一种富含茶黄素的红茶速溶粉及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及植物提取技术领域，具体涉及一种富含茶黄素的红茶速溶粉及其制备方法和应用。


背景技术：

2.众所周知，红茶中含有丰富的茶多酚，茶多酚具有很强的清除人体自由基的作用，在茶汤中可与咖啡因结合而缓和咖啡因对人体的生理作用，如具有明显的抗氧化性能，能够延缓人体的自然衰老。红茶中除了茶多酚，还有区别于其他茶类的特有类物质-茶黄素。
3.茶黄素具有很强的生理活性，有抗氧化、防癌抗癌、降血脂、预防心血管疾病、抗菌抗病毒等生理功能，甚至在某些方面的药效比儿茶素还要强。虽然红茶中的茶黄素可以用于一些老年人的心血管疾病的治疗，但红茶中的咖啡碱会引起中枢神经系统兴奋，导致难以入睡。
4.优质红茶中茶黄素含量为0.5％～2.0％，但市场上提取加工制成的红茶速溶粉中茶黄素含量很低，都在0％～1.0％之间，一方面是使用的红茶本身的茶黄素含量低，另一方面是提取加工工艺不合适，导致没有提取充分、或提取过程降解、或在脱除咖啡因时一并将茶黄素脱除。
5.因此，得到一种具有高含量茶黄素、且脱除咖啡碱的红茶速溶粉是一个比较有前景的研究项目。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的技术缺陷，提供一种富含茶黄素的红茶速溶粉及其制备方法和应用。本发明红茶速溶粉的制备采用超高温瞬时提取工艺，同时采用陶瓷膜和超滤膜结合的浓缩工艺，不仅浓缩效率高，而且提取阶段的茶黄素几乎无氧化和降解，茶黄素得到有效富集，同时咖啡碱得到有效脱除；其中，本发明制备得到的红茶速溶粉中的茶黄素含量≥5％，同时咖啡碱含量≤5％；另外，本发明制备得到的红茶速溶粉具有优良的体外抗糖化功效。
7.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
8.一种富含茶黄素的红茶速溶粉的制备方法，包括如下步骤：
9.(1)粉碎过筛：将红茶药材粉碎、过筛；
10.(2)常温提取：加入药材量20～30倍量常温水，持续搅拌，得混合液；
11.(3)超高温瞬时提取：将得到的混合液进行超高温瞬时提取，提取温度为119～135℃，提取时间为10～30s，得提取液；
12.(4)压滤：提取液使用板框进行压滤，温度控制在50～60℃，得压滤液；
13.(5)精滤：压滤液过100～200nm陶瓷膜进行精滤，温度控制在50～60℃，得精滤液；
14.(6)超滤：精滤液使用内置5～10kda分子量超滤膜设备进行超滤，温度控制在50～60℃；
15.(7)喷雾干燥：收集超滤截流液，喷雾干燥，得红茶速溶粉。
16.优选地，所述步骤(1)中，所述过筛时的筛网目数为80目。
17.优选地，所述步骤(2)中，所述水为纯化水。
18.优选地，所述步骤(3)中，所述超高温瞬时提取使用超高温瞬时提取装置。
19.优选地，所述超高温瞬时提取装置包括提取罐、以及与所述提取罐匹配连接的接收罐；所述提取罐为空腔结构；所述提取罐的顶部设置进料管，所述提取罐的底部设置出料管，所述提取罐的内部至上而下设置盘管，所述进料管通过所述盘管与所述出料管匹配连接；所述提取罐的上部设置加热单元；所述提取罐的下部设置冷却单元。
20.优选地，所述提取罐的中部设置隔层；所述隔层的上部设置所述加热单元，所述隔层的下部设置所述冷却单元；所述加热单元包括设置于远离所述进料管的所述提取罐的顶部的进气管、以及设置于所述隔层的上部的排气管；所述冷却单元包括设置于所述隔层的下部的进水管、以及设置于远离所述出料管的所述提取罐的底部的出水管；所述出料管与所述接收罐匹配连接。
21.优选地，所述提取罐设置温度表。
22.优选地，所述提取罐设置压力表。
