茶多酚超低温浓缩设备研究

帅 涛

（浙江工贸职业技术学院汽车与机械工程学院，浙江 温州325003）

0 前言

我国是茶叶起源地，茶区辽阔，茶类众多，茶资源丰富，茶叶成了国民的首选饮料。现代科学研究还发现，茶叶除了具有解渴功效以外，还含有一种目前尚不能人工合成的富含多经基的酚性化合物，俗称茶多酚。茶多酚是一种高效、多功能的天然抗氧化剂，具有抗癌、抗衰老、抗辐射、清除人体自由基、降血糖血脂等多种药理和保健功能[1]，主要是由于茶多酚具有多种生物活性成分，如茶多酚结构中所含酚羟基可以有效清除人体内过剩的活性氧自由基，抑制脂质过氧化，起到延缓人体衰老的作用；茶多酚中所含的α-苯并吡喃的苯基骨架，具有很强的广谱抑菌和杀菌功能，用于食品添加剂，延长了食品的储存期；茶多酚具有抗突变作用，可以阻断多种致癌物质在体内合成，或直接杀伤癌细胞及提高机体免疫能力的功效。目前，茶多酚在食品、医药、日化、轻化、保健等诸多方面被广泛应用，并被誉为21世纪将对人类健康产生巨大影响的化合物。但提取茶多酚的原料却是粗老茶叶或茶叶加工后的下脚料等低档茶叶，经纯水或有机溶剂萃取、浓缩等工艺提取得到，属于高附加值产品，其市场需求很大，价格也不菲。但国内专业生产茶多酚的企业却只有三十多家，年产量也只有几万吨，远远满足不了市场的需求。究其原因是茶多酚在提取产过程中必须进行高温浓缩处理，而我国现阶段对茶多酚的浓缩分离基本上还是沿用中药浓缩装置，浓缩温度过高导致茶多酚中部分有效成分被破坏，使所提取的茶多酚纯度低、品质差、得率不高，降低了茶多酚的药用价值和品质，浓缩已成为茶多酚生产的技术瓶颈。

1 茶多酚的提取方法及浓缩工艺分析

茶叶中的除了以儿茶素类为主体的多酚类化合物以外，还有黄烷酮类、黄烷醇类、酚酸类和花色苷及其苷元等多种物质，其中茶多酚含量最多、用途最广，约占15%～30%。我国从20世纪90年代开始就关注和研究茶多酚的提取，经过20多年的发展，茶多酚的提取方法和工艺已趋向成熟，目前的主要提取方法有溶剂萃取法、沉淀法、树脂法等三类[2-5]。

1.1 溶剂萃取法

溶剂萃取法利用了茶叶中所含的多酚物质与咖啡碱等有机物质对不同溶剂的溶解度不同而进行分离的一种萃取方法，是国内外提取茶多酚最普遍的一种方法，目前常用的溶剂有水或有机溶剂，其提取工艺流程为：茶叶→渗提→过滤→有机溶剂脱色、脱咖啡碱等→乙酸乙酯萃取→浓缩→干燥→茶多酚。用该方法提取的茶多酚工艺简单、稳定，但所提取的茶多酚中含有大量的咖啡因、色素、有机酸、酯质、胶质、糖类、蛋白质及悬浮物等杂质，难以满足对纯度要求较高的医药和日化行业，该方法提取的茶多酚只应用于要求不高的普通行业，其应用范围受到一定限制。

1.2 沉淀法

在一定介质条件下，茶多酚可以与某些无机碱或盐形成络合物沉淀，然后将沉淀物从溶剂中分离出来并在酸的作用下进行转溶，即可得到茶多酚的一种提取方法，提取茶多酚常见的沉淀剂有Se4+、Al3+、Zn2+、Ca2+、Fe3+、Ba2+、Mg2+等离子，其提取工艺流程为：茶叶→渗提→过滤→沉淀→酸溶→萃取→浓缩→干燥→茶多酚。采用沉淀法所提取的茶多酚产品纯度高、提取率大、产品色泽好，但工艺条件控制的要求比较严格，生产设备条件要求苛刻，废渣、废液处理量大，部分金属离子残留在茶多酚中，限制了其产品在医药领域中的应用。

1.3 离子交换树脂法

离子交换树脂法是利用不同离子交换树脂对茶多酚和咖啡碱的不同吸附性能来分离制备茶多酚的一种提取方法，极性多酚易与极性树脂以氢键等方式进行缔合，再将吸附了茶多酚的树脂用合适的有机溶剂进行洗脱，然后用乙酸乙酯等将洗脱液进行萃取，从而有选择性地将茶多酚从其浸提液中分离，其提取工艺流程为：茶叶→渗取→树脂吸附→解吸附→浓缩→干燥→茶多酚。采用该方法提取茶多酚具有工艺路线简单，能耗相对较低、提取效率高、不使用有机溶剂、产品质量高以及应用范围广等优点。

