茶多酚的提取方法与流程

1.本技术涉及天然活性物质提取方法的技术领域，更具体地说，它涉及一种茶多酚的提取方法。


背景技术：

2.茶多酚(green tea polyphenols)又名维多酚，是茶叶中多酚类物质的总称，包括黄烷醇类、花色苷类、黄酮类、黄酮醇类和酚酸类等。由于茶多酚多为含有2个及以上的邻位羟基多元酚，具有较强的供氢能力，具备强还原能力，是食品工业中的一种理想抗氧剂和保色剂。除此之外，茶多酚对自然界的近百种细菌均有抑制活性，显示出抗菌的广谱性，是良好的食品保鲜剂。鉴于茶多酚在食品领域中应用广泛，其分离提取技术发展日益成熟。
3.相关技术中，有机溶剂萃取法是茶多酚提取方法中最为广泛使用的方法。其原理是利用茶叶中不同化合物在不同溶剂中的溶解度差异进行提取分离。此方法对茶多酚的提取率仅为10％～15％，提取率不高。
4.离子沉淀法则是先用水溶液将茶多酚浸提出来，再利用茶多酚可与金属离子产生络合沉淀的原理，通过离心分离、酸转溶和溶剂萃取等步骤处理，得到高纯度的茶多酚。而无机盐沉淀剂在沉淀转溶过程中dh值波动较大，极易造成茶多酚的氧化破坏，同时金属盐类残留，产品安全性不稳定。
5.吸附分离提取法一般是将茶叶提取液通过高分子吸附剂进行吸附，然后用95％乙醇溶液洗脱，使吸附剂上吸附的gtp(green tea polyphenols)脱附于乙醇中，经减压蒸馏回收乙醇，浓缩液经真空干燥或喷雾干燥得到茶多酚。此方法对吸附剂的要求较高，并且吸附剂的用量较大。由于茶多酚易被氧化，茶叶中的蛋白质、多糖等物质堵塞吸附剂之间的孔隙，导致吸附剂制成的吸附树脂失活，生产成本高。同时此方法制得茶多酚纯度在60％～80％，低于离子沉淀法。
6.而超临界二氧化碳萃取法是利用温度和压力略超过或靠近临界温度和临界压力、介于气体和液体之间的流体作为萃取剂，萃取茶多酚，实现茶多酚的分离和提纯。根据已报道的研究成果，可能是由于茶多酚在临界二氧化碳中的溶解度低，茶多酚在临界二氧化碳中的溶解度为10-6
重量分率数量级，即使以乙醇作为夹带剂，茶多酚的溶解度仅提升至10-5
重量分率数量级，导致茶多酚的提取率低，工业化存在技术障碍。
7.针对上述相关技术，本技术人认为需要开发一种适合工业化生产的茶多酚分离提取技术，使得茶多酚的提取率高、纯度高。


技术实现要素：

8.为了开发一种高纯度、高提取率且适合于工业化生产的茶多酚分离提取技术，本技术提供了一种茶多酚的提取方法。
9.本技术提供的茶多酚的提取方法，采用如下的技术方案：茶多酚的提取方法，包括如下步骤：
酶解处理：将茶叶粉加入至蒸馏水中，茶叶粉与蒸馏水的重量比为1:(10～20)，升温至20～60℃，保温，向溶液中加入复合破壁酶，对茶叶粉进行酶解处理，所述复合破壁酶的重量为茶叶粉的重量的0.1％～0.3％；所述酶解在ph为4～7的条件下进行0.5～3h得到酶解处理液；凝絮分离：向酶解处理液中加入壳聚糖凝絮液，所述壳聚糖凝絮液中壳聚糖含量为0.1wt％～0.5wt％，所述壳聚糖凝絮液与茶叶粉的重量比为(2～10):1，搅拌、分离得到一次茶多酚滤液；向一次茶多酚滤液中加入乙醇，所述乙醇和茶叶粉的重量比为(0.1～0.5):1，搅拌、分离得到二次茶多酚滤液；超临界流体提纯：对二次茶多酚滤液使用二氧化碳萃取剂萃取咖啡因，在20～40℃和25～29mpa的条件下动态萃取50～70min，分离出二氧化碳萃取剂，剩余液体为精制茶多酚滤液；浓缩干燥:精制茶多酚滤液经过浓缩、干燥得到茶多酚粉体。
