回收挥发性的茶化合物的方法

专利名称：回收挥发性的茶化合物的方法
技术领域：
本发明涉及一种从荼的水提取物回收挥发性化合物的方法。本发明尤其涉及从稀释的水性茶冷凝物流和其他废汽回收和浓缩茶的挥发性化合物，例如芳香化合物的方法。
背景技术：
茶是世界上最广泛消费的饮料之一。茶可以以许多形式获得，例如，绿茶、红茶、热 速溶茶(hot instant tea)、冰茶等。绿茶一般通过热处理(如通过烘蒸或锅炒)新采摘的叶子以抑制酶活性，然后对 叶子进行一系列的干燥和揉捻(rolling)步骤来制备。红茶一般通过使新采摘的茶叶经历一系列加工条件(包括使新鲜茶叶萎凋、浸 解)，接着进行发酵(主要形成红茶特征性的颜色、味道和香味)来制备。发酵后，荼在高温 下干燥以抑制酶的活性并降低水分含量至低水平。绿茶和红茶都是在热水中冲泡以产生茶的热水浸泡液的产品，由此，必须在饮用 该浸泡液前从中过滤掉茶叶不溶物。热速溶茶是一种不含水不溶物的产品。这种热速溶荼 产品完全溶于热水中，且这种溶解的产品可以不经任何过滤而直接饮用。冰茶是由茶制造 的产品，其中，茶的完全水溶性部分溶解在有或没有另外的香料的水中，且溶解的茶溶液在 饮用前在冰箱中保持冷冻。热速溶茶和冰茶的制备方法在文献中有描述。可以在Chapman & Hall (1992)出 版的由 K. C. Wilson 和 M. N. Clifford 编辑的参考书 Tea-Cultivation to Consumption 中 找到一种这样的描述。许多茶生产方法产生含有挥发性芳香化合物的副产物流。在茶叶生产工艺中，可 以冷却含有芳香挥发物的干燥机排气以获得含有挥发性芳香化合物的水性冷凝物。速溶茶 生产工艺中的蒸发器冷凝物流也含有挥发性芳香化合物。然而，这些冷凝物流中的芳香物 通常是以非常低的水平存在。通常，冷凝物流中芳香挥发物的浓度低于500毫克/升，且经 常低于50毫克/升和可以低至10毫克/升。在冷凝物流中芳香物的这种稀释特性限制其 作为用于加回(add-back)的芳香源的应用。由于极低的浓度，这些冷凝汽往往不被使用或 使用受到限制。在许多情况下，这些冷凝物流甚至被丢弃，导致珍贵的带芳香味的化合物的 损失。这是因为已知的回收这些化合物的方法或者是技术上和/或商业上不可行的，或者 是非常低效的。茶的芳香味是决定茶品质的最重要因素之一。因此，具有良好的芳香特性 (aroma profile)的茶叶在市场上价格较高。从冷凝物流回收挥发性芳香化合物可以提供 天然茶芳香源，其可用于加回和提高茶的芳香味。许多从稀释的物流回收和浓缩挥发性化合物的方法是已知的并且已经被实施。这 些方法包括反渗透、蒸馏、低温浓缩、冷冻干燥、分段/部分冷凝和变压吸附。蒸馏一直是一 种优选的方法。GB 1061009 (SaladaFoods, 1967)描述了一种使用在惰性气氛中进行的蒸馏 从水性的茶物流中回收芳香物的方法。本发明人已确定通过使用该GB公开文献中描述的 方法，获取的茶芳香物的质量有小幅度的提高，但使用这种方法无法回收茶的水提取物中 存在的大部分的芳香物，因而存在高的损失。
因此，克服或改善现有技术的至少一个缺点是本发明的目标。本发明的一个目标是提供一种从来自热速溶茶和冰茶制备过程的茶的水提取物 流(例如冷凝物流)更好地回收挥发性化合物的方法。本发明的另一个目标是提供一种相比现有技术的已知方法以更浓缩的形式回收 挥发性化合物(例如芳香化合物)的方法。发明概述根据本发明的第一方面，提供了一种通过分馏过程蒸馏茶的水提取物而从所述提 取物回收挥发性化合物的方法，包括冷凝蒸气，将油相冷凝物与水相分离和回流基本上不 合油的水相。尤其优选的是蒸馏在不低于0. 7巴的绝对压力下进行。尤其进一步优选的是，分馏在开始蒸馏操作前含有小于5体积％的非凝气体 (non-condensable gas)的蒸馏装置中进行。甚至更进一步优选的是在开始蒸馏操作之前，用蒸汽填充蒸馏装置。根据本发明的第二方面，提供一种产生具有增强的芳香味的茶的方法，包括将茶 与按照本发明的第一方面回收的挥发性化合物混合。发明详述茶对于本发明，“茶”指来自中国茶(Camellia sinensis var. sinensis)或阿萨 (Camellia sinensis var. assamicEi)白勺# 14。 ^ ^^ /入ffi(Aspalathus