23.优选地，所述盘管与水平面的夹角为10～20
°
。
24.优选地，所述出料管设置单向阀。
25.优选地，所述接收罐的顶部设置排气阀。
26.优选地，所述接收罐的出液端设置泵。
27.优选地，所述步骤(3)中，所述提取温度为121℃。
28.优选地，所述步骤(3)中，所述提取时间为10～15s。
29.优选地，所述步骤(4)中，提取液经过所述超高温瞬时提取装置的冷凝盘管冷却至60℃左右，再使用板框压滤。
30.优选地，所述步骤(4)中，所述压滤时的滤液温度控制在60℃。
31.优选地，所述步骤(5)中，所述精滤时的滤液温度控制在60℃。
32.优选地，所述步骤(6)中，所述超滤时的滤液温度控制在60℃。
33.优选地，所述步骤(7)中，所述喷雾干燥时的进风温度为180℃，出风温度为90℃。
34.一种富含茶黄素的红茶速溶粉，采用如上所述的一种富含茶黄素的红茶速溶粉的制备方法制备得到。
35.如上所述的一种富含茶黄素的红茶速溶粉在体外抗糖化中的应用。
36.所述步骤(1)中，将红茶粉碎过80目筛，即打成细粉，一是增加提取溶出效果，另一方面红茶细粉加水后的混合液具有流体效果，可以进入超高温瞬时提取装置内。
37.所述步骤(1)中，红茶药材粉碎至过80目筛，相比煮沸提取，更节能、节时，提取更充分。
38.所述步骤(3)中，超高温瞬时提取的时间＜10s会导致提取不充分，时间＞30s会导致茶黄素降解。
39.所述步骤(3)中，红茶经过超高温瞬时提取装置，可使红茶里的茶黄素更好地提取出来，且茶黄素几乎无氧化和降解。
40.所述步骤(5)中，使用陶瓷膜可起到固液分离的澄清作用。
41.所述步骤(5)中，采用60℃左右的温度过陶瓷膜工艺，能使提取物更加清澈透明，且茶黄素在该温度下能溶于水，并透过陶瓷膜。
42.所述步骤(6)中，使用超滤，一方面是将茶黄素含量纯化提升，另一方面是将咖啡碱去除。
43.所述步骤(6)中，精滤液60℃过超滤膜，不但咖啡碱能有效透过超滤膜，茶黄素能有效截留，同时料液被浓缩，大大节省了浓缩成本和脱咖啡碱成本。
44.所述步骤(6)中，如果超滤膜分子量过大(》10kda)，则截留不住茶黄素，如果超滤膜分子量过小(＜5kda)，则杂质去除的少，含量提升不大。
45.所述步骤(5)和步骤(6)中，过陶瓷膜和超滤膜时的物料需要保持一定的温度，才能顺利进行，温度控制在50～60℃为最佳。
46.上述技术方案中，所述茶黄素是指tf、tf-3-g、tf-3/-g、tfdg的总和，测试方法采用gb/t 30483-2013规定的方法检验。
47.本发明的基本原理：
48.本发明为了将红茶中的茶黄素高效提取出来，将红茶药材粉碎过80目筛，以增加提取溶出效果，并且采用超高温瞬时提取装置进行提取：首先将粉碎后的红茶加入到20～30倍量的水中，持续搅拌，混合液用超高温瞬时提取装置提取，提取温度为119～135℃，优选为121℃，提取液提取10～30s，优选为5～10s，提取液经过冷凝盘管冷却至60℃左右，使用板框过滤，去除红茶渣，得红茶提取液，以上完成提取过程，实现了茶黄素的高效提取。
49.另外，由于咖啡碱易溶于热水，因此在提取过程中会被提取出来，如果不进行脱除，则按照产品得率会有10倍以上的富集，产品中的咖啡碱含量会高于5％。本发明通过如上所述工艺进行茶黄素的提取和咖啡碱的脱除，使得制备得到的红茶速溶粉中的茶黄素含量≥5％，咖啡碱含量≤5％。
50.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
