从茶叶中分离咖啡因

制药分离工程课题论文第9页共9页1引言咖啡因是茶叶、咖啡豆、可可、可拉果等植物体中的主要生物碱，具有较强的兴奋中枢神经系统等作用。随茶叶品种，采摘方式以及加工条件的不同其含量会有变化，一般为l一5%;咖啡因水合物是无色针状结晶，味苦，能溶于水、乙醉、抓仿.咖啡因具有很高的药用价值。据资料报道，提取咖啡因过去使用的有重量法、沉淀法、六十至七十年代报道有离子交换、柱层析、深剂浸提等方法。目前获取咖啡因的途径一是从上述天然物中提取;一是人工合成。由于人们对“绿色食品”的渴求，近年来国内外相继开发了多种从茶叶中提取天然咖啡因的新工艺和方法，这些方法多在传统方法的基础上有所改进，大多数方法仍分别存在着以下缺点:①产品纯度低;②工艺复杂繁琐，提取率低;③用有害物质氯仿作萃取剂或采用氧化铅等有害物质作助剂;④产品含有相当量的杂醇油和其它有色物质及烟气成分，纯化、脱色困难。目前，从茶叶中提取天然咖啡因的方法按其化学过程可归纳为“溶剂萃取法”和“升华法”两大类;也有将两种方法应用于同一提取工艺中的。2溶剂萃取法利用咖啡因易溶于乙醇、热水、氯仿等溶剂的性质，将其从茶叶中分离出来。目前常用的几种工艺流程见图1一4。各法均经浸提、去杂、重结晶等几个主要的工艺过程，获得的咖啡因均为带一个结晶水的制品(CsHI。N4O:·HZO)。2.1工艺1通过该工艺可获得一水咖啡因图1工艺1纯品(纯度>99.9%)。缺点是工艺复杂繁琐、成本较高和采用有毒物质三氯甲烷作萃取剂。2.2工艺2图2工艺2该工艺与工艺1相比，其主要区别在于改方法1的乙醇浸提为沸水浸提，其余只是个别工序先后有别或省略。如工艺1加稀硫酸浓缩后过滤，工艺2则反之;工艺2省去了工艺1碱洗有机萃取相后的水洗工序。我们认为，工艺1较为合理。因为加稀硫酸的目的是为了利用“酸析图2工艺22.3工艺3该工艺的特点是利用醋酸铅等重金属盐加10%Na()H溶液去除茶叶水提物中的多酚类物质。但植物胶、植物蛋白等却未能去除。因此后继工序即使反复使用重结晶纯化法也只能得到纯度较低的咖啡因或咖啡因粗品，同时反复重结晶使得咖啡因的提取率较低。另外，PbZ+等属有毒重金属离子。总之，该工艺实用价值不高。2.4工艺4该工艺流程较合理，通过该工艺可以得到一水咖啡因纯品。其不足为工序多，提取率和成本难以满足要求。该工艺还指出，咖啡因在强碱性介质中会发生水解、脱狡、降解等副反应而导致其收率下降。因此，该工艺在碱调pH时只调至pH=9.0一9.2。但这些副反应是否发生或发生的程度还有待实验进一步证实。如经证实上述副反应确有较大程度的发生，则应避免，因为茶叶天然咖啡因提取技术中多采用在碱性介质中去除多酚类。图3工艺3图3工艺3该法是利用咖啡因在温度)100℃时具有升华的性质，将之从茶叶或茶叶浸出物中分离出来。目前常用的几种工艺流程见图5一7o工艺5的主要流程为升华~去杂~重结晶~一水咖啡因，工艺6、7的主要流程为浸提~去杂~升华~无水咖啡因。工艺5该工艺简单易行、操作方便，但其主要缺点为茶叶直接升华后咖啡因粗品中含有大量的烟气、杂醇油乃至焦状炭化物等杂质，给纯化带来了很大困难，仅通过漂洗和重结晶两道工序无法有效去除上述杂质。因此，必须增加后续纯化工序。这样必然使得提取率大大降低。工艺6通过该工艺可获得提取率较高的不带结晶水的咖啡因。其主要缺点是乙醇的耗量较大，因而提取成本较高。工艺7该工艺的特点：①用含水乙醇提取，提取后乙醇全部回收，大大降低了乙醇的损耗，因而大大降低了成本;②升华前先脱除了大量杂质以提高升华后咖啡因的纯度;③采用该工艺所获得的咖啡因的纯度可大于99.96%。其不足是水在蒸发过程中比乙醇困难。图4工艺4图5工艺5图6工艺6图7工艺74萃取法和升华法比较综上所述，升华法和萃取法相比具有如下明显优点:①工艺简单，工序少。②不采用三氯甲烷、铅等有毒物质，操作和产品的安全性高。③产品的纯度高，且所获得的产品为不带结晶水的咖啡因。但升华法亦存在着升华的咖啡因定向定位富集困难，收集时损耗较大等缺点，这主要靠设计出有效合理的升华装置来解决。就现有的工艺来说，无论是萃取法还是升华法均存在着有待进一步提高和完善的环节，否则难以真正实现工业化。

结论评价茶叶中咖啡因提取工艺的好坏以及是否具有商业化前景主要看:①工艺过程的安全性;②经济指标;③提取率;④产品纯度。另外，尽管茶叶中咖啡因的含量与其它植物相比较高，然而毕竟只有1%一5%，因此经济指标已成为茶叶中提取天然咖啡因技术实现工业化的第一障碍。解决这个问题不仅要有先进的新工艺，而且要将之与先进的提取茶叶中茶多酚、茶多糖等其他具有生物学活性药用物质的新工艺有机地结合起来，形成一种具有同时提取茶叶中几种有效成分的综合技术，从而起到提高经济效益、降低生产成本的效果。近年来，随着现代科学的发展，各有关学科之间的相互渗透，新技术的引用，对茶叶的研究和茶资源的综合利用，将从理论和实践多方面产生深刻影响。相信茶叶中咖啡因等药用物质的提取技术将会取得长足的进步。

参考文献L北京大学化学系有机化学教研室编，有机化学实验，162，北京大学出版社(1985)2CN1047017A3CN1051481A4秦玉楠，精细化工，10(2)，37一40(1993)5CN1039704A6CN1097757A7CN1008790B8CN1008507B9吴显荣.基础生物化学[M].2版.北京:中国农业出版社,1997:36-3810沈同,王镜岩.生物化学[M].2版.北京: