咖啡因制备方法研究进展
咖啡因的生产工艺与市场研究报告
咖啡因的生产工艺及市场研究报告第一章：咖啡因概述1.1咖啡因理化性质咖啡因(caffeine)，化学名为3, 7一二氢-1, 3, 7一三甲基一1H-嘌呤一2, 6一二酮(3,7一dihydro一1,3,7一trimethyl一1 H-purine一2,6一dione),又称1,3,7一三甲基黄嘌呤(1,3,7-Trimethylxanthine)、咖啡碱(Guaranine)、茶素(Theine)，拉丁文名称为Caffeinum。
咖啡因有无水品和有水品两种形式，有水品带一分子结晶水，它们的结构式、分子式、分子量及CAS号分别为:无水品:分子式:C8H10N4O2分子量:194. 19 CAS N0. : ( 58-08-2)有水品:分子式: C8H10N4O2.H2O分子量:212. 21 CAS N0.(5743一12一4)咖啡因性状为白色或带极微黄绿色，柔韧有丝光的针状结晶，升华精制得六角形棱柱状晶体。
熔点238℃, 178℃升华。
在133Pa压力下，于160--165℃升华得很快。
每克咖啡因可溶于46m1水，5. 5ml热水(80℃), 1. 5m1沸水，66m1乙醇，22m1热乙醇，50m1丙酮，5. 5m1氯仿，530ml乙醚，100ml 苯或22m1沸苯.极易溶于吡咯及含水40%的四氢吠喃.溶于乙酸乙醋，微溶于石油醚.本品在水中的溶解度，按苯甲酸盐、肉桂酸盐、柠檬酸盐、水杨酸盐依次增加;咖啡因的盐酸盐、硫酸盐、磷酸盐.均易溶于水或醇，并分解成游离碱和酸.1.2文献综述1.2.1人工合成法咖啡因由Runge于1820年从可可豆中提得，后来又从茶叶中提取。
其化学结构由Stenhouse研究确定，1899年，Fische首先合成。
国内1950年从茶叶中提取得到咖啡因，1958年采用合成法生产，主要有两种工艺合成路线：(1)以氯乙酸为原料经成盐，氰化，酸化等处理，然后与二甲脲进行缩合反应，最后经亚硝化、还原、甲酞化、甲基化等反应合成咖啡因。
茶叶中咖啡因的提取研究进展
因 ， 后再用溶 剂萃 取或 其 它方法 提 取水 中的 咖啡 因。 然
该方 法在咖啡 咖啡因提取 中应 用较 多 ， 中国农 业科学 院 茶 叶研 究所进 行 了热水 浸 渍法 提取 鲜茶 叶 中咖啡 因 的 实验 室研究 ， 得 了一定 成 果 。Ｌａ ｇ等用 热 水浸 泡鲜 取 ｉ ｎ
２ １ 传 统 提 取 法 ． ２ １ １ 水 提 法 ．． 水 提法是利用 咖 啡 因在水 （ 别 啡 因 的性 质 、 构 和 作 用 结
咖啡 因亦 称咖 啡碱 ， 是一 种 甲基 黄 嘌呤 ， 属生 物碱
定 的溶 解性 进 行 提 取 ， 一般 先 用 水 萃取 茶 叶 中 的咖啡
同时 还可起 到解 毒 的功效 ＿， 。 １ ］
碱 ， 中咖啡 因 占大部 分 ， 量 为 ３ ～５ ， 医 用 咖 其 含 是 啡 因 的重要来 源 ］ 。作者 在此 重 点介 绍 茶 叶 中咖啡 因提取技 术 的研究进 展 。
２ 茶 叶 中咖 啡 因的 分 离 提 取 方 法
关 键 词 ： 啡 因 ； 取 ； 用 咖 提 作 中 图分 类 号 ： ９ ６ ９ Ｑ ４ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ２ ５ ２ （ ０ ０ ０ —０ １ 一Ｏ １７— ４５２１）９ ９７ ４
研 究发 现 ， 叶 中含近 ５ ０种成分 ， 茶 ０ 主要 有生 物碱 类 、 酮类 、 黄 酚类 、 酯类 和氨基 酸 等 ， 含有对 人体 有益 还 的钙 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 等 多种 矿 磷 铁 氟 碘 锰 钼 锌 硒 铜 锗 镁
摘
要 ： 啡 因是 茶 叶 中 的一 种 生 物 碱 ， 代 医学研 究表 明 咖 啡 因 在 生 理 上 有 重 要 作 用 ， 一 种 中枢 神 经 系统 兴 奋 咖 现 是
咖啡因合成
合成路线：
缺点：该法在咖啡因合成早期应用较多， 在二甲脲法出现后，逐渐被淘汰。
方案三： 1,3二甲基-4-亚氨基脲嗪溴化 法合成咖啡因
? 合成方法简介：
? 该法在1，3-二甲基-4亚氨基之前的过程与1.3法一样，其 后经5位上的溴化后，在乙醇钠存在下与甲基甲酸氨直接 合成得到咖啡因。
?
