（化学工艺专业论文）膜技术耦合化学法从碎茶中制备茶多酚的研究.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 m li i 一。i i 黑苎曼曼罡! ! 黧鼍! 曼皇! 曼舅鼍皇鼍篡! ! 嬲曼! 曼烂曼皇黧鼍曼曼嬲曼! 曼 摘要 本课题采用膜技术耦合化学法，对茶叶生产厂的废弃的粮老茶叶和碎茶叶进 行提取，制备以茶多酚为主要产品的研究。在摸索工艺路线的同时，对茶多酚的 理化性质及作用做了深入的研究，对茶多酚的检测有了明确的方法。按照清洁生 产的原则，最后研究出一条无污水排放的循环经济豁工艺路线。本研究主要得出 以下五个方西的成果： 1 、产品中茶多酚的含量以其中主要成分e g c g 的含量作为主要的参数，本研究 建立了e g c g 的高效液相色谱检测方法，确定了色谱条件。线性方程为： y = 0 0 0 1 1 x + 0 0 1 8 4 ，标准曲线相关系数r 2 = o 9 9 6 6 ，可靠性强； 2 、对浸提粗老茶叶和碎茶叶时各影响因素进行了研究，确定了工艺参数，在最 佳实验条件下茶多酚的提取率为2 2 4 8 ； 3 、对茶叶浸提液的除杂、浓缩的膜过程做了研究，确定了经济有效的最佳膜工 艺路线，超滤膜过程中茶多酚的透过率为9 5 0 3 ，大分子杂质( 蛋白、胶体 等) 完全被除去，通过试验纳滤膜过程不能将小分子物质与茶多酚有效分离， 达不到除杂的髫的，且对茶多酚的截警率最高可达到9 3 。7 ，证明本工艺中 不能使用纳滤膜。 4 、对乙酸乙鹣萃取反渗透浓缩液中各个因素参数傲了研究，确定了最佳的萃取 条件，得到茶多酚的萃取率为9 l 。5 5 。 5 、通过利用粗老茶叶和碎茶叶制备茶多酚等高附加值产最，一方面撂到很好的 经济效益，为市场提供低成本的天然产物；另一方面大大减少对茶叶的消耗， 可以做到物尽其用，真正做到清洁生产。 关键词：茶多酚，膜技术，清洁生产 湖北5 - 业大学硕士学位论文 ! ! i i i l li i _ 1 1 1 i ii l l 一一i l 鼍l ! 苎烂曼曼 a b s t r a c t i nt h i ss t u d y ，m e m b r a n et e c h n o l o g ya n dc h e m i c a lm e t h o d sh a db e e nu s e dt o e x t r a c tt e ap o l y p h e n o l s ( t p ) a st h em a i np r o d u c t sf r o mc r u d et e aa n df a n n i n g so ft e a p r o d u c t i o np l a n t a tt h es a m et i m eo fg r o p i n gt h ep r o c e s sr o u t e s ，i n d e p t hr e s e a r c h e s h a db e e nd o n eo nt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dt h er o l eo ft p ，a n dc l e a r d e t e c t i o nm e t h o d so ft ph a de s t a b l i s h e d a c c o r d i n gt ot h er u l e so fc l e a np r o d u c t i o n ，a n o n - s e w a g ed i s c h a r g i n gp r o c e s sr o u t eo fr e c y c l i n ge c o n o m yh a db e e nt a k e no u t 。髓e r e s u l t so ft h es t u d ya r ea sf o l l o w i n g ： 1 t h ec o n t e n to ft pi np r o d u c t sr e l i e do nt h ec o n t e n to ft h em a i nc o m p o n e n te g c g a st h em a i np a r a m e t e r s 。强es t u d ye s t a b l i s h e dt h eh p l cm e t h o do fe g c gt o d e t e r m i n et h ec h r o m a t o g r a p h i cc o n d i t i o n s 。l i n e a re q u a t i o n ：y 然0 0 0 11 x + o 0 1 8 4 ， s t a n d a r dc u r v ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tr z = 0 9 9 6 6 t h em e t h o dw a se x a c ta n d r e l i a b l e 2 。