CN112479923A - 一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，以茶多酚工业废液为原料，经过格栅过滤、絮凝、纳滤膜过滤、阳离子交换树脂吸附后得到澄清液C，再经过浓缩、凝胶型强碱性树脂得到低纯度茶氨酸，最后经过重结晶处理步骤后，最终制得高纯度茶氨酸。本发明所述的方法，以茶多酚工业废液为原料，提高了茶叶的利用率，避免了茶叶资源的浪费，提高了茶叶生产的经济效益；得到的茶氨酸的产品的安全性能更高；本发明所述的方法适合产业化，应用范围更加广泛；去除了茶多酚工业废液中残留的农药、咖啡碱及三聚氰胺等污染物，保证了茶氨酸的产品质量；不同的步骤中得到不同纯度的茶氨酸，提高了茶氨酸产品规格的多样性，满足了不同的生产需要。
Description
技术领域
本发明涉及茶氨酸的生产领域，具体涉及一种从茶氨酸生产废液中提取茶氨酸的方法。
背景技术
茶氨酸学名为N-乙基-γ-氨基-L-谷氨酰胺，是茶叶中具有鲜爽味的主要成分，其含量一般占茶叶干重的1%~2%，占茶叶中游离氨基酸总量的40%~70%，被称为“天然镇静剂”。茶氨酸在医学上用于抗肿瘤辅助药物，具有抗糖尿病、调节情绪、降血压及减轻酒精对肝脏伤害的作用。茶氨酸在食品行业用作功能性、风味食品添加剂和茶饮料的品质改良剂。
现有技术中茶氨酸的制备方法包括化学合成法、微生物发酵合成法、茶树愈伤组织或细胞法、体外酶促合成法和直接提取法。其中，化学合成法可以工业化生产茶氨酸，但是其产品的安全性还有待检验；微生物发酵合成法虽然工艺较为成熟，但是生产成本较高；茶树愈伤组织或细胞法及体外酶促进合成法生产茶氨酸还处于试验探索阶段，未能进行大规模的工业生产；直接从茶叶中提取茶氨酸，由于原料成本过高限制了其经济效益的获得，产业化的发展存在困难。因此，找到一种可以产率高、生产成本低且产品纯度高的茶氨酸的生产方法成为了茶氨酸生产领域的难题。
茶多酚工业废液中含有茶氨酸、可溶性多糖、蛋白质、多酚、果胶以及色素等杂质；这些杂质以悬浮液及胶体的形式存在，影响茶氨酸的提取及纯化。
申请号为201510578407.7的发明专利，公开了一种茶氨酸的提取方法，包括超滤、沉淀、溶解、电渗析、减压浓缩、加乙醇去硫酸等步骤。该发明在对废液超滤去除大分子物质后，用碱式碳酸铜与茶氨酸生成茶氨酸-碱式碳酸铜沉淀，再使稀硫酸与茶氨酸-碱式碳酸铜反应生成茶氨酸-硫酸铜，再通过电渗析同时去除茶氨酸-硫酸铜中的铜离子和硫酸根离子，然后使用检索浓缩去除淡水室内的水份，再使用无水乙醇分离出硫酸-茶氨酸中的硫酸。该发明在避免使用硫化氢和氢氧化钡等物质的前提下，提供了一种从茶叶提取茶多酚后的废液中提取茶氨酸的步骤简单的方法，所得低含量茶氨酸中茶氨酸的浓度达到70～90％。然而该发明在提取茶氨酸的过程中引入铜离子和硫酸根离子，虽然该发明采用电渗析的方法将其去除，但是残留在高纯度茶氨酸中的铜离子和硫酸根离子势必会对茶氨酸的纯度产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供采用环保的、高回收率的且操作简便的方法从茶多酚工业废液中分离提取高纯度的茶氨酸的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，包括步骤：
S1：对茶多酚工业废液经过格栅过滤后浓缩至比重为1~1.1后加入絮凝剂，搅拌均匀后静置2~3h，过滤的澄清液A；将所述的澄清液A过超滤膜，得到膜过滤液A；
本发明使用格栅对茶多酚工业废液进行过滤可初步地滤去其中较大颗粒或较大分子量的杂质，细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被格栅截留下来，减轻大粒径杂质对超滤膜的损伤，增加了所述超滤膜的过滤效率；絮凝处理可将茶氨酸工业废液中的蛋白质和部分茶色素去除。采用超滤膜进行过滤，在满足过滤要求的情况下，最大程度的避免了对茶氨酸的截留，提高了茶氨酸的回收效率；对茶多酚工业废液中的咖啡碱进行了有效的截留去除，提高了茶氨酸的回收率。
S2：将步骤S1所述的膜过滤液A稀释后得到上柱液A，使用阳离子交换树脂进行吸附，吸附饱和后，采用解吸剂洗脱，得到澄清液B，将所述澄清液B浓缩至固液比为10~15%，得到澄清液C；
阳离子交换树脂对氨基酸具有较强的选择吸附性，本发明采用阳离子吸附树脂对茶氨酸进行吸附，将茶氨酸从所述的上柱液A中分离出来，进一步起到分离纯化的作用。
S3：将步骤S2所述的澄清液C过凝胶型强碱性树脂后，用浓度为0.02~0.08 mol/L氢氧化钠溶液洗脱，得到低含量茶氨酸；
S4：在将步骤S3所述的低含量茶氨酸浓缩后加入2~5倍体积的无水乙醇，混合均匀后在-1~1℃下冷冻干燥42~50 h，分离后得到结晶状物质，重复上述步骤2~3次对所述的结晶状物质进行重复结晶，制得重结晶产物，将所述的重结晶产物在55~65℃下干燥后即可得到高纯度茶氨酸。
优选地，步骤S1所述的絮凝剂为明胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖或ZTC-Ⅱ型天然澄清剂一种或多种的混合物。
优选地，步骤S2所述的阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂。
进一步优选地，所述的强酸性阳离子交换树脂为氢型或磺酸型。
优选地，步骤S2所述的解吸剂为磷酸氢二钠溶液或氨水，所述的解吸剂的用量为1.5倍体积，洗脱流速为0.75~1mL·min-1。
优选地，步骤S3所述的凝胶型强碱性树脂为HZ-202。
HZ-202凝胶型强碱阴离子交换树脂，由于采用了特殊的工艺生产，使得产品具有特殊孔道分布，该树脂的孔径大,吸附量高、容易再生、再生时碱耗低、抗渗透能力强等特点。使用HZ-202可将所述澄清液C中含有的剩余色素进一步去除，从而得到进一步纯化的低含量茶氨酸。
优选地，步骤S4中所述的低含量茶氨酸的浓缩至固液比为20~25%。
优选地，步骤S4分离出的结晶状物质在重复结晶之前，将所述的结晶状物质在40~55℃下进行蒸发处理，以去除残留的无水乙醇，减少杂质的残留。
优选地，步骤S3中所述澄清液C过凝胶型强碱性树脂的上柱流速为0.5~2.0 BV/h，所述澄清液C的浓度为0.5~1.5 mg/L。
本发明产生的有益效果包括：
1. 本发明公开了一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，以茶多酚工业废液为原料，经过格栅过滤、絮凝、超滤膜过滤、阳离子交换树脂吸附、浓缩、凝胶型强碱性树脂、重结晶等步骤，最终制得高纯度的高纯度茶氨酸。本发明所述的方法，以茶多酚工业废液为原料，提高了茶叶的利用率，避免了茶叶资源的浪费，提高了茶叶生产的经济效益。本发明可将茶多酚工业废液中残留的微量污染物完全去除，保证了制得的茶氨酸产品的纯度，所述的污染物包括农药残留和三聚氰胺等。
2. 本发明所述的茶氨酸的制备方法，步骤S2~S4，可得到不同含量梯度的茶氨酸成品，分别为步骤S2得到的澄清液C，步骤S3得到的低纯度茶氨酸，和步骤S4中得到的高纯度茶氨酸；根据实施例可得所述的澄清液C中茶氨酸的纯度为30~40%，所述的低纯度的茶氨酸的纯度为85~85%。不同纯度的茶氨酸，提高了茶氨酸产品规格的多样性，满足了不同的生产需要。本发明所述的方法适合产业化，应用范围更加广泛。
3. 本发明所述的方法较为环保，使用的生产材料中无有害物质存在，得到的茶氨酸的产品的安全性能更高。本发明所述的方法，可以去除茶多酚工业废液中绝大多数杂质，得到了安全性能更高、多种纯度含量的高纯度茶氨酸，可满足不同的生产需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步地详细说明。