优点：合成路线短
?缺点：收率不高，且需消耗大量的原料 酒精
2 氰乙酸乙酷在丁醇钠存在下，与尿素合
缺点：收率低
方案二：氰乙酸与尿素合成法
? 合成方法简介：以氯乙酸为原料，制得氰乙酸，加 尿素，在醋酐存在下，缩合成氰乙酰脲，于NaOH溶 液中环合，得4-亚氨基脲嗪钠，经亚硝化生成4-亚氨 基-5-亚硝基脲嗪(紫尿酸)，经还原成4，5-二氨基脲 嗪，再以甲酸进行甲酰化，生成4-氨基-5-甲酰氨基 脲嗪，经硫酸二甲酯甲基化，生成1，3-二甲基-4-氨 基-5-甲酰基脲嗪，然后，在碱中环合得茶碱钠盐， 再用硫酸二甲酯甲基化制得咖啡因
? 2 氰乙酸与尿素合成法 ? 3 1,3二甲基-4-亚氨基脲嗪溴化法合成咖啡因 ? 4 以尿酸为起始原料的半合成法 ? 5 二甲脲与氰乙酸路线合成法 ? 6甲醛路线合成咖啡因
方案一：氰乙酸乙酯尿素法
? 1氰乙酸乙酷在乙醇钠存在下，与尿素缩合
该法优缺点：
?优点：该种方法在咖啡因合成的早期报 道及应用较多，国内在初期合成时采用 较多
? 理由： ? 1、该合成工艺简单节省设备人员和动力，产品质量
好收率高。 ? 2、咖啡因在黄嘌呤1，3位上二甲基的事先引入，即
在氰乙酰脲分子中引入二甲基后，中间体物理化学 性质发生了变化，容易进行下一步反应，特别是增 加了二甲氨基酰脲的稳定性
合成方法：
基于食品科学与工程的人工合成咖啡因研究
基于食品科学与工程的人工合成咖啡因研究随着社会的进步和人们生活压力的增加，咖啡因成为了许多人每天必不可少的能量来源。
然而，传统的咖啡因来源于咖啡豆和茶叶等天然植物，制作过程繁琐且产量有限。
在这个背景下，基于食品科学与工程的人工合成咖啡因研究成为了一项备受关注的课题。
人工合成咖啡因，顾名思义就是利用化学合成的方法来制造咖啡因。
这项研究的核心，在于模拟天然咖啡因合成的生化反应路径，并利用大规模工业化生产技术来实现合成。
首先，科研人员需要提取咖啡因的分子结构，并分析其基本成分。
通过理解咖啡因的化学构造，研究人员可以尝试合成出与天然咖啡因相似的分子结构。
然而，咖啡因的合成并不是一件容易的事情。
在目前的研究中，科学家们已经成功合成了一些类似咖啡因的分子，但与天然咖啡因的活性和稳定性仍然存在差距。
因此，研究人员需要通过不断的试验和改进来提高合成咖啡因的效率和质量。
基于食品科学与工程的人工合成咖啡因研究不仅仅是为了生产一种替代品，更重要的是探索咖啡因背后的化学原理和生物过程。
在咖啡因的合成过程中，科学家们掌握了许多重要的技术和方法。
这些技术和方法无疑对食品工业的发展和食品添加剂的研究提供了重要的基础。
另外，基于食品科学与工程的人工合成咖啡因研究还具有一定的经济意义。
咖啡因作为一种重要的刺激性物质，广泛应用于食品、饮料和药品等领域。
而人工合成咖啡因可以实现大规模生产，降低生产成本，并且能够满足市场需求。
当然，人工合成咖啡因也面临一些挑战和争议。
一方面，一些人认为天然咖啡因与人工合成咖啡因之间存在差异，担心其对人体健康的影响。
另一方面，人工合成咖啡因的生产过程可能对环境造成一定的污染。
因此，在进行人工合成咖啡因的研究和生产过程中，需要更加注重安全性和可持续性。
综上所述，基于食品科学与工程的人工合成咖啡因研究虽然目前仍处于起步阶段，但拥有广阔的发展前景和潜力。
通过深入探索咖啡因的合成原理和过程，我们可以不仅可以实现咖啡因的大规模生产，还可以探索咖啡因在食品工业和其他领域的更多应用。
咖啡壳中咖啡因的提取工艺及其抗氧化活性研究
咖啡壳中咖啡因的提取工艺及其抗氧化活性研究王国莉1黄齐林2严亚铃1韦安琪1刘宇帆1李旭1刘佳慧1张春浩1曾艳萍1*（1玉溪师范学院化学生物与环境学院，云南玉溪653100；2云南警官学院云南省刑事科学技术重点实验室，云南昆明650223）摘要为了促进咖啡生产废弃物咖啡壳的利用与开发，减少原料浪费和环境污染，缓解市场危机，达到变废为宝的目的，本文以咖啡壳为试验材料，以咖啡因得率为考察指标，采用超声波提取法提取咖啡壳中的咖啡因，运用响应面法优化提取工艺，并采用铁氰化钾还原法测定咖啡因的还原力。
