CN115572296B - 一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，包括以下步骤：在咖啡因的甲化母液中加入乙醚进行萃取；在乙醚萃取后的甲化母液中加入氯仿进行萃取，得到咖啡因氯提品；将咖啡因氯提品进行精制，得到精制后的氯提品溶液；精制后的氯提品溶液中加入一定量的咖啡因处于饱和状态的成品母液，降温结晶，得到咖啡因一精品，咖啡因一精品与咖啡因粗品混合后进行精制，得到咖啡因成品。本发明所公开的方法在不增加咖啡因精制所产生的废水量的前提下，将造成咖啡因成品吸光度增加的杂质有效去除，提高了产品质量。

Description

一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法
技术领域
本发明涉及咖啡因精制领域，特别涉及一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法。
背景技术
咖啡因化学名称为1,3,7-三甲基黄嘌呤，白色粉末状，具有兴奋心脏及中枢神经系统、抗氧化、舒张血管和松弛平滑肌等生理作用，是一种具有重要药用价值的生物碱，广泛用于医药、食品、化妆品等领域。
根据来源，咖啡因可分天然咖啡因和工业咖啡因两种，市场上主要以工业咖啡因为主。工业咖啡因制备路线有多条，以氯乙酸或氰乙酸为原料，经多步反应制咖啡因是主流方法，茶钠与硫酸二甲酯在碱性条件下发生甲化反应是合成咖啡因的最后一步反应。甲化反应液降温后，咖啡因结晶析出，分离后得到咖啡因粗品和甲化母液。
由于含有杂质，咖啡因粗品需要精制才能达到产品标准要求，咖啡因粗品精制处理后得到咖啡因制品和咖啡因处于饱和状态的成品母液(咖啡因含量约为1.5-2％)。
甲化母液中含有约1.5～2％的咖啡因及各种杂质，工业上普遍采用氯仿萃取回收其中的咖啡因，同时甲化母液中的各种有机杂质也萃取进氯仿相中。萃取后在氯仿相中加入水加热，氯仿汽化回收循环使用。脱除了氯仿的咖啡因水溶液降温结晶，离心得到咖啡因氯提品。咖啡因氯提品杂质多、颜色深，品质比咖啡因粗品差很多，需要单独进行一次精制处理，得到咖啡因一精品。目前，工业上常将咖啡因一精品与咖啡因粗品混合后进行精制处理，得到咖啡因制品和咖啡因处于饱和状态的成品母液(咖啡因含量约为1.5-2％)，成品母液再去氯仿萃取回收其中的咖啡因。
传统精制方法得到的咖啡因制品中偶尔会出现一定量的不合格品，与合格品相比，其外观颜色及纯度指标都能达到产品标准要求，唯有吸光度指数超过标准要求值0.2导致产品不合格，吸光度指数一定程度上反映了产品中的杂质含量。生产中不合格品经过一次或多次重结晶处理后能够达到合格，但重结晶增加了操作步骤，使产品收率降低、废水量增加。此废水属于危废，处理费用高，产品成本增加较多。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，以达到在不增加咖啡因精制所产生的废水量的前提下，将造成咖啡因成品吸光度增加的杂质去除，提高产品质量的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，包括以下步骤：
(1)在咖啡因的甲化母液中加入乙醚进行萃取；
甲化母液中的部分杂质进入乙醚相中，绝大部分咖啡因留在甲化母液中，分相后，乙醚相去蒸发回收循环使用，甲化母液去氯仿萃取回收咖啡因；
(2)在乙醚萃取后的甲化母液中加入氯仿进行萃取，咖啡因及可溶于氯仿的杂质进入氯仿，处理后得到咖啡因氯提品；
(3)将咖啡因氯提品进行精制，得到精制后的氯提品溶液；
(4)精制后的氯提品溶液中加入一定量的咖啡因处于饱和状态的成品母液，降温结晶，得到咖啡因一精品，咖啡因一精品与咖啡因粗品混合后进行精制，得到咖啡因成品。
上述方案中，步骤(1)中，甲化母液与乙醚的体积比为1：0.2～2，萃取温度为0～20℃。
优选地，步骤(1)中，甲化母液与乙醚的体积比为1：0.5～1，萃取温度为0～10℃。
上述方案中，步骤(2)中，萃取分相后，甲化母液去废水处理，氯仿相中加入水，加热汽化氯仿，汽化后的氯仿经冷凝回收，咖啡因及杂质进入水相，将水相降温结晶、过滤后得到咖啡因氯提品。
上述方案中，步骤(3)和步骤(4)中，精制过程如下：加水，加热溶化，调节pH值，加入高锰酸钾氧化脱色，然后加入活性炭吸附，趁热过滤。
上述方案中，步骤(3)中，高锰酸钾加入质量为待精制产品质量的0.3～1％。
优选地，步骤(3)中，高锰酸钾加入质量为待精制产品质量的0.5～0.8％。
