖啡豆的混合物浓缩至混合物内咖啡豆质量的2-3倍。

4.根据权利要求1所述的一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：在所述步骤S2中，利用无机碱将物料调节至碱性，并利用酯类溶剂进行萃取，所述酯类溶剂与待萃取混合物体积比为1:2~2:1。

5.根据权利要求1或4所述的一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：取碱性环境萃取后的水相在酸性环境进行萃取，利用无机酸或其水溶液将所述水箱调节至酸性，再用酯类溶剂进行萃取，所述酯类溶剂与待提取物料的体积比为1:2~2:1。

6.根据权利要求5所述的一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：在完成萃取后，利用无水硫酸镁干燥酸性萃取后的有机相物料。

7.根据权利要求1所述的一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：所述柱层析的固定相是大孔吸附树脂，流动相是醇类溶剂的水溶液。

8.根据权利要求1或7所述的一种咖啡豆的处理方法，其特征在于：所述大孔吸附树脂的含水量为65%~75%，湿视密度为0.6g/ml~0.72g/ml，所述醇类溶剂的水溶液为30%~50%体积分数的甲醇水溶液，依次使用30%体积分数的醇类溶剂和50%体积分数的醇类溶剂进行梯度洗脱。

9.一种咖啡豆提取绿原酸的提纯方法，其特征在于：包括权利要求1至8中任意一项所述一种咖啡豆的处理方法，将处理咖啡豆得到的绿原酸通过醇类溶剂进行重结晶，并加入活性炭进行脱色。

10.根据权利要求9所述的一种咖啡豆提取绿原酸的提纯方法，其特征在于：重结晶后，利用冷乙醇对结晶进行洗涤后，放入烘箱中干燥。

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