结果表明：从咖啡壳中提取咖啡因的最优工艺条件为料液比1∶40（g/mL ）、功率70W 、浸提温度80℃、浸提时间35min ，此条件下的咖啡因得率为0.93%；咖啡壳中的咖啡因具有一定的抗氧化活性，但与V C 相比，其抗氧化活性较弱。
关键词咖啡壳；咖啡因；超声波提取；响应面法；抗氧化活性中图分类号TQ914.1文献标识码A 文章编号1007-5739（2023）13-0201-05DOI ：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.13.050开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：Study on Extraction Technology and Antioxidant Activity of Caffeine from Coffee HusksWANG Guoli 1HUANG Qilin 2YAN Yaling 1WEI Anqi 1LIU Yufan 1LI Xu 1LIU Jiahui 1ZHANG Chunhao 1ZENG Yanping 1*(1School of Chemistry,Biology and Environment,Yuxi Normal University,Yuxi Yunnan 653100;2Yunnan Provincial Key Laboratory of Criminal Science and Technology,Yunnan Police Officer College,KunmingYunnan 650223)Abstract In order to promote the utilization and development of coffee production waste coffee husks,reduce raw material waste and environmental pollution,alleviate market crisis,and achieve the goal of making waste profitable,this paper used coffee husks as experimental materials,took caffeine yield as the evaluation index,used ultrasonic extraction method to extract caffeine from coffee husks,optimized the extraction process using response surface methodology,and used potassium ferrocyanide reduction method to determine the reducing power of caffeine.The results showed that the optimal process conditions for extracting caffeine from coffee husks were material to liquid ratio of 1∶40(g/mL),power of 70W,extraction temperature of 80℃,extraction time of 35minutes.Under these conditions,the caffeine yield reached 0.93%;the caffeine in coffee husks had certain antioxidant activity,but its antioxidant activity