linearis)获得的路易波士茶(rooibos tea)。“茶”还指包括混合这些材料的任何两种或 多种的产品。本发明的茶的水提取物可以来自以下的任何茶来源发酵的茶(即，红茶)、半发 酵的茶(即，乌龙荼)和/或基本上未发酵的茶(即，绿茶)。“发酵”指当某些内源性酶和 底物接触时(例如通过叶的浸解(maceration)对细胞的机械破坏)，荼经历的氧化和水解 过程。在此过程中，叶中的无色儿茶素类转化为黄色和橙色至暗褐色多酚类物质的复杂混 合物。可选择地和优选地，茶的水提取物可以是来自制备热速溶茶/冰茶的过程的余下的 或废弃的冷凝物流。许多挥发性化合物有助于茶的芳香味。Chapman & Hall (1992)出版的由 K. C. wilson 和 M. N. Clifford 编辑的参考书 Tea-Cultivation toConsumption 报道了大部 分挥发性芳香化合物的列表。该列表中一些重要的茶芳香化合物是乙醛、苯甲醛、苯甲醇、 t，t-2，4-癸二烯醛、b-大马烯酮、丁二酮(diacetyl)、香叶醇、c-4-庚烯醛、t，t_2，4_庚 二烯醛、t-2-庚醛、2，4-己二烯醇、1-己醛、1-己醇、己酸、c-3-己烯醇、t-2-己烯醛、b-紫 罗酮、里哪醇及其氧化物、3-甲硫基丙醛(methional)、2_甲基丁醛、3-甲基丁醛、2-甲基丙 醛、甲基硫化物(methyl sulphide)、水杨酸甲酯、橙花醇、t_2，c_6-壬二烯醛、t，t_2，4-壬 二烯醛、壬醛、辛醛、t-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、1-戊醇、t-2-戊烯醛、1-戊烯-3-醇、苯 乙醛、2-苯基乙醇、a-萜烯醛(terpenial)和香草醛。可从茶生 产工艺获得或潜在地获得多种包含芳香挥发物的水性冷凝物流。这些 水性冷凝物流中芳香挥发物的浓度为10毫克/升至500毫克/升。这些冷凝物流包括WO 2007/039018描述的叶茶生产过程中来自干燥机排气捕获的芳香物的一种冷凝物流。专利GB 855 423、GB1490 370和US 3，717，472描述了在浓缩前从茶提取工艺汽提芳香物质。所有这些方法都产生水性芳香冷凝物。同样，用于浓缩可溶性固体的蒸发阶段中收集的冷凝 物也含有芳香挥发物，尽管含量非常低。在本发明中，可以从在其他方面没有任何价值的废物流回收挥发性物质。本发明 具有以下优势回收挥发性化合物并浓缩至低的含水量。本发明还浓缩芳香化合物至几乎 纯的油的形式。通过本发明的方法浓缩挥发性化合物在将它们加回到茶中以制备富含芳香 味的茶时提供了更好的经济性。由于浓缩物具有低的水分含量，其所加入的茶需要非常少 的或不需要后续的干燥处理以制备富含芳香味的茶产品。因此，本方法优选包括简单地将 浓缩物喷洒到茶上并包装经喷洒的茶。本发明的第一方面提供一种从茶的水提取物回收挥发性化合物的方法，包括在蒸 馏装置中分馏所述提取物，其中，蒸气基本上被冷凝，将冷凝物中的油相与水相分离，并回 流基本上不含油的水相。优选分馏是多阶段的分批蒸馏。本方法优选包括塔顶/精馏蒸气的基本上冷凝。这可以通过使用冷阱、指形冷冻 器或任何其他已知的冷凝方法来实现。本发明的一个优选的方面提供一种方法，其中，在将茶的水提取物装入所述装置 之前，该装置包含少于5体积％的非凝气体。另一个优选的方面提供在开始蒸馏操作前基本上不合空气或任何其他非凝气体 的蒸馏装置。最优选地，蒸馏装置在开始蒸馏操作前填充蒸汽。