專利名稱：一種從綠茶茶渣中分離純化水溶性半纖維素的方法
技術領域：
本發明涉及一種綠茶茶渣半纖維素的提取分離技術，尤其涉及一種從綠茶茶渣中分離純化水溶性半纖維素的方法。
背景技術：
我國是產茶大國，茶葉資源十分豐富，但在茶葉深加工過程中也產生了幾十萬噸的茶葉廢渣，沒有被充分利用，這不僅造成了資源的浪費，也嚴重污染了生態環境。綠茶茶渣半纖維素是茶渣中溶于堿性溶液中的那一部分非纖維素多糖，占茶渣干重的20% -30%，作為茶渣粗纖維中含量僅次于纖維素的成分，綠茶茶渣半纖維素有很高的利用前景。茶渣半纖維素中主要包括半乳糖、阿拉伯糖以及葡萄糖，有一些還與蛋白質結合 形成糖蛋白。研究表明，綠茶阿拉伯半乳聚糖以及阿拉伯半乳聚糖-蛋白質復合體對人體有很重要的免疫調節作用，可以抑制酒精對胃部的損害，防止胃潰瘍的發生，有很好的藥用價值；作為一種可溶的、非粘性的膳食纖維，它可以添加到各類食品中，在食品中發揮支撐、抗老化等作用，是一種完美的食品添加助劑；它還可以作為藥物載體，也被利用在肝臟磁共振成像系統中，在工業上發揮著重要的作用。在現有技術中半纖維素提取方式主要有堿法提取、超聲波微波輔助提取、蒸汽提取法以及堿性過氧化氫法等等。CN102276760A公開了一種利用梯度乙醇沉淀的方法將農林生物質提取的半纖維素分級以適用于不同的應用需求，但是沒有解決半纖維素產品難溶于水的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，以克服現有技術中存在的問題。為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下一種從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，包括以下步驟(I)將工業生產速溶綠茶飲料和茶多酚的剩余茶渣干燥、磨碎，形成粒徑為O. 3-0. 4mm的茶渣粉末；(2)將步驟⑴所得茶渣粉末用O. 5wt% -I. 25wt%的NaOH溶液在40-70° C提取2h以上,提取期間加入H2O2,至混合反應液中的H2O2濃度達到Iwt% _4wt%,而后過濾，收集濾液，得到茶渣半纖維素提取液；(3)將步驟(2)所得茶渣半纖維素提取液pH值調節至5. 0-7.0，并加入乙醇，至混合液中的乙醇濃度達到30wt% -50wt%，均勻混合后在靜置8h以上，而后離心得到上層清液和下層沉淀；(4)向步驟(3)所得上層清液中加入乙醇，直至混合液中的乙醇濃度達到60wt% -85wt%，均勻混合后于靜置8h以上，而后離心得到上層清液和下層沉淀，取下層沉淀洗滌、干燥得到水溶性半纖維素。進一步的，該方法包括以下具體步驟(I)將工業生產速溶綠茶飲料和茶多酚的剩余茶渣干燥、磨碎，形成粒徑在
O.3-0. 4mm的茶渣粉末；(2)將步驟⑴所得茶渣粉末用O. 5wt% -I. 25被％的NaOH溶液在40-70° C提取2-8h，提取期間均勻加入H2O2，直至混合反應液中的H2O2濃度達到lwt% -4wt%，而后過濾，收集濾液，并用水洗滌濾渣，將洗滌液并入濾液中，得到茶渣半纖維素提取液；(3)將步驟(2)所得茶渣半纖維素提取液的pH值調節至5. 0-7.0，而后減壓濃縮得到濃縮液，向濃縮液中加入無水乙醇至乙醇濃度達到30wt% -50wt%，均勻混合后在 4° C靜置8-10h，而后離心得到上層清液和下層沉淀，取下層沉淀用乙醇洗滌，干燥得到不溶性半纖維素；(4)將步驟(3)所得上層清液加入無水乙醇直至乙醇濃度達到60wt%_85wt%,均勻混合后在4°C靜置8-10h，離心得到上層清液和下層沉淀，取下層沉淀用乙醇洗滌，干燥得到水溶性半纖維素。作為優選方案之一，步驟(2)中是將步驟(2)所得茶渣粉末用O. 75wt% -I. Owt%的NaOH溶液在60-70° C提取2_4h，提取期間均勻加入H2O2,直至混合反應液中的H2O2濃度達到2wt% _3wt%，且使混合反應也中的反應液料比為20-40V/W，而后過濾。