本发明的实施例中涉及的茶氨酸的检测方法均参照国家标准GB/T 23193-2017《茶叶中茶氨酸的测定 高效液相色谱法》即HPLC法。
实施例1
本实施例一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，包括步骤：
S1：对茶多酚工业废液经过格栅过滤后浓缩至比重为1后加入絮凝剂，搅拌均匀后静置2h，过滤的澄清液A；将所述的澄清液A过超滤膜，得到膜过滤液A；所述的絮凝剂选自明胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖或ZTC-Ⅱ型天然澄清剂一种或多种的混合物，本实施例的絮凝剂选用壳聚糖。
S2：将步骤S1所述的膜过滤液A稀释后得到上柱液A，使用阳离子交换树脂进行吸附，吸附饱和后，采用解吸剂洗脱，得到澄清液B，将所述澄清液B浓缩至固液比为10%，得到澄清液C；所述的阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂；所述的解吸剂为磷酸氢二钠溶液或氨水，本实施例解吸液为磷酸氢二钠；所述的解吸剂的用量为1.5倍体积，洗脱流速为0.75 mL·min-1。
S3：将步骤S2所述的澄清液C过凝胶型强碱性树脂后，用浓度为0.02 mol/L氢氧化钠溶液洗脱，得到低含量茶氨酸；所述的凝胶型强碱性树脂为HZ-202。所述澄清液C过凝胶型强碱性树脂的上柱流速为0.5 BV/h，所述澄清液C的浓度为0.5 mg/L。
S4：在将步骤S3所述的低含量茶氨酸浓缩后加入2倍体积的无水乙醇，混合均匀后在-1℃下冷冻干燥42 h，分离后得到结晶状物质，重复上述步骤2次对所述的结晶状物质进行重复结晶，制得重结晶产物，将所述的重结晶产物在55℃下干燥后即可得到高纯度茶氨酸。所述的低含量茶氨酸的浓缩至固液比为20%；分离出的结晶状物质在重复结晶之前，将所述的结晶状物质在50~55℃下进行蒸发处理。
步骤S2得到的澄清液C茶氨酸的纯度为30%，步骤S3中的到的低纯度茶氨酸的纯度为50%，对步骤S4进行重结晶后的得到的高纯度茶氨酸中的茶氨酸的含量进行检测，测得的高纯度茶氨酸的纯度为85%。
实施例2
本实施例一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，包括步骤：
S1：对茶多酚工业废液经过格栅过滤后浓缩至比重为1.1后加入絮凝剂，搅拌均匀后静置2.5h，过滤的澄清液A；将所述的澄清液A过超滤膜，得到膜过滤液A；所述的絮凝剂选自明胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖或ZTC-Ⅱ型天然澄清剂一种或多种的混合物，本实施例的絮凝剂选用聚丙烯酰胺。
S2：将步骤S1所述的膜过滤液A稀释后得到上柱液A，使用阳离子交换树脂进行吸附，吸附饱和后，采用解吸剂洗脱，得到澄清液B，将所述澄清液B浓缩至固液比为12%，得到澄清液C；所述的阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂；所述的解吸剂为磷酸氢二钠溶液或氨水，本实施例解吸液为氨水；所述的解吸剂的用量为1.5倍体积，洗脱流速为0.85mL·min-1。
S3：将步骤S2所述的澄清液C过凝胶型强碱性树脂后，用浓度为0.04 mol/L氢氧化钠溶液洗脱，得到低含量茶氨酸；所述的凝胶型强碱性树脂为HZ-202。所述澄清液C过凝胶型强碱性树脂的上柱流速为1 BV/h，所述澄清液C的浓度为0.8 mg/L。