强ei n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h ec r u d et e aa n df a n n i n g se x t r a c t i o nw e r es t u d i e dt o d e t e r m i n et h ep r o c e s sp a r a m e t e r s a n dt h ee x t r a c t i o nr a t eo ft pw a s2 2 4 8 u n d e rt h e b e s te x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s 3 。r e s e a r c h e sh a db e e n d o n eo nt h em e m b r a n ep r o c e s s e st op u r i f ya n dc o n c e n t r a t et h e t e ae x t r a c t st od e t e r m i n eac o s t e f f e c t i v eo p t i m u mr o u t e t h e u l t r a f i l t r a t i o n m e m b r a n ep e r m e a b i l i t yf o r 卯w a s9 5 0 3 ，t h em a c r o m o l e c u l e si m p u r i t i e s ( p r o t e i n s ， c o l l o i d s ，e t c 。) w e r er e m o v e dc o m p l e t e l y t h es m a l lm o l e c u l em a t e r i a la n dt pc o u l d n o tb ei s o l a t e de f f e c t i v e l yw i t hn a n o f i l t r a t i o n n ep u r p o s eo fp u r i f i c a t i o nc o u l dn o t b ea c h i e v e d ，a n dt h er e j e c t i o nr a t e so ft pu pt o9 3 7 n er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a t n a n o f i l t r a t i o nm e m b r a n ec o u l dn o tb eu s e di nt h i sr o u t e 。 4 。t h eb e s tc o n d i t i o n sf o rt h ee x t r a c t i o nh a db e e nc o n f i r m e dt h r o u g ht h er e s e a r c h e s o nt h ep a r a m e t e r si nr e l a t i o n s h i pt oi n f l u e n c i n gf a c t o r so fe t h y la c e t a t ee x t r a c t i o nt o c o n c e n t r a t i o no fr o a n dt h ee x t r a c t i o nr a t eo ft pw a s9 1 5 5 5 。t h r o u g ht h eu s eo fc r u d et e aa n df a n n i n g st op r o d u c el h eh i g hv a l u e a d d e d p r o d u c t sl i k et p ，o nt h eo n eh a n d ，t h ee c o n o m i cb e n e f i t sc o u l db eg o t t e na n dt h el o w c o s to fn a t u r a lp r o d u c t sc o u l db ep r o v i d e df o rt h em a r k e t ；o nt h eo t h e rh a n d ，t h e c o n s u m p t i o no ft h en e wt e ac o u l db er e d u c e dg r e a t l ya n dd ot h eb e s tu s eo fr a w m a t e r i a l ，t r u l yc l e a np r o d u c t i o n k e y w o r d s ：t e ap o l y p h e n o l s ，m e m b r a n et e c h n o l o g y , c l e a np r o d u c t i o n 潮班二案大謦 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均毫在文中以骧确方式标明。