作為優選方案之一，步驟(3)中是向濃縮液中加入無水乙醇至乙醇濃度達到35wt% -40wt%，均勻混合后在4°C靜置。作為優選方案之一，步驟(4)中是向步驟(3)所得上層清液中加入無水乙醇至乙醇濃度達到70wt% -80wt%，均勻混合后在4° C靜置。作為優選方案之一，該方法還包括如下步驟(5)將步驟(4)所述水溶性半纖維素配制成半纖維素溶液，并以堿性大孔吸附樹脂脫色。進一步的，步驟(5)具體包括如下步驟I、將步驟(4)所得水溶性半纖維素配制成2_15mg/mL的半纖維素溶液；II、將步驟I所得半纖維素溶液以1-3個柱床體積/小時的上樣流速通過裝有堿性大孔吸附樹脂的層析柱脫色,當上樣量為1-10個柱床體積時停止上樣，并以2個以上柱床體積的水頂洗，合并飽和點以前的處理液和頂洗液，干燥得到水溶性的第一脫色半纖維素；III、用3-9個柱床體積的O. 1-0. 5mol/L的NaCl溶液以1-3個柱床體積/小時的流速通過前述裝有堿性大孔吸附樹脂的層析柱，將吸附在層析柱內的半纖維素洗脫，將洗脫液減壓濃縮后添加無水乙醇直至乙醇濃度達到60wt% -85wt%，均勻混合后于4° C靜置Sh以上，離心得到上層清液和下層沉淀，取下層沉淀洗滌，干燥得到水溶性的第二脫色半纖維素。優選的，步驟I中半纖維素溶液的濃度為10_15mg/ml。優選的，步驟II中上樣量為5-8個柱床體積，上樣流速為2-3個柱床體積/小時。優選的，步驟III中是以3-6個柱床體積的O. 1-0. 3mol/L NaCl溶液以2-3個柱床體積/小時的流速通過前述裝有堿性大孔吸附樹脂的層析柱.
優選的，所述堿性大孔吸附樹脂包括弱堿性大孔吸附樹脂或強堿性大孔吸附樹脂。優選的，所述堿性大孔吸附樹脂包括D301-F和/或D280。本發明以綠茶茶渣為原料，根據原料色澤和質構特性，利用傳統的堿性過氧化氫
法，水溶性半纖維素得率可以達到20% -25%，純度為32% -36%，提取初產物經大孔吸附
樹脂脫色純化后得率為3. 5% -5%，純度達到70% -80%。本發明方法可以適當改善產物 色澤，而且過氧化氫在反應過程中會增加半纖維素溶解性，并結合大孔吸附樹脂脫色純化
方法，可以得到色澤良好，純度較高的綠茶茶渣水溶性半纖維素。該發明充分利用了資源，
工藝簡單易行，適合工業化生產，所用的乙醇回收重復使用，具有良好的經濟效益和生態效.、
Mo
下面通過若干較佳實施例和附圖對本發明的技術方案作詳細描述。圖I是本發明實施例4中D280樹脂動態吸附曲線圖；圖2是本發明實施例4中梯度NaCl溶液洗脫圖；圖3是本發明實施例5中所得綠茶茶渣水溶性半纖維素的紅外譜圖。
具體實施例方式有鑒于現有技術中的不足，并考慮到當前工業生產速溶綠茶飲料和茶多酚的剩余茶渣被遺棄而可能造成的資源浪費和環境污染等問題，本案發明人旨在開發出一種從綠茶茶渣中制備色澤優良，純度較高，溶解性好的水溶性半纖維素的方法。進一步的，因綠茶茶渣中仍然殘留大量的色素，導致茶渣半纖維素多糖顏色深紅棕色，嚴重限制對茶渣半纖維素的應用，本案發明人還提出了利用大孔吸附樹脂通過物理吸附去除其中色素的方案，其吸附作用條件溫和，不會破壞待處理物質的物理化學性質。本發明的方法不僅操作簡單，易于工業化，且價格便宜，經過再生后可連續多次使用，非常適合綠茶茶渣水溶性半纖維脫色純化。作為本發明的一種典型實施方案，該從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法包括如下步驟(I)提取取一定量的綠茶茶洛，按料液比I : 20-1 50 (w/v)加入