术语“非凝气体”意指包括 那些在0°C下具有大于1巴的蒸气压(绝对)的气体。常用的非凝气体的例子是空气、氧 气、氮气、二氧化碳和氦气。本发明的方法能够回收并浓缩一般具有10至500ppm的挥发性化合物的茶的水提 取物。以这样的浓度开始，本发明的蒸馏方法回收并浓缩芳香化合物至高于20000ppm的浓 度。将它浓缩为几乎纯的油也是可能的。本发明人已使用所有他们已知的且在本领域中用 于浓缩茶的水提取物的回收和浓缩设备，并发现使用已知的设备，提取物可以被浓缩最多 40倍。使用本发明的方法，可以获得大于80，有时大于100的浓缩倍数。现还发现，茶的水 提取物中的挥发性化合物的总量中，几乎70%至85%的挥发性化合物可以通过本发明的 方法回收。因此，损失最多为30%。 优选在基本上大气压力下运行蒸馏装置。用于本发明方法的蒸馏装置一般包括再沸器、蒸馏塔、冷凝器和液-液分离器。当 再沸器的总进料与蒸馏操作结束时冷凝器和液_液分离器中容纳的总冷凝物的体积比高 于100，优选为100至2000，更优选为100至500时，本方法运行是最佳的。本发明的一个非常重要的优势是，本方法可以在接近环境压力条件下(S卩，接近 大气压的压力)进行。蒸馏一般在再沸器温度接近100°c，优选80至100°C的温度范围下 进行。再沸器使用任何已知的加热装置(例如使用电热电阻线圈)加热至此温度；或再沸 器可以加夹套且热水或蒸汽可以通过夹套以加热待蒸馏的材料。一种确保蒸馏装置在开始蒸馏操作前不包含超过5%的非凝气体的合适的方法是 对它填充蒸汽而将空气从装置清除出去。蒸汽可以从外部来源(例如锅炉)接入，并通过 管道输送到该装置中。或者，最初在再沸器中加进少量的水，并全部的水煮沸成蒸汽以填充 蒸馏装置而将空气从装置中清除出去。
一种确保高的回收率并最小化挥发物损失的优选方法是遵循以下做法在方法开 始时需要浓缩的茶的水提取物并不添加到再沸器中。最初，将占总的待蒸馏茶的水提取物 进料的小百分比(例如，5重量％至10重量％)的水添加到再沸器中。以这一进料开始蒸 馏操作，并建立全回流。进行这一操作直至空气从蒸馏塔中清除。此后，将茶的水提取物逐 步加入到再沸器中，同时确保在蒸馏过程进行时维持回流。已经发现对于典型的100千克 茶水提取物的批量，蒸馏操作一般可以在4至6小时时间内完成。蒸馏装置具有优选填充填料的蒸馏塔，所述填料优选提供10%至20 %的低容纳 量。为了达到这个目标，填料一般选自规整填料、丝网填料、鞍形物或拉西环。用于本发明 方法的填充塔一般保持较短，通常不需要超过10个平衡阶段，优选3至5个平衡阶段。使 用这样的短塔也确保了较低的设备成本，从而提高了该方法的商业可行性。进行本发明的 方法的优选条件包括以低的蒸出速率(boil-uprate)进行蒸馏，优选在30至40%的液泛 (flooding)范围内。优选蒸馏在接近全回流的条件下进行。蒸馏装置的冷凝器优选是壳管式冷凝器，优选是垂直安装的。蒸气优选从顶部进 料到垂直冷凝器中。蒸气优选进料到冷凝器的管侧。优选蒸馏装置在确保最小或基本上没有内回流的条件下操作。例如，这可以通过 在存在蒸气流的所有单元和管道上提供良好的绝缘来确保。确保最小或基本上没有内回流 在启动阶段是尤其重要的，以确保挥发性化合物的最小损失和最大回收。例如，这一点通过 确保在启动阶段蒸馏塔进行外部加热实现。可以通过已知的方法，例如，通过在蒸馏塔周围 的夹套中提供蒸汽来加热。也已经确定，蒸馏装置中用于转运蒸气的管道优选具有小的直径。尤其优选的是， 液_液分离器的直径与它下游的管道的直径的比大于2，优选为2至20，更优选为10至20。现在借助于以下的非限制性的附图和实施例来说明本发明。附图简述

