CN1291028C

CN1291028C - 一种从茶叶中提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的方法

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Publication number: CN1291028C
Application number: CN 200510042629
Authority: CN
Inventors: 张效林
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2025-04-29
Also published as: CN1699586A

Abstract

本发明涉及的是一种从茶叶中提取茶多酚，副产咖啡碱和茶多糖的生产工艺。生产工艺依次如下(A)采用复合酶解提取和水提取茶叶中的茶多酚、咖啡碱和茶多糖等有效成分；(B)提取液经超滤膜过滤；(C)膜浓缩液经乙醇沉淀得粗多糖、脱蛋白后再经乙醇沉淀、干燥得茶多糖；(D)膜透过液经二级树脂吸附层析法分离纯化，生产茶多酚副产咖啡碱。全工艺不使用有毒溶剂，过程简单、能耗低、安全、卫生、环境友好、产品无有害溶剂残留有利于在食品领域的应用。

Description

一种从茶叶中提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的方法

技术领域

本发明涉及一种从茶叶中提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法。

背景技术

茶多酚是纯天然、多功能、高效能的优异抗氧化剂和自由基净化剂。茶多酚的保健功能主要有消除体内自由基、抗衰老和抗癌、抗辐射以及抗菌、杀菌等，广泛应用于各类食品抗氧保鲜，以及医药保健品、化妆品、日用化学品等领域。咖啡碱具有兴奋中枢神经系统，对人体有强心、利尿、解毒等生理和保健作用，是医药、保健品、饮料等的重要原料。茶多糖具有降血糖、降血脂、抗凝血、抗血栓、耐缺氧及增强机体免疫力、抗炎、抗癌等多种药理功效，可望成为预防和治疗糖尿病及心血管疾病、增强免疫功能的天然药物。

目前茶多酚的生产，主要有溶剂萃取法、离子沉淀法、超临界萃取法、树脂吸附法等。前几种方法具有溶剂消耗大、收率低、能耗高、存在有毒溶剂残留、过程复杂、设备投资大等问题。树脂吸附法具有工艺简单、能耗较低、安全、有利于实现大规模生产等特点。但是一般的树脂吸附工艺，存在因树脂选择性不高导致产品纯度低，特别是咖啡碱含量超标，因而不得不再用溶剂萃取等传统工艺脱咖啡碱，或者树脂选择性高却因对茶多酚的吸附力太强而使乙醇溶液不能完全洗脱等问题。

●中国专利申请(200410015905.2)报道了一种微波辅助提取，盐析沉淀茶多糖，氯仿萃取咖啡碱，乙酸乙脂萃取茶多酚的生产方法。该技术虽然可生产多种产品，但是茶多酚、咖啡碱的生产工艺仍然没有摆脱用氯仿和乙酸乙脂溶剂萃取的传统老路，必然还会有生产安全性差，产品中存在有害溶剂残留，影响其在食品领域的应用等问题，茶多酚的得率和纯度也都较低。

●中国专利申请(申请号02135864.8)报道了一种改进的离子沉淀法：用沸水提取、离子沉淀、盐酸转溶、乙酸乙脂萃取茶多酚，这些与传统的离子沉淀法并无区别。该专利中增加了对萃取液的冷冻静置除杂，虽然有利于提高产品质量但冷冻过程大大提高了能耗和生产成本。

●西北轻工业学院学报，2002，20(5)：1-8，报道的“吸附树脂法制备茶多酚精品的工艺研究”以80％乙醇为浸提溶剂，以NKA-2大孔吸附树脂分离茶多酚。由于该树脂的选择性不够高，为了提高产品纯度，吸附后加了两次乙酸乙脂萃取步骤。可见该工艺还是不能避免溶剂萃取步骤及其带来的弊端，这是目前树脂法所存在的共同问题。

●光谱学与光谱分析，2003，23(1)：143-145，报道的“聚酰胺树脂对茶多酚和咖啡因吸附选择性研究”研究了聚酰胺树脂对茶多酚和咖啡因的吸附分离性能。虽然聚酰胺树脂对茶多酚的吸附选择性较好，但由于其与茶多酚的氢键作用较强所以用乙醇的洗脱率较低，另外聚酰胺树脂为无定型状态，不耐压、易污染，因此并不太适合大规模的工业化生产。