was weaker compared with V C .Keywords coffee husk;caffeine;ultrasonic extraction;response surface method;antioxidant activity基金项目云南省地方本科高校基础研究联合专项项目（2017FH001-022，2018FH001-117）；云南省教育厅科学研究基金项目（2019J0737，2023J0996）；公安部重点实验室开放课题（2019DPKF02）；玉溪师范学院大学生创新创业训练计划项目（2019B63，202011390004，202111390037，202011390032，202011390033，2020B67，2021A022）。
咖啡因的生产工艺及市场研究报告
咖啡因的生产工艺及市场研究报告咖啡因的生产工艺及市场研究报告第一章：咖啡因概述1.1咖啡因理化性质咖啡因(caffeine)，化学名为3, 7一二氢-1, 3, 7一三甲基一1H-嘌呤一2, 6一二酮(3,7一dihydro一1,3,7一trimethyl一1 H-purine一2,6一dione),又称1,3,7一三甲基黄嘌呤(1,3,7-Trimethylxanthine)、咖啡碱(Guaranine)、茶素(Theine)，拉丁文名称为Caffeinum。
咖啡因有无水品和有水品两种形式，有水品带一分子结晶水，它们的结构式、分子式、分子量及CAS号分别为:无水品:分子式:C8H10N4O2分子量:194. 19 CAS N0. : ( 58-08-2)有水品:分子式: C8H10N4O2.H2O分子量:212. 21 CAS N0.(5743一12一4)咖啡因性状为白色或带极微黄绿色，柔韧有丝光的针状结晶，升华精制得六角形棱柱状晶体。
熔点238℃ , 178℃升华。
在133Pa压力下，于160--165℃升华得很快。
每克咖啡因可溶于46m1水，5. 5ml热水(80℃ ), 1. 5m1沸水，66m1乙醇，22m1热乙醇，50m1丙酮，5. 5m1氯仿，530ml乙醚，100ml苯或22m1沸苯.极易溶于吡咯及含水40%的四氢吠喃.溶于乙酸乙醋，微溶于石油醚.本品在水中的溶解度，按苯甲酸盐、肉桂酸盐、柠檬酸盐、水杨酸盐依次增加;咖啡因的盐酸盐、硫酸盐、磷酸盐.均易溶于水或醇，并分解成游离碱和酸.1.2文献综述1.2.1人工合成法咖啡因由Runge于1820年从可可豆中提得，后来又从茶叶中提取。
其化学结构由Stenhouse研究确定，1899年，Fische首先合成。
国内1950年从茶叶中提取得到咖啡因，1958年采用合成法生产，主要有两种工艺合成路线：(1)以氯乙酸为原料经成盐，氰化，酸化等处理，然后与二甲脲进行缩合反应，最后经亚硝化、还原、甲酞化、甲基化等反应合成咖啡因。
咖啡因生物合成的分析和应用
咖啡因生物合成的分析和应用咖啡因(Caffeine)是一种常见的碱性物质，能够刺激中枢神经系统，并具有一定的利尿作用。
它主要存在于咖啡、茶、可可、可乐等饮料中，也可用于医药、化妆品等领域。
咖啡因的生物合成过程在很长一段时间内一直是研究的热点之一，本文对咖啡因生物合成的分析和应用做一些探讨。
一、咖啡因生物合成的分析咖啡因在咖啡豆中的含量高达1-2%，在茶叶中的含量为1-5%，是一种含量较高的次生代谢产物。
咖啡因的生物合成过程经过与植物天然生长环境相关的多种调控机制，其中各种相关的荷尔蒙和酶是重要的调控因素。
咖啡因的生物合成过程可分为3个阶段。
第一阶段是通过苯丙氨酸接受反式腺嘌呤核苷酸(TMP)的氨基甲酸基团而合成出次黄嘌呤酸(xanthosine)，此步骤由精氨酸合成酶(ornithine carbamoyltransferase，OCT)和TMP径向羧化酶(trifunctional indoleglycerol phosphate synthase，TIGS)催化。