本声明的法律结采由本人承担。 学位论文作者签名：绷鼍魄溯年箩月邓嚣俸 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关傈留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并彝国家有关部f j 或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权湖北工业大学珂以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名：诽 昀排州7 基 一 渺r 乃胪 獬铲 赫 纠 湖北工业大学硕士学位论文 1 1 茶多酚的组成 第1 章文献综述 茶多酚是茶叶中一类主要的化学成分。它含量高( 占总干物质的1 8 - - - - 3 6 ) ，分布广( 植株备个器官都有，但主要集中于嫩叶和芽) ，变化大( 受内外因 的影响最大) ，对茶叶品质的影响显著，是茶叶生物化学研究最广泛、最深入的 一类物质。 茶叶中的多酚类物质大多属缩合单宁，因其大部分溶解于水，所以叉成为水 溶性单宁。它是黄烷醇类( 儿茶素类 、花色素类( 花良素和花青素类) 、花黄素 类( 黄酮及黄酮醇类) 、缩酸及缩酚酸类组成。除酚酸及缩酚酸类以外，其他几 类化合物由于都具有2 一苯基苯并毗嗪的基本结梅，所以霹统称为类黄酮纯合 物。 歹乙茶素类是茶多酚类物质的主体成分，大量存在子茶树新梢中，占茶时于重 的1 2 一2 4 ，约为茶叶中多酚类总量的7 0 - - 8 0 。属于黄烷一3 一醇衍生物， 它们的结构至少包括a 、b 、c 三个环核，酯化后，还有d 环，是2 一苯基苯并 毗喃的衍生物。其结构为： l i i l t i 。一o i l 袋? -h 。一e o o r 一辩”“，气。 r 圈1 茶多酚结构图 f i g u r e1s t r u c t u r eo ft p 湖北工业大学硕士学位论文 卜摹 。一 一o h 鬟； 圈2 儿茶素的结构通式 f i g u r e2s t r u c t u r eo fc a t e c h i n 当r l = r 2 = h 时，图1 是，l 茶素，图2 即为儿茶素结构通式，当r l = o h 、r 2 = 珏 。溉 时，b 环为没食子基，图2 郎为没食予基儿茶素，当= u 时( 没食子酰 基) ，是上述两种儿茶素的没食子酸酯，这时出现四个环核( d ) ，发生了儿茶素 与没食子酸酯的酯化作用，故有时称为酯型儿茶素。 黄酮类( f l a v o n e ，也称花黄素) 是广泛存在于自然界的一类黄色色素，约占 茶叶干重的3 - - 5 ，其基本结构是2 一苯基色原酮。黄酮结构中的q 位易羟二 基化，形成一个非酚性羟基，与其他位置的酚性羟基不同，形成黄酮醇。茶叶中 的黄酮醇多与糖结合形成黄酮营类。 花青素又称花色索，是一类性质较稳定的色原烯衍生物，分子中存在高度分 子共轭，有多种互变异构；花青素由于c 3 位置上带有羟基，常与葡萄糖、半乳 糖、鼠李糖等缩合成瞢类物质，其中较重要的组分是飞燕草花青素及其苷类、芙 蓉花青素及其苷类。 酚酸是一类分子中具有羧基和羟基的芳香族化合物。缩酚酸是又酚酸上的羧 基与另一分子酚酸上的羟基相互作用缩合而成，多为没食子酸、咖啡酸、绿原酸、 鸡纳酸的缩合衍生物等，总量大约占茶鲜叶干重的5 f “。 1 。2 茶多酚的物理性质 1 2 1 溶解性 儿茶素类亲水性较强，能溶于水、甲醇、乙醇、冰醋酸等溶剂，而对苯、氯 铸、石油醚等剐难溶解。酚酸类化合物易溶于蔼酮、乙醇、+ 热水，难溶予冷水、 乙醚、不溶于氯仿及苯。茶多酚是这些化合物的复合物，易溶于水、乙酸乙酯、 湖北工业大学硕士学位论文 乙醇、丙酮、乙醚核4 一甲基一戊酮中，而彳i 溶于石油醚和氯彷中。以胶体状念 出现的多酚溶解性一般随p h 值的升高而增大，可逐渐成为澄清的溶液。 1 2 2 酸性 多酚化合物因分子中具有酚羟基，可游离出h + ，故显酸性，所以儿茶素也 称儿茶酸，单宁或鞣质。多酚类酸性强弱和酚性羟基数目的多少与其位置有关。 例如：黄酮的酚羟基酸性由强到弱顺序是： 7 ，4 一二羟基 4 - - o h 一般酚羟基 5 一o h 1 2 - 3 半胶体特性 茶多酚的化学结构决定了它在水溶液中是以真溶液( 分子分散态) 和胶体( 分 子聚集态) 之间的状态并存，即属半胶体状态。多羟基的分子结构使其易溶于水， 又因为分子中的大量酚羟基和苯环使其以氢键和疏水键发生分子缔合，这是一种 不引起化学性质改变的分子间可逆聚集作用，当多酚的浓度增大、p h 和温度较 低时，会促进缔合发生，使多酚溶液的胶体性质增强；由于茶多酚的羟基与水形 成氢键，其溶液使一类亲水性胶体，使多酚溶液不易于干燥和干燥后的样品易吸 潮。 1 2 4 呈昧和成色特性 涩味使多酚类的羟基与口腔黏膜上蛋白质的氨基结合沉淀形成一不透水层 在口腔上的感觉。茶多酚根据组成成分中酚羟基数目的多少而决定它与口腔黏膜 蛋白质的沉淀程度。各种儿茶素的滋味有所不同，简单儿茶素收敛性较弱，味爽 口而不苦涩；复杂儿茶素收敛性较强，在高含量下有苦涩味。 