茶叶中含有多种功能性成分,主要源自于茶树的次生代谢产物,包括茶多酚、生物碱、茶色素、茶氨酸、多糖类、茶皂索、芳香物质等,它们既是茶树生长代谢所形成的特征性成分、也是构成茶叶独特品质和风味的主要成分。由于这些功能性成分对人体健康具有明显的营养和药理功效,因此其开发利用具右良好的前景。
类黄酮物质的基本结构
成分
茶多酚是一种稠环芳香烃,是茶叶中特有的一组以儿茶素类化合物为主的多酚类化合物,茶叶中茶多酚含量一般占其干重的18%-35%,包括儿茶素(黄烷醇类)、黄酮、黄酮醇类,花色苷类,酚酸及缩酚酸等。
以儿茶素为主的黄烷醇类化合物占茶多酚总量的60%一80%,其中含量最高的几种组分为L—EGCG(50%-60%)、L—EGC(15%-20%)、L—ECG(10%-15%)和L—EC(5%-10%)。
茶多酚在常温下呈浅黄或浅绿色粉末,易溶于温水(40℃-80℃)和含水乙醇中。茶多酚为淡黄至茶褐色粉状固体或结晶,具涩味,易溶于水、乙醇、乙酸乙酯,微溶于油脂。
略有吸潮性,水溶液pH3~4。
在pH2~7范围内稳定。在碱性条件下易氧化褐变。
遇铁离子生成蓝黑色化合物。
功能
茶多酚又称茶鞣或茶单宁,是形成茶叶色香味的主要成份之一,也是茶叶中有保健功能的主要成份之一。
茶多酚是一种具有超强抗氧化性能的天然抗氧化剂,其抗氧化指数是混合维生素E的10-20倍,并具有抗癌、抗衰老、抗辐射、清除人体自由基、降血糖、降血压、降血脂及杀菌消炎等一系列药理功能,在油脂、食品、医药、化妆品及饮料等领域具有广泛的应用前景。
茶多酚等活性物质具解毒和抗辐射作用,能有效地阻止放射性物质侵入骨髓,并可使锶90和钴60迅速排出体外,被健康及医学界誉为“辐射克星”。
茶多酚具有较强的抗氧化作用,尤其酯型儿茶素EGCG,其还原性甚至可达L-异坏血酸的100倍。4种主要儿茶素化合物当中,抗氧化能力为EGCG>EGC>ECG>EC>BHA,且抗氧化性能随温度的升高而增强。
茶多酚具有很强的抗氧化作用,其抗氧化能力是人工合成抗氧化剂BHT、BHA的4-6倍,VE的6-7倍,VC的5-10倍,且用量少:0.01-0.03%即可起作用,而无合成物的潜在毒副作用;
茶多酚还具有抑菌作用,如对葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌等有抑制作用。
茶多酚可吸附食品中的异味,因此具有一定的除臭作用。对食品中的色素具有保护作用,它既可起到天然色素的作用,又可防止食品退色,茶多酚还具有抑制亚硝酸盐的形成和积累作用。
儿茶素对食品中的色素和维生素类有保护作用,使食品在较长时间内保持原有色泽与营养水平,能有效防止食品、食用油类的腐败,并能消除异味。
茶多酚参入其他有机物(主要是食品)中,能够延长贮存期,防止食品退色,提高纤维素稳定性,有效保护食品各种营养成份。
1989年被中国食品添加剂协会列入GB2760-89食品添加剂使用标准,1997年列为中成药原料。
上茶叶的许多作用都是因为茶叶中的茶多酚在起作用。
食品中的主要用途
对高脂肪糕点及乳制品,如月饼、饼干、蛋糕、方便面、奶粉、奶酪、牛奶等,加入茶多酚不仅可保持其原有的风味,防腐败,延长保鲜期,防止食品退色,抑制和杀灭细菌,提高食品卫生标准,延长食品的销售寿命。另外,还可使甜味“酸尾”消失,味感甘爽。
茶多酚不仅可配制果味茶、柠檬茶等饮料,还能抑制豆奶、汽水、果汁等饮料中的Va、Vc等多种维生素的降解破坏,从而保证饮料中的各种营养成份。
在新鲜水果和蔬菜上喷洒低浓度的茶多酚溶液,就可抑制细菌繁殖,保持水果、蔬菜原有的颜色,达到保鲜防腐的目的。
茶多酚对肉类及其腌制品如香肠、肉食罐头腊肉等,具有良好的保质抗损效果,尤其是对罐头类食品中耐热的芽胞菌等具有显著的抑制和杀灭作用,并有消除臭味、腥味,防止氧化变色的作用。
食用油中加入茶多酚,能阻止和延缓不饱和脂肪酸的自动氧化分解,从而防止油脂的质变腐败,使油脂的贮藏期延长一倍以上。
根据我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-2011)规定茶多酚的使用范围和使用量如下:
基本不含水的脂肪和油,0.4g/kg;熟制坚果与籽类,0.2g/kg;油炸面制品,0.2g/kg;即时谷物,包括碾轧燕麦(片)0.2g/kg;方便米面制品0.2g/kg。
药理作用
预防心脑血管疾病
人体的胆固醇、甘油三酯等含量高,血管内壁脂肪沉积,血管平滑肌细胞增生后形成动脉粥样化斑块等心血管疾病。
茶多酚对人体脂肪代谢有着重要作用。茶多酚,尤其是茶多酚中的儿茶素ECG和EGC及其氧化产物茶黄素等,有助于抑制这种斑状增生,使形成血凝黏度增强的纤维蛋白原降低,凝血变清,从而抑制动脉粥样硬化。
血浆纤维蛋白原的增高可引起红细胞的聚集,血液粘稠度增高,从而促进血栓的形成。另外,细胞膜脂质中磷脂与胆固醇的增多会降低红细胞的变形能力,严重影响微循环的灌注,增加血液粘度,使毛细血管内血流淤滞,加剧红细胞聚集及血栓形成。
茶多酚对红细胞变形能力具有保护和修复作用,且易与凝血酶形成复合物,阻止纤维蛋白原变成纤维蛋白。
茶多酚能有效的抑制血浆及肝脏中胆固醇含量的上升,促进脂类及胆汁酸排出体外,从而有效的防止血栓的形成。
现有的降脂抗栓药物多有一定的毒副作用而不易长期服用。
茶多酚是茶叶中具有降脂抗栓作用的天然成分,加上其自身所具有的抗氧化特性,使其成为一种新型的功能性保健品。
茶多酚有遏制过氧化脂质产生的作用,能消除血管痉挛,保持血管壁的弹性,增加血管的有效直径,通过血管舒张使血压下降,从而有效地防止脑中风。
降血压
茶多酚具有较强的抑制转换酶活性的作用,因而可以起到降低或保持血压稳定的作用。
降血糖
茶多酚对人体的糖代谢障碍具有调节作用,能降低血糖水平,从而有效的预防和治疗糖尿病。
预防和抗癌
茶多酚能极强的清除有害自由基,阻断脂质过氧化过程,提高人体内酶的活性,从而起到抗突变、抗癌症的功效。
茶多酚可以阻断亚硝酸盐等多种致癌物质在体内合成,并具有直接杀伤癌细胞和提高机体免疫能力的功效。