10.通过采用上述技术方案，采用了复合破壁酶对茶叶粉的原料进行酶解，由于茶多酚存在于细胞液中，使用复合破壁酶分解茶叶细胞，使得茶多酚充分溶出，提高酶解处理液中茶多酚的含量；酶解处理液中含有大量的酶蛋白、茶叶细胞中的蛋白质、茶多糖等大分子物质以及茶氨酸等小分子物质，上述大分子物质在酶解处理液中呈悬浮及胶体态存在，使用壳聚糖吸附上述大分子物质，从而使得上述大分子物质先经过凝絮后通过滤膜截留实现固液分离；经过一次分离后的滤液中再加入乙醇，凝絮茶氨酸、残留大分子物质和溶液中残留的壳聚糖，再次通过滤膜截留实现固液分离，纯化茶多酚；壳聚糖与乙醇联用在凝絮分离杂质方面起到协同增效的作用，显著提高了茶多酚的纯度；蛋白质、茶多糖以及茶氨酸等杂质能够从酶解处理液中分离，对酶解处理液进行纯化；分离所得的杂质富含动植物生长所需的营养成分，可以作为肥料或者饲料等进行回收利用，提高工业生产线的附加价值；由于咖啡因在超临界二氧化碳流体中的萃取效率高、难度低，且茶多酚在超临界二氧化碳流体中的萃取率较低，因此咖啡因能够随着超临界二氧化碳流体从二次茶多酚滤液中分离，一方面，使得二次茶多酚滤液进一步纯化，除去咖啡因，得到精制茶多酚滤液，提高茶多酚的纯度，并且茶多酚在此过程中的损失极小，可忽略不计；另一方面，咖啡因随超临界二氧化碳流体进行回收，后续可以对咖啡因进行纯化处理，得到高纯度咖啡因副产品，进一步增加工业生产线的附加价值；由于精制茶多酚滤液中茶多酚的含量高，浓缩效率高，从而减少纯化过程中茶多酚的损失，能够得到高纯度、高提取率的茶多酚粉体；综上所述，本技术提供的茶多酚提取方法具备如下优点：第一，各个步骤的处理效率高、处理难度低，适合于工业化生产；第二，由于酶解处理高效，对原料的限制低，即使茶叶细胞粗大且壁厚，也能使得茶多酚充分溶出，提高了茶多酚的提取率；第三，由于各个步骤处理高效，处理时间短暂，降低了茶多酚在提取纯化过程中的损失，使得茶多酚的纯度高；第四，工业生产线上能够充分回收多种副产品，生产线附加价值高。
11.优选的，所述复合破壁酶为纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶，所述纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶的重量比为1:(1～2):(2～3)。
12.通过采用上述技术方案，由于茶叶粉的茶叶细胞中存在纤维素、果胶质以及蛋白
质等物质阻碍细胞中的茶多酚溶出，因此，使用纤维素酶分解纤维素，果胶酶分解果胶质，中性蛋白酶分解蛋白质；并且限定了各类酶的用量，使得中性蛋白酶对蛋白质的分解程度适中，进而在茶叶细胞中的茶多酚充分溶出的前提下，尽可能地避免茶叶粉中的蛋白质降解，有利于后续凝絮处理步骤中蛋白质的去除。
13.优选的，所述酶解处理步骤中升温至45～50℃。
14.优选的，所述酶解处理步骤中酶解处理时间为1～1.5h。
15.优选的，所述酶解处理步骤中ph值为6。
16.通过采用上述技术方案，由于酶解处理时间、酶解温度以及ph值中各个因素均对酶解的效率有所影响，因此，控制酶解过程的酶解温度、酶解处理时间、ph值，使得酶解效率达到最佳，提高茶多酚的溶出率，进一步提高茶多酚的提取率。
17.优选的，所述浓缩干燥步骤中先使用乙酸乙酯作为萃取剂进行萃取，再在真空条件下进行减压浓缩。
18.通过采用上述技术方案，乙酸乙酯的来源广泛，成本低廉；并且乙酸乙酯和凝絮分离步骤中的乙醇在真空环境下的沸点较低，浓缩效率高，茶多酚纯度较高，损失率低。
19.优选的，所述酶解处理步骤前将茶叶原料在-70～-10℃条件下粉碎得到茶叶粉。
20.通过采用上述技术方案，茶叶原料在低温环境下进行前处理，具备如下优势：第一，茶叶原料在低温状态下粉碎，粉碎过程中产生的热量对茶多酚无影响，茶多酚不易变质；第二，茶叶粉细胞液中游离水凝结，体积膨胀，茶叶粉细胞壁部分破裂，有利于加快后续酶解过程中茶多酚破壁溶出速率；第三，对茶叶原料起到保鲜作用，使得茶叶原料不局限于新鲜原料，便于运输，有利于工业化生产。
21.优选的，所述粉碎时的温度为-30～-20℃。