茶多酚提取方法远不止三种，无论采用哪种提取方法，都离不开浓缩工艺。因为，萃取后的茶多酚溶液都很稀，为了得到粉末状的茶多酚，必须进行浓缩和干燥处理。目前所用的浓缩方法就是利用加热蒸发原理把溶剂蒸发掉，但茶多酚含有几百种有效成分，大部分对温度非常敏感，高温浓缩过程会对茶多酚中的各种有效成分造成破坏，影响了茶多酚药效，因此，如何有效降低浓缩温度，减少高温对茶多酚有效成分的破坏是目前茶多酚浓缩设备开发人员研究的重点。

2 茶多酚超低温浓缩设备结构及原理

2.1 茶多酚超低温浓缩设备结构组成及作用

茶多酚浓缩设备结构如图1所示，设备由送料系统、蒸发系统、溶剂回收系统、介质加热系统、真空系统等组成。其中送料系统由储液缸1、螺杆泵2、流量计3等组成，负责把茶多酚溶液源源不断地输送给蒸发系统内的浓缩液均分器；蒸发系统由蒸发器4、浓缩液均分器、刮板推进器等组成，该系统是整个设备的技术关键，负责把茶多酚溶液均匀地刮涂到反应釜内壁，形成较薄的涂层，以实现低温快速蒸发地目的；介质加热系统由加热器5、能量收集器7以及反应釜隔层等组成，给反应釜内壁进行均匀加热；溶剂回收系统由冷凝器6、真空排放装置8等组成，负责收集蒸发后的溶剂蒸汽，进行回收重复利用；真空系统由真空罗茨泵9以及系统所有参与浓缩的件等组成，使整个系统处于负压状态下运行。

图1 茶多酚超低温浓缩设备结构图

2.2 茶多酚超低温浓缩设备的工作原理及技术参数

真空罗茨泵9工作时抽出系统内的空气，通过管道使整个蒸发系统处于负压状态，一般系统内的压力要小于9kPa才能保证达到蒸发量大、蒸发温度低的目的。其次是供料和蒸发，在螺杆泵2的作用下把进料缸1里较稀的茶多酚溶液经流量计3输送给蒸发器4内部的浓缩液均分器；如图2所示，利用离心力使料液沿着均分器的螺旋形导流槽以较高地速度冲向反应釜内壁，使茶多酚料液配均匀地喷涂在蒸发面上，同时在料液自重及旋转的刮板推力作用下，自上而下成螺旋形轨迹移动，在蒸发面上形成一层均匀的、厚度只有80～100μm左右的薄膜，如此薄膜的浓缩液在真空环境下得以快速蒸发，这种结构的蒸发器使茶多酚料液在蒸发面上的流速和传热系数都能提高，使茶多酚料液在加热面上停留时间只有15～30s，单位液滴可在瞬间完成蒸发，大大提高了蒸发能力，一次蒸发就能获得极高的浓度。因此，降低了蒸发温度，提升了蒸发效果，其他浓缩系统需要多次完成的高浓度产品，茶多酚超低温浓缩设备能够一次即可完成，这是其他浓缩系统无法达到的。茶多酚超低温浓缩设备最低蒸发温度可控制在25～30℃，正真做好了常温浓缩，在浓缩过程中对茶多酚有效成分做到了零破坏，保证了提取后的茶多酚主体色泽、品质等关键性物质的活性。另外，采用茶多酚超低温浓缩设备的蒸发出来的溶剂蒸汽在冷凝系统内凝结成液态，通过真空排放装置排放出，可以得到重新利用。统茶多酚超低温浓缩设备充分利用了冷凝过程中溶剂所产生的余热来补充加热介质热量，所以通过能量收集器7补充热量后的加热介质只要经过加热器5略微加热就可以输送给反应釜，达到了节能的目的。

图2 螺旋形分配器

3 结论

茶茶多酚超低温浓缩设备采用自动推进式刮板薄膜成形技术和低负压蒸发技术，实现了超低温加热、超低温蒸发，降低蒸发温度，增加蒸发效果，保证了茶多酚活性成分免受高温破坏，提高了产品品质；设备还采用了专用能量转换器，使整个设备处于封闭环境中，能量损失较小，在正常工作中，加热、冷凝所需要的能量基本能保持能量的平衡，电能只提供能量转换过程的能量损失，达到了节能的目的；利用液封和压力平衡保持自动排水，简化了出渣门转轴的复杂程度，避免了使用过程中出现的系统泄漏、意外卡死等现象。

［1］董文宾,胡英.茶多酚的制备工艺及应用研究现状[J].西北轻工业学院学报,2002(4)：18-23.

［2］束鲁燕,汤一.茶多酚提取和纯化技术研究进展[J].茶叶,2009,35(2)：74-79.

［3］周建,等.茶多酚的提取和应用研究进展[J].湖南化工,2000,12,30(6)：16-18.

［4］王玉春.茶多酚的提取方法及应用研究进展[J].甘肃联合大学学报,2008,5,22(3)：51-55.

［5］李大刚,袁淑芳,吴鸿庚.茶多酚提取纯化工艺比较分析[J].黎明职业大学学报,2011,6(2)：44-49.