●日本专利(JP8109178)报道了用热水、有机溶剂提取的方法，提取液使用合成吸附剂在碱性条件(pH7-14)下吸附脱除咖啡碱的技术，但碱性条件下茶多酚极易氧化损失。

●中国专利(96113134.9)报道了一种在茶叶中提取茶多酚及其副产品的方法，用含水乙醇浸提茶叶，提取液中加酸生成半透明沉淀经超滤后干燥得茶多糖；超滤液经氯化钙和碱生成茶多酚沉淀，酸溶后过离子交换树脂柱，再经含水乙醇洗脱、蒸馏浓缩、喷雾干燥得茶多酚产品。该工艺在传统离子沉淀法的基础上加了离子交换纯化过程，工艺繁杂，此外，咖啡碱的回收工艺能耗高。

●Zhang，X.等(化学工程，2001，29(3)：15-19报道了以热水提取，提取液经醋酸纤维素复合钛微孔体超滤膜精制后用聚酰胺树脂吸附茶多酚，聚酰胺树脂柱的透过液再用XDA树脂吸附回收咖啡碱的技术。聚酰胺的吸附选择性较好，但洗脱率并不理想，如85％乙醇的静态脱附率仅为50％-60％。

●天然产物研究与开发.1999，11(6)：44-49，报道的“应用树脂吸附分离制取茶多酚”介绍了沸水提取，NKA-9大孔树脂吸附，二氯甲烷洗脱咖啡碱，乙醇洗脱茶多酚，制取茶多酚粗制品的方法。目前，绝大部分的大孔树脂，用乙醇会把茶多酚和咖啡碱同时洗脱下来，起不到洗脱分离作用。因此，其采用二氯甲烷洗脱咖啡碱，这同样带来了有毒溶剂残留等问题。另外，二氯甲烷对树脂的溶胀，也会给长期的工业化应用带来问题。

发明内容

针对目前茶多酚生产工艺中存在的缺点，本发明的目的是提供一种高效的从茶叶中提取茶多酚并副产咖啡碱和茶多糖的方法，利用酶解提取茶多糖提取率高的特点，通过超滤将提取液的精制和回收茶多糖有机结合，提高了茶叶的利用率和生产效益，同时避免了使用有毒的有机溶剂洗脱或萃取法脱咖啡碱过程，将茶多酚与咖啡碱高效分离。

一种从茶叶中提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其步骤依次如下：

(A)采用纤维素酶和果胶酶组成的复合酶酶解提取和水提取茶叶中的茶多酚、咖啡碱和茶多糖；

(B)提取液经超滤膜过滤；

(C)膜浓缩液经乙醇沉淀得粗多糖、脱蛋白后再经乙醇沉淀、干燥得茶多糖；

(D)膜透过液经二级树脂吸附层析法分离纯化，生产茶多酚副产咖啡碱，第一级使用对茶多酚具有较高吸附和洗脱选择性的丙烯酸系大孔吸附树脂A柱(以下简称A树脂)，吸附层析生产茶多酚；第二级使用对咖啡碱具有较高吸附选择性的苯乙烯系大孔吸附树脂B柱(以下简称B树脂)，吸附回收咖啡碱并再生酸性洗脱剂。

纤维素酶和果胶酶的复合酶中，纤维素酶占复合酶干重的60-80％，茶叶与水的重量比为1∶10-30，酶加入量为茶叶干重的0.05-0.25％，提取时间40-80分钟，温度40-60℃，pH值范围4.0-6.0。

复合酶解提取完后的滤渣加水继续提取，茶叶与水的重量比为1∶10-20，提取时间20-40分钟，温度40-60℃，pH值范围4.0-7.0。

超滤膜过滤使用截留分子量为30kD-60kD的超滤膜。

丙烯酸系大孔吸附树脂为XAD7或HP₂MG等，HP₂MG为日本三菱公司生产的丙烯酸系大孔吸附树脂，可通过北京慧德易科技有限责任公司购买。

苯乙烯系大孔吸附树脂为XAD4、XAD16、XAD1600、HPD500、NKA-2、LSA5或AB-8等。

第一级树脂柱吸附层析生产茶多酚是将超滤膜过滤后的提取液上A树脂柱进行吸附，吸附后先用酸性洗脱剂洗脱咖啡碱，再用50％-95％的乙醇水溶液洗脱茶多酚，乙醇洗脱液经回收乙醇、干燥得茶多酚产品。