22.优选的，所述粉碎粒径为5～100μm。
23.通过采用上述技术方案，在此参数范围内，能够在保证提高茶多酚溶出率提升的前提下，节约能源，降低生产成本。
24.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术的原料依次经过酶解处理、凝絮分离、超临界流体提纯、浓缩干燥等步骤得到高纯度高提取率的茶多酚产品；由于各个步骤的处理效率高、处理难度低，适合于工业化生产，并且处理过程中能够充分回收多种副产品，生产线附加价值高。
25.2、本技术中优选采用纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶作为复合破壁酶，调整各类酶的含量，使得茶叶细胞中的茶多酚充分溶出，同时尽可能地避免茶叶粉中的蛋白质降解，有利于后续凝絮处理步骤中蛋白质的去除。
26.3、本技术中优选采用冷冻粉碎得到茶叶粉，使得茶叶原料保鲜程度高，对原料的地区和运输时间无限制；其次，有利于后续酶解处理过程中茶多酚的溶出；再者，粉碎过程中不影响茶多酚的品质，茶多酚不易变质。
具体实施方式
27.若无特殊说明，本技术的原料来源如下所示：茶叶：购买于当地的茶厂，经过除杂、洗净后冷链运输至冷库储存；
纤维素酶：酶活≥3500u/g，型号spe-017；果胶酶：酶活≥600u/ml，货号fdy-2211；中性蛋白酶：酶活≥600u/ml，货号fdg-2209；纤维素酶、果胶酶以及中性蛋白酶均购买于夏盛实业集团，并且均为食品级添加剂，食品添加剂生产许可证号为sc20113090600076；壳聚糖：食品级，货号0325，购买于南京熙美诺生物科技有限公司，食品添加剂生产许可证号为sc20144172300190。
28.茶叶粉的制备例制备例1一种茶叶粉，按照如下步骤制得：将新鲜茶叶经过除杂、洗净后，在10
±
5℃环境下冷链运输至生产厂家中，投入至粉碎机中进行粉碎，粉碎时的环境温度控制在20℃，粉碎后过筛，筛分出粒径≤1mm的茶叶粉。
29.制备例2-6一种茶叶粉，与制备例1的区别点在于，在茶叶粉碎时的温度以及茶叶粉的筛分粒径不同，具体参数如下表1所示。
30.表1.茶叶粉碎时的温度以及茶叶粉的筛分粒径制备例粉碎时的环境温度/℃茶叶粉的筛分粒径/μm制备例2-10≤1000制备例3-20≤1000制备例4-30≤1000制备例5-70≤1000制备例6-205～100制备例7一种茶叶粉，与制备例2的区别点在于，使用密封容器保存一年的陈茶等质量替换新鲜茶叶：实施例
31.实施例1茶多酚的提取方法，按照如下工艺步骤进行：酶解处理：称取由制备例1制得的茶叶粉10kg，将茶叶粉加入至100kg蒸馏水中，以100rpm的转速搅拌混合，混合液升温至20℃，混合液温度即为酶解体系温度；向混合液中加入柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液，调整酶解体系的ph值为4，保温备用；分别称取2.5g纤维素酶、2.5g果胶酶和5g中性蛋白酶，上述酶均加入至混合液中，保温酶解3h，得到酶解处理液；凝絮分离：称取0.1kg壳聚糖，加入至99.9kg水，搅拌混匀配制成浓度为0.1wt％壳聚糖凝絮液，备用；称取10kg浓度为0.1wt％壳聚糖凝絮液，加入至酶解处理液中，搅拌混合0.5h后进入超滤设备中，使用一万分子量超滤膜进行过滤，回收滤渣，得到一次茶多酚滤液；称取1kg乙醇，加入至一次茶多酚滤液中，搅拌混合0.5h后进入超滤设备中，使用