茶多酚的多种特征显色反应常被用于定性检验和定量分析。茶多酚主要特征 显色反应如表1 。 1 2 5 稳定性 通过茶多酚在高温高湿强光照射下的加速试验，采用酒石酸铁比色法测定茶 多酚总量，高效液相层析( h p l c ) 测定( 一) - - e g c g 含量，化学发光法测 1 湖北工业大学硕士学位论文 表1 荼多酚的特征显色反应i 2 l t a b l e1c h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o l o rr e a c t i o no ft p 1 2 1 茶多酚对超氧阴离子自由基的清除能力，结果发现，加速处理条件下茶多酚总量 没有显著性改变，对超氧阴离子自由基的清除能力与对照褶毖无显著差异，( 一) - - e g c g 含量在高温高湿、强光照射处理均有明显下降，而较低的温度影响不大。 茶多酚有一定的耐热性，且在湿热和强光照射条件下生成的氧纯聚合物也表现出 较强的抗氧化能力。 1 3 茶多酚的化学特性 1 3 1 氧化还原性 湖北工业大学硕士学位论文 茶多酚很易被空气中的氧所氧化，特别在水溶液和多酚氧化酶存在时，酚羟 基通过离解，生成氧负离子，再进一步失去电子，生成邻醌，邻醌可夺取其他物 质的氢还原为酚，也可发生聚合，生成红棕色聚合物。在水溶液中茶多酚的氧化 速率主要受p h 的影响，氧化的最低p h 约为2 0 2 5 。随着p h 值提高，氧化速 率增高，若p h 7 的碱性条件下，则氧化生成醌，反应重复进行，直至生成共 轭醌发色团。茶多酚在强氧化剂如高锰酸钾、双氧水、重铬酸钟和氯酸钾等的作 用下，不仅酚羟基受到氧化，烷环甚至苯环也会丌裂而被氧化裂解【3 】o 1 3 2 聚合反应 ( + ) - - ) 1 , 茶素在强酸的催化作用下( 二恶烷溶液，2 m 0 1 l h c l ，室温，3 0 1 1 ) 发生自聚合，生成儿茶素二聚体，其分子式为c 3 0 h 2 8 0 1 2 ，若( + ) - ) l 茶素在9 0 水溶液那( p h 4 ) 反应数天，产物就出现脱水- - ) l 茶素，其分子式为c 3 0 h 2 6 0 1 i i 相当于c 3 0 h 2 8 0 1 2 的脱水产物。 二聚体仍具有亲电和亲核中心，可继续聚缩下去，生成的多聚体就是缩合单 宁，进一步缩合就合成更大分子的红粉。茶多酚在酸性溶液中加热生成红色沉淀 既是这一原因【4 】。 1 3 3茶多酚与无机离子的络合 茶多酚类化合物可与多种金属离子( a 矿、h g + 、c u + 、p b + 、f e 2 + 及c a 2 + 等) 络合形成有色络合物( 见表2 ) 表2 茶多酚与金属离子显色反j 直【5 1 t a b l e2c o l o rr e a c t i o nb e t w e e nt pa n dm e t a li o n s l 5 】 湖北工业大学硕士学位论文 1 4 茶多酚的药理药效 1 4 1 茶多酚对辐射损伤的防护 1 9 9 8 年在华盛顿召开的第二届茶与人体健康国际学术研讨会上关于茶的抗 辐射报告指出【6 1 ，绿茶和红茶具有预防由b 射线引起的皮肤癌的功效，又如飞行 员连续8 年饮用茶饮料可以预防宇宙空间的多种射线危害。经过多年的研究，茶 多酚的抗辐射作用已得到了证实，其主要机理是茶多酚对自由基的清除、对酶活 性以及对免疫力和造血功能产生影响。 1 4 2 茶多酚的抗突变作用 致癌作用过程是一个复杂的多阶段过程，一般包括启动、促癌和增殖三个阶 段。启动作用的结果产生了一个由促癌潜力的细胞，促癌作用则使这些启动细胞 的克隆选择扩大，逐渐进展为具有新特征的细胞亚群，表现出细胞的非均一性、 异化和基因不稳定性，从而进展为变异细胞，最后发展到恶性转移。基因突变( 包 括点突变、移码突变和错义突变) 可导致癌基因的不正常表达，且多为表达产物 性质发生改变，从而使细胞发生恶变。茶叶是一种传统的药食同源的天然保健饮 料，从2 0 世纪8 0 年代初期发现茶叶萃取物及其多酚类物质具有降低亚硝基化合 物的致突变性以来，国内外学者对其抗突变、防癌抗癌作用进行的一系列研究都 证明，无论在微生物系统、组织细胞培养或动物试验，都证明茶叶提取物及其多 酚类物质具有抗突变防癌作用。因此，茶叶消费与抗突变、防癌抗癌的关系也备 受关注。 1 4 3 茶多酚的抗肿瘤作用 茶叶的防癌作用在国内外的研究中已得到充分证明，无论是哪种茶叶，对动 物的化学致癌或移植性肿瘤都有不同程度的预防效果。我国国家自然科学基金 1 9 9 5 年将“茶叶有效成分的抗癌机理”作为重点课题招标研究，临床观察也取得 了良好的疗效。根据作用强度和在茶叶中的含量，可以发现茶叶的主要抗癌成分 为茶多酚及其组成中的各种儿茶素单体和茶多酚的氧化产物茶色素。这些成分在 湖北工业大学硕士学位论文 试验中所起作用的重复性好，且呈现明显的剂量反应关系。茶多糖和咖啡碱等 也有一定的作用，但在茶叶中含量很少。如以同样的含量进行比较，则无论茶多 酚及其儿茶素单体还是茶色素，其作用强度均不如茶的全部水提物，因为茶叶水 提物中还含有茶叶特有的茶氨酸，茶氨酸所具有的抑制癌细胞对周围组织浸润的 作用，使癌细胞的扩散转移受到抑制而发挥着抗癌作用f7 8 1 。 