更进一步的技术方案中，精制过程中，加热到80℃溶化，调节pH值为2～3，加入高锰酸钾氧化1小时。
上述方案中，步骤(4)中，氯提品溶液与成品母液的体积比为1：1～4。
优选地，步骤(4)中，氯提品溶液与成品母液的体积比为1：2～3。
通过上述技术方案，本发明提供的一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法具有如下有益效果：
1、本发明在甲化母液进行氯提前对甲化母液中的有机杂质进行萃取脱除，并选用了乙醚作为萃取溶剂，乙醚是一种良好的溶剂且咖啡因在其中的溶解度很低，甲化母液与乙醚混合后，其中的影响吸光度的杂质大部分会进入乙醚相中，这样就实现了甲化母液中杂质的脱除，净化了甲化母液，从而有效降低了咖啡因成品的吸光度指数。
2、本发明在精制后的氯提品溶液中加入了一定量的咖啡因处于饱和状态的成品母液，再进行降温结晶，由于成品母液中影响吸光度的杂质含量很低，加入成品母液后，会使体系中该杂质的浓度进一步降低，结晶后，有利于咖啡因品质的提升；另一方面，由于成品母液中咖啡因处于饱和状态，因此，更有利于咖啡因的结晶析出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明提供的一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法流程图；
图2为本发明实施例1制得的咖啡因成品的荧光谱图；
图3为本发明对比例1制得的咖啡因成品的荧光谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，如图1所示，利用的是目前工业上制备咖啡因得到的咖啡因粗品和甲化母液，以及咖啡因处于饱和状态的成品母液。具体实施例如下：
实施例1：
取10℃、1000ml甲化母液，加入10℃、500ml乙醚摇匀萃取，移至分液漏斗分相，取下层水相。水相中加入500ml氯仿摇匀萃取，移至分液漏斗分相，取下层氯仿相。在氯仿中加入80ml水，移至三口烧瓶中，加热至沸腾脱除回收氯仿，再将物料降温至10℃结晶，抽滤得到氯提品15.4g。氯提品中加入80ml水，加热到80℃溶解，调节pH为2.5，加入高锰酸钾，高锰酸钾加入质量为氯提品质量的0.8％，反应1小时；然后加入活性炭，活性炭加入质量为氯提品质量的2％，吸附1小时，趁热过滤，除去活性炭固体得到精制后的氯提品溶液。氯提品溶液中加入氯提品溶液3倍体积的成品母液，降温至10℃结晶，抽滤得到咖啡因一精品12g。取10g咖啡因一精品和20g咖啡因粗品混合，加入140ml水，加热溶解，调节pH为2.5，加入0.15g高锰酸钾，反应1小时，加0.6g活性炭吸附1小时后，趁热过滤，除去固体，降温至10℃结晶，抽滤得到咖啡因成品，经紫外分光光度计检测，吸光度指数为0.12。
实施例2：
本实施例与实施例1操作基本一致，不同是萃取乙醚的量为300ml，得到的咖啡因产品吸光度指数为0.14。
实施例3：
本实施例与实施例1操作基本一致，不同是氯提品精制时，高锰酸钾加入量为氯提品的1.0％，得到的咖啡因产品吸光度指数为0.15。
实施例4：
本实施例与实施例1操作基本一致，不同的是加入成品母液的体积是氯提品溶液的2倍，得到的咖啡因产品吸光度指数为0.14。
实施例5
本实施例与实施例1操作基本一致，不同是加入成品母液的体积与氯提品溶液的体积相同，得到的咖啡因产品吸光度指数为0.16。
对比例1
本对比例按照工业上精制方法进行操作，与实施例1的区别在于，甲化母液不进行乙醚萃取，直接进行氯仿萃取，并且氯提品溶液中没有加入成品母液，直接进行降温结晶。具体过程如下：
取10℃、1000ml甲化母液，加入500ml氯仿摇匀萃取，移至分液漏斗分相，取下层氯仿相。在氯仿中加入80ml水，移至三口烧瓶中，加热至沸腾脱除回收氯仿，再将物料降温至10℃结晶，抽滤得到氯提品15.5g。氯提品中加入80ml水，加热到80℃溶解，调节pH为2.5，高锰酸钾加入量为氯提品的0.8％，反应1小时，加入活性炭量为氯提品的2％，吸附1小时，趁热过滤除去活性炭固体得到精制后的氯提品溶液，降温至10℃结晶，抽滤得到咖啡因一精品12g。取10g咖啡因一精品和20g咖啡因粗品混合，加入140ml水，加热溶解，调节pH为2.5，加入0.15g高锰酸钾反应1小时，加0.6g活性炭吸附1小时后，趁热过滤除去固体，降温至10℃结晶，抽滤得到咖啡因成品，吸光度指数为0.25。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，甲化母液不进行乙醚萃取，直接进行氯仿萃取，其余操作同实施例1，最终得到咖啡因成品的吸光度指数为0.22。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，氯提品溶液中没有加入成品母液，直接进行降温，其余操作同实施例1，最终得到咖啡因成品的吸光度指数为0.21。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，不同的是加入成品母液的体积是氯提品溶液的0.8倍，得到的咖啡因产品吸光度指数为0.19。
