专利名称：一种分离天然茶氨酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种高效分离天然茶氨酸的方法，属于茶叶深加工技术领域。
背景技术：
茶氨酸(Theanine)是1950年首次从绿茶中分离得到的。茶氨酸是茶叶中含量最高的氨基酸，约占游离氨基酸总量的50%以上，占茶叶干重的1%_2%。茶氨酸为白色针状体， 易溶于水，而不溶于无水乙醇。具有甜味和鲜爽味，是茶叶的滋味的组分。研究发现天然的茶氨酸具有提高学习能力和记忆力；镇静；改善经期综合症；保护神经细胞；降低血压； 增强抗癌药物的疗效；减肥等作用。此外，还发现茶氨酸有护肝、抗氧化等作用。茶氨酸的安全性也得到了证明。现在，茶氨酸的保健品以及茶氨酸添加食品已开始进入市场。
茶氨酸有D型和L型，自然界存在的天然茶氨酸均为L型，而化学合成的茶氨酸多为D型和L型混旋体。据研究，人体需要并能被吸收利用的为L-茶氨酸，而D-茶氨酸的生理功能与活性尚不明晰，并且目前D-茶氨酸的分离与去除仍具有很高的技术难度。因此， 从茶叶中分离L-茶氨酸仍然是目前很好的一条途径。
目前有关茶氨酸提取技术的专利较多，专利CN1532186A利用高效液相色谱制备了高含量的茶氨酸，难于产业化；专利CN1546461A能够实现工业化生产，但其工序复杂，需经过多次吸附，多次浓缩，分离成本高，效率低；专利CN1587258A工序简单，但分离的茶氨酸的含量不高；专利CN1871206A过程复杂，操作繁杂；专利CN101020649A获得了较好的分离效果，但工艺步骤较多，且需用到正丁醇；专利CN101058548A采用膜分离和阳离子或阴离子纤维柱层析，生产的茶氨酸含量40%左右。在茶氨酸的分离方面，主要存在工序复杂， 生产成本高，效率低，不环保等普遍问题。发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效分离天然茶氨酸的方法，该方法以分离儿茶素后的溶液或儿茶素渣为原料，利用阳离子树脂和阴离子连续吸附洗脱、浓缩、醇沉、结晶等技术手段分离制备质量含量>98%的天然茶氨酸。本发明以酸、碱的水溶液为洗脱剂，分离后的废水可相互中和，解决了酸碱污染问题，同时生产工序简单、 操作方便、分离效率高，适合于大规模化工业生产。
为实现上述目的，本发明的技术方案是一种分离天然茶氨酸的方法，具体步骤为(O原料液的配制将从绿茶提取液中分离儿茶素后剩余溶液或儿茶素洛水溶液加碱调PH值至8 12，得原料液；所述儿茶素渣水溶液是指将儿茶素渣加去离子水配制成质量浓度为5%-10%的水溶液；所述儿茶素洛是从绿茶提取液中分离儿茶素后剩余溶液的干燥物； (2)阴离子树脂吸附将原料液通过装有阴离子树脂的层析柱I进行离子交换吸附；所述阴离子树脂为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂；(3)阴离子树脂梯度洗脱先用3飞倍层析柱I柱体积的去离子水洗脱阴离子树脂，所得洗脱液a弃去；再用2 3倍层析柱I柱体积的pH值为5飞的含酸水溶液洗脱，所得洗脱液b弃去；然后用2 3倍层析柱I柱体积的pH值为2 3的含酸水溶液洗脱阴离子树脂，得洗脱液c ;所述酸选自柠檬酸、盐酸、硫酸和醋酸中的一种或多种；(4)阳离子树脂吸附将洗脱液c直接通过装有阳离子树脂的层析柱II进行离子交换吸附；所述阳离子树脂为强酸性阳离子交换树脂；(5)阳离子树脂洗脱先用61倍层析柱II柱体积的去离子水洗脱阳离子树脂，洗脱液d弃去；再用2 