98-茶黃素綠色高效制備技術研究

1、茶黃素綠色高效制備技術研究一、項目可行性報告（一）立項的背景和意義1、 項目背景茶葉是浙江省大宗特色優(yōu)勢農產品之一，茶葉資源的高值化深加工是促進浙江省茶產業(yè)發(fā)展、茶農增收的重要途徑。 目前，茶葉資源高值化利用的重點之一是研發(fā)茶黃素綠色高 效制備技術。在過去的 30多年里，我國和浙江省大力發(fā)展名優(yōu)茶，成功地促進了茶葉生產 從量的擴張向質的提高轉變， 極大的提高了茶業(yè)經濟效益， 有力推動了農業(yè)增效、 農民增收, 但是要走可持續(xù)發(fā)展的道路，就必須考慮手工采摘難、難以規(guī)模化、品質不穩(wěn)定等問題。如 何提高茶葉資源的高值化利用效率，名優(yōu)茶生產的規(guī)?；?、機械化采制，以及夏秋茶的高值化開發(fā)利用，都將是非常有效

2、的途徑。名優(yōu)茶采摘后，在茶樹體內物質快速轉化和外部氣溫 的雙重作用下，盡管夏秋茶鮮葉中的氨基酸、芳香物質等內含物迅速降低，但咖啡堿和茶多 酚等內含物顯著增加，且多酚氧化酶和過氧化物酶的酶活也比春茶有所提高，而這恰恰為高生物活性、高附加值的茶黃素、茶紅素等功能性成分的形成創(chuàng)造了良好的條件。茶黃素一類由茶多酚類物質（主要是兒茶素類物質）經過酶促或非酶促氧化聚合的產 物，可從由綠茶轉化得到，由于具有防治心腦血管系統(tǒng)疾病、抗病毒、抗菌、抗氧化、抗癌 等多種生物活性，被譽為茶葉中“軟黃金”，已成為了茶葉功能性成分分離、純化與臨床應用研究的焦點?，F有的茶黃素分離制備方法，仍以傳統(tǒng)的有毒有害有機溶劑萃取法或

3、樹脂吸附分離法為主，由于大量使用氯仿和乙酸乙酯等有毒有害的有機溶劑，因此存在有毒有害有機溶劑殘留、污染環(huán)境、成本高、茶黃素含量低等問題，遠遠不能滿足國內外市場對綠色、 健康、高活性產品的需求，因此，非常有必要開展茶黃素的綠色高效制備技術研究。2、 立項意義浙江省在茶黃素的提取利用和產業(yè)化方面有良好的基礎，現有浙江派諾生物技術有 限公司、杭州茗寶食品有限公司、易曉食品（衢州）有限公司、杭州英仕利生物科技有 限公司、杭州禾田生物技術有限公司、龍游茗皇天然食品開發(fā)有限公司、浙江東方茶業(yè) 科技有限公司等 10余家茶黃素生產企業(yè)。但是，這些企業(yè)基本上使用有機溶劑萃取、樹 脂吸附分離法等工藝，用到大量的乙

4、酸乙酯、氯仿等有機溶劑。不僅茶黃素產品易出現有 機溶劑殘留，而且有10%-30%勺乙酸乙酯和三氯甲烷不能回收，散發(fā)到企業(yè)周邊的環(huán)境中，對環(huán)境和人體健康產生不良的影響。因此，必須將綠色加工、高值化利用的理念應用于茶黃素制備，開展高質量茶黃素 的綠色制備技術研究，開發(fā)活性更高的茶黃素系列產品，不僅能夠充分利用茶葉資源、 提高茶葉經濟附加值，還可改善茶黃素生產對環(huán)境的影響、豐富茶黃素產品的種類、提 高茶黃素產品的質量，促進茶葉深加工產業(yè)的綠色生產。（二） 國內外研究現狀和發(fā)展趨勢1、國內外研究現狀目前，工業(yè)上生產茶黃素的常用工藝流程為“茶葉T勻漿T發(fā)酵T分離T純化T干 燥T茶黃素”?，F在常用的制備方