51.(1)本发明优化了茶黄素的提取加工工艺，使用更优的工艺将茶黄素提取出来，并在提取过程中有效保留并进行富集；其中，由于茶黄素热水溶解性好，因此需要用热水或沸水进行提取，但茶黄素易降解，不能长时间加热，本发明将红茶粉碎成细粉，增加溶出度，并采用瞬时高温进行提取，高温(119～135℃)可以增加茶黄素的溶出，短时间(10～30s)可以降低高温对茶黄素的影响，从而达到高效提取的目的；本发明相比传统的热水提取或水煮沸提取，时间短、效率高、提取得率高、有效成分完全保留；
52.(2)本发明将超高温瞬时灭菌机通过设计改造成一种超高温瞬时提取装置，可实现料液的顺畅流通及快速升温提取，同时由于装置内还带有快速冷却装置，可将短时间受热的物料快速的降温冷却至50～60℃，从而实现物料在超高温环境下的瞬时充分提取；
53.(3)本发明使用了陶瓷膜和超滤膜组合的浓缩工艺，在将咖啡碱脱除的同时对茶黄素含量进行了良好富集；
54.(4)本发明制备得到的红茶速溶粉茶黄素含量高，咖啡碱含量低，其中红茶速溶粉中的茶黄素含量≥5％，咖啡碱含量≤5％；
55.(5)本发明制备得到的红茶速溶粉具有优良的体外抗糖化功效；
56.(6)本发明制备工艺除了水，不使用任何有机溶剂，不产生溶剂残留，极大提高了产品的安全性；
57.(7)本发明制备得到的红茶速溶粉应用范围广，可用于食品及饮料中。
附图说明
58.图1为本发明所述超高温瞬时提取装置的结构示意图(箭头所指为流体流向)；
59.图2为本发明所述提取罐内部的结构示意图(箭头所指为流体流向)。
60.图中各个附图标记对应的部件名称是：
61.1-提取罐；2-接收罐；3-进料管；4-出料管；5-盘管；6-隔层；7-进气管；8-排气管；9-进水管；10-出水管；11-温度表；12-压力表；13-单向阀；14-排气阀；15-泵。
具体实施方式
62.为了更好地理解本发明的内容，下面结合具体实施例和附图作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于对本发明进一步说明，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明所述的内容后，该领域的技术人员对本发明作出一些非本质的改动或调整，仍属于本发明的保护范围。
63.实施例1
64.将100kg红茶(茶黄素含量0.71％，咖啡碱含量3.1％)粉碎过80目筛，加入药材量25倍量常温纯化水，持续搅拌，得到的混合液使用超高温瞬时提取装置进行提取，121℃提取约12秒，提取完成后，使用板框压滤，过滤液温度60℃左右，过100nm陶瓷膜精过滤，再使用内置10kda分子量超滤膜设备进行超滤，收集超滤截流液，喷雾干燥，其中进风温度180℃，出风温度90℃，得8.6kg红茶速溶粉，产品得率8.6％，经高效液相色谱仪测定，茶黄素含量6.5％，咖啡碱含量3.4％。
65.实施例2
66.将100kg红茶(茶黄素含量0.62％，咖啡碱含量2.9％)粉碎过80目筛，加入药材量30倍量常温纯化水，持续搅拌，得到的混合液使用超高温瞬时提取装置进行提取，119℃提取约15s，提取完成后，使用板框压滤，过滤液温度60℃左右，过200nm陶瓷膜精过滤，再使用内置10kda分子量超滤膜设备进行超滤，收集超滤截流液，喷雾干燥，其中进风温度180℃，出风温度90℃，得8.2kg红茶速溶粉，产品得率8.2％，经高效液相色谱仪测定，茶黄素含量5.9％，咖啡碱含量3.2％。
67.实施例3
68.将100kg红茶(茶黄素含量0.73％，咖啡碱含量2.9％)粉碎过80目筛，加入药材量30倍量常温纯化水，持续搅拌，得到的混合液使用超高温瞬时提取装置进行提取，135℃提取约15s，提取完成后，使用板框压滤，过滤液温度60℃左右，过200nm陶瓷膜精过滤，再使用内置5kda分子量超滤膜设备进行超滤，收集超滤截流液，喷雾干燥，其中进风温度180℃，出风温度90℃，得10.4kg红茶速溶粉，产品得率10.4％，经高效液相色谱仪测定，茶黄素含量5.5％，咖啡碱含量3.5％。