3倍阳离子树脂层析柱II柱体积的pH值为1(Γ12的氨水洗脱阳离子树脂，收集洗脱液e;(6)浓缩将收集的洗脱液e浓缩至2Γ28波美度，得浓缩液；(7)醇沉在浓缩液中加入无水乙醇，使乙醇质量浓度达到759Γ85%，然后过滤分离，得沉淀物；(8)结晶用相当于沉淀物3 4倍质量的去离子水将沉淀物加热溶解，冷却后，置于 I0C 5°C的条件下结晶20h-24h，离心分离得晶体；(9)干燥将晶体真空干燥，得茶氨酸。
所述步骤(I)中所述碱优选选自氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠和氨水中的一种或多种。
步骤(I)中所述分离儿茶素后的溶液或儿茶素渣中茶氨酸含量优选大于2%。
步骤(2)中所述阴离子树脂优选选自AmberliteIRA-400、Diaion SA-1OA或 LewatitM500中的任意一种。
步骤(4)中所述阳离子树脂优选选自Amberlite IRA-200, Lewatit~sp120,Diaion PK或DOOl中的任意一种。
所述分离儿茶素后的溶液或儿茶素渣是指从绿茶提取液中分离出儿茶素等成分后，所剩下的溶液或其干燥物，其中主要含有氨基酸、多糖、生物碱等成分，茶氨酸含量大于2%， 通常为2 3%。儿茶素的分离方法优选为将绿茶原料经纯水提取一柱层析或萃取一浓缩一喷雾干燥或冷冻干燥一儿茶素。
下面对本发明做进一步解释和说明本发明的关键技术是利用阴离子树脂和阳离子树脂，采用先过阴离子树脂，酸洗脱；再过阳离子树脂，氨水洗脱的技术方案。茶氨酸是两性物质，在碱性条件下带负电荷，能够更好的与阴离子树脂发生交换吸附，因此将原料液PH值调至8 12。通过pH值的调节使茶氨酸能够充分的与阴离子树脂发生交换吸附，可以明显提高吸附率。
阴离子树脂梯度洗脱先用 :Γ5倍层析柱I柱体积的去离子水洗脱阴离子树脂，洗脱液a弃去；目的是将不能发生交换的杂质洗掉。再用2 3倍层析柱I柱体积的pH值为 5飞的含酸水溶液洗脱，洗脱液b弃去；目的是洗脱其他氨基酸物质，在这个PH段可以很大程度上洗掉其他氨基酸物质。然后用2 3倍层析柱I柱体积的pH值为2 3的含酸水溶液洗脱阴离子树脂，得洗脱液c ;用阴离子树脂吸附时，pH值应当控制在2 3为宜，具有较好的洗脱效果。所述酸选自柠檬酸、盐酸、硫酸和醋酸中的一种或多种；阳离子树脂吸附将洗脱液c直接通过装有阳离子树脂的层析柱II进行离子交换吸附；所述阳离子树脂为强酸性阳离子交换树脂；阳离子树脂洗脱先用61倍层析柱II柱体积的去离子水洗脱阳离子树脂，洗脱液d 弃去；(目的是将不能发生交换的杂质洗掉)再用2 3倍阳离子树脂层析柱II柱体积的pH 值为1(Γ12的氨水洗脱阳离子树脂，收集洗脱液e ;将pH值控制在1(Γ12，具有较好的洗脱效果。
采用先过阴离子树脂，酸洗脱；再过阳离子树脂，氨水洗脱；使得最终的收集液是氨水解吸液，而不是酸解吸液，很好的解决了浓缩的问题，只需要一次浓缩即可，因为浓缩时，浓缩液中最好不能有酸，酸会和茶氨酸混杂在一起，降低茶氨酸的纯度，且会对设备造成腐蚀；因此浓缩前的洗液最好是碱性的，而氨水具有挥发性，不但不会与茶氨酸混杂，也不会对设备造成损失，是合适的洗脱液，控制PH值在1(Γ12，具有较好的洗脱效果。