图1是按照本发明的一个方面的蒸馏装置实施方式的示意图。附图详述如图1所示，蒸馏装置包括配备有夹套(Jl)的再沸器(El)，茶的水提取物可以通 过阀(Vl)添加到再沸器中，且残留物可以使用阀(V2)排出。该装置配备有填充拉西环填 料的填充塔(E2)。垂直壳管式热交换器(E3)用于冷凝挥发物。在冷凝器(E3)上提供阀 (V3)以排出任何冷凝物。在冷凝器下游提供液-液分离器(E4)以收集浓缩的挥发性化合 物。可以使用各种液-液分离器。优选再沸器的容积与液-液分离器的容积的比例为50 至2000，更优选100至500。在液-液分离器的顶部提供阀(V4)作为油溢流阀。提供所示 的产物排放阀(V6)以收集浓缩的挥发性化合物。提供回流阀(V5)以控制进行蒸馏的回流 比。在使用时，首先向再沸器(El)加入计算量的水，通过使蒸汽在夹套(Jl)中流动加 热再沸器中的水。随着再沸器中的水沸腾以形成蒸汽，使得蒸汽填充蒸馏装置的所有部分， 且使用各种排气阀从该装置中清除空气。当蒸馏装置基本上充满可冷凝气体(即，蒸汽) 时，向再沸器中添加茶的水提取物以开始蒸馏。开始时，向再沸器中添加茶提取物总量的一 部分。塔顶蒸气在冷凝器中冷凝，冷凝物中的油相与水相分离，并回流基本不含油的水相。 调整回流阀到需要的位置以获取所需的回流比。随着该方法接近稳态运行，间歇性地将茶提取物的其余部分加入再沸器中。再沸器通常保持填充到5体积％至70体积％的填充量。 随着蒸馏的进行，在液-液分离器(E4)中收集浓缩的挥发性化合物。在该过程结束时，通 过阀(V6)排出浓缩的挥发性化合物，并按需要进行收集。
实施例实施例1 利用本发明的方法，使用如图1所示的蒸馏装置蒸馏一批20升的含有200毫克/ 升的挥发性芳香化合物的茶的水提取物。在蒸馏装置中，再沸器的容积为40升。使用2米 高的填充有Sulzer BX填料的玻璃塔。收集的冷凝物的体积为1000毫升。在加入茶提取 物之前，最初使用大约3升的水以从装置中清除空气并用蒸汽使装置饱和。两相的冷凝物 几乎在蒸馏开始时出现，较轻的相为油相，而较重的相为水相。在整个操作过程中小心地分 离两相，且只有水相回流至蒸馏塔。测定涉及(a)挥发性化合物的损失百分比、(b)浓缩比 和(c)回收百分比的结果，并在表1中总结。实施例2除了在加入茶提取物之前没有用水饱和蒸馏装置之外，在与实施例1中完全相同 的条件下进行一批蒸馏。蒸馏在空气充满蒸馏装置的空隙空间的条件下开始。相应的结果 总结于表1中。实施例3利用本发明的方法，使用如图1所示的蒸馏装置蒸馏一批144升的含有346毫克/ 升挥发性芳香化合物的茶的水提取物。在加入茶提取物之前，最初使用大约6升的水以从 装置中清除空气并用蒸汽使装置饱和。两相冷凝物几乎在蒸馏开始时出现，较轻的相为油 相，而较重的相为水相。在整个操作过程中小心地分离两相，且仅水相回流至蒸馏塔。通过 在8小时内向再沸器中逐步加入茶提取物来进行蒸馏。蒸馏的总时间为10小时。在蒸馏 装置中，再沸器的容积为200升。从液-液分离器回收富含芳香物质的大约335毫升的总 蒸馏产物，其中30毫升是纯油相的芳香物质。相应的结果总结于表1中。实施例4利用本发明的方法，使用类似于实施例3的蒸馏装置和工艺蒸馏一批100升的含 有302毫克/升挥发性芳香化合物的茶的水提取物。从液_液分离器回收大约800毫升的 富含芳香物质的冷凝物。相应的结果总结于表1中。实施例5除了回流包括油相和水相的混合物之外，与实施例4类似地进行一批蒸馏。相应 的结果总结于表1中。在表1中，浓缩比=产物中芳香化合物的浓度/进料中芳香化合物的浓度芳香化合物的物 质平衡由下式给出F = P+B+L其中，F是进料中芳香化合物的量，P是产物中芳香化合物的量，B是残留物中芳香 化合物量，和L是在该工艺中损失的芳香化合物的量。% 回收=P/F*100