S4：在将步骤S3所述的低含量茶氨酸浓缩后加入3倍体积的无水乙醇，混合均匀后在0℃下冷冻干燥48 h，分离后得到结晶状物质，重复上述步骤3次对所述的结晶状物质进行重复结晶，制得重结晶产物，将所述的重结晶产物在60℃下干燥后即可得到高纯度茶氨酸。所述的低含量茶氨酸的浓缩至固液比为23%；分离出的结晶状物质在重复结晶之前，将所述的结晶状物质在45~50℃下进行蒸发处理。
步骤S2得到的澄清液C茶氨酸的纯度为35%，步骤S3中的到的低纯度茶氨酸的纯度为58%，对步骤S4进行重结晶后的得到的高纯度茶氨酸中的茶氨酸的含量进行检测，测得的高纯度茶氨酸的纯度为89%。
实施例3
本实施例一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，包括步骤：
S1：对茶多酚工业废液经过格栅过滤后浓缩至比重为1.1后加入絮凝剂，搅拌均匀后静置3h，过滤的澄清液A；将所述的澄清液A过超滤膜，得到膜过滤液A；所述的絮凝剂选自明胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖或ZTC-Ⅱ型天然澄清剂一种或多种的混合物，本实施例的絮凝剂选用ZTC-Ⅱ型天然澄清剂。
S2：将步骤S1所述的膜过滤液A稀释后得到上柱液A，使用阳离子交换树脂进行吸附，吸附饱和后，采用解吸剂洗脱，得到澄清液B，将所述澄清液B浓缩至固液比为15%，得到澄清液C；所述的阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂；所述的解吸剂为磷酸氢二钠溶液或氨水，本实施例解吸液为磷酸氢二钠；所述的解吸剂的用量为1.5倍体积，洗脱流速为1mL·min-1。
S3：将步骤S2所述的澄清液C过凝胶型强碱性树脂后，用浓度为0.08 mol/L氢氧化钠溶液洗脱，得到低含量茶氨酸；所述的凝胶型强碱性树脂为HZ-202。所述澄清液C过凝胶型强碱性树脂的上柱流速为2.0 BV/h，所述澄清液C的浓度为1.5 mg/L。
S4：在将步骤S3所述的低含量茶氨酸浓缩后加入5倍体积的无水乙醇，混合均匀后在1℃下冷冻干燥42 h，分离后得到结晶状物质，重复上述步骤3次对所述的结晶状物质进行重复结晶，制得重结晶产物，将所述的重结晶产物在65℃下干燥后即可得到高纯度茶氨酸。所述的低含量茶氨酸的浓缩至固液比为25%；分离出的结晶状物质在重复结晶之前，将所述的结晶状物质在40~45℃下进行蒸发处理。
步骤S2得到的澄清液C茶氨酸的纯度为37%，步骤S3中的到的低纯度茶氨酸的纯度为65%，对步骤S4进行重结晶后的得到的高纯度茶氨酸中的茶氨酸的含量进行检测，测得的高纯度茶氨酸的纯度为93%。
实施例4
本实施例一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，包括步骤：
S1：对茶多酚工业废液经过格栅过滤后浓缩至比重为1.1后加入絮凝剂，搅拌均匀后静置2.5h，过滤的澄清液A；将所述的澄清液A过超滤膜，得到膜过滤液A；所述的絮凝剂选自明胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖或ZTC-Ⅱ型天然澄清剂一种或多种的混合物，本实施例的絮凝剂选用ZTC-Ⅱ型天然澄清剂。
S2：将步骤S1所述的膜过滤液A稀释后得到上柱液A，使用阳离子交换树脂进行吸附，吸附饱和后，采用解吸剂洗脱，得到澄清液B，将所述澄清液B浓缩至固液比为14%，得到澄清液C；所述的阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂；所述的解吸剂为磷酸氢二钠溶液或氨水，本实施例解吸液为磷酸氢二钠；所述的解吸剂的用量为1.5倍体积，洗脱流速为0.95 mL·min-1。
S3：将步骤S2所述的澄清液C过凝胶型强碱性树脂后，用浓度为0.04 mol/L氢氧化钠溶液洗脱，得到低含量茶氨酸；所述的凝胶型强碱性树脂为HZ-202。所述澄清液C过凝胶型强碱性树脂的上柱流速为1.5 BV/h，所述澄清液C的浓度为1.3 mg/L。