1 4 4 茶多酚对衰老的延缓作用 随着社会的发展、医学的进步和生活水平的提高，我国人口将急剧老龄化， 若能适当提高老年人的身体素质延长他们的劳动年限，充分发挥老年人的聪明才 智，将会为社会创造相应的财富，这是一项由被动变主动的国策。西汉成书的神 农本草经即称茶叶养生为：“久服安心益气、轻身耐老”。茶多酚对过量自由基 的清除，免疫调节、肾疾患及老年人多发病的药理药效。自由基学说通过实验证 明，过量自由基的毒性反映在促进衰老过程加快的作用是确切的，当机体老化时， 酶( 如s o d 、g s h p x ) 与非酶系统清除自由基的防御能力下降，体内自由基代 谢失衡，过量自由基引发的毒性反应与老年人易发病如肿瘤、心脑血管病、糖尿 病、玻璃体浑浊、白内障等的成因直接有关。已有大量的研究表明，茶叶对上述 老年多发病具有明显的药效。茶叶中的多酚类化合物能竞争性地与自由基结合， 终止自由基的链反应，从而预防或减轻自由基对生物性地与自由基结合，终止自 由基的链反应，从而预防或减轻自由基对生物体的损伤，达到除病健身的作用。 而免疫学说从另一方面论证了衰老的发生与免疫能力的下降有关。茶多酚将清除 自由基和调节免疫力的作用相互关联，起到了延缓衰老的功效。但衰老是不可抗 拒的自然规律，茶多酚也与任何“抗衰老”药物一样，不可能使人青春永驻，只不 过增强了自由基毒性反应的防御作用【9 1 。 1 4 5 茶多酚调节免疫功能 免疫是生物体对“自身”与“非已”的识别，借以维持机体的稳定性。币常情况 下，免疫系统通过细胞或体液免疫旨在清除微生物和毒素或其他异物的危害，起 到保护机体的作用。免疫反应异常，无论是反应过强( 变态反应) 或过弱( 免疫 湖北工业大学硕士学位论文 缺陷) ，均能损害组织丽致病1 1 剑。 t p 对动物的免疫功能既有刺激促进作用又有部分抑制作用，而以促进作用 为主，这一特点反映了t p 对机体免疫反应的影响不同于其他抗氧化剂，尤其不 同予其他酚性抗氧化剂对免疫“大多呈抑制效应”的作用效果。t p 兼具内源性抗 氧化剂和外源性抗氧化剂的双重特点，它在细胞内的作用受运输调节，而不是简 单的扩散，因此t p 对规体免疫的影峨较为复杂，可能是相互协调的综合效采； 对免疫功能低下的动物有刺激促进免疫提高或回升作用，但对正常动物的免疫功 能有一定的调节馋用，瑟对菲特异性免疫及细胞免疫有健进作用，对体液免疫有 抑制作用、可防止免疫过强；可通过机体的免疫器官( 中枢免疫器官胸腺和周围 免疫器官脾脏等) 免疫细胞( 淋巴细胞、n k 细胞、自细胞介素、巨噬细胞、红 细胞等) 即免疫分子( 免疫球蛋白、补体等) 起到调节机体免疫系统的功能； 。弧，影响机体免疫功能的机理之一是，通过减低细胞过氧化物含量或通过消除免 疫反应途径中生成的过量自由基【1 1 】。 1 4 6 茶多酚对心脑血管疾病的防治及对脑损伤的保护 心脑血管病是人类生命的最严重疾病之一，也是世界上死亡率最高的疾病， 特别是中老年人中尤为明显，预防和治疗心脑啦管病已成为社会性要求，茶多酚 具有抑制脂质过氧化、抗凝、促纤溶、抗血小板凝集、降血压、降血脂、防止动 脉粥样硬化、保护心肌、清除自由基等生物学作用。它可以通过调整血液中多种 指标的水平，改善心脑血管系统，达到对心脑血管疾病的防治作用。 1 4 7 茶多酚对微生物的抑制作用 茶多酚具有广谱微生物抗性，对叁然赛中几乎所有动植物病原微生物都有一 定的抑制能力，包括真菌、细菌、支原体、病毒及其分泌的毒素，其中茶多酚对 细菌和病毒的作用最强，对酵母的抑制佟用很徽弱，对霉蓊烫孽完全没有抑制作用； 茶多酚对微生物有抑制和杀灭双重作用陋1 5 】；并可抑制细菌毒素的活性和某些芽 胞昀萌发：萘多酚还可阻止病菌对机体的侵袭等；茶多酚抑藩能力与其浓度呈诿 效应关系，且与结构有关；一般酯型儿茶素e g c g 和e c g 的抑黼效果优予非酯 8 湖北工业大学硕士学位论文 型儿茶素e c 和e g c ；反式儿茶素的效果强于顺式儿茶索：茶多酚的抑菌能力与 细蘸的性质相关。茶多酚对革兰氏阳性菌的抑制作用强予革兰氏阴性菌：茶多酚 抑菌有极好的选择性，可抑制有害菌群的生长：维持正常菌群平衡，而对有益菌 有促进作用；茶多酚选择性抑藏的另一意义是对病原菌有毒性，舔对正常寄主细 胞( 机体) 则无害。这一特点使得茶多酚非常符合医药、食品及农业生产应用需 要；不会产生耐药性。 1 4 8 茶多酚减缓香烟毒害作用 “吸烟有害健康”已是人们的共识，过去一直认为吸烟的毒性来自于尼古丁， 但实筒；上它并不是唯一的毒经物质，因为吸烟时烟草燃烧是一个不完全燃烧懿过 程，所产生的气相和焦油存在大量的自由基，茶可中和烟毒，这是茶中含有茶多 酚、维生素c 等，是氧自由基的清除剂和脂旗过氧纯的阻断剂，可以清除过量 的自由基，防止吸烟过程产生的自由基对细胞的毒害，还可补充吸烟造成体内抗 氧化剂的损失，恢复吸烟破坏的体内氧化还原的平衡，避免疾病的发生【糯。 