O.5wt% -I. 25被％的NaOH溶液，在溫度40°C _70°C條件下提取2_8h，提取過程中緩慢加入H2O2直至H2O2濃度達到Iwt % -4wt%。離心轉速3000-5000r/min,過濾孔徑80-120 μ m。得到半纖維素提取液。(2)濃縮pH值調節劑為HCl ;調半纖維素溶液pH值為5. 0-7. O ;減壓濃縮溫度450C _55°C，真空度為O. 08-0. 09MPa ;濃縮后體積為原體積的25% -35%。(3)分離第一步控制乙醇濃度在30wt% -50wt%，4°C靜置8-10h，離心沉淀，干燥得到沉淀A。第二步取其上層清液，控制上層清液乙醇濃度至70Wt% -85wt%，4°C靜置8-10h。離心沉淀，干燥得沉淀B。(4)大孔吸附樹脂吸附將沉淀B溶于水中配制成濃度為2_15mg/ml的溶液，在常溫下以1-3個柱體積每小時的流速通過裝有大孔吸附樹脂的層析柱脫色，當處理量達到1-10個柱體積時停止上樣，用1-3倍柱體積的去離子水頂洗，合并洗脫液，干燥得水溶性的第一脫色半纖維素。(5)大孔吸附樹脂解析用3-9個柱床體積的O. 1-0. 5mol/L的NaCl溶液以1_3個柱床體積每小時的流速通過層析柱，收集解析液。解析液減壓濃縮后用乙醇沉淀，將沉淀干燥得水溶性的第二脫色半纖維素。實施例一稱取等量粉碎茶渣，控制反應時間2h，液固比為30，反應溫度為50° C，NaOH濃度為O. 03wt %的條件下，考察H2O2質量百分濃度的變化(Owt
3wt%>4wt%>5wt% )對綠茶半纖維素提取的影響。將以上六種雙氧水濃度的提取液濃縮醇沉，沉淀用蒸餾水溶解分別取樣，經過3，5_ 二硝基水楊酸法測其總糖含量，得到六種不同濃度的半纖維素中多糖得率分別為2. 0%,2. 3%,2. 2%、2· 2%、2· 1%、2· 1%。 將六種不同濃度的半纖維素提取物作進一步分析，將不同H2O2濃度提取的半纖維素加水溶脹后，各取5mL溶液，分別添加濃硫酸10mL，發現沒有添加過氧化氫的樣品顏色最深，呈黑色，添加Iwt % H2O2和2wt % H2O2的樣品顏色也是深棕色，直到H2O2濃度達到3wt %，反應液的色澤呈現淡黃色。由實施例一可知不同雙氧水濃度對半纖維素提取率沒有顯著性影響。但是隨著雙氧水濃度的提高，直至雙氧水濃度達到3wt% _4wt%，可以有效降低半纖維素中的非糖雜質。實施例二 稱取等量粉碎茶渣，控制反應時間2h，液固比為30 (V/W)，反應溫度為50° C，H2O2濃度3￥七％的條件下，考察NaOH濃度的變化(O. 25wt %、0· 5wt %、I. Owt % )對綠茶半纖維素提取的影響。三種堿濃度半纖維素多糖得率分別為4. 094%、5. 838%、8. 784%。由實施例二可知，NaOH濃度在O. 5wt% -I. 25界七％范圍內較合適。實施例三稱取IOOg綠茶茶渣，添加3. 6L0. 75wt% NaOH溶液，在70°C條件下反應2h,反應過程中逐滴加入30wt% H202400mL。離心過濾,將濾液pH值調至5-7,真空濃縮至
I.3L，緩慢勻速添加無水乙醇333mL保證乙醇質量濃度為20wt%，在4°C條件下靜置8_10h，離心過濾，沉淀用70wt%乙醇洗滌干燥得到半纖維素A。再向上清液中添加無水乙醇556mL保證乙醇質量濃度為40wt%，在4° C條件下靜置8-10h，離心過濾，沉淀用70Wt%乙醇洗滌干燥得到半纖維素B。再向上清液中添加無水乙醇I. IL保證乙醇質量濃度為60wt%，在4° C條件下靜置8-10h，離心過濾，沉淀用70Wt%乙醇洗滌干燥得到半纖維素C。再向上清液中添加無水乙醇3. 33L保證乙醇質量濃度為80wt%，在4° C條件下靜置8-10h，離心過濾，沉淀用70Wt%乙醇洗滌干燥得到半纖維素D。A、B、C、D四種半纖維素得率分別為6. 3g、8. 0g、14. 8g、7. 066g。其中A不溶于水，B不完全溶于水，C和D有良好的溶解于水的能力。說明低濃度乙醇沉淀的半纖維素不溶于水，高濃度的乙醇沉淀的半纖維素是水溶性的。而臨界點在30wt% -50wt%。