相关资料显示,茶叶中的茶多酚(主要是儿茶素类化合物),对胃癌、肠癌等多种癌症的预防和辅助治疗均有益处。
预防和治疗辐射伤害
茶多酚及其氧化产物具有优异的抗辐射功能,可吸收放射性物质,阻止其在人体内扩散,被称为天然的紫外线过滤器。
茶多酚作为辅助治疗手段,能够有效地维持白细胞、血小板、血色素水平的稳定;改善由于放化疗造成的不良反应;有效的缓解射线对骨髓细胞增重的抑制作用;有效地减轻放化疗药物对肌体免疫系统的抑制作用。
据有关医疗部门临床试验证实,对肿瘤患者在放射治疗过程中引起的轻度放射病,用茶叶提取物进行治疗,有效率可达90%以上;对血细胞减少症,茶叶提取物治疗的有效率达81.7%;对因放射辐射而引起的白血球减少症治疗效果更好。
防龋固齿和清除口臭的作用
茶多酚类化合物可以杀死在齿缝中存在的乳酸菌及其他龋齿细菌,具有抑制葡萄糖聚合酶活性的作用,这样病菌就不能在牙上着床,有效的中断了使龋齿形成的过程。残留于齿缝中的蛋白质食物成为腐败细菌增殖的基质,茶多酚可以杀死此类细菌。
舒缓肠胃紧张
茶多酚具有刺激胃肠道反应,茶多酚可以增强消化道的蠕动,预防消化器官疾病的发生。
另外茶多酚化合物可以薄膜状态附着在胃的伤口上,对溃疡创面起到保护作用。
抑制和抵抗病毒菌
茶多酚有较强的收敛作用,对病原菌、病毒有明显的抑制和杀灭作用,对消炎止泻有明显效果。
抗过敏反应
茶多酚能强烈的抑制组胺的释放作用,实验证明茶多酚抗变态反应和抗皮肤过敏反应比当前常用的抗过敏药的抑制效果强2~10倍。
茶多酚能抑制活性因子如抗体、肾上腺素、酶等引起的过敏反映,对哮喘等过敏性病症有显著疗效。
提高免疫能力
茶多酚通过提高人体免疫球蛋白总量并使其维持在高水平,刺激抗体活性的变化,从而提高人的总体免疫能力。间接实现抑制或杀灭各种病原体、病菌和病毒的功效。
茶多酚对重金属具有较强的吸附作用,能与重金属形成络合物而产生沉淀,有利于减轻重金属对人体产生的毒害作用。
另外,茶多酚还具有改善肝功能和利尿的作用,因而对生物碱中毒有较好的抗解作用。
有助于美容护肤
茶多酚是水溶性物质,用它洗脸能清除面部的油腻,收敛毛孔,具有消毒、灭菌、抗皮肤老化,减少日光中的紫外线辐射对皮肤的损伤等功效。
茶多酚能够阻挡紫外线和清除紫外线诱导的自由基,从而保护黑色素细胞的正常功能,抑制黑色素的形成。
同时对脂质氧化产生抑制,减轻色素沉着。
降脂减肥
临床实验调查显示,儿茶素可以通过血液循环进入全身,加强新陈代谢,增强脂肪的氧化和能量消耗从而达到抑制肥胖的作用,尤其是对内脏脂肪的抑制作用,能达到理想的减肥效果。
茶多酚具有很强的抗氧化性和生理活性,是人体自由基的清除剂,可抑制皮肤线粒体中脂氧合酶和脂质过氧化作用,从而具有抗衰老效应。
含量的测定
茶叶中多酚类物质能与亚铁离子形成紫蓝色络合物。用分光光度法测定其含量。
实验室常规仪器及下列各项:分析天平:感量0.0001g。分光光度仪。
所用试剂应为分析纯(AR),水为蒸馏水。
1酒石酸亚铁溶液:称取1g(准确至0.0001g)硫酸亚铁和5g(准确至0.0001g)酒石酸钾钠,用水溶解并定容至1L(溶液应避光,低温保存,有效期一个月)。
2pH7.5磷酸盐缓冲液:磷酸氢二钾:称取23.377g磷酸氢二钾,加水溶解后定容至1L。磷酸二氢钾:称取9.078g磷酸二氢钾,加水溶解后定容至1L。取上述磷酸氢二钾溶液85ml和磷酸二氢钾溶液15ml混合均匀。
1取样按《茶取样》的规定取样。
2试样的制备按《茶磨碎试样的制备及其干物质含量测定》的规定,制备试样。
3测定步骤(1)试液的制备按《茶水浸出物测定》中的规定,制备试液。(2)测定准确吸取上述(1)试液1mL,注入25mL的容量瓶中,加水4mL和酒石酸亚铁溶液5mL,充分混合,再加pH7.5的缓冲液至刻度,用10mm比色杯,在波长540nm处,以试剂空白溶液作参比,测定吸光度(A)。5、结果计算计算方法和公式茶叶中茶多酚的含量,以干态质量百分率表示,按下式计算:茶多酚(%)=(A×1.957×2)/100×L1/(L2×M×m)式中:L1——试液的总量,mL;L2——测定时的用液量,mL;M——试样的质量,g;m——试样干物质含量百分率,%;A——试样的吸光度;1.957——用10mm比色杯,当吸光度等于0.50时,每毫升茶汤中含茶多酚相当于1.957mg。如果符合重复性的要求,则取两次测定的算术平均值作为结果。重复性同一样品的两次测定值之差,每100g试样不得超过0.5g。
一、茶叶原料的选择
茶叶原料中茶多酚含量的高低对茶多酚产品得率、产品中儿茶素的组成及生产成本至关重要。选择条多酚含量高的茶叶原料,不仅可获得较高的茶多酚产量,而是能降低茶多酚生产成本。
茶叶中茶多酚含量一般为18%-35%,但不同的茶类、加工技术、产区、生产季节和茶树品种等均对茶叶中茶多酚含量有较大影响。
茶多酚在茶树体内主要集中于新梢生长旺盛的幼嫩芽叶中,名叶、茎及根部的茶多酚含量相对较少。茶树新梢生长伸育程度不同,茶多酚含量与儿茶素组成差异较大。一般来说,幼嫩芽叶茶多酚含量高,酯型儿茶素含量也高(如L-EGCG,L-ECG等);成熟芽叶茶多酚含量相对较少,非酯型儿茶素含量高(如L-EGC,L-EC,D,L-C等):
茶树品种不同,茶多酚含量差异较大,即大叶种>中叶种>小叶种,且大叶种茶树鲜叶中酯型儿茶素含量高,中叶种、小叶种茶树鲜叶中非酯型儿茶素含量高。
茶叶生产季节性不同,茶多酚含量变化较大,一般而言,夏季>秋季>春季。
不同茶类加工过程中茶多酚的含量变化差异较大,从不同茶类的茶多酚保留量来说,一般是绿茶>黄茶>青茶>白菜>黑茶>红茶,故生产茶多酚的茶叶原料以绿茶为好。
另外,由于茶多酚具有较强的活性,在茶叶贮存过程中受环境影响较大而变化,贮藏时间越长,茶多酚损失越多,因此宜选择新鲜的茶叶作为原料。
综上所述,选择生产茶多酚的原料一般以南方茶区、夏季生产的大叶种绿茶为好。
同时,在茶叶生产中无论采用何种茶叶加工方法和技术,茶多酚均有一定量的损失,为了减少这一损失,通常还可采用茶鲜叶直接经蒸汽(或微波)杀青、干燥的方法制得原料。
二、茶多酚生产工艺
目前茶多酚的生产工艺主要采用有机溶剂提取法、离子沉淀法等。