与现有技术相比，本发明的优势在于1、本发明采用阴离子树脂梯度洗脱技术，使收集的解吸液中茶氨酸的含量大大提高， 其干物质含量超过50% ；2、本发明采用先过阴离子树脂，酸洗脱；再过阳离子树脂，氨水洗脱；而没有采用先过阳离子树脂，碱洗脱，再过阴离子树脂，酸洗脱的方式，使得最终的收集液是氨水解吸液，而不是酸解吸液，从而很好的解决了浓缩的问题，只需浓缩一次，降低了能耗，提高了效率。
3、本发明具有工序简单，操作方便，收率高(总收率> 73%)，成本低，纯度高(茶氨酸含量彡98%)，易于产业化；4、本发明用到的溶剂仅为酸、碱、乙醇和去离子水。乙醇可以回收再利用，而酸、碱的水溶液产生的废水最后可相互中和，解决了酸碱污染问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1取20kg儿茶素渣(茶氨酸含量2. 50%)，配成5%的水溶液，加入适量氢氧化钠，将溶液 pH值调至10，溶液以I倍柱体积/小时的流速通过AmberliteIRA-400阴离子树脂，先用4 倍柱体积(阴离子树脂层析柱I)的去离子水洗脱树脂，洗脱液a弃去；再用2倍柱体积(阴离子树脂层析柱I)pH值为5的水溶液(用醋酸配制)洗脱，洗脱液b弃去；然后用3倍柱体积(阴离子树脂层析柱I)pH值为2. 5的水溶液(用盐酸配制)洗脱，收集洗脱液C，将收集的洗脱液c直接通过阳离子交换树脂DOOl层析柱II。用6倍柱体积(阳离子树脂层析柱II) 的去离子水洗脱树脂，洗脱液d弃去；再用3倍柱体积(阳离子树脂层析柱II)pH值为11的水溶液(用浓氨水配制)洗脱阳离子树脂柱，收集洗脱液e。用外循环真空浓缩器将收集的洗脱液e浓缩至27. 5波美度，取样干燥检测含量为75. 38%。浓缩液中加入无水乙醇，使乙醇浓度达到80%，将沉淀过滤分离，沉淀取样干燥经检测含量为88. 22% ;将沉淀用4倍量沉淀物的去离子水加热溶解，冷却后，置于4°C的条件下结晶24h，离心分离晶体。将晶体真空干燥，干燥后得385g,经检测含量为98. 16%,茶氨酸收率为75. 6%。
实施例2取400kg分离儿茶素后的 废液(经检测固形物为4. 8%，取样干燥样茶氨酸含量为2.86%)，加入适量碳酸钠，将溶液pH值调至10，溶液以I倍柱体积/小时的流速通过 LewatitM500阴离子树脂层析柱I，先用5倍柱体积(阴离子树脂层析柱I)的去离子水洗脱树脂，洗脱液a弃去；再用3倍柱体积(阴离子树脂层析柱I)pH值为6的水溶液(用柠檬酸配制)洗脱，洗脱液弃b去；然后用2倍柱体积(阴离子树脂层析柱I )pH值为2的水溶液(用硫酸配制)洗脱，收集洗脱液C。将收集的洗脱液c直接通过阳离子交换树脂Lewatit_spl20 层析柱II。用8倍柱体积(阳离子树脂层析柱II)的去离子水洗脱树脂，洗脱液d弃去；再用2倍柱体积(阳离子树脂层析柱II)pH值为12的水溶液(用浓氨水配制)洗脱阳离子树脂柱，收集洗脱液e。用外循环真空浓缩器将收集的洗脱液e浓缩至26波美度，取样干燥检测含量为74. 55%。浓缩液中加入无水乙醇，使乙醇浓度达到75%，将沉淀过滤分离，沉淀取样干燥经检测含量为86. 38% ;将沉淀用4倍量沉淀物的去离子水加热溶解，冷却后，置于4°C 的条件下结晶24h，离心分离晶体。将晶体真空 干燥，干燥后得412g，经检测含量为97. 46%， 茶氨酸收率为73. 1%。
权利要求
