[发明专利]一种利用机械化学原理同时从茶叶中提取咖啡因、茶多酚和茶多糖的新方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种利用机械化学原理同时从茶叶中提取咖啡因、茶多酚和茶多糖的新方法。

(二)技术背景

茶多酚是茶叶中多羟基酚类衍生物的总称，占茶叶干重的15％～35％；其化学组成儿茶素类约占茶多酚总量的70％，此外还有黄酮及黄酮醇类、花白素及花青素、酚酸类及缩酚酸等。茶多酚是一类理想的天然抗氧化剂，具有抗癌、抗衰老、抗辐射、清除人体自由基、降低血糖血脂等一系列药理功能，在食品加工、医药保健、日用化工等领域有广泛的应用。

此外茶叶中还含有其它功能成分，咖啡因有多种生理活性，占茶叶干重的1-5％，天然咖啡因在医药原料市场有巨大的需求。茶多糖是有六碳糖和五碳糖组成的天然高分子化合物，占茶叶干重的1-2％。茶多糖平均分子量约为4×10⁴道尔顿，茶多糖还包括小分子低聚糖。茶多糖具有降血糖、降血脂、增强免疫力、抗动脉粥样硬化、抗凝血、抗血栓的作用。

在以往公开的从茶叶中提取咖啡因、茶多酚和茶多糖的工艺方法中，主要可分为两个阶段：第一阶段：即浸提阶段。方法是：在加热条件下(70-100℃)，使用大量(一般14-20倍茶叶质量)水或水与乙醇的混合液分次(一般1-3次)进行长时间(一般30min-60min)浸提，过滤、浓缩得到含叶绿素、咖啡因、茶多酚、茶多糖、水溶性蛋白、氨基酸等成分复杂的混合物水提液。可见，在常规浸提阶段不可避免地存在步骤繁琐、生产周期长、生产成本高、浸提产物成分复杂的弊端。同时还因为水可以溶解部分氧气，在加热条件下会导致茶多酚氧化加剧，茶多酚得率降低。第二阶段：即分离纯化阶段。方法是：在得到含叶绿素、咖啡因、茶多酚、茶多糖、水溶性蛋白、氨基酸等成分复杂的混合物茶叶浸提液后，经过浓缩，采用有机溶剂萃取法、金属离子沉淀法、树脂吸附法或CO₂超临界萃取法等后续工艺方法，分别对混合物中的茶多酚、咖啡因和茶多糖等成分分别进行分离纯化。可见，在常规纯化阶段也需要采用物料、能量耗费巨大的浓缩、纯化工艺才能生产出咖啡因、茶多酚、茶多糖的成品。基于以上原因，继续探寻高效、降耗、低成本的浸提方法，以及高效率的咖啡因、茶多酚和茶多糖分离纯化方法，是茶叶成分提取工艺改进的重点方向。

为改进茶叶成分浸提工艺，专利申请“一种从茶叶中提取茶多酚和分离单体EGCG的方法(专利申请号：200810059567.0)”首次将机械化学原理运用到茶多酚的提取中。其方法是：将茶叶与固体碱试剂混匀，共同研磨，用水溶解、搅拌、离心、取上清液，加入无机酸调节上清液pH≤8.0，产生沉淀，过滤得单体EGCG。所得滤液经浓缩、干燥得粗品茶多酚。该方法具有步骤简单、操作方便、产品质量稳定的优点。除此以外，该专利最突出的优点是：在茶多酚浸提过程不需要加热，因此能一定程度降低生产成本；而且由于茶多酚浸提过程不需加热，因此可避免茶多酚氧化，进而使茶多酚得率和纯度提高。该专利公开的方法开拓了茶叶成分浸提方法新的领域。

虽然该专利申请所公开的方法较传统茶多酚浸提方法有一定改进，但该方法未能充分发挥机械化学法提取茶多酚的独特优势，存在多方面值得改进的地方：第一、采用该方法所得茶多酚纯度较低(≤77％)，含有大量杂质，如：大量金属盐、咖啡因、茶多糖、蛋白质等，必须通过大量后续复杂工艺，如：有机溶剂萃取法、金属离子沉淀法、树脂吸附法、CO₂超临界萃取法等，对所得低纯度茶多酚继续纯化。机械化学法定向提取茶多酚的优势无法体现；第二、茶多酚在碱性条件下易氧化变质，该专利申请直接使用碱性固体试剂与茶叶进行共研磨，会导致茶多酚氧化加剧，这是导致按该方法生产的茶多酚得率较低的一个重要原因；第三、该专利申请公开方法中直接用水提取茶多酚金属盐，并未考虑到其他限制茶多酚或茶多酚金属盐溶出的影响因素，这直接导致采用该方法提取茶多酚效率低下，茶多酚平均得率≤17％；第四、该专利申请公开方法推荐直接用茶叶质量20倍体积水溶出茶多酚或茶多酚金属盐，这会导致在后续浓缩干燥过程中能量耗费巨大，设备投资昂贵，降低生产成本目的难以实现；第五、该专利申请推荐使用大量钠(Na)、铜(Cu)、铝(Al)、钙(Ca)等金属离子的碱、强碱弱酸盐或中性盐作为固体反应试剂，而且该专利并没有提供除盐方法，这会导致该方法生产的茶多酚金属(或重金属，如：铜(Cu))盐残留量过高，严重限制了采用该方法生产的茶多酚产品的运用范围；第六、采用该方法生产的固体废弃物含有高浓度的金属盐(金属盐含量≥10％)，未经处理不能直接转化成为农业肥料和动物饲料，会导致严重的环境污染。