王5 茶多酚的保颜、保鲜及除臭作用 皮肤是机体的表层器官，是入体防御系统麴最前线，皮肤直接暴露，易受射 线、微生物、有害物质等的侵袭而发生各种病变，茶多酚可保护皮肤免受多种因 素的侵袭；茶多酚对五脏有一定的保护作用，并能活血化瘀、疏通经络，有助予 维持机体整体功能的正常运转，从而为皮肤细胞提供良好的营养供应，并及时清 除废物、保持血液清洁而使皮肤细胞免收毒害，保证皮肤的正常功能l 矧。 茶多酚可与蛋自质进行络合，使蛋囱质结构相对稳定，不易降解；茶多酚可 抑制微生物的生长，因此当肉制品从自溶阶段进入腐败阶段时，茶多酚使细菌的 繁殖得到有效的抑制，从丽使鱼和态的酸性褶对稳定，胺类物质的产生也褥到了 控制；茶多酚是一种优异的抗氧化剂，使脂肪氧化速度降到最低，并能有效清除 鸯由基。 环境和动物的臭气主要由3 类物质所形成：第一类为含氮化合物，如三甲胺、 氨、组黢、烟碱；第：类为含硫化合物，舞硫化氢、硫酵和硫醚；第三粪为酸、 o 湖北i 业大学硕士学位论文+ 醛、削和酯等，以及有时高浓度醇、酯等气味物质所产生的异昧。现在国内外常 用的除臭方法是使用表面活性剂、活性炭吸附法、化学溶剂溶解法，这些方法确 实能较好地清除环境中的异味物质，但却不能改善动物肠道功能，甚至有的方法 还会导致环境的二次污染。茶多酚作为茶叶中提取出来的食品抗氧化剂，对改善 动物肠道和清新口腔有明显作用；此外，茶多酚还能有效清除多种异昧物质。 1 6 茶多酚的制备研究及现状 1 6 1 水或有机溶剂制备法 茶多酚提取和分离中所用溶剂的极性由弱到强的顺序为：乙酸乙酯 丙酮 8 5 ，e g c g 7 5 ，咖啡碱 o 0 1 ，市场价7 0 万吨，在膜分离试验中， 每一步骤样鼎中茶多酚测定采用酒石酸铁比色法，几茶素、e g c g 、咖啡碱采用 h p i 法测定；茶叶浸提液中主要含有以下物质，茶蛋白( 5 0 0 0 - l x1 07 d a l ) 、 茶多糖( 分子量在l o , - - 1 0 5 d a l ) 、茶多酚( 平均分子量2 0 0 , - 一4 5 0 d a l ) 、咖啡碱( 分 子量1 9 4 d a l ) 、胶体分子量为( 1 5 0 0 0 - - , 3 0 0 0 0 0 d a l ) 等物质。 超滤的目的为除去浸提液中的茶蛋白、茶多糖、果胶等大分子物质，减少茶 叶浸提液的冷后浊的乳凝现象，使茶叶浸提液墨现出澄清的状态，达到初步分离 的圈的；超滤的浓缩液可以喷雾干燥得到茶粉，用于添加一些茶饮料中增加香味， 超滤滤液经纳滤膜除去肽、多糖等低分子杂质，滤液再由反渗透浓缩后喷雾鄂得 茶多酚产品1 8 3 - 8 5 】。 表1 0 实验所用膜的参数汇总表 2 7 湖北工业大学硕士学位论文 t a b l e1 0t h ep a r a m e t e r so fm e m b r a n e su s e di nt e s t 实验用膜材料 超滤膜聚偏氟乙烯 纳滤膜1复合膜 纳滤膜2复合膜 反渗透膜复合膜 膜面积 ( m 2 ) 表面流速 膜孔径或截留分子量 ( m s ) o 1 7 2 5 1 2 5 1 2 5 1 5 0 0 0 0 d a l 3 0 0 5 0 0 d a l 2 0 0 d a l 原子半径 4 0 4 0 4 0 4 0 3 2 1 超滤膜试验方法 称取粉碎后的茶叶5 k g ，按1 ：4 0 总加水量，9 0 。c ，每次3 0 m i n ，浸提3 次， 得到茶叶浸提液1 8 0 5 k g ，七孔超滤滤液1 7 2 2 k g ，浓缩液8 3 k g ，浓缩倍数2 1 7 5 倍。 表1 1 超滤膜的工作参数 t a b l e1 1p r o c e s sp a r a m e t e r so fu f 3 2 2 超滤膜通量与时间的关系 3 0 0 譬2 5 0 - = 2 0 0 j c = 15 0 婺1 0 0 婺 5 0 o 超滤膜通量与时间的关系 12 34567891 01 11213 时间( m jn ) 湖北工业大学硕士学位论文 图6 七孔超滤膜通量与时1 日j 的关系 f i g u r e6t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf l u xa n dt i m eo fs e v e nh o l eu fm e m b r a n e 表1 2 过超滤膜前后茶叶浸提液各项数掘 t a b l e12d a t ao ft e ae x t r a c t i o nb e f o r ea n da f t e ru fp r o c e s s i 趸匿磊l - 孬聂i 画i 、磊泵磊 样品质量( k g ) p h 电导率( u s c m ) 固含( ) 总氮( ) 1 8 0 5 5 8 8 8 9 5 0 6 5 0 1 3 1 8 2 2 5 9 5 9 2 0 o 1 3 0 1 3 8 3 6 1 2 8 6 6 2 1 5 0 2 3 茶多酚浓度( m g m 1 ) 3 8 3 5 74 0 1 1 94 1 4 8 8 茶多酚占绝干茶叶的 1 7 4 8 1 8 4 50 7 8 百分含量( ) 超滤膜的茶多酚截留 4 9 7 率( ) 由图6 和表1 2 可知，超滤膜通量稳定，但茶多酚截留率略高，可能原因是由 于浸提液中的物质附着在膜表面，造成浓差极化或茶多酚在高温下聚合滞留在浓 缩液中，不能透过超滤膜。