實施例四將經過預處理的D280樹脂在濕態條件下裝入cp2..6*20crn的玻璃交換柱。將配置好的2mg/mL半纖維素溶液以流速2BV/h上柱。上樣量為39個柱體積，繪制出樹脂的動態吸附曲線見圖I.從圖中可以看出，在上樣量在10-15個柱體積的時候，樹脂的吸附基本飽和，所以在柱體積10-15(上樣量達到I. 6g-2. 5g)就可以停止上樣。分別用O. lmol/L-0. 9mol/L的NaCl溶液洗脫柱，每個濃度的洗脫體積為兩個柱體積，洗脫速度為2個柱體積每小時。發現低濃度的NaCl溶液可以洗脫半纖維素，高濃度的NaCl可以洗脫色素，所以NaCl溶液可以很好的分離半纖維素和色素，洗脫見圖3。實驗表明，1-8個柱體積的O. 1-0. 5mol/L的NaCl溶液可以很好的將樹脂柱中的飽和半纖維素洗脫出來。實施例五將經過預處理的D280樹脂在濕態條件下裝入cpl6*20cm的玻璃交換柱。將配置好的10mg/mL半纖維素溶液以流速2BV/h上柱，上樣體積為3個柱體積，停止上樣。用1-8個柱體積的O. lmol/L的NaCl以流速2BV/h上柱洗脫。收集洗脫液，濃縮后用四倍無水乙醇沉淀，將沉淀干燥得到脫色后半纖維素(即，綠茶茶渣水溶性半纖維素)，得率為上樣量的16% -17%，純度為70% -85%，其紅外圖譜參閱圖3。
最后需要指出的是，以上較佳實施例僅用于說明本發明的內容，除此之外，本發明還有其他實施方式，但凡本領域技術人員因本發明所涉及之技術啟示，而采用等同替換或等效變形方式形成的技術方案均落在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，它包括以下步驟 (1)將工業生產速溶綠茶飲料和茶多酚的剩余茶渣干燥、磨碎，形成粒徑為O.3-0. 4mm的茶渣粉末； (2)將步驟(I)所得茶渣粉末用O.5wt% -I. 25wt% NaOH溶液在40-70° C提取2h以上，提取期間加入H2O2,至混合反應液中的H2O2濃度達到Iwt% -4wt%,而后過濾,收集濾液，得到茶渣半纖維素提取液； (3)將步驟(2)所得茶渣半纖維素提取液pH值調節至5.0-7.0，并加入乙醇，至混合液中的乙醇濃度達到30wt% -50wt%，均勻混合后在靜置8h以上，而后離心得到上層清液和下層沉淀； (4)向步驟(3)所得上層清液中加入乙醇，直至混合液中的乙醇濃度達到60wt% -85wt%，均勻混合后于靜置8h以上，而后離心得到上層清液和下層沉淀，取下層沉淀洗滌、干燥得到水溶性半纖維素。
2.根據權利要求I所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，它包括以下具體步驟 (1)將工業生產速溶綠茶飲料和茶多酚的剩余茶渣干燥、磨碎，形成粒徑在O.3-0. 4mm的茶渣粉末； (2)將步驟(I)所得茶渣粉末用0.5wt%_1.25被％的似0!1溶液在40-70° C提取2_8h,提取期間均勻加入H2O2,直至混合反應液中的H2O2濃度達到Iwt % -4wt %,而后過濾，收集濾液，并用水洗滌濾渣，將洗滌液并入濾液中，得到茶渣半纖維素提取液； (3)將步驟(2)所得茶渣半纖維素提取液的pH值調節至5.0-7.0，而后減壓濃縮得到濃縮液，向濃縮液中加入無水乙醇至乙醇濃度達到30wt% -50wt%，均勻混合后在4° C靜置8-10h，而后離心得到上層清液和下層沉淀，取下層沉淀用乙醇洗滌，干燥得到不溶性半纖維素； (4)將步驟(3)所得上層清液加入無水乙醇直至乙醇濃度達到eowt^-sswt^，均勻混合后在4°C靜置8-10h，離心得到上層清液和下層沉淀，取下層沉淀用乙醇洗滌，干燥得到水溶性半纖維素。