69.对比例1
70.将100kg红茶(茶黄素含量0.71％，咖啡碱含量3.1％)粉碎过80目筛，加入药材量25倍量常温纯化水，持续搅拌，得到的混合液使用超高温瞬时提取装置进行提取，105℃提取约12s，提取完成后，使用板框压滤，过滤液温度60℃左右，过100nm陶瓷膜精过滤，再使用
内置10kda分子量超滤膜设备进行超滤，收集超滤截流液，喷雾干燥，其中进风温度180℃，出风温度90℃，得7.2kg红茶速溶粉，产品得率7.2％，经高效液相色谱仪测定，茶黄素含量3.2％，咖啡碱含量3.2％。
71.对比例2
72.将100kg红茶(茶黄素含量0.73％，咖啡碱含量2.9％)粉碎过80目筛，加入药材量30倍量常温纯化水，持续搅拌，得到的混合液使用超高温瞬时提取装置进行提取，135℃提取约15s，提取完成后，使用板框压滤，过滤液温度60℃左右，过200nm陶瓷膜精过滤，再使用内置30kda分子量超滤膜设备进行超滤，收集超滤截流液，喷雾干燥，其中进风温度180℃，出风温度90℃，得6.5kg红茶速溶粉，产品得率5.6％，经高效液相色谱仪测定，茶黄素含量2.1％，咖啡碱含量1.9％。
73.对比例3
74.将100kg红茶(茶黄素含量0.73％，咖啡碱含量2.9％)粉碎过80目筛，加入药材量30倍量常温纯化水，持续搅拌，得到的混合液使用超高温瞬时提取装置进行提取，135℃提取约15s，提取完成后，使用板框压滤，过滤液温度60℃左右，过200nm陶瓷膜精过滤，再使用内置1kda分子量超滤膜设备进行超滤，收集超滤截流液，喷雾干燥，其中进风温度180℃，出风温度90℃，得14.9kg红茶速溶粉，产品得率14.9％，经高效液相色谱仪测定，茶黄素含量3.1％，咖啡碱含量8.2％。
75.由对比例1和实施例1的对比可见，由于红茶在进行超高温瞬时提取时提取温度不够，导致产品中的茶黄素含量较低，产品不合格。
76.由对比例2和实施例3的对比可见，由于超滤时采用的超滤膜的分子量过大，导致产品中的茶黄素透过损失过多，产品不合格。
77.由对比例3和实施例3的对比可见，由于超滤时采用的超滤膜的分子量过小，导致产品中的咖啡碱去除的少，茶黄素相对含量低，产品不合格。
78.实施例1～3及对比例1～3所述超高温瞬时提取装置，如图1和图2所示，包括提取罐1、以及与所述提取罐1匹配连接的接收罐2；所述提取罐1为空腔结构；所述提取罐1的顶部设置进料管3，所述提取罐1的底部设置出料管4，所述提取罐1的内部至上而下设置盘管5，所述进料管3通过所述盘管5与所述出料管4匹配连接；所述提取罐1的上部设置加热单元；所述提取罐1的下部设置冷却单元。
79.所述提取罐1的中部设置隔层6；所述隔层6的上部设置所述加热单元，所述隔层6的下部设置所述冷却单元；所述加热单元包括设置于远离所述进料管3的所述提取罐1的顶部的进气管7、以及设置于所述隔层6的上部的排气管8；所述冷却单元包括设置于所述隔层6的下部的进水管9、以及设置于远离所述出料管4的所述提取罐1的底部的出水管10；所述出料管4与所述接收罐1匹配连接。
80.所述提取罐1设置温度表11。
81.所述提取罐1设置压力表12。
82.所述盘管5与水平面的夹角为10～20
°
。
83.所述出料管4设置单向阀13。
84.所述接收罐2的顶部设置排气阀14。
85.所述接收罐2的出液端设置泵15。