% 损失=L/P*100表 1 表1的数据表明，在按照本发明的实施例(实施例1至4)中挥发性芳香化合物的 损失比现有技术的方法(实施例5)要小得多。此外，在按照本发明的实施例中回收百分比 显著高于现有技术的实施例。更进一步，使用本发明的方法，可以制备与现有技术相比具有 更高的芳香化合物浓度的产品。实施例4至11在类似于图1所示的蒸馏装置中进行实验，除了以下几点之外(i)再沸器容积为 10升；(ii)冷凝器的容积为43毫升；和(iii)塔被装填1米长且具有38毫米的直径。它 是用直径12mm和长度12mmn的玻璃拉西环装填。进行实验以浓缩存在于茶提取溶液中的 两种模型芳香化合物的水溶液。所用的两种模型化合物为2-甲基丙醛(这是低沸化合物) 和里哪醇(这是相对高沸化合物)。类似于实施例1进行实验，除了使用下列条件在实验6、8和9中，在蒸馏过程中将大约3升的进料输入到再沸器中。在实验7、 10和11中，在蒸馏过程中将大约5升的进料输入到再沸器中。在所有实验中，30%的进料 沸溢。实施例6、7 在开始蒸馏前清除装置中的空气和用蒸汽填充后进行蒸馏。在3小 时时间内逐步加入进料，总的蒸馏时间为4小时。实施例8、10 在空气存在于装置中时开始进行蒸馏。在实验开始时，再沸器中填 充所有的进料。总蒸馏时间为4小时。实施例9、11 在开始蒸馏前清除装置中的空气和用氮气填充装置后进行蒸馏。一 旦系统充满进料的蒸气，氮气流逐渐停止。总蒸馏时间为4小时。回收百分比和损失百分比的结果总结于表2中。表2 表2的数据表明，使用本发明的优选方面(实施例6和7)可以获得优良的回收率。 此外，使用本发明的优选方法时损失要低得多。
权利要求
一种通过分馏过程蒸馏茶的水提取物而从所述提取物回收挥发性化合物的方法，包括冷凝蒸气，将油相冷凝物与水相分离和回流基本上不含油的水相。
2.如权利要求1所述的方法，包括在不低于0.7巴的绝对压力下蒸馏。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，包括在开始蒸馏操作前含有小于5体积％ 的非凝气体的蒸馏装置中进行分馏。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在开始蒸馏操作前，所述蒸馏装置基本上不含空气 或任何其他非凝气体。
5.如前述权利要求3或4中的任一项所述的方法，其中，所述蒸馏装置在开始蒸馏操作 前填充蒸汽。
6.如前述权利要求3至5中的任一项所述的方法，其中，所述蒸馏装置包括再沸器、 蒸馏塔、冷凝器和液-液分离器，其中，再沸器的总进料与蒸馏操作结束时容纳在冷凝器和 液-液分离器中的总冷凝物的体积比高于100。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述体积比为100至2000。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中，所述蒸馏塔具有提供10%至20%的低容纳量 的填料。
9.如前述权利要求6至8中的任一项所述的方法，其中，所述冷凝物接收器的直径与它 下游的管道的直径的比为2至20。
10.如前述权利要求6至9中的任一项所述的方法，包括具有3至5个平衡阶段的相对 短的填充塔。
11.如前述权利要求6至10中的任一项所述的方法，其中，所述冷凝器是垂直安装的壳管式冷凝器。
12.如前述权利要求中的任一项所述的方法，包括在30至40%的液泛范围内以低蒸出 速率进行蒸馏。
13.如前述权利要求中的任一项所述的方法，包括在接近全回流条件下分馏。
14.一种产生具有增强的芳香味的茶的方法，包括将茶与通过前述权利要求中的任一 项所述的方法回收的挥发性化合物混合。
全文摘要
本发明公开了一种通过分馏过程蒸馏茶的水提取物而从所述提取物回收挥发性化合物的方法，包括冷凝蒸气，将油相冷凝物与水相分离和回流基本上不含油的水相。
文档编号A23F3/40GK101888782SQ200880119541
公开日2010年11月17日 申请日期2008年12月12日 优先权日2007年12月14日
发明者G·辛格, S·H·伊斯拉尼, S·希尔卡, V·M·奈克 申请人:荷兰联合利华有限公司