第二级树脂柱吸附回收咖啡碱是将A树脂的酸性洗脱液上B树脂柱吸附咖啡碱，透过液为再生的酸性洗脱剂，吸附后的B树脂用50％-95％的乙醇水溶液洗脱，洗脱液回收乙醇、干燥得咖啡碱粗产品，进一步可用结晶或升华法精制咖啡碱。

酸性洗脱剂为含0-30％的乙醇和3-10％的硫酸或盐酸的溶液。

由于茶叶细胞壁的主要成分是纤维素，因此复合酶以纤维素酶为主，果胶酶含量较少，纤维素酶占复合酶干重的60-80％，可达到理想的酶解破壁，提高有效成分提取率的效果。

茶多糖是一类与蛋白质结合在一起的酸性多糖或酸性糖蛋白，主要以糖肽或糖蛋白形式存在，其多糖部分是由不同单糖组成的杂多糖，主要组成的单糖有半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、岩藻糖等。茶多糖、多糖蛋白的相对分子质量一般在40kD-100kD之间。因此，用30kD-60kD的超滤膜可将提取液中的茶多糖和茶蛋白等大分子物质脱除。本发明通过超滤过程将回收多糖、避免树脂污染和提高产品质量三者有机地结合了起来。

本发明从大量的树脂中筛选出对茶多酚、咖啡碱吸附和洗脱选择性都优异的丙烯酸系大孔吸附树脂A，采用两阶段洗脱层析技术分离茶多酚、咖啡碱，选择对茶多酚的洗脱率很低的酸性洗脱剂先将咖啡碱洗脱下来，而后再用乙醇洗脱茶多酚。用对咖啡碱具有高选择性的另一苯乙烯系大孔吸附树脂B，吸附回收A树脂柱第一阶段洗脱液中的咖啡碱，不但可副产咖啡碱，而且同时使该洗脱液得到再生而循环利用，如此构成了完整的二级树脂法分离纯化茶多酚、咖啡碱新工艺，完全避免了有毒溶剂和有害化学品的使用。

本发明根据咖啡碱属弱碱性而茶多酚偏酸的特点，对具有优异洗脱选择性的A树脂，用酸性乙醇作为洗脱咖啡碱的阶段洗脱剂。随着洗脱剂中乙醇浓度的增加和酸浓度的降低，咖啡碱和茶多酚的洗脱率增大，洗脱的选择性降低，虽然可以减少洗脱剂的用量但却增大了茶多酚的洗脱损失。因此，酸性洗脱剂的组成为含0-30％乙醇的3-10％的硫酸或盐酸溶液。

本发明的优点：

(1)针对茶叶的有效成分均处于原生质体中，而原生质体又处于细胞壁和细胞间质包裹下的特点，选用主要成分是纤维素酶和果胶酶的复合酶液来分解构成细胞壁及细胞间质的纤维素、半纤维素和果胶质，使细胞壁及细胞间质结构产生局部疏松、膨胀、崩溃等变化，从而增大了有效成分的扩散面积，减小传质阻力，提高了有效成分的提取率，对于大分子的茶多糖其效果更加显著。茶多酚提取率高达98％以上，咖啡碱提取率可达88％左右，茶多糖得率为2％-3％是同条件下水提取茶多糖得率的2-3倍。

(2)因酶解的显著破壁作用，提取原料茶叶可不粉碎，简化了工艺，亦有利于茶渣的过滤。

(3)酶的作用专一性强，对有效成分的分子结构无影响。酶提过程可在低温下进行，由于温度低茶多酚的主要活性成分—儿茶素氧化损失少，能耗低，酶解法提取的茶多酚中儿茶素相对含量较沸水提取的高出9％～10％，低温提取的茶多糖的生物活性亦更强。

(4)超滤膜过滤提取液，一方面方便了回收有很高价值的茶多糖，另外脱除了多糖、蛋白等杂质后的提取液能够避免对树脂的污染，大大提高吸附层析柱的使用周期，并且使茶多酚产品的纯度提高5％-8％。