S4：在将步骤S3所述的低含量茶氨酸浓缩后加入5倍体积的无水乙醇，混合均匀后在-1℃下冷冻干燥42 h，分离后得到结晶状物质，重复上述步骤3次对所述的结晶状物质进行重复结晶，制得重结晶产物，将所述的重结晶产物在60℃下干燥后即可得到高纯度茶氨酸。所述的低含量茶氨酸的浓缩至固液比为23%；分离出的结晶状物质在重复结晶之前，将所述的结晶状物质在50~55℃下进行蒸发处理。
步骤S2得到的澄清液C茶氨酸的纯度为40%，步骤S3中的到的低纯度茶氨酸的纯度为70%，对步骤S4进行重结晶后的得到的高纯度茶氨酸中的茶氨酸的含量进行检测，测得的高纯度茶氨酸的纯度为95%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，包括步骤：
S1：对茶多酚工业废液经过格栅过滤后浓缩至比重为1~1.1后加入絮凝剂，搅拌均匀后静置2~3h，过滤的澄清液A；将所述的澄清液A过超滤膜，得到膜过滤液A；
S2：将步骤S1所述的膜过滤液A稀释后得到上柱液A，使用阳离子交换树脂进行吸附，吸附饱和后，采用解吸剂洗脱，得到澄清液B，将所述澄清液B浓缩至固液比为10~15%，得到澄清液C； S3：将步骤S2所述的澄清液C过凝胶型强碱性树脂后，用浓度为0.02~0.08 mol/L氢氧化钠溶液洗脱，得到低纯度茶氨酸；
S4：在将步骤S3所述的低纯度茶氨酸浓缩后加入2~5倍体积的无水乙醇，混合均匀后在-1~1℃下冷冻干燥42~50 h，分离后得到结晶状物质，重复上述步骤2~3次对所述的结晶状物质进行重复结晶，制得重结晶产物，将所述的重结晶产物在55~65℃下干燥后即可得到高纯度茶氨酸。
2.根据权利要求1所述的一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，其特征在于：步骤S1所述的絮凝剂为明胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖或ZTC-Ⅱ型天然澄清剂一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，其特征在于：步骤S2所述的阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂。
4.根据权利要求1所述的一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，其特征在于：步骤S2所述的解吸剂为磷酸氢二钠溶液或氨水，所述的解吸剂的用量为1.5倍体积，洗脱流速为0.75~1 mL·min-1。
5.根据权利要求1所述的一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，其特征在于：步骤S3所述的凝胶型强碱性树脂为HZ-202。
6.根据权利要求1所述的一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，其特征在于：步骤S4中所述的低纯度茶氨酸的浓缩至固液比为20~25%。
7.根据权利要求1所述的一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，其特征在于：步骤S4分离出的结晶状物质在重复结晶之前，将所述的结晶状物质在40~55℃下进行蒸发处理。
8.根据权利要求1所述的一种从茶多酚工业废液中提取茶氨酸的方法，其特征在于：步骤S3中所述澄清液C过凝胶型强碱性树脂的上柱流速为0.5~2.0 BV/h，所述澄清液C的浓度为0.5~1.5 mg/L。
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