茶多酚的提取和分离方法主要根据其物化性质确立,目的是使茶多酚尽可能多地从原料中提取出来,并能有效与杂质分离,以获得较高的产品得率和高纯度的茶多酚产品。
茶多酚易溶于有机溶剂,如乙酸乙酯、丙酮、乙醇、水等。
对于极性较小的有机溶剂溶解性较小,如三氯甲烷、二氯甲烷等。
利用这一特性可将茶多酚从茶叶中提取分离出来。
由于茶叶中化学成分多而复杂,单一有机溶剂难以有效提取茶多酚,因此需采用分步提取分离方式:
1.茶叶原料的粉碎
茶叶原料的粉碎直接影响茶多酚浸提效率及过滤难易程度。
一般而言,粉碎颗粒越细小,茶多酚浸出越快、浸出率越高。
粉碎颗粒越细小,茶叶中原本不易溶出的成分如蛋白质、原果胶、茶多糖等溶出增多,使得茶提取液中杂质成分复杂、浓度增高,提取液黏度变大,对后续过滤、萃取等分离固相杂质过程带来困难。
试验表明(见表2—1),茶叶粉碎粒度以20—30目为宜。
粉碎方法
茶叶原料的粉碎方法有多种:磨碎、粉碎、打碎、碾碎等。
其相应的机械种类较多可供选择。
选择机械时应考虑以下因素:茶叶原料在粉碎过程中发热情况,粉碎时间的长短、分筛配备方式及茶叶原料吸湿情况等,因为这些因素都会导致茶叶原料小的茶多酚因氧化而损失。
在茶叶原料粉碎前宜采用烘干的方式进行干燥,使茶叶原料较充分干燥(含水率控制在5%以内),以利于粉碎的顺利进行。
2.浸提
浸提是通过液体溶剂将固体物质中目标成分分离出来的操作过程。
由于原料受到茶类、加工技术、原料等级等因素的影响,其组织结构和内含成分差异较大。
从茶叶中提取茶多酚,主要应综合考虑浸提过程中的溶剂选择、茶液比、温度、时间、浸提方式对茶多酚提取率、纯度及其后续生产工艺的影响,以达到提高条多酚生产质量和产品得率,并降低生产成本。
(1)浸提溶剂选择
浸提溶剂的选择主要根据溶剂的极性和被提取成分及共存杂质的性质决定,基本要求:
被提取成分溶解度大,共存杂质在溶剂小溶解性小,
溶剂与被提成分以及杂质不起化学反应,
溶剂容易取得、价格较低、安全、对环境污染较小。
茶多酚浸提所用溶剂的极性大小顺序:氯仿<乙酸乙酯<丙酮<乙醇<水。
茶多酚属极性中等的物质,较易溶于水(尤其是热水中溶解性更大)和乙醇,同时水与乙醇具有互溶性,因此茶多酚浸提溶剂主要为水和一定比例的乙醇。
乙酸乙酯、丙酮虽然对茶多酚溶解性较好,但易溶于提取液中的杂质较多,对后续分离与纯化带来困难,因此一般不宜作为浸提茶多酚的溶剂,而是作为萃取或纯化分离的溶剂。
根据生产试验,用水、30%乙醇和50%乙醇溶剂分别提取条多酚,其茶多酚产品中儿茶素总量和EGCG含量均以30%乙醇的提取率最高,且三种提取溶剂并不影响茶多酚产品中儿茶素的组成。
采用乙醇水溶液提取茶多酚,需在生产中增加乙醇回收和浓缩装置,以降低生产成本,并为后续液-液萃取过程打下基础。
(2)浸提的茶液比、温度、时间
茶多酚产品得率与浸提的茶液比、温度、时间密切相关。通常情况下,茶液比小,茶多酚提取率高。但茶多酚浸提液的比例过小,后续工艺需增加浓缩过程或需消耗较多的溶剂萃取,使生产成本增加;相反,浸提液的比例过大,可能会影响茶多酚产品得率。
试验表明采用1:9-10茶液比,茶多酚浸出率高。
生产上为了提高茶多酚浸提率,常采用二次或多次浸提的方法,并随浸提次数增加,茶液比逐渐增加,即第一次采用1:9-10,第二次1:5,第三次1:2。
茶多酚浸提过程中,随浸提温度的提高,条多酚浸出率上升。
同样随浸提时间的延长,茶多酚浸出率提高。
但茶多酚在浸提过程中也会因温度、时间的影响而产生一定程度的氧化。因此,浸提温度不宜太高,浸提时间亦不可太长。
通常情况下,采用80℃浸提温度,浸提20-30min即可。如采用有机溶剂提取或多次提取茶多酚,还可适当降低提取温度和缩短浸提时间。
值得指出的是,影响茶多酚浸提率的各因子——浸提溶剂、茶液比、温度、时间及浸提次数,具有一定的交互作用,即在确定某一个因子最好时,其他因子未必最佳,因此在确定茶多酚浸提相关因子时需综合考虑。
在实际生产中常利用茶叶加工中的茶末、茶灰等下脚料作为原料提取茶多酚,由于此类原料价格低廉、货源充足、且茶多酚含量在15%-20%,因此对茶多酚浸提率不太看重,常采用水提法。若采用有机溶剂萃取法制备条多酚,为了减少有机溶剂使用量和提高萃取效率,可提高茶液比或进行多次提取。
(3)浸提方式与设备
茶多酚浸提生产通常采用三种基本方式,即单级间隙式浸提、多级接触式浸提和连续式移动床浸提。
单级间隙式浸提:使用单—的简单浸取罐(见图2—2),可以每次都使用新鲜溶剂进行浸提,也可将浸取液从浓到稀分成若干组(一般2—3组)作溶剂,按顺序分段进行浸取,最后阶段才使用新鲜溶剂。
单级间隙式浸提设备常用作中试设备或小规模生产设备。
多级接触式浸提:是将若干浸取罐组合成一定顺序,依一定的顺序将它们以管道和阀门连接起来,可以构成多级逆流或错流固定床浸取系统(见图2—3)。
这一方式位新鲜原料与最后的浓浸取液相接触,而大部分溶质已被浸取的物料则与新鲜的溶剂相接触。
连续式移动床浸取:有三种形式,即浸泡式、渗滤式以及浸泡与渗滤结合的形式。浸泡式典型设备有U形管式浸取器和板式浸取塔等;渗滤式典型设备有篮式浸取器和平转式浸取器。
①U形管式浸取器:又称为Hildbrandt浸取器(见图2—4)。它是由三个密闭的螺旋输送器构成的U形装置。螺旋片均有滤孔。
溶剂用泵强制由左立管上部加人,最后由右立管上部排出。固体物料由有立管顶端加入,螺旋输送器使其向下、向友又向上移动,最后由左立管顶部排山。
在U形管中,溶剂与固体物料逆流接触进行浸取。
②板式浸取器:又称为Bonott浸取器,为—垂直单管重力式浸取器(见图2—5)。
塔内装有等距离的同心圆盘,圆盘绕轴旋转,圆盘上装有同定刮刀。相邻两盘的下料口错开45°。
固体物料由塔顶加人,在旋转圆盘上由重力作用而逐盘下落,物料在整个塔内作旋转向下运动。
新鲜溶剂由塔底泵人,逐板向上流动,与物料逆流接触浸取,浸取液内塔顶排出,残渣由塔底卸出。
③Kennedy浸取器(见图2—6):由一组槽子串联组成,固体受叶轮带动,由一槽输送到另一槽,而溶剂流向相反,出而是逆流浸取。