一万分子量超滤膜进行过滤，回收滤渣，得到二次茶多酚滤液；超临界流体提纯：将二次茶多酚滤液转移至超临界萃取装置的萃取釜中，通入二氧化碳气体作为萃取剂，使萃取釜升压至25mpa，升温到20℃，二氧化碳流体的流速为100l/h动态萃取70min，收集二氧化碳萃取剂可得到咖啡因粗产品；萃取釜内的剩余液体为精制茶多酚滤液；浓缩干燥:向精制茶多酚滤液中分批次加入乙酸乙酯进行萃取，每次萃取时精制茶多酚滤液与乙酸乙酯的体积比为1:0.5，萃取3次后合并乙酸乙酯相得到乙酸乙酯萃取液，将乙酸乙酯萃取液投入至真空减压浓缩设备中，控制设备内的压力为-0.06mpa，升温至40℃，保温浓缩1h，得到浓缩液；将浓缩液转移至喷雾干燥器中，在20℃下进行喷雾干燥，得到茶多酚粉体。
32.实施例2-6茶多酚的提取方法，与实施例1的区别点在于，茶叶粉的来源不同；其中，实施例2中茶叶粉来源于制备例2；实施例3中茶叶粉来源于制备例3；实施例4中茶叶粉来源于制备例4；实施例5中茶叶粉来源于制备例5；实施例6中茶叶粉来源于制备例6；实施例7中茶叶粉来源于制备例7。
33.实施例8-18茶多酚的提取方法，与实施例1的区别点在于，酶解处理步骤中各个工艺参数，具体工艺参数如下表2所示。
34.表2.酶解处理步骤的工艺参数实施例19-22茶多酚的提取方法，与实施例18的区别点在于，凝絮分离步骤中各个工艺参数不同，具体工艺参数如下表3所示。
35.表3.凝絮分离步骤中的工艺参数
工艺参数壳聚糖浓度/wt％壳聚糖凝絮液掺加量/kg乙醇掺加量/kg实施例180.1101实施例190.3101实施例200.5101实施例210.3301实施例220.3305实施例23茶多酚的提取方法，与实施例22的区别点在于，超临界流体提纯步骤中的工艺参数不同，具体操作如下：将二次茶多酚滤液转移至超临界萃取装置的萃取釜中，通入二氧化碳气体作为萃取剂，使萃取釜升压至29mpa，升温到40℃，二氧化碳流体的流速为100l/h动态萃取50min，收集二氧化碳萃取剂可得到咖啡因粗产品；萃取釜内的剩余液体为精制茶多酚滤液。
36.对比例对比例1-3茶多酚的提取方法，与实施例1的区别点在于：酶解处理步骤中使用的复合破壁酶组成不同，具体复合破壁酶组成如下表4所示。
37.表4.酶解处理步骤中复合破壁酶组成对比例4茶多酚的提取方法，与实施例19的区别点在于：凝絮分离步骤中，一次茶多酚滤液中加入10kg浓度为0.1wt％壳聚糖凝絮液，再次进行超滤分离，得到二次茶多酚滤液。
38.对比例5茶多酚的提取方法，与实施例19的区别点在于：凝絮分离步骤中酶解处理液中加入1kg乙醇，进行超滤分离，得到一次茶多酚滤液；继而再使用1kg乙醇进行超滤分离，得到二次茶多酚滤液。
39.性能检测试验检测方法茶多酚提取率：称取3g准确至磨碎试样于锥形瓶中,加沸蒸馏水，立即移入沸水浴中,浸提每隔摇动一次。浸提完立即趁热减压过滤。滤液移入500ml容量瓶中，残渣用少量热蒸馏水洗涤2-3次，并将滤液滤入上述容量瓶中，冷却后用蒸馏水稀释至刻度；准确吸取上述试液1ml，注入25ml的容量瓶中，加入蒸馏水4ml和酒石酸亚铁溶液5ml，充分混合，再加的磷酸缓冲液定容至刻度，用10mm比色皿在波长540nm处，以试剂空白作参比，测定吸光度a；实验样品测出茶多酚含量占茶叶总茶多酚含量(参照gb/t 8313-2002)的百分比为茶多酚提取率。
40.茶多酚纯度：根据qb/t2154-1995进行测定茶多酚纯度，其中标准物采用没食子酸丙酯。
41.表5.实施例1-7茶多酚提取率和纯度的检测成果检测对象提取率/％纯度/％检测对象提取率/％纯度/％实施例181.692.1实施例584.392.2实施例284.292.5实施例685.692.7实施例385.092.2实施例782.391.3实施例484.892.3