可以采用3 倍水洗浓缩液，减轻浓差极化的现象，让 滞留在浓缩液中间的茶多酚透过膜表面，减少超滤膜的茶多酚截留率。 3 2 3 纳滤膜试验方法 取超滤滤液分别以以下三种工艺通过： 超滤滤液 纳滤膜1 ，浓缩液 滤液 纳滤膜争浓缩液 滤液 选择三种途径处理超滤滤液：超滤滤液过纳滤膜1 、纳滤膜2 和直接过反渗 透，由于纳滤膜1 、2 的截留分子量为3 0 0 5 0 0 、2 0 0 ，膜分离过程不仅单纯以 2 9 湖北工业大学硕士学位论文 分子量作为依据，跟物质的空问结构也有很大的关系，所以取纳滤膜1 、2 试验， 以检测结果为依据，达到二次除杂的目的，除去小分子杂质。 3 2 3 1 纳滤膜的工作参数 纳滤膜1 ：投料1 8 0 k g 超滤滤液；纳滤膜2 - 投料1 5 0 k g 超滤滤液 表1 3纳滤膜的工作参数 t a b l e1 3p r o c e s sp a r a m e t e r so fn f 纳滤膜1 纳滤膜2 1 5 0 1 8 0 1 5 0 1 7 5 2 0 2 0 4 5 3 8 纳滤膜1 、2 膜通量与时间的关系见图7 2 - t 5 弋 1 i+人 1 一 一1 _ 噜噜一 o 5 o2 04 06 08 01 0 0 时间( m i n ) 图7 纳滤膜1 、2 膜通量与时间的关系 + 纳滤膜2 罐纳滤膜l f i g u r e7t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nf l u xa n dt i m eo fn f l a n dn f 2 表1 4 超滤滤液过纳滤膜1 、2 的指标 一。昌二_v蛹蝴醚 t a b l e1 4i n d i c a t o r so fu ff i l t r a t i o na f t e rn f la n dn f 2 p r o c e s s p 。“。1 ”“”“”“”一 、指 膜奢芝、滤液( k g ) 纳滤膜11 6 3 9 8 浓缩液( k g ) 1 8 2 2 平均通苗( k g 浓缩倍数 时间h ( h ) t l 。m 2 ) 1 01 7 5 4 0 9 8 纳滤膜21 3 5 4 11 5 61 02 4 8 2 4 1 0 - _ - _ _ - _ m _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ h _ - m _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ - _ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ - l _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ - 一 表1 5 超滤滤液经过纳滤膜1 、2 处理前后的指标 t a b l e1 5i n d i c a t o r so fu ff i l t r a t i o nb e f o r ea n da f t e rn f la n dn f 2 p r o c e s s 茶多酚膜 多酚浓度样品质 截留率 m g m 1 )量( 蚝) ( ) 超滤滤液 纳滤膜1 ( 1 0 倍滤液) 纳滤膜1 ( 1 0 倍浓缩液) 纳滤膜2 ( 1 0 倍滤液) 纳滤膜2 ( 1 0 倍浓缩液) 5 9 5 o 7 10 1 3o 1 34 0 1 1 9 6 3 3o 0 0 70 0 600 2 5 8 3 1 6 3 9 8 5 5 5 5 6 90 8 10 9 63 2 5 6 4 51 8 2 2 5 7 50 0 0 90 0 800 2 9 7 41 3 5 4 1 6 4 75 9 30 9 51 0 2 3 6 1 4 8 11 5 6 8 1 9 9 3 7 从表1 4 、表1 5 可知，纳滤膜1 、2 对茶多酚的截留率都很高，没有达到茶 多酚与小分子杂质分离的目的，实验方案确定的采用纳滤膜二次除去小分子的杂 质的方案不可行。 3 2 3 2 确定膜工艺路线 茶叶浸提液 ，超轴滤液_ 反渗透埘缩液 3 1 一氮 一总 o ， _ i 一 含 劢 一 雕 渤 一 眦 枷 一 标 器型 湖北工业大学硕士学位论文 3 3 萃取实验 3 3 1 萃取溶剂的选择 溶剂萃取茶多酚是一种最传统的分离方法，直接扶茶时漫提液中萃取，除茶 多酚外，还含有咖啡因、色素、有机酸、酯质、胶质、糖类、蛋白质及悬浮物， 茶多酚只占3 0 4 0 ，在本实验中，在对反渗浓缩过后的茶多酚萃取分离中所 用溶剂选择常用的乙酸乙酯，乙酸乙酯对茶多酚具有很大的溶解性、挥发性不大、 易回收等优点，故选择使用乙酸乙酯萃取 s 6 - s t 。 3 。3 。