86.现在技术红茶主要用沸水提取，一般采用沸水提取1～2h，提取时间长，由于红茶中的活性物质——茶黄素的热稳定性差，因此茶黄素在沸水提取过程中被破坏。此时可采用高温瞬时提取工艺。虽然超高温瞬时灭菌机(超高温瞬时机是用于液体产品的灭菌的设备，可以在瞬时将液体温度提升到120℃，瞬时的高温非常适合用来提取)可提供高温瞬时提取的环境，但经过超高温瞬时灭菌机的物料需要具有非常好的流动性，不适合大颗粒甚至大块状的物料通过。因此，本发明首先通过将红茶药材粉碎成过80目筛的细粉，并用大倍量(20倍量以上)的水混合，使用搅拌分散，再用特斯拉泵混悬，泵入本发明所述超高温瞬时提取装置中，一方面由于物料自身具有较好的流体性能，另一方面，本发明通过罐体、管路和阀门的设计，从而让物料可以顺利通过该装置，实现物料的顺畅流通以及物料在超高温环境下的瞬时充分提取(达到微细粉末的加热提取效果)。
87.具体而言，本发明针对红茶中的活性成分——茶黄素在普通的超高温瞬时灭菌机提取过程中存在料液流通不畅导致堵塞、以及提取不充分的问题，本发明通过罐体、管路和阀门的设计解决上述问题，开发出一种超高温瞬时提取装置，具体而言，本发明使用以下解决方案：
88.(1)料液流路全部采用盘管5，盘管5流路从上至下设置，盘管5采用倾斜10～20
°
角设计，使流路更加畅通，避免料液发生堵塞；
89.(2)出料管4设置在提取罐2的底部，出料的动力来自泵入的压力和料液自身的重力，同时出料管4设置单向阀13，一旦有料液通过，给与单向阀13一定压力，其就会自动开启，进一步避免料液发生堵塞；
90.(3)出料管4后部设置小型接收罐2，罐口联通泵15将料液及时排出，使得流路更加畅通，进一步避免料液发生堵塞；
91.(4)提取罐1中间设置隔层6，将提取罐1隔开，其中上层用于料液的快速加热，下层用于料液的快速冷却，从而实现物料在超高温环境下的瞬时充分提取。
92.本发明将超高温瞬时灭菌机通过设计改造成一种超高温瞬时提取装置，可实现料液的顺畅流通及快速升温提取，同时由于装置内还带有快速冷却装置，可将短时间受热的物料快速的降温冷却至50～60℃，从而实现物料在超高温环境下的瞬时充分提取。
93.效果实施例(体外抗糖化功效)
94.通过下面的试验，采用本发明实施例1～3及对比例1～3制备得到的红茶速溶粉样品，研究本发明制备得到的红茶速溶粉体外抗糖化功效。
95.人体的糖基化反应概述：
96.人体的糖基化反应和美拉德反应类似，且人体内的糖化反应会伴随人的一生，如果人体的新陈代谢放缓，体内糖分(葡萄糖、果糖、半乳糖等)积累过多，就会与体内的蛋白质结合，通过非酶糖基化反应，最终生成晚期糖基化终末产物一ages。且随着年龄的增长，ages的生成和积聚是不可避免的。真皮层内富含胶原蛋白和弹性蛋白，蛋白质分子中的氨基酸容易与细胞外液中葡萄糖的醛基或酮基发生非酶糖基化反应，胶原蛋白被糖化后，皮肤会变得松弛和暗黄。
97.本发明红茶速溶粉体外抗糖化试验原理：α-淀粉酶可以水解淀粉，生成麦芽糖。α-淀粉酶抑制剂(α-ai)可抑制此水解反应，使生成的麦芽糖量减少。麦芽糖能与3，5-二硝基水杨酸(dns)发生氧化还原反应，生成3-氨基-5-硝基水杨酸，该物质在540nm下有特征吸
收。α-ai对水解反应的抑制，使随后的氧化还原反应的吸光度下降，其下降程度与α-ai活力成正比。采用分光光度计在540nm处测定该系列反应前后的吸光度值，可定量测定α-ai活力。
98.1.麦芽糖标准溶液配制(1mg/ml)
99.将3g麦芽糖盛于称量瓶中置105℃烘箱中2h，取出置干燥器中冷却。称取1.0000g麦芽糖，先用300ml水在烧杯中溶解后，倒入1000ml容量瓶中，然后用600ml水分三次反复润洗烧杯三次，将润洗水倒入容量瓶，最后用水定容至1000ml。
100.2.麦芽糖标准曲线的制作
101.取7只试管编号，分别加入麦芽糖标准溶液(1mg/ml)0，0.15，0.45，0.75，1.05，1.35，1.50ml，然后用水将各试管中液体体积补足至1.5ml(见表1)。向各试管中加入1ml dns后，于沸水浴中水浴10min后立即冷却。向各试管中加入15ml水，振荡混匀后，于540nm波长下测定吸光度值。用水调零。