浸提设备还有许多不同类型,不同类型具有不同的浸取方式和效率,这里小再一一赘述。
但在选择设备时,要根据所处理固体原料的形状、颗粒大小、物理性质、处理难易、生产规模以及所需费用大小来决定。
生产量较小,宜选择设备简单,操作容易的单级浸取器;
生产量较大,由于日处理原料量大,一般宜选择连续式浸取设备。
同时还需考虑与其他设备配套,以形成流畅的茶多酚生产线,提高生产效率。
3.过滤
茶叶(或原料)经溶剂浸取形成浸取液(茶多酚溶液),无论采用何种方式浸取,浸取液中不仅含有所需提取的溶质(或目标成分),还含有其他成分和悬浮颗粒,属于悬浮液和固粒气溶液。
过滤操作的基本原理系利用外力作用迫使浸取液穿过多孔材料,而使悬浮颗粒被截留于多孔材料一侧,达到固液分离的目的。
(1)过滤方式
①滤饼过滤(见图2—7):
过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质常用多孔织物,其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗粒直径。
在过滤操作开始阶段,会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象[见图2—7(2)],也有少量颗粒穿过介质而混于滤液中:随着滤渣的逐步堆积,在介质上形成一个滤渣层,称为滤饼。
不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质,而穿过滤饼的液体则变为洁净的滤液。
通常,在操作开始阶段所得到滤液是浑浊的,须经过滤饼形成之后返回重滤。
②深度过滤(见图2—8):
颗粒尺寸比介质孔道小得多,扎道弯曲细长,颗粒进人孔道后容易被截留。
同时由于流体流过时所引起的挤压和冲撞作用。颗粒紧附在孔道的壁面上。
介质表面无滤饼形成,过滤是在介质内部进行的。
③过滤介质:
a织物介质:即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物,也称为滤布。
b.粒状介质:细砂、木炭、碎石等。
c.多孔固体介质(—般要能够再生的才行):多孔陶瓷、多空塑料、多孔玻璃等。
④助滤剂:若悬浮液中颗粒过于细小将会使通道堵塞,或颗粒受压后变形较大,滤饼的孔隙率大为减小。造成过滤困难,往往加助滤剂以增加过滤速率。
助滤剂的加法有两种:
a.直接以一定比例加到滤浆中一起过滤。若过滤的目的是回收固体物,此法便不适用;
b.将助滤剂预先涂在滤布上,然后再进行过滤。此法称为预涂。
助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒,能形成结构疏松而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂的物质有硅藻土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。
(2)过滤设备
①板框过滤机:
由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。板和框—般制成方形,其角端均开有圆孔,这样板、框组合,压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。
框的两侧覆以滤布,空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。
板和框的结构如图2—9所示。悬浮液从柜右上角的通道(位于框内)进入滤框,固体颗粒被截留在框内形成滤饼,滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板,经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼,即停止过滤。如果滤饼需要洗涤,先关闭洗涤板下方的旋塞,洗液从洗板左上角的通道(位于框内)进入,依次穿过滤布、滤饼、滤布,到达非洗涤板,从其下角的旋塞排出。
滤液的排出方式有明流利暗流之分,若滤液经由每块板底部旋塞直接排出,则称为明流(显然,以上讨论以明流为例);
若滤液不宜暴露于空气中,则需要将各板流出的滤液汇集于总管后送走,称为暗流。
主要优缺点:板框压滤机构造简单,过滤面积大而占地省,过滤压力高,位于用耐腐蚀材料制造,操作灵活,过滤面积可根据生产任务调节。主要缺点是间歇操作,劳动强度大,生广效率低。
②厢式压滤机:
厢式压滤机仅由滤板组成,外表与板框压滤机相似。每块滤板凹进的两个表面与另外的滤板压紧后组成过滤室(如图2—10)。
料浆通过中心空加人,滤液在下角排出,带有中心孔的布覆盖在滤板上,滤布的中心加料孔部位压紧在两壁面上或把两壁面的滤布用编织管缝合。
其优缺点同板框式过滤机。
③叶滤机:
叶滤机由许多滤叶组成(见图2—11)。
滤叶是由金属多孔板或多孔网制造的扁平框架,内有空间,外包滤布,将滤叶装在密闭的机壳内,为滤浆所浸没。滤浆中的液体在压力作用下穿过滤布进入滤叶内部,成为滤液后从其一端排出。
过滤完毕,机壳内改充清水,使水循着与滤液相同的路径通过滤饼进行洗涤,故为置换洗涤。最后,滤饼可用振动器使其脱落,或用压缩空气将其吹下。
滤叶可以水平放置也可以垂直放置,滤浆可用泵压入也可用真空泵抽入。
主要优缺点:叶滤机也是间歇操作设备。它具有过滤推动力大,过滤面积大,滤饼洗涤较充分等优点。其生产能力比压滤机还大,而且机械化程度高,劳动力较省。缺点是构造较为复杂,造价较高,粒度差别较大的颗粒可能分别聚集于不同的高度,故洗涤不均匀。
④离心机:离心过滤是借旋转液体产生的径向压差作为过滤的推动力。离心过滤在各种间歇或连续操作的离心过滤机中小进行。
间歇式离心机中又有人工及自动卸料之分。
三足式离心机是一种常用的人工卸料的间歇式离心机(见图2—12)。
离心机的主要部件是一篮式转鼓,壁面钻有许多小孔,内壁衬有金届丝及滤布。整个机座和外罩借三根弹簧悬挂于三足支柱上,以减轻运转时的振动。