5、法，主要包括兩種即酶促氧化發(fā)酵法和化學氧化法， 因酶促氧化發(fā)酵法具有反應條件溫和、酶專一性、無化學試劑污染等特點，現有企業(yè)多 采用茶鮮葉勻漿酶促發(fā)酵法為主，即以茶葉中的茶多酚類物質為底物，以茶葉中固有的 多酚氧化酶為酶源，進行勻漿發(fā)酵，得到的茶黃素含量不高。國內外部分學者研究表明， 水果中也存在較多的與茶葉中類似的多酚氧化酶，因此探索了輔助添加外源酶進行酶促 氧化，也取得了良好的效果，可將其應用于茶黃素的高效制備中。勻漿發(fā)酵后的茶黃素發(fā)酵液中，含有大量的懸浮顆粒、多糖、蛋白質、膠質等物質， 如不進行預處理，將會影響后續(xù)步驟的順利進行，降低生產效率，增加生產成本。目前 工業(yè)上主要使用絮凝劑進行前

6、處理，但存在二次污染問題。最近提出的有機超濾膜過濾 去除懸浮顆粒及大分子方法，因為有機超濾膜的膜孔極易被堵塞，易造成通量的急劇下 降，很難以清洗的方法來恢復其通量，因而在實際應用時存在較大困難?，F代新技術所 生產的無機膜等材料，具有穩(wěn)定性好、孔徑分布窄、機械強度高、不易被污染等優(yōu)點， 可應用于初步除雜、甚至實現部分分離、濃縮的功能，在茶葉深加工領域也得到了專家 的認可，并開始探討其應用價值與經濟效益。分離純化茶黃素的方法中，液相色譜制備法、凝膠柱層析法、高速逆流色譜法等主 要應用于制備少量的兒茶素單體；現行工業(yè)化制備茶黃素的方法，依然集中在有機溶劑 萃取法。有機溶劑萃取法作為傳統(tǒng)的制備茶黃素方

7、法，在加工過程中須使用大量的乙酸 乙酯、三氯甲烷或二氯甲烷等有機溶劑，因而存在一些相關問題：（1）產品有毒溶劑殘留高，安全性差；（2）需要對不同有機溶劑進行回收，生產過程能耗大、生產成本較高、 設備投資較高；（3）大量有機溶劑的使用和排放，易對環(huán)境造成污染。吸附柱層析法制備茶黃素是一種較新的方法，具有選擇性強、路線簡單、操作方便、 能耗較低等優(yōu)點，生產過程中試劑易回收、加工成本低，符合綠色環(huán)保工藝的發(fā)展趨勢。 但目前在茶黃素生產企業(yè)中，吸附柱層析法使用較多的乙酸乙酯、丙酮、三氯甲烷或二 氯甲烷等有毒有害有機溶劑作為洗脫劑，極少使用綠色、環(huán)保、安全的洗脫劑。綜上所述，現有茶黃素生產工藝存在制備率

8、低、環(huán)境污染嚴重、能耗高、有機溶劑 殘留等缺點，非常有必要在現階段結合環(huán)保、高效的觀念，以綠色高效制備技術對茶黃 素的生產工藝進行改進和提升，開發(fā)綠色、健康、安全的高質量茶黃素產品。2、發(fā)展趨勢茶黃素自被發(fā)現以來，一直被作為影響紅茶湯色、滋味和葉底等品質的主要化學成 分；直到20世紀90年代，茶黃素的生物活性和藥理功能得到較廣泛的研究以后，引起 了茶學、食品、加工和醫(yī)學等相關領域學者的重視。目前在美國已有以茶黃素為主要功 效成分的保健食品（如 Theaflavin ）推向市場，日本、英國等也越來越關注茶黃素的保 健功效，茶黃素的生產和利用已成為茶葉功能性成分研究和開發(fā)利用的新熱點之一。就茶黃素