102.表1不同浓度麦芽糖溶液配制表
[0103][0104]
3.测定
[0105]
将粉末样品与磷酸盐缓冲液(pbs)按1∶200(m/v，g/ml)的比例制成液体样品(需分散完全，搅拌时间不少于30min，不用离心)。向两试管(编号分别为i、ii)中分别加入10ml配制好的液体样品。分别测定i、ii号试管中液体样品的α-ai活力。将0.25mlα-淀粉酶液和0.25ml试管中的液体样品加入到0.5ml pbs中，于37℃水浴10min后，加入0.5ml可溶性淀粉溶液(此时应保证试管依然在37℃水浴中)，精确反应5min后加入1ml 3，5-二硝基水杨酸试剂(dns)以终止反应。将反应液于沸水浴中加热10min后迅速置于冰水浴中冷却至室温，然后加入15ml水，混合均匀后于540nm波长下测定吸光值，用水调零。在测定过程中，设置空白管、空白对照管、抑制管和抑制对照管。空白管中不添加样品，空白对照管中不加α-淀粉酶液和样品，抑制对照管中不加α-淀粉酶液。体积不足处均以pbs补足。测定体系如表2所示。a-淀粉酶活力(iu)定义为：在37℃/ph 6.9下，1min内催化淀粉生成1μg麦芽糖所需α-淀粉酶的量。
[0106]
表2α-ai活力测定体系
[0107][0108]
样品中α-ai对α-淀粉酶的抑制率(ar)按下式计算：
[0109]
ar＝(1-(a
3-a4)/(a
1-a2))
×
100％
[0110]
其中，a1、a2、a3和a4分别为540nm下i、ii号试管中液体样品对应的空白管的吸光值的平均值、空白对照管的吸光值的平均值、抑制管的吸光值的平均值和抑制对照管的吸光值的平均值。
[0111]
样品的ar值应在20％～50％之间，否则需要调整粉末样品与pbs的比例。
[0112]
α-ai活力(iu)定义为：在37℃/ph 6.9下，在α-淀粉酶催化淀粉水解的反应中，当反应体系的α-淀粉酶活力为100iu时，1min内抑制1μg麦芽糖生成所需α-ai的量。
[0113]
4.计算
[0114]
设麦芽糖浓度标准曲线为：c＝f(a)。
[0115]
其中，c-麦芽糖浓度，mg/ml；
[0116]
a-相应麦芽糖浓度下的吸光度值。
[0117]
空白组中α-淀粉酶活力(φ)的计算公式如下：
[0118]
φ＝α-淀粉酶活力(iu)＝(f(a1)-f(a2))
×
1.5
×
1000/5
[0119]
其中，1.5-酶解反应体系的体积，ml；
[0120]
5-酶解反应时间，min；
[0121]
样品中α-ai活力(ψ)的计算公式如下：
[0122]
ψ＝α-ai活力(iu/g)
[0123]
ꢀꢀ
＝(f(a1)-f(a2)-f(a3) f(a4))
×
1.5
×
1000
×v×
100/(5
×
0.25
×m×
φ)
[0124]
其中，v-制备液体样品时所用pbs的体积，ml；
[0125]
m-制备液体样品时所取粉末样品的质量，g；
[0126]
1.5-酶解反应体系的体积，ml；
[0127]
5-酶解反应时间，min；
[0128]
0.25-测定中所取液体样品的体积，ml。
[0129]
5.结果
[0130]
各个样品的α-ai活力见表3。
[0131]
表3各个样品的α-ai活力
[0132][0133]
由表3可见，从α-ai活力来看，本发明实施例1～3制备得到的红茶速溶粉都比白芸豆提取物高，说明本发明制备工艺制备得到的红茶速溶粉体外抗糖化效果较显著。
[0134]
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。