三足式离心机的转鼓直径一般很大,转速不高(<2000r/min),过滤面积为0.6-2.7M2。它与其他型式的离心机相比、具有构造简单,运转周期可灵活掌握等优点,—般可用于间歇生产过程中的小批量物料的处理。
它的缺点是卸料时的劳动条件较差,转动部位位于机座下部,检修不方便。
4.脱除咖啡碱与萃取茶多酚
从茶叶中提取茶多酚时,咖啡碱被伴随提取出来,并在茶多酚生产过程中不断富集,提高了其含量,茶多酚产品中咖啡碱往往可达到15%以上。
因此,为了提高茶多酚产品的纯度,常常需要增加咖啡碱脱除工艺。
咖啡碱常作为茶多酚产品生产的伴随副产品。
茶多酚生产中咖啡碱脱除方法较多,如氯仿脱除法、酸碱溶剂法、植物油提取和真空蒸馏法、单宁沉淀法、超临界CO2:萃取法、柱层析分离法等。
这些方法各有利弊,研究虽取得了很好的效果,但在茶多酚生产中其应用价值有限,目前较成功的咖啡碱脱除方法仅为氯仿脱除法。
咖啡碱氯仿脱除法是利用三氯中烷(或卤代烷烃)对咖啡碱溶解件大,而对茶多酚类溶解性很小这一溶剂特性来脱除茶叶浸取液中的咖啡碱,达到提高茶多酚产品纯度的目的。
由于二氯中烷沸点较低,易于挥发,在生产中应用较少。茶多酚生产小较广泛应用三氯甲烷脱除茶叶浸取液中的咖啡碱,此方法简便、易于掌握和操作。
除去咖啡碱后的茶叶浸提液,即可采用有机溶剂萃取茶多酚。
目前大多选用乙酸乙酵作有机相萃取茶多酚,多糖、氨基酸等杂质在乙酸乙酯中的溶解度较低,而茶多酚易溶于乙酸乙酯。
氯仿脱除咖啡碱与乙酸乙酯萃取茶多酚的原理相同,均为液-液分离(又称液-液萃取)。它是两个完全或部分不互溶的液相接触后,个液相中的组分转移到另一液相,或在两相中重新分配的过程。
常用萃取设备有如下几种。
(1)混合-澄清槽
这是最早使用,且目前仍广泛用于工业生产的一种接触式萃取设备。由混合槽和澄清槽两部分组成(见图2—13)。混合槽小安装搅拌装置,目的是使两相允分混合,以利于传质。然后在澄清槽中进行分层,达到分离;对于易于澄清的混合液,可以利用两相密度差进行重力沉降分离。
实际生产中,混合-澄清槽可以单级使用,也可以多级按逆流、并流或错流方式使用。混合澄清槽的传质效率高,可达80%以上,结构简单,操作方便,但占地面积大,能耗高,设备投资和操作费用均较高,近年来己逐渐转用萃取塔。
(2)筛板萃取塔
如图2—14所示,是逐级接触式萃取设备,依靠两相的密度差,在重力的作用下,使得两相进行分散和逆向流动,若以轻相为分散相,则轻相从塔下部进入。
轻相穿过筛板分散成细小的液滴进入筛板厂的连续相——重相层。
液滴在重相内浮升过程中进行液—液传质过程。穿过重相层的轻相液滴开始合并凝聚聚集在上层筛板的下侧,实现轻、重两相的分离,并进行轻相的自身混合。
当轻相再一次穿过筛板时,轻相再次分散,液滴表面得到更新。
这样分散、凝聚交替进行,直至塔顶澄清、分层、排出。
而连续相重相进入塔内,则横向流过塔板,在筛板上与分散相即轻相液积接触和萃取后,由降液管流至下一层板。这样重复以上过程,直至塔底与轻相分离形成重液相层排出。
(3)往复筛板塔
往复筛板塔结构与脉冲筛板塔相似(见图2—15)
轻、重液相均穿过筛板面作逆流流动,分散相在筛板之间不分层,它将筛板固定在中心轴上,由塔顶的传动机构带动作上下往复运动,往复振幅一般为3-5mm,频率可达1000次/min。在不发生液泛的前提下,频率越高,塔效率越高。
往复筛板萃取塔可较大幅度地增加相际接触面积和提高液体的湍动程度,传质效率高,生产能力大,在石油化工、食品、制药等工业中应用广泛。
(4)转换萃取塔
其基本结构如图2—16所示。在塔体内壁面按一定间距装若干个环形挡板,称固定环。固定环把塔内空间分隔成若干个分割开的空间。在中心轴广按同样间距裴若干个转盘,各个转盘处于分割空间的中间。
转盘的直径小于固定环的内径。操作时,转盘作高速旋转,对液体产生强烈的搅动作用,增加了相际接触和液体湍流,固定环则可抑制返混。
转盘塔结构简单,生产能大大,传质率高,操作弹性大,故在工业中应用广泛。
5.浓缩
脱除(或未脱除)咖啡碱的茶叶浸提液经乙酸乙酯萃取,形成了溶有条多酚的乙酸乙酯溶液,须经浓缩才能进行干燥处理。
因为过稀的茶多酚浓度不仅干燥时间过长、消耗大量能量,同时乙酸乙酯有机溶剂也需进行回收利用,以降低生产成本。
因此茶多酚生产工艺中浓缩是必不可少的环节。
浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作,是溶质和溶剂部力分离的过程。
浓缩方法从原理上说分平衡浓缩和非平衡浓缩两种物理方法。平衡浓缩是利用两相在分配上的某种差异(如沸点等)而获得溶质和溶剂分离的方法,如蒸发(包括真空蒸发)和冷冻浓缩;非平衡浓缩是利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程。
在茶多酚生产工艺中浓缩常采用蒸发(主要是真空蒸发)方法,冷冻浓缩不常采用。蒸发浓缩是利用液体受热,溶剂分子获得能量,成为蒸汽分子,产生蒸发。
蒸发可以在常压、真空或加压下进行,茶多酚生产常采用真空蒸发,主要是真空蒸发时液体沸点较低,有利于最大限度地减少茶多酚氧化损失;同时借助于蒸发器的蒸发过程中进行蒸汽冷凝,可回收有机溶剂。
选择蒸发器时应考虑多方面的因素,主要有生产能力、浓缩度、液料热敏性、制品黏度、溶剂的回收、清洗的要求、投资费用、操作费用等。
在茶多酚生产中,热敏性、黏度和溶剂的回收是极为重要的问题。根据蒸发器的主要性能(见表2—2)和茶多酚特性及溶剂特点,较好的蒸发器应选择外热式和膜式蒸发器。
因为茶多酚属热敏性物质,在高温下易产生氧化,因此在选择蒸发设备时优先考虑这一特性。一般情况下,浓缩过程中采用真空浓缩、温度以控制在60℃以下为好。
茶多酚黏性较大,在有机溶剂中一般不易结晶。浓缩操作时需浓缩至液体的浓度应结合后续工序进行考虑。
如后续工序为喷雾干燥,浓缩的茶多酚浓度一般掌握在15%-25%,过稀会影响喷雾干燥的效率和效果,产品质量不易控制,生产成本增加;过稠茶多酚黏性大,易形成雾化器喷头的堵塞,影响喷雾器的雾化,喷雾干燥操作困难。
