從茶葉中分離咖啡因

制藥分離工程課題論文第9頁共9頁1引言咖啡因是茶葉、咖啡豆、可可、可拉果等植物體中的主要生物堿，具有較強(qiáng)的興奮中樞神經(jīng)系統(tǒng)等作用。隨茶葉品種，采摘方式以及加工條件的不同其含量會有變化，一般為l一5%;咖啡因水合物是無色針狀結(jié)晶，味苦，能溶于水、乙醉、抓仿.咖啡因具有很高的藥用價值。據(jù)資料報道，提取咖啡因過去使用的有重量法、沉淀法、六十至七十年代報道有離子交換、柱層析、深劑浸提等方法。目前獲取咖啡因的途徑一是從上述天然物中提取;一是人工合成。由于人們對“綠色食品”的渴求，近年來國內(nèi)外相繼開發(fā)了多種從茶葉中提取天然咖啡因的新工藝和方法，這些方法多在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)，大多數(shù)方法仍分別存在著以下缺點:①產(chǎn)品純度低;②工藝復(fù)雜繁瑣，提取率低;③用有害物質(zhì)氯仿作萃取劑或采用氧化鉛等有害物質(zhì)作助劑;④產(chǎn)品含有相當(dāng)量的雜醇油和其它有色物質(zhì)及煙氣成分，純化、脫色困難。目前，從茶葉中提取天然咖啡因的方法按其化學(xué)過程可歸納為“溶劑萃取法”和“升華法”兩大類;也有將兩種方法應(yīng)用于同一提取工藝中的。2溶劑萃取法利用咖啡因易溶于乙醇、熱水、氯仿等溶劑的性質(zhì)，將其從茶葉中分離出來。目前常用的幾種工藝流程見圖1一4。各法均經(jīng)浸提、去雜、重結(jié)晶等幾個主要的工藝過程，獲得的咖啡因均為帶一個結(jié)晶水的制品(CsHI。N4O:·HZO)。2.1工藝1通過該工藝可獲得一水咖啡因圖1工藝1純品(純度>99.9%)。缺點是工藝復(fù)雜繁瑣、成本較高和采用有毒物質(zhì)三氯甲烷作萃取劑。2.2工藝2圖2工藝2該工藝與工藝1相比，其主要區(qū)別在于改方法1的乙醇浸提為沸水浸提，其余只是個別工序先后有別或省略。如工藝1加稀硫酸濃縮后過濾，工藝2則反之;工藝2省去了工藝1堿洗有機(jī)萃取相后的水洗工序。我們認(rèn)為，工藝1較為合理。因為加稀硫酸的目的是為了利用“酸析圖2工藝22.3工藝3該工藝的特點是利用醋酸鉛等重金屬鹽加10%Na()H溶液去除茶葉水提物中的多酚類物質(zhì)。但植物膠、植物蛋白等卻未能去除。因此后繼工序即使反復(fù)使用重結(jié)晶純化法也只能得到純度較低的咖啡因或咖啡因粗品，同時反復(fù)重結(jié)晶使得咖啡因的提取率較低。另外，PbZ+等屬有毒重金屬離子?？傊摴に噷嵱脙r值不高。2.4工藝4該工藝流程較合理，通過該工藝可以得到一水咖啡因純品。其不足為工序多，提取率和成本難以滿足要求。該工藝還指出，咖啡因在強(qiáng)堿性介質(zhì)中會發(fā)生水解、脫狡、降解等副反應(yīng)而導(dǎo)致其收率下降。因此，該工藝在堿調(diào)pH時只調(diào)至pH=9.0一9.2。但這些副反應(yīng)是否發(fā)生或發(fā)生的程度還有待實驗進(jìn)一步證實。如經(jīng)證實上述副反應(yīng)確有較大程度的發(fā)生，則應(yīng)避免，因為茶葉天然咖啡因提取技術(shù)中多采用在堿性介質(zhì)中去除多酚類。圖3工藝3圖3工藝3該法是利用咖啡因在溫度)100℃時具有升華的性質(zhì)，將之從茶葉或茶葉浸出物中分離出來。目前常用的幾種工藝流程見圖5一7o工藝5的主要流程為升華~去雜~重結(jié)晶~一水咖啡因，工藝6、7的主要流程為浸提~去雜~升華~無水咖啡因。工藝5該工藝簡單易行、操作方便，但其主要缺點為茶葉直接升華后咖啡因粗品中含有大量的煙氣、雜醇油乃至焦?fàn)钐炕锏入s質(zhì)，給純化帶來了很大困難，僅通過漂洗和重結(jié)晶兩道工序無法有效去除上述雜質(zhì)。因此，必須增加后續(xù)純化工序。這樣必然使得提取率大大降低。工藝6通過該工藝可獲得提取率較高的不帶結(jié)晶水的咖啡因。其主要缺點是乙醇的耗量較大，因而提取成本較高。工藝7該工藝的特點：①用含水乙醇提取，提取后乙醇全部回收，大大降低了乙醇的損耗，因而大大降低了成本;②升華前先脫除了大量雜質(zhì)以提高升華后咖啡因的純度;③采用該工藝所獲得的咖啡因的純度可大于99.96%。其不足是水在蒸發(fā)過程中比乙醇困難。圖4工藝4圖5工藝5圖6工藝6圖7工藝74萃取法和升華法比較綜上所述，升華法和萃取法相比具有如下明顯優(yōu)點:①工藝簡單，工序少。②不采用三氯甲烷、鉛等有毒物質(zhì)，操作和產(chǎn)品的安全性高。③產(chǎn)品的純度高，且所獲得的產(chǎn)品為不帶結(jié)晶水的咖啡因。但升華法亦存在著升華的咖啡因定向定位富集困難，收集時損耗較大等缺點，這主要靠設(shè)計出有效合理的升華裝置來解決。就現(xiàn)有的工藝來說，無論是萃取法還是升華法均存在著有待進(jìn)一步提高和完善的環(huán)節(jié)，否則難以真正實現(xiàn)工業(yè)化。

結(jié)論評價茶葉中咖啡因提取工藝的好壞以及是否具有商業(yè)化前景主要看:①工藝過程的安全性;②經(jīng)濟(jì)指標(biāo);③提取率;④產(chǎn)品純度。另外，盡管茶葉中咖啡因的含量與其它植物相比較高，然而畢竟只有1%一5%，因此經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已成為茶葉中提取天然咖啡因技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)化的第一障礙。解決這個問題不僅要有先進(jìn)的新工藝，而且要將之與先進(jìn)的提取茶葉中茶多酚、茶多糖等其他具有生物學(xué)活性藥用物質(zhì)的新工藝有機(jī)地結(jié)合起來，形成一種具有同時提取茶葉中幾種有效成分的綜合技術(shù)，從而起到提高經(jīng)濟(jì)效益、降低生產(chǎn)成本的效果。近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，各有關(guān)學(xué)科之間的相互滲透，新技術(shù)的引用，對茶葉的研究和茶資源的綜合利用，將從理論和實踐多方面產(chǎn)生深刻影響。相信茶葉中咖啡因等藥用物質(zhì)的提取技術(shù)將會取得長足的進(jìn)步。

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