2 萃取溶剂体积对萃取的影响 取同一茶多酚反渗透浓缩液( 吸光度为9 2 6 ) 各5 0 m i ，萃取时间3 0 r a i n ，萃 取次数1 次，乙酸乙酯用量与茶多酚反渗透浓缩液用量比例分别为1 ：1 、1 ：5 、1 ：1 0 ， 萃取温度为室温，考察不同倍数的乙酸乙酯对萃取茶多酚的影响，数据见表1 6 表1 6 不同倍数的乙酸乙酯的量对萃取茶多酚的影响 t a b l e1 6i m p a c t i o no fd i f f e r e n ta m o u n t so fe t h y la c e t a t et ot pe x t r a c t i o n 由表1 6 可知，在同一条件下，乙酸乙酯的用量越大，萃取茶多酚的效果越 好，在浓缩液中所剩余茶多酚的量也就越少，可知1 0 倍量的效果最好。在考虑 运行费用和不影响萃取效果的情况下，在5 倍量的范围内进行正交试验。 3 3 3 萃取次数对萃取的影响 取同一茶多酚反渗透浓缩液( 吸光度为9 2 6 ) 各5 0 m l ，萃嫩时问3 0 m i n ，乙 酸乙酯萃取次数分别为1 次、2 次、3 次，萃驳温度为室温，不阉次数对萃取的 1 湖北工业大学硕士学位论文 i i i i 影响，数据见表1 7 表1 7 不同次数对萃取茶多酚的影响 t a b l e17l m p a c t i o no fd i f f e r e n tn u m b e r so fe x t r a c t i o nt ot p 样时问次萃余相体积r o c 吸 乙酸乙酯用量反萃余相萃余 品( m i n ) 数 ( m 1 ) 光度渗透浓缩液用量 吸光度 率( ) 由表1 7 可知，乙酸乙酯的萃取次数越多，对茶多酚的萃取效果越好，由于茶 叶漫提液由超滤膜除去大部分灰尘、蛋白质、脂质、等大分子杂质，由于反渗透 浓缩减小了提取液的体积，使用乙酸乙酯从反渗透浓缩液萃取茶多酚的效果较直 接从茶叶浸提液中萃取的效果明显。 3 3 4 萃取时间的影响 取同一茶多酚反渗透浓缩液( 吸光度为9 2 6 ) 各5 0 m l ，萃取时间分别为2 0 m i n 、 3 0 m i n 、4 0 m i n 乙酸乙酯萃取次数为1 次，萃取温度为室温，不同时间对萃取的 影响，数据见表1 8 表】8 时间对萃取效果的影响 t a b l e1 8i m p a c t i o no ft i m et oe f f e c t i o no fe x t r a c t i o n 3 3 5 数据分析与讨论 由以上3 个效果影响数据来分析，可以设计正交试验l 9 ( 3 4 ) 。取同一茶多酚 反渗透浓缩液( 其吸光度为9 2 6 ) 各份5 0 m l ，考察4 个因素和3 个水平分别为 3 3 3 9 3 1 6 4 3 6 4 2 1 1 8 4 3 3 8 6 2 1 1 1 1 1 1 1 1 6 6 6 2 2 2 9 9 9 5 2 1 4 4 4 1 2 3 0 0 0 3 3 3 1 2 3 湖北工业大学硕士学位论+ 文 萃取时i 训( 2 0 m i n 、3 0 m i n 、4 0 m i n ) ，萃取次数( 1 次、2 次、3 次) ，反渗透浓缩 液乙酸乙酯总量( 1 ：3 、1 ：4 、1 ：5 ) ，乙酸乙酯萃取茶多酚反渗透浓缩液正交试验 结果见表1 9 表1 9 反渗透浓缩液乙酸乙酯萃取茶多酚正交试验结果表 t a b l e1 9o r t h o g o n a lr e s u l t so fe t h y la c e t a t ee x t r a c t i o no fr oc o n c e n t r a t i o n 萃余相 因素水平a 时间d 温度萃余相，萃余率 b 次数c 酯量体积 试验号( m i n )( )吸光度 ( m 1 ) 由表1 9 得出的结果可知，萃取次数b 对萃取的影响最大，乙酸乙酯用量与 萃取时间对萃取茶多酚的影响不是很显著，乙酸乙荫萃取的结果较好的组合为： b 3 c 3 d 3 ，为了确定萃取的最佳条件，同样的条件做重复试验。取反渗透浓缩液 5 0 m l ( 其吸光度为9 2 6 ) ，按照a 2 8 3 c 3 d 3 的条件：时间3 0 r a i n ，次数3 次，反渗 透浓缩液乙酸乙酯总量为1 ：5 ，温度为5 0 ，得出的萃余率为1 1 4 7 ，符合f 交试验趋势。 湖北工业大学硕士学位论文 3 4 确定总工艺路线 茶多糖 ( 醇沉) l 茶叶浸提液，超滤 滤液，反渗透氯甲烷萃取 咖啡因粗品卜干燥 3 5 确定茶多酚总的收率 3 5 1 茶叶的总茶多酚含量 萃取相 回收三氯甲烷 啼蒂余相 萃余相 + 乙酸j 乙酯萃取 0 回收乙酸乙酯 茶多酚卜干燥 取5 9 ( 4 4 7 9 ) 此批次粗老茶叶各3 份，按每次料液比为1 ：2 0 、温度9 0 c 、 时间3 0 m i n 、次数为5 次，得到浸提液为4 9 1 m l ( 吸光度为1 9 7 ，茶多酚总含量 为2 1 6 4 ) 、4 8 7 m 1 ( 吸光度1 9 9 ，茶多酚总含量为2 1 6 8 ) 、4 9 0 m l ( 吸光度为 1 9 4 ，茶多酚总含量为2 1 2 7 ) ，此批次粗老茶叶中茶多酚总的含量为2 1 5 3 。 3 5 2 茶叶浸提液中茶多酚的总提取率 取粗老茶叶5 k g ( 干重4 4 7 k g ) ，浸提条件：总料液比1 ：4 0 、温度9 0 。c 、时间 3 0 m