6干燥
经浓缩的条多酚液体需进一步脱除有机溶剂和水分,即干燥才能成为茶多酚产品。
生产上干燥的方法很多,可分常压式与真空式,连续式与间歇式,并流式、逆流式和错流式,热干燥与冷冻干燥、对流、传导、辐射、介电加热等多种干燥方式。
根据茶多酚特性,目前其干燥主要采用喷雾干燥成初产品,再进一步用真空干燥得茶多酚产品。也有采用冷冻干燥的方式,但生产成本较高。
离子沉淀法生产茶多酚是利用茶多酚与金属离子形成络合物产生沉淀的方法,达到从茶提取液中分离茶多酚的目的。该工艺通过沉淀将茶多酚和咖啡碱分开,可单独分离出茶多酚和咖啡碱,其工艺流程如下,但随采用的离子沉淀剂的不同工艺有所差异。
用金属沉淀茶多酚,使其与咖啡碱分离,该方法使用了对人体有毒的重金属作沉淀剂,所以,用该法生产的产品难达到食品和医药行业的要求。
凝胶柱、吸附柱和离子交换柱法。
此项技术的关键是柱填充料和淋洗。
研究表明,采用柱分离制备法,茶多酚得率在4%~8%之间,纯度可达98%,但柱填充料非常昂贵,而且淋洗时要用多种和大量有机溶剂,显然不适合工业化生产。
以上传统方法均普遍存在一些问题和弊端,产品无法在安全性、价格和纯度方面全部满足食品添加剂和医药行业的要求。
针对这些问题,经有关专家反复试验、成功地开发出将超临界CO2萃取技术与传统提取、浓缩和萃取技术相结合,制备高纯度茶多酚新工艺。该工艺既提高了茶多酚的纯度和得率。又符合工业化生产对原料、溶剂使用、制作路线、生产过程安全性和产品颜色、产率、纯度诸方面的要求,有利于茶多酚更有效地在医药和食品工业中应用。
儿茶素为无色结晶形固体;能溶于水;其水溶液受热或在无机酸存在下,容易聚合成无定形鞣质。
和咖啡因同属茶叶中的两大重要机能性成分,但是又以儿茶素为茶汤中最主要的成分。
外观:白色至黄色粉末或无规则晶体
气味:无特殊气味
可溶性:微溶于冷水、乙醚,可溶于热水、乙醇、冰醋酸和丙酮,不溶于苯、氯仿和石油醚。
溶解性:溶于甲醇。
提取来源:茶叶
广泛存在于植物中,从水/醋酸中得含结晶水的针状结晶。熔点93-96℃;而不含结晶水的结晶熔点175-177℃。旋光度+16°-+18.4°。其外消旋体也呈针状结晶,熔点212-216℃。儿茶精的顺式立体异构体表儿茶精(epicatechin)也广泛存在于植物中,熔点242℃,旋光度[α]D-68°(乙醇中)。[1]
分子结构数据:
1、摩尔折射率:73.59
2、摩尔体积(m3/mol):182.1
3、等张比容(90.2K):558.2
4、表面张力(dyne/cm):88.1
5、极化率(10-24cm3):29.17[5]
性质:黄烷衍生物
稳定性:
儿茶素具有明显的酚的特性,能使重金属和蛋白质沉淀,所以,是一种酚性物。约占茶多酚含量的75%到80%,也是茶的苦涩味的来源之一。酚性物由于能使蛋白质沉淀,就具有大小不等的把生皮鞣成革的性能,因此也称为鞣质或单宁物质。儿茶素与一些典型的植物单宁(五倍子单宁等)相比,鞣革的性能是较弱的。儿茶素是多羟基黄烷-3-酚之总称,但有时则特指(+)儿茶素。广泛分布于植物界,在Acaciacatechu、gambir树皮中与单宁共同大量存在。单宁的作用很弱,但通过加热和酸等处理容易重合形成单宁。2,3位由于含不整齐的碳原子而具有非对应异构体。[3]
物质分类:
儿茶素作为鞣质的前体,广泛分布于植物中,且常与相对应的黄酮类化合物共存。儿茶素的分子中有两个手性(见手征性)碳原子,故有四种立体异构体:(+)-儿茶素、(-)-儿茶素、(+)-表儿茶素、(-)-表儿茶素。
儿茶素类中其他化合物如没食子儿茶素(又称茶儿茶素)等也都有类似的立体异构体,它们在热水溶液中容易发生差向异构化作用或变旋作用(见旋光异构)而相互转化。儿茶素类在植物体中可游离存在,或与糖(见碳水化合物)结合成苷或与有机酸缩合(见缩合反应)为酯类而存在。[3]
儿茶素类属于多元酚类(Polyphenol)中的一种,因为有苦涩味,所以对茶汤滋味的影响蛮大的。
茶叶中的儿茶素类可以分为三种游离型态(Catechin,C;Epicatechin,EC以及Epigallocatechin,EGC)、与两种酯化的没食子酸(gallicacid)(Epicatechingallate,ECG及Epigallocatechingallate,EGCG),而以后者(ECG及EGCG)的含量较多。国外已经将各种儿茶素类从茶汤中分离出来,并且纯化,以作为不同方式的运用。
儿茶素主要分为四种:①表儿茶素(EpicatechinEC);②表没食子儿茶素(EpigallocatechinEGC);③表儿茶素没食子酸酯(EpicatechingallateECG);④表没食子儿茶素没食子酸酯(EpigallocatechingallateEGCG)。[1]
化学反应:
由茶叶中分离出儿茶素及其酯类衍生物,主要有(-)-表儿茶素、(-)-表没食子儿茶素、(-)-表儿茶素-3-没食子酸酯、(-)-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯等。这些化合物分子小,溶于水成真溶液,在溶液中可被氧化而自身缩合为不同程度的缩合产物,从水溶性鞣质到水不溶性鞣红。当用开水沏绿茶时,开始茶水为黄绿色澄清液,放置过夜后,转为黄棕色混浊的溶液,即鞣质前体变为缩合鞣质所致。[3]
计算化学数据:
1、疏水参数计算参考值(XlogP):0.4
2、氢键供体数量:5
3、氢键受体数量:6
4、可旋转化学键数量:1
5、拓扑分子极性表面积(TPSA):110
6、重原子数量:21
7、表面电荷:0
8、复杂度:364
9、同位素原子数量:0
10、确定原子立构中心数量:2
11、不确定原子立构中心数量:0
12、确定化学键立构中心数量:0
13、不确定化学键立构中心数量:0
14、共价键单元数量:1[5]
15、互变异构体数量:90
16、准确质量:290.079038
17、同位素质量:290.079038
18、功能3d受体数量:2
19、功能3d供体数量:5
20、功能3d环数量:3
21、有效转子数量:1.8