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实施例1-7对茶叶粉的前处理条件不同。结合表5可以看出，实施例1和实施例2-7进行对比，实施例1的茶叶在常温下进行研磨，而实施例2-7的茶叶均在冷冻条件下进行研磨，实施例2-7中茶多酚的提取率均显著提高实施例1的茶多酚提取率，证明冷冻研磨有利于后期的酶解步骤中茶多酚的溶出；其次，实施例2-5的冷冻研磨温度不同，最佳冷冻研磨温度为-20℃，低于此温度时，茶多酚提取率并未提高，并且能耗较大；高于此温度时，茶多酚提取率略微下降；再者，实施例6的研磨粒径小于实施例3的研磨粒径，茶多酚的提取率从85.0％提升至85.6％，表明茶叶粉的粒径减小能够提升茶多酚的提取率；最后，实施例7中使用的茶叶为陈茶，陈茶的茶叶细胞壁厚，不易溶出，但其在冷冻条件下研磨制备茶多酚的提取率能够优于新鲜茶叶在常温下的提取率，表明本技术使用冷冻研磨技术对茶叶进行处理，能够突破目前技术中茶叶原料的限制，即陈茶由于储存过程中发酵氧化，难以被用于茶多酚的提取。
42.表6.实施例8-12和对比例1-3茶多酚提取率和纯度的检测成果检测对象提取率/％纯度/％检测对象提取率/％纯度/％实施例887.295.1实施例1288.695.0实施例986.292.6对比例172.195.2实施例1087.392.8对比例275.390.4实施例1183.494.3对比例368.587.5结合表5和表6可以看出：第一，实施例6、8-11以及对比例1-3的复合破壁酶重量相同，但是复合破壁酶的组成不同，对茶多酚的提取率和纯度影响显著；对比例1-3中使用纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶中的任意两种，按照1:1的重量比进行复配，对比例1-3的提取率均低于80％，表明使用纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶三种酶进行复配，在提高茶多酚提取率方面具有协同增效的作用；第二，实施例6、8-11表明，纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶的重量比不同对茶多酚的提取率和纯度也存在明显影响：实施例8与实施例6相比，茶多酚提取率提高了1.6％，纯度提高了2.4％，其可能原因在于：中性蛋白酶的含量适中，因此，茶叶粉细胞壁易破裂，内部含有的活性物质溶出率高，同时活性物质中大分子蛋白的分解程度适中，易于后续凝絮分离，从而提高了茶多酚纯度；实施例11与实施例6相比，茶多酚提取率降低了2.2％，表明中性蛋白酶的含量降低会明显导致茶多酚提取率下降。
43.表7.实施例13-18茶多酚提取率和纯度的检测成果检测对象提取率/％纯度/％检测对象提取率/％纯度/％实施例1388.995.4实施例1690.295.1
实施例1488.595.1实施例1790.094.9实施例1588.794.8实施例1890.195.2结合表6和表7可以看出，酶解时间、酶解温度以及酶解体系ph值对茶多酚提取率和纯度的影响不大。
44.表8.实施例19-23和对比例4-5茶多酚提取率和纯度的检测成果检测对象提取率/％纯度/％检测对象提取率/％纯度/％实施例1990.295.3实施例2390.696.2实施例2090.195.5对比例489.891.4实施例2190.395.6对比例590.490.7实施例2290.796.1
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结合表8可以看出，对比例4中仅使用壳聚糖凝絮液进行凝絮，对比例5中仅使用乙醇进行萃取除杂，但茶多酚的纯度均低于实施例19，证明壳聚糖凝絮液和乙醇联用，在提高茶多酚纯度方面具有协同增效的作用。
45.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。