(5)本发明用对茶多酚具有优异的吸附和洗脱选择性的大孔吸附树脂A，和对咖啡碱有高选择性的大孔吸附树脂B，组成二级树脂法分离茶多酚、咖啡碱工艺。解决了树脂法茶多酚生产中的脱咖啡碱难题，过程简单、产品质量达到一级品标准。并且，只使用酒精为溶剂，生产安全、卫生、环境友好、产品无有害溶剂残留，有利于在食品领域的应用。

(6)本发明的工艺，前后工序形成有机的整体，可生产茶多酚、咖啡碱、茶多糖三种产品，茶叶原料得到了充分的利用。产品质量好、收率高，产品茶多酚的纯度＞90％，咖啡碱＜4％，收率＞10％；咖啡碱的纯度＞95％，收率＞1％；茶多糖的含糖量为＞50％，收率占茶叶干重的2.0％-3.0％。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

下面结合附图进一步详细阐述本发明。

一种从茶叶中提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，工艺流程如下：

1)茶叶不需粉碎，加水10-30倍，升温到40-60℃，调pH值范围4.0-6.0，加复合酶液量为0.05-0.25％，提取时间40-80分钟。过滤后的茶渣加水10-20倍，温度40-60℃，pH值范围4.0-7.0，提取20-40分钟。

2)合并两次的提取液，用截留分子量30kD-60kD的超滤膜过滤，膜浓缩液经乙醇沉淀得粗茶多糖，水溶解粗多糖后经沉析法脱蛋白，再经醇沉、洗涤、干燥得茶多糖。

3)膜透过液上A树脂柱吸附茶多酚、咖啡碱，吸附后的树脂柱分两阶段洗脱咖啡碱和茶多酚。第一阶段用酸性洗脱剂洗脱咖啡碱，第二阶段用50％-95％的乙醇水溶液洗脱茶多酚，洗脱液经回收乙醇、干燥得茶多酚产品。

4)A树脂的酸性洗脱液上B树脂柱吸附咖啡碱，透过液为回收的酸性洗脱剂，可循环使用。用50％-95％的乙醇水溶液洗脱吸附后的B树脂，洗脱液回收乙醇，干燥得咖啡碱粗产品，再用结晶或升华法精制咖啡碱。

粗多糖脱蛋白，所用的沉析剂为三氯乙酸水溶液，其中三氯乙酸的浓度为2-10％，加量为多糖溶液的1/10。

在本发明中，所述的精制咖啡碱方法，可用结晶或升华法。

在本发明中，所述的工艺用水可以是蒸馏水或去离子水。

在本发明中，所述的乙醇水溶液，可用食用酒精配制。

在本发明中，所述的干燥可以是真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥。

具体实施方式：

实施例1：

1)茶叶1kg，加水20L，升温到40℃，调pH值范围4.5，加复合酶液量0.8g，提取时间60分钟；过滤后的滤渣加水15L，温度60℃，pH值6，提取40分钟。

2)合并两次的提取液，用截留分子量为30kD的聚砜中空纤维超滤膜过滤，膜浓缩液经乙醇沉淀得粗茶多糖，用水溶解粗多糖后，滴加1/10体积3％浓度的三氯乙酸沉淀蛋白，过滤蛋白后的滤液再经醇沉、过滤、洗涤、干燥得茶多糖。茶多糖的含糖量为50.5％，收率占茶叶干重的2.5％。

3)膜透过液上XAD7树脂柱吸附茶多酚、咖啡碱。吸附后的树脂柱，第一阶段用8BV(BV值为树脂床层体积)的5％乙醇和5％硫酸的酸性溶液洗脱咖啡碱，第二阶段用4BV的95％的乙醇水溶液洗脱茶多酚，洗脱液经回收乙醇、冷冻干燥得茶多酚产品。产品茶多酚的纯度94.3％，收率13％。

4)XAD7树脂的酸洗脱液上AB-8树脂柱吸附咖啡碱，透过液为回收的酸性洗脱剂，可循环使用，用3.5BV的95％乙醇水溶液洗脱吸附后的B树脂，洗脱液回收乙醇、真空干燥得咖啡碱粗产品，再用升华法精制咖啡碱。咖啡碱的纯度97.5％，收率1.2％。