22、构象异构体抽样RMSD:0.6
23、CID构象异构体数量:12[4]
国际生命科学学会中国办事处等主办的中国控制中心性肥胖科学大会已召开,立顿茶叶研究所同时报告了其研究成果:绿茶中的儿茶素对人体脂肪代谢以及脂肪分布,特别是内脏脂肪的减少有着明显的作用。
饮用绿茶,可降低心血管疾病和癌症风险,主要是因为绿茶中含有丰富的类黄酮物质,特别是儿茶素类。已经有大量的临床实验证明,儿茶素具有细胞调节作用以及抗氧化功能。儿茶素是一类具有高活性的类黄酮的总称,在绿茶中含量较高。联合利华针对绿茶中高含量儿茶素功效进行的两个临床实验中发现,在不改变饮食和身体活动的前提下,轻度超重的中国健康男性与女性连续90天饮用高儿茶素含量绿茶后,体重、腰围和内脏脂肪都显著减少,绿茶中的儿茶素可能对人体脂肪分布,特别是腹部脂肪分布产生特定的有益影响,它对控制中心性肥胖具有一定的效果。[2]
它为还原性多元酚类物质,在水溶液中易被空气氧化,常用作抗氧化剂。还可用于染料和鞣革工业。[6]
儿茶素是茶叶的重要成分,具有防治心血管疾病、预防癌症等多种功能。右旋儿茶精还有降低毛细血管的通透性、止泻、止血、抗病毒、杀真菌、抑制ACE及预防胃溃疡等多种作用。[6]
清除自由基:儿茶素是天然的油脂抗氧化剂,抗氧化活性甚至比维他命E还。并且可以清除人体产生的自由基,以保护细胞膜。
延缓老化:因为有清除自由基的功用,所以可以减缓衰老。
预防蛀牙:因为茶叶中含有氟,所以可以使牙齿对酸的侵蚀具有较强的抵抗力。除此之外,也有临床实验指出,儿茶素类可以明显地减少牙菌斑以及减缓牙周病。
改变肠道微生物的分布:儿茶素类可以抑制人体致病菌(如肉毒杆菌),同时又不伤害有益菌(如乳酸菌)的繁衍,所以有整肠的功能。
抗菌作用:可以抑制引起人类皮肤病的病菌,并且对治疗湿疹有很好的疗效。
除臭:儿茶素可以除去甲硫醇的臭味,所以可以去除抽烟者的口臭,并且减轻猪、鸡以及人排泄物的臭味(因为儿茶素可以抵抗人体肠道内产生恶臭的细菌)。
其它:还有一些研究显示儿茶素还具有抑制血压(可降低舒张压与收缩压)及血糖(抑制醣分解酵素)、降低血中胆固醇及低密度脂蛋白(LDL),并增加高密度脂蛋白(HDL)的量(日本用来做低胆固醇蛋)、抗辐射以及紫外线(美国已做成预防紫外线的化妆品)、抗突变(在微生物已获得证实,但还没有人体试验的报告)等功用。[1]
健康危害:吸入、摄入或经皮肤吸收对身体可能有害。
环境危害:通常对水是不危害的,若无政府许可,勿将材料排入周围环境。
燃爆危险:本品不燃,具刺激性。[5]
R36/37/38:刺激眼睛、呼吸系统和皮肤。[7]
S26:不慎与眼睛接触后,请立即用大量清水冲洗并征求医生意见。
S36:穿戴适当的防护服。
危险品标志:Xi:刺激性物质[7]
皮肤接触:脱去污染的衣着,用流动清水冲洗。
眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。就医。
吸入:脱离现场至空气新鲜处。如呼吸困难,给输氧。就医。
应急处理:隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防毒服。用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。若大量泄漏,收集回收或运至废物处理场所处置。[8]
操作注意事项:密闭操作,局部排风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜,穿防毒物渗透工作服,戴橡胶手套。避免产生粉尘。避免与氧化剂、酸类接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。配备泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。
储存注意事项:密封储存于2-8°C阴凉干燥环境。[8]
儿茶素生产工艺
正如前述,茶多酚是茶叶中特有的一组儿茶素类化合物为主的多酚类化合物,儿茶素属于黄烷醇类化合物,在茶叶中含有12%—24%(干旦),大量存在的有L—EGCG、L—EGC、L—ECG、L—EC、D—GC、D—C等几种。
即茶多酚是以儿茶素为主要组成成分,因此,儿茶素的生产实质为茶多酚的组分分离纯化的过程。目前儿茶素分离方法主要有柱层析分离、逆流色谱分离;其中逆流色谱分离由于设备牛产能力限制,目前仍处于实验室阶段,较大规模生产儿茶素的方法为柱层析分离法。
柱层析分离是利用混合物中各成分在固定相和流动相中平衡分配系数差异,进行分离纯化的一种方法。层析分离的固定相是柱层析分离场所不动的一相,有液体和固体之分。流动相在分离过程中呈流动状态,流动相连续不断通过固定相,由于被分离的物质在固定相和流动相中平衡分配系数差异,在两相间反复发生分配层析,从而被分离。流动相有液体与气体之分,但儿茶素的分离则多采用液体流动相。
层析法分离制备儿茶素具有材料少、选用适当的同定相和流动相可获得高纯度的儿茶素制品,且同定相材料能再生,可重复使用多次;但流动相待别是洗脱剂,则要求沸点低利于回收、毒性小或无毒性。因此,乙醇水溶液是最常见的洗脱剂,其他有机溶剂水溶液除实验室少量使用外,生产上一般不采用。工厂化生产儿茶素采用的层析法分离主要为柱层析分离。
1、吸附柱层析分离
用于吸附柱层析的固定相主要为大孔吸附树脂。大孔吸附树脂具有物理、化学性质稳定,机械强度高,经久耐用;大孔吸附树脂易再生,可多次重复使用;选择性能好,选择适当的大孔吸附树脂作
固定相和适当的洗脱剂,能有效地吸附儿条素和洗脱儿茶素,进而达到有效分离的目的。
利用大孔吸附树脂对茶叶浸提液中各种成分吸附—解吸作用的差别,尤其对儿茶素选择性吸附,从而分离儿茶素。儿茶素分子结构中含有2-3苯环及多个酚羟基,酚羟基易与O、N原于以O—H…O、O—H…N的形式疏松地结合形成氢键。大孔吸附树脂经修饰,含有O、N原子的功能基,即为大孔吸附树脂与儿茶素分子间以氢键结合创造了条件,有利于大孔吸附树脂对儿茶素的吸附。