实施例1和对比例1制得的咖啡因成品的荧光谱图分别见图2和图3，可以看出，不合格品谱图中在咖啡因峰(A)后面出现了一个相对面积很大、保留时间在9.5分钟左右的杂质荧光峰(B)，而合格品中此杂质荧光峰(B)面积较小。因此，采用本发明的方法，先经过乙醚萃取后，结合在氯提品溶液中加入成品母液的方法，可以有效去除影响吸光度的杂质，从而得到合格的咖啡因成品。
从本发明的实施例1、4、5以及对比例4可以看出，加入成品母液的体积若超出了本发明所限定的“氯提品溶液与成品母液的体积比为1：1～4”的数值范围后，最后得到的咖啡因产品吸光度指数会超过0.2，为不合格品。
需要说明的是，本发明在氯提前对甲化母液中的有机杂质进行萃取脱除，此步操作所用溶剂需要满足四个条件：一是难溶于水，能够和水分相；二是咖啡因难溶于此溶剂，溶解度越低越好；三是有机杂质能溶于此溶剂；四是毒性小。本发明首先针对条件一和二筛选溶剂，实验得到的候选溶剂有乙醚、石油醚、甲基环己烷、环己烷、甲苯。甲苯因条件四首先被淘汰；石油醚为混合物，常混有带苯环物质和沸点较高物质，不是最佳候选溶剂。进一步实验表明，使用乙醚萃取对改善咖啡因制品的吸光度效果最好。本发明使用乙醚萃取杂质，这一过程无论使用间歇或连续萃取操作，还是一次或多次萃取操作，及各种不同萃取设备型式进行操作，均在本发明要求保护的范围内。萃取后含有杂质的乙醚，经过加热汽化冷凝得到，并回收循环使用。乙醚汽化可在常压下进行，也可在正压下进行。汽化后剩余的杂质固体没有回收价值，做焚烧处理。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在咖啡因的甲化母液中加入乙醚进行萃取；（2）在乙醚萃取后的甲化母液中加入氯仿进行萃取，得到咖啡因氯提品；（3）将咖啡因氯提品进行精制，得到精制后的氯提品溶液；（4）精制后的氯提品溶液中加入一定量的咖啡因处于饱和状态的成品母液，降温结晶，得到咖啡因一精品，咖啡因一精品与咖啡因粗品混合后进行精制，得到咖啡因成品；步骤（1）中，甲化母液与乙醚的体积比为1：0.2~2，萃取温度为0~20℃；步骤（3）和步骤（4）中，精制过程如下：加水，加热溶化，调节pH值，加入高锰酸钾氧化脱色，然后加入活性炭吸附，趁热过滤；步骤（4）中，氯提品溶液与成品母液的体积比为1：1~4。
2.根据权利要求1所述的一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，其特征在于，步骤（1）中，甲化母液与乙醚的体积比为1：0.5~1，萃取温度为0~10℃。
3.根据权利要求1所述的一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，其特征在于，步骤（2）中，萃取分相后，甲化母液去废水处理，氯仿相中加入水，加热汽化氯仿，汽化后的氯仿经冷凝回收，咖啡因及杂质进入水相，将水相降温结晶、过滤后得到咖啡因氯提品。
4.根据权利要求1所述的一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，其特征在于，步骤（3）中，高锰酸钾加入质量为待精制产品质量的0.3~1%。
5.根据权利要求1所述的一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，其特征在于，步骤（3）中，高锰酸钾加入质量为待精制产品质量的0.5~0.8%。
6.根据权利要求1所述的一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，其特征在于，精制过程中，加热到80℃溶化，调节pH值为2~3，加入高锰酸钾氧化1小时。
7.根据权利要求1所述的一种降低咖啡因制品吸光度指数的方法，其特征在于，步骤（4）中，氯提品溶液与成品母液的体积比为1：2~3。
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