1.一种分离天然茶氨酸的方法，其特征是，具体步骤为(O原料液的配制将从绿茶提取液中分离儿茶素后剩余溶液或儿茶素洛水溶液加碱调PH值至8 12，得原料液；所述儿茶素渣水溶液是指将儿茶素渣加去离子水配制成质量浓度为5%-10%的水溶液；所述儿茶素洛是从绿茶提取液中分离儿茶素后剩余溶液的干燥物；(2)阴离子树脂吸附将原料液通过装有阴离子树脂的层析柱I进行离子交换吸附；所述阴离子树脂为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂；(3)阴离子树脂梯度洗脱先用3飞倍层析柱I柱体积的去离子水洗脱阴离子树脂，所得洗脱液a弃去；再用2 3倍层析柱I柱体积的pH值为5飞的含酸水溶液洗脱，所得洗脱液b弃去；然后用2 3倍层析柱I柱体积的pH值为2 3的含酸水溶液洗脱阴离子树脂，得洗脱液c ；所述酸选自柠檬酸、盐酸、硫酸和醋酸中的一种或多种；(4)阳离子树脂吸附将洗脱液c直接通过装有阳离子树脂的层析柱II进行离子交换吸附；所述阳离子树脂为强酸性阳离子交换树脂；(5)阳离子树脂洗脱先用61倍层析柱II柱体积的去离子水洗脱阳离子树脂，洗脱液d弃去；再用2 3倍阳离子树脂层析柱II柱体积的pH值为1(Γ12的氨水洗脱阳离子树脂，收集洗脱液e;(6)浓缩将收集的洗脱液e浓缩至2Γ28波美度，得浓缩液；(7)醇沉在浓缩液中加入无水乙醇，使乙醇质量浓度达到759Γ85%，然后过滤分离，得沉淀物；(8)结晶用相当于沉淀物Γ4倍质量的去离子水将沉淀物加热溶解，冷却后，置于 I0C 5°C的条件下结晶20h-24h，离心分离得晶体；(9)干燥将晶体真空干燥，得茶氨酸。
2.根据权利要求1所述的一种分离天然茶氨酸的方法，其特征是，所述步骤(I)中所述碱选自氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠和氨水中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种分离天然茶氨酸的方法，其特征是，步骤(I)中所述分离儿茶素后的溶液或儿茶素渣中茶氨酸含量大于2%。
4.根据权利要求1所述的一种分离天然茶氨酸的方法，其特征是，步骤(2)中所述阴离子树脂选自 AmberliteIRA-400、Diaion SA-10A 或 LewatitM500 中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种分离天然茶氨酸的方法，其特征是，步骤(4)中所述阳离子树脂选自 Amberlite IRA-200, Lewatit-spl20, Diaion PK 或 DOOl 中的任意一种。
全文摘要
本发明属于茶叶深加工技术领域，本发明公开了一种分离天然茶氨酸的方法。该方法以分离儿茶素后的溶液或儿茶素渣为原料，利用阳离子树脂和阴离子连续吸附洗脱、浓缩、醇沉、结晶等技术手段分离制备质量含量≥98%的天然茶氨酸。本发明以酸、碱的水溶液为洗脱剂，分离后的废水可相互中和，解决了酸碱污染问题，同时生产工序简单、操作方便、分离效率高，适合于大规模化工业生产。
文档编号C07C231/24GK103058882SQ20131004297
公开日2013年4月24日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者银飞燕, 吴浩人, 尹钟 申请人:湖南省茶业集团股份有限公司