9、的工業(yè)化生產來看，國內現有10余家企業(yè)在生產該類產品，其產品最高可含60%茶黃素，綜合來看，仍存在茶黃素制備用有毒有害溶劑過多、茶黃素含量較低等缺 陷。因此，綠色、健康、新型的高質量茶黃素產品的綠色高效制備技術研發(fā)已成為必然 趨勢。項目申請單位是國內最早研究和工業(yè)化提取茶葉功能性成分的單位，已經在茶黃素 單體、茶多酚、兒茶素單體、茶色素、茶皂素、茶籽油等方面取得了顯著的成績，具備 雄厚的研究開發(fā)經驗與實力，能夠勝任茶黃素綠色高效制備研究開發(fā)的需要。（三）項目主要研究開發(fā)內容、技術關鍵及主要創(chuàng)新點1、 主要研究開發(fā)內容(1)茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵關鍵技術研究以茶鮮葉為原料，研究茶葉勻漿外源酶輔助

10、發(fā)酵的處理條件，包括茶鮮葉用量、外源酶源添加量、反應溫度、反應時間、等關鍵技術因素，獲得茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵關鍵技術。(2)茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵液膜處理技術研究選擇合適的超濾膜管和陶瓷膜管，通過研究體系溫度、溶液濃度、操作壓差、不同膜孔徑等膜過濾、濃縮茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵液的工藝條件，以及各種膜材料的清洗方法，比較能耗和茶黃素截留率，確立分離去除懸浮顆粒及大分子的膜分離技術。(3)吸附柱層析綠色制備高質量茶黃素的工藝技術研究采用綠色、高效的洗脫液，采用靜態(tài)吸附法和動態(tài)吸附法，考察不同規(guī)格的吸附柱層析填料對茶黃素的吸附容量以及吸附特性，篩選出適用的樹脂種類，并通過研究不同料液濃度、不同洗脫

11、流速、不同洗脫液濃度、不同洗脫體積對茶黃素的吸附和洗脫曲線，確定最佳的吸附條件和洗脫方法，建立吸附樹脂綠色分離制備高質量茶黃素的工藝技術。2、技術關鍵(1)茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵關鍵技術；(2)茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵液的不同膜管處理關鍵技術；(3)吸附樹脂綠色制備高質量茶黃素的工藝技術。3、 主要創(chuàng)新點在茶鮮葉勻漿發(fā)酵體系中，通過添加果汁勻漿液的形式，添加促進茶黃素合成的外源酶類，并采用綠色、高效的洗脫液，吸附柱層析綠色制備高質量茶黃素，不僅可得到含量較咼的茶黃素類物質，而且在整個工藝過程中不使用任何有毒有害有機溶劑。(四) 項目預期目標1、 主要技術經濟指標(1)提出一套茶黃素綠色高效制備技

12、術及工藝；(2)開發(fā)出高質量茶黃素產品，其中茶黃素總含量70%，乙酸乙酯含量W 0.001% ;(3)申請1-2項發(fā)明專利，在國內核心期刊發(fā)表1-2篇論文。2、 應用或產業(yè)化前景茶黃素的主要應用于食品、保健品、藥品等的原料，近年來生產類持續(xù)上升，而這些企業(yè)基本上使用傳統(tǒng)的生產工藝，排放大量的乙酸乙酯、丙酮、三氯甲烷或二氯甲烷等有毒有害有機溶劑。如開發(fā)出高質量茶黃素綠色高效制備技術與工藝，整個工藝流程中不 使用有毒有害有機溶劑，將避免溶劑的排放，有利于環(huán)境保護和食品安全。此外，開發(fā) 的綠色制備技術，將有效提高茶黃素產品的質量和技術指標，高純度茶黃素的價格將由 現在的800元/公斤上升到1200元