3.根據權利要求I或2所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，步驟(2)中是將步驟(I)所得茶渣粉末用O. 75wt% -I. 0被％的NaOH溶液在60-70° C提取2-4h，提取期間均勻加入H2O2，直至混合反應液中的H2O2濃度達到2wt% _3wt%，且使混合反應也中的反應液料比為20-40V/W,而后過濾。
4.根據權利要求I或2所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于 步驟⑶中是向濃縮液中加入無水乙醇至乙醇濃度達到35wt%-40wt%，均勻混合后靜置； 步驟⑷中是向步驟⑶所得上層清液中加入無水乙醇至乙醇濃度達到70wt% _80wt%，均勻混合后靜置。
5.根據權利要求I或2所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，它還包括如下步驟 (5)將步驟(4)所述水溶性半纖維素配制成半纖維素溶液，并以堿性大孔吸附樹脂脫色。
6.根據權利要求5所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，步驟(5)具體包括如下步驟 I、將步驟(4)所得水溶性半纖維素配制成2-15mg/mL的半纖維素溶液； II、將步驟I所得半纖維素溶液以1-3個柱床體積/小時的上樣流速通過裝有堿性大孔吸附樹脂的層析柱脫色，當上樣量為1-10個柱床體積時停止上樣,并以2個以上柱床體積的水頂洗，合并飽和點以前的處理液和頂洗液，干燥得到水溶性的第一脫色半纖維素； III、用3-9個柱床體積的O.1-0. 5mol/L的NaCl溶液以1_3個柱床體積/小時的流速通過前述裝有堿性大孔吸附樹脂的層析柱，將吸附在層析柱內的半纖維素洗脫，將洗脫液減壓濃縮后添加無水乙醇直至乙醇濃度達到60wt% -85wt%，均勻混合后于4°C靜置8h以上，離心得到上層清液和下層沉淀，取下層沉淀洗滌，干燥得到水溶性的第二脫色半纖維素。
7.根據權利要求6所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，步驟II中上樣量為5-8個柱床體積，上樣流速為2-3個柱床體積/小時。
8.根據權利要求6所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，步驟III中是以3-6個柱床體積的O. 1-0. 3mol/L NaCl溶液以2_3個柱床體積/小時的流速通過前述裝有堿性大孔吸附樹脂的層析柱.
9.根據權利要求5所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，所述堿性大孔吸附樹脂包括弱堿性大孔吸附樹脂或強堿性大孔吸附樹脂。
10.根據權利要求5所述從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其特征在于，所述堿性大孔吸附樹脂包括D301-F和/或D280。
全文摘要
本發明公開了一種從綠茶茶渣中制備水溶性半纖維素的方法，其以工業上生產速溶茶和茶多酚產生的剩余茶渣為原料，利用堿性過氧化氫法將其中的半纖維素溶出，然后用低濃度乙醇將少量直鏈非水溶性半纖維素沉淀，再利用高濃度乙醇沉淀得到水溶性半纖維素，而后利用大孔吸附樹脂對此茶渣水溶性半纖維素進行脫色得到水溶性半纖維素。本發明通過不同乙醇濃度沉淀的方法將茶渣中水溶性半纖維素與不溶性半纖維素分離，工藝簡單，易于工業化。經過大孔吸附樹脂脫色純化后可以得到色澤淺白、純度達70％且易溶于水的綠茶茶渣半纖維素，為半纖維素的應用打開了新的大門。
文檔編號C08B37/14GK102850470SQ20121037807
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月8日 優先權日2012年10月8日
發明者周惠明, 宋珺玲, 朱科學, 郭曉娜, 彭偉 申請人:江南大學