实施例2：

1)茶叶1kg，加水30L，升温到50℃，调pH值5.5，加复合酶液量2.0g，提取时间70分钟。过滤后的滤渣加水10L，温度50℃，pH值6，提取30分钟。

2)合并两次的提取液，用截留分子量为50kD的聚砜中空纤维超滤膜过滤，膜浓缩液经乙醇沉淀得粗茶多糖，水溶解粗多糖后加1/10体积5％浓度的三氯乙酸沉淀脱蛋白，过滤后的滤液再经醇沉、过滤、洗涤、干燥得茶多糖。茶多糖的含糖量为53.2％，收率占茶叶干重2.4％。

3)膜透过液上HP₂MG树脂柱吸附茶多酚、咖啡碱，吸附后的树脂柱，第一阶段用5BV的8％的盐酸溶液作为酸性洗脱剂洗脱咖啡碱，第二阶段用4BV的85％的乙醇水溶液洗脱茶多酚，洗脱液经回收乙醇，冷冻干燥得茶多酚产品。产品茶多酚的纯度96.2％，收率11％。

4)HP₂MG树脂的酸性洗脱液上XAD4树脂柱吸附咖啡碱，透过液为回收的酸性洗脱剂，可循环使用。用4BV的85％的乙醇水溶液洗脱吸附后的XAD4树脂，洗脱液回收乙醇、真空干燥得咖啡碱粗产品，再用升华法精制咖啡碱。咖啡碱的纯度95％，收率1.3％。

Claims

1.一种从茶叶中提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其步骤依次如下：

(B)提取液经超滤膜过滤；

(D)膜透过液经二级树脂吸附层析法分离纯化，生产茶多酚副产咖啡碱，第一级使用对茶多酚具有较高吸附和洗脱选择性的丙烯酸系大孔吸附树脂A柱，吸附层析生产茶多酚；第二级使用对咖啡碱具有较高吸附选择性的苯乙烯系大孔吸附树脂B柱，吸附回收咖啡碱并再生酸性洗脱剂。

2.根据权利要求1所述的提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其特征在于纤维素酶和果胶酶的复合酶中，纤维素酶占复合酶干重的60-80％，茶叶与水的重量比为1∶10-30，酶加入量为茶叶干重的0.05-0.25％，提取时间40-80分钟，温度40-60℃，pH值范围4.0-6.0。

3.根据权利要求1或2所述的提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其特征在于复合酶解提取完后的滤渣加水继续提取，茶叶与水的重量比为1∶10-20，提取时间20-40分钟，温度40-60℃，pH值范围4.0-7.0。

4.根据权利要求1所述的提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其特征在于超滤膜过滤使用截留分子量为30kD-60kD的超滤膜。

5.根据权利要求1所述的提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其特征在于丙烯酸系大孔吸附树脂是XAD7或HP₂MG。

6.根据权利要求1所述的提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其特征在于苯乙烯系大孔吸附树脂是XAD4、XAD16、XAD1600、HPD500、NKA-2、LSA5或AB-8。

7.根据权利要求1所述的提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其特征在于第一级树脂柱吸附层析生产茶多酚是将超滤膜过滤后的提取液上A树脂柱进行吸附，吸附后先用酸性洗脱剂洗脱咖啡碱，再用50％-95％的乙醇水溶液洗脱茶多酚，乙醇洗脱液经回收乙醇、干燥得茶多酚产品。

8.根据权利要求1所述的提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其特征在于第二级树脂柱吸附回收咖啡碱是将A树脂的酸性洗脱液上B树脂柱吸附咖啡碱，透过液为再生的酸性洗脱剂，吸附后的B树脂用50％-95％的乙醇水溶液洗脱，洗脱液回收乙醇、干燥得咖啡碱粗产品，进一步可用结晶或升华法精制咖啡碱。

9.根据权利要求1、2、4-8任意之一所述的提取茶多酚副产咖啡碱和茶多糖的工艺方法，其特征在于酸性洗脱剂为含0-30％的乙醇和3-10％的硫酸或盐酸的溶液。