13、/公斤。若將該技術應用于生產實踐，形成年產30噸茶黃素產品(茶黃素70%),可實現產值9000萬元以上，利潤 2000萬元。如將高質量茶黃 素進一步開發(fā)成保健食品或藥品，還將大幅度增加兒茶素糖苷的產值和利潤。(五) 項目實施方案、技術路線、組織方式與課題分解1、實施方案(1)茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵關鍵技術研究以茶鮮葉為原料，研究茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵的處理條件，包括茶鮮葉用量(50kg、100kg、150kg、200kg )、外源酶源添加量(100g、300g、500g、700 克)、發(fā)酵溫度(25 C、 35C、45C、55C）、發(fā)酵時間（30min、60min、90min、120min、1

14、50min ）等關鍵技術 因素，通過比較分析浸提后的茶黃素得率和純度，確定最佳的茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵關 鍵技術參數。（2）茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵液的不同膜管處理技術1） 膜管的選擇：取一定量的茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵液，用三種不同孔徑的膜管在相同 條件下進行膜過濾，檢測膜通量變、茶黃素截留率、過濾液澄清度，選擇最大通量的膜。2） 過濾操作條件的選擇：研究陶瓷膜過濾茶葉勻漿外源酶輔助發(fā)酵液的工藝條件，考察 體系溫度、溶液濃度、操作壓差、不同膜孔徑等因素，以提高實際應用時的膜通量。在 單因素試驗的基礎上，開展正交試驗。3） 膜污染的清洗：先以高速水流沖洗污染物，再以選擇的清洗溶液分別洗滌，考察各

15、種膜材料的清洗方法，并觀測各種清洗溶液清洗后膜的恢復能力。4） 膜濃縮條件的研究：在一定的操作壓力下，分別選擇不同種類的膜材料處理茶葉勻 漿外源酶輔助發(fā)酵液，比較能耗和茶黃素截留率，確定合適的膜。（3）吸附柱層析綠色制備高質量茶黃素的工藝技術研究1） 取各種不同種類和規(guī)格的樹脂，以經膜過濾處理溶液為樣品溶液，采用乙醇等無毒 無害溶液，考察各種樹脂對茶黃素的吸附容量以及吸附特性，并考察各種成分的解吸附 特性，從而篩選出適用的樹脂種類。2） 選用對茶黃素組分具有高選擇性的吸附樹脂進行動態(tài)吸附實驗研究，研究不同料液 濃度、不同流速、不同高徑比下的吸附樹脂柱對茶黃素組分的吸附曲線，確定最佳的吸 附條件

16、。3） 選用對茶黃素組分具有高選擇性的吸附樹脂進行動態(tài)洗脫實驗，研究不同洗脫方式、 不同乙醇濃度下的各種茶黃素的洗脫曲線，確定最佳洗脫方法。4） 固定床吸附法工藝參數驗證實驗：在前面研究的基礎上，經多次固定床吸附實驗驗 證，確定固定床吸附法綠色分離制備茶黃素生產工藝參數。2、技術路線區(qū)時柱三祈紛 供希離待點3、組織方式與課題分解項目由本單位承擔，制定詳細的年度計劃方案，積極開展項目年中考核和年終考核，以 有效的科研管理方式組織實施。（六）計劃進度安排本項目分2年組織實施（2012年7月2014年6月），具體計劃進度安排如下：2012年7月-2013年6月：開展茶葉勻漿輔助酶發(fā)酵技術研究， 包括