儿茶素相对分子质量约为200—450,通常认为大孔吸附树脂孔径与吸附物质的分子直径之比为2-6:1较好,孔径太大,空间浪费,比表而较小,不利于吸附;孔径太小,尽管比表向较大,但溶质扩散受阻,进而传质困难,也不利于吸附,因此吸附儿茶素大孔吸附树脂应有一定的孔径;
根据上述要求,并结合商品树脂所给定的性能,可初步筛选可能适合于分离纯化儿茶素的树脂。然后进行静态吸附法对大孔吸附树脂吸附儿茶素吸附率、静态吸附量等参数测定、比较,进一步筛选出吸附率、静态吸附量较高的3—4种树脂;接着进行动态吸附法试验。动态吸附法试验中,不仅尘注重吸附量、吸附率,还要关注解吸后收集儿茶素产品,并计算产抓得率。这样就可筛选出适合于分离纯化儿茶素的大孔吸附树脂,并可进行中试,乃至应用于工厂化制备儿茶素。
吸附柱分离茶多酚一般采用与其他方法配合使用,如结合膜技术制备条多酚。工艺流程如下:
这一茶多酚制备工艺所需设备除吸附柱层析设备外,其他均可借用前述设备。这种方法生产条多酚纯度约35%,得率可根据原料的不向而存在差异,一般可有25%左右的得率。
2.凝胶过滤柱层析分离
凝胶过滤层析又称分子筛层析、徘阻层析,它是根据分离物质分子大小,利用分千筛作用进行层析的:凝胶具有多孔隙网状结构的固体物质,被分离物质的分子大小不同,它们能够进入到凝胶内部的能力不同,当混合物溶液通过凝胶柱时,比凝胶孔隙小的分子可以自由进入凝胶内部,而比凝胶孔隙大的分子不能进入凝胶内部,只能通过凝胶颗粒间隙,因此流动速度有差别;即分子大的和小的物质被流动相带出时存在差别,分子大的物质不被滞留(排阻),被流动相先带出,分子小的物质由于向凝胶孔隙间内分散,而流动相滞留才能带出(见图2—17)。
凝胶过滤柱层析分离儿茶素一般采用有机溶剂洗脱,如乙酸乙酯、丙酮、甲醇、乙醇和乙醚等均可作为柱分离儿茶索的洗脱剂,但在采用何种有机溶剂作为洗脱剂,既要考虑洗脱剂的生产成本,还要考虑有机溶剂的毒性和产品中的残留。实验室小少量进行提取分离儿茶素制备,采用丙酮作为洗脱剂较多;但生产性分离儿茶素,乙酸乙酯、丙酮、甲醇和乙醚等有机溶剂均存在一定的毒件和产品中的残留,不能选择,较好的合机溶剂为乙醇(最好为食品级)。
凝胶过滤柱层析分离儿茶索制备工艺有两种方法,一种以茶叶为原料进行提取分离;另一种以茶多酚为原料直接采用层析柱进行分离:
这一工艺儿茶素纯度高、杂质含量<3%;分阶段洗淋咖啡碱洗脱率较高,并可收集成副产品,儿茶素产品咖啡碱含量<0.2%;儿茶素得率高,可达65%以上。同时,这一方法可多次分离、分次制备儿条素单体。
3.高速逆流色谱分离制备
高速逆流色谱(high-speedcountercurrentchromatography,简称HSCCC)是一种较新型的液—液分配色谱,其原理是基于样品在旋转螺旋管内的互不混溶的两相溶剂间分配不同而获得分离,因而无须任何固体载体或支撑体,能达到在短时间内实现高效分离利制备,并且可以达到几千个理论塔板数。与其他柱色谱相比较,它克服了固定相载体带来的样品吸附、损失、污染和峰形拖后等缺点。
儿茶素属弱极性物质,其组分的极性差异较小,但相对分子质量相差较大。表2—5为可供参考的几种高速逆流包谱儿茶素分离溶剂系统。
高速逆流色谱进行儿茶素分离,原则上可以从茶叶浸提液中分离,但由于茶叶中多组分、多成分物质较多,特别是与儿茶素性质相近的成分对分离儿茶素均存在一定的影响。因此,采用高速逆流色谱进行儿茶素分离时,最好从茶多酚(粗产品)为原料进行分离,可以避免其他成分的干扰,达到较好的分离效果。目前,高速逆流色谱分离儿茶素已被证实有可取的令人满意的分离制备效果,但受设备条件的限制还不能进行规模化生产。
茶色素是一类红茶中多酚类化合物(主要为儿茶素类)氧化产是红茶中提取或绿茶转化的植物酚性色素,属水溶件色素,具有较强的生物活性。现代医学已发现茶色素不仅具有抗茵、抗病毒、抗心脑血管疾病等作用,对动脉粥样硬化、高血症、高血乐、脂代谢素乱、脑梗死、血小板凝集等疾病均有较好的预防和治疗作用,还有抗氧化、抗癌作用。其中以茶黄素(theaflavins,TFs)的药效最为显著。
茶红素是一类异质酚性色素物质,相对分于质量差异很大,极性较TFs强,其组分与结构更为复杂,至今还未能分离出单体,仅能将其层析或溶剂萃取分成若干部分(TRsI和TRsII)分别进行研究。茶褐素(TB)是一类分子量更大的异质酚性色素物质.其组分与结构更为复杂,目前对其了解不多。
茶色素中茶黄素(TFs)生物活性强、在红茶中含量较低,约2-20mg/g;茶色素中茶红素(TRs)的生物活性研究尚不多,其在红茶中的含量较高,约20-150mg/g,是红茶提取茶色素的主体成分;茶褐素(TB)对红茶品质起负而影响。
目前茶色素制取有三种方法,即红茶中提取,茶多酚化学氧化制取和多酚氧化酶氧化制取。
从红茶中提取主要是利用红茶副产品(红茶末、红茶灰、红茶梗等)进行提取,考虑到生产成本问题,最好选择南方大叶种红茶副产品作为提取原料,因为相对原料中茶黄素和茶红素含量较高。
红茶中提取茶色素的工艺流程:
从红茶中提取茶色素,其产品可以根据要求不同而形成不同组分的茶色素,如①中可得到TF-1和TP-4;②中可得到TP—2、TP—3和TP—4。
由于工艺采用氯仿洗脱咖啡碱,其产品中咖啡碱含量较低,但产品儿茶素含量较高。
此生产工艺主要设备均可借鉴茶多酚生产设备。
茶色素
茶多酚进行氧化制取:茶多酚氧化制取茶色素有两种方法,即酶促氧化和化学氧化工艺流程如下:
这一生产方法是以茶多酚为原料,以多酚氧化酶或酸性氧化剂或碱性氧化剂进行氧化,形成茶色素,再进行提取、分离得到茶色素:
同时,也可结合生产茶多酚工艺,以绿茶或鲜叶为原料,首先进行茶多酚提取,再进行氧化制取茶色素:
以多酚氧化酶酶促氧化制取茶色素,需要控制pH5.6、温度38℃、酶液浓度及活性单位、茶多酚浓度及供氧等参数,以保证酶促氧化处在最适条件,发挥氧化酶的最大效能;以酸性氧化剂进行化学氧化制取茶色素,需要控制pH<4.0、室温、氧化剂浓度、茶多酚浓度等参数;以碱性氧化剂化学氧化制取茶色素,需要控制pH8.0、温度0℃左右、氧化剂浓度、茶多酚浓度及供氧等参数。