17、外源酶的酶源篩選、茶葉勻漿輔助酶發(fā)酵技術 參數比較分析實驗；開展茶葉勻漿輔助酶發(fā)酵溶液膜處理技術研究；開展無毒無害洗脫液篩選研究。2013年7月-2014年6月：開展茶黃素的綠色高效分離制備技術研究，包括吸附柱層析填料篩選、吸附柱層析綠色分離制備參數比較優(yōu)化等，茶黃素綠色制備工藝流程的設計、優(yōu)化及放大試驗；申請專利， 撰寫論文和總結報告，并準備項目驗收。（七）現有工作基礎和條件1、 現有工作基礎申請單位在國內率先開展茶葉中功能性成分的提取和應用研究，已經在茶多酚和兒茶素的理化性質、分析方法、分離制備、生物活性、功能性產品等方面開展過大量的研究工作， 并對茶葉精深加工中的提取技術、超臨界流體CO

18、2萃取技術、膜分離濃縮技術、酶工程技術、噴霧干燥技術等前端技術進行了系統(tǒng)研究，取得了重要進展，至今已獲得多項國家、省部級獎項，具備雄厚的研究開發(fā)經驗和實力，能滿足茶黃素綠色高效制備技術研究開發(fā)的需。就茶黃素而言，項目申請單位也開展過大量的研究工作。早在七十年代，針對茶黃素的分析方法、紅茶中茶黃素類化合物的含量、兒茶素氧化形成茶黃素的氧化機理開展了大量研 究工作；八十年代，針對紅茶制造技術， 提高紅茶中茶黃素的含量、提高紅茶品質等開展了 許多研究工作；九十年代，針對茶葉黃色素的提取制備技術及其在食品加工中的應用、茶黃素單體成分的分離技術， 以及茶黃素、 兒茶素等的生物活性功能等方面， 開展了大量

19、研究工 作。近5年來，繼續(xù)在高茶黃素紅茶品種的引進和培育、茶黃素形成的調控技術、茶黃素的綠色分離純化技術、茶黃素的醫(yī)藥保健功能等方面開展研究工作。2、 現有儀器設備和能力狀況項目申請單位擁有先進的儀器設備，包括 Waters半制備型高效液相色譜儀（HPLC）、 Agile nt分析型高效液相色譜儀、高速逆流色譜儀（ HSCCC）、島津UV-2401紫外可見分光 光度計、-80C超低溫冰箱、高速冷凍離心機、 Agile nt氣質聯用儀GC/MS、成套的茶葉加工 設備（超濾、反滲透）等，能夠滿足課題實驗的需要。擁有茶葉天然產物提取、膜分離濃縮、 噴霧干燥等實驗設備，能夠滿足項目深入研究和生產的需要

20、。二、經費概算本項目申請總經費共計 20萬元，其中向省科技廳申請經費 20萬元，詳見經費概算列表 和經費概算說明。（一）經費概算列表省級科技計劃項目經費概算表項目名稱：茶黃素綠色高效制備技術研究金額單位：萬元概算科目名稱合計省財政撥款 經費自籌經費(1)(2)(3)(4)一、經費支出(合計)20.020.00.0(一)直接費用18.518.50.01、設備費0.00.00.0(1)購置設備費0.00.00.0(2)試制設備費0.00.00.0(3)設備租賃費0.00.00.02、材料費7.37.30.03、測試化驗加工費1.81.80.04、燃料動力費1.01.00.05、差旅費2.82.80

21、.06、會議費1.21.20.07、合作協作研究與交流費1.01.00.08、岀版/文獻/信息傳播/知識產權事務費1.61.60.09、勞務費0.90.90.010、專家咨詢費0.90.90.0(二)間接費用1.51.50.011、管理費0.90.90.012、激勵費0.60.60.0(三)其他0.00.00.013、其他費用明細說明二、經費來源(合計)1、申請省財政經費20.02、自籌經費0.0(1)單位自有貨幣資金0.0(2)地方、部門配套撥款0.0(3)其他資金0.0注：支岀概算按照經費開支范圍確定的支岀科目和不同經費來源編列，同一支岀科目一般不同時在財政撥 款經費和自籌經費中概算。(二)經費概算說