第二阶段是由黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase，XDH)将次黄嘌呤酸转变并氧化为黄嘌呤(xanthine)。
再由黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase，XO)将黄嘌呤氧化为尿酸(uric acid)。
第三阶段是尿酸由咖啡因合酶(caffeine synthase，CS)反应，使之转变为咖啡因。
在咖啡豆中，由于存在几倍于茶叶中的咖啡因，因此以咖啡豆为例，咖啡因反应的母体物质尿酸占总量的70%以上。
其合成过程由咖啡因合酶和3-甲基黄嘌呤基转移酶(methyl-xanthosine transferase，MXMT)催化。
二、咖啡因的应用咖啡因在医药、化妆品、食品等领域中具有广泛的应用。
以下是咖啡因在不同领域中的应用细节：1.医药领域咖啡因在医药领域中的作用主要是刺激中枢神经系统。
重要的应用包括治疗哮喘、头痛、疲劳、低血压等症状，可以通过口服或静脉注射的形式进行使用。
茶叶中咖啡因的提取工艺研究进展
茶叶中咖啡因的提取工艺研究进展王文权胥鑫萌张雨佳（陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西汉中，723000）摘要综述了茶叶中咖啡因的提取方法，分析了溶剂提取法、离子液体提取法、超声波辅助法和微波辅助法的原理及优缺点，并简要介绍了饮料中咖啡因的检测方法，旨在为后来的研究与提取提供借鉴。
关键词：茶叶咖啡因提取工艺检测方法饮品中能缓解疲劳、使人兴奋的主要成分为所含的咖啡因。
咖啡因是一种主要存在于茶叶、可可豆和咖啡果中的黄Z吟生物碱，分子式：C8H1°N4 O2,化学名：三甲基黄Z吟，又名咖啡碱、甲基可可碱、马黛因和茶毒等。
纯的咖啡因是一种白色、强烈苦味的粉状物。
随着对咖啡因的深入了解与研究，发现咖啡因摄入量的不同对人体的影响也会不同1:适宜的量对人体具有一定的积极作用,但若摄入量过多，会对人体产生较大的负面影响。
研究表明，适量的咖啡因具有缓解疲劳、改善微血管性能2、抗氧化3、镇痛、提高记忆力4、抗抑郁5和抑制癌症6等作用。
基于以上积极作用，使得咖啡因在饮料、医药等领域具有广泛的应用。
咖啡因主要源于茶叶、咖啡豆等,对于茶叶而言，我国是一个茶叶大国，咖啡因主要从茶叶中提取，但提取率低是目前的主要问题。
高效率、高纯度提取是我们所期望的，所以研究茶叶中咖啡因提取工艺，合理分析提取工艺的原理、优缺点,对其提取方法的改进具有一定的促进作用。
本文分析了目前咖啡因相关提取方法，讨论了各种方法的优缺点，旨在为后来咖啡因的提取提供借鉴#1提取工艺1.1溶剂提取法溶剂提取法是一种传统的提取天然产物方法，根据提取目标在各种溶剂中溶解性的差异，选用对提取目标溶解度大、对非提取目标溶解度小的溶剂，从而将目标产物溶解出来的方法。
研究表明，咖啡因能溶于水、二氯甲烷、氯仿、乙醇和丙酮等多种溶剂综合考虑性价比、危害等因素，其中乙醇在提取中最为常用。
吴睿韬等8采用溶剂浸提茶叶中咖啡因，在提取过程中,分别采用二氯甲烷和乙醇作为提取溶剂，结果表明，乙醇在咖啡因提取率方面明显高于二氯甲烷，约为二氯甲烷的2.6倍,所以对咖啡因而言,乙醇是一种良好的提取溶剂。
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咖啡因制备方法研究进展韩佳宾陈静王静康封顺祥李天祥摘要综述了咖啡制备的诸种方法(包括人工合成法、溶剂萃取法、升华法和超临界流体萃取法)。
人工合成咖啡因一般以氰乙酸为原料,经过缩合、环化、还原等步骤合成。
溶剂萃取法一般以热水、乙醇和氯仿为萃取剂。
分为浸取、除杂、脱色、重结晶等步骤。
升华流程一般有以下两种:升华提取一去杂一重结晶~一水咖啡因和浸提~去杂一升华~无水咖啡因。
代表高新技术的超临界流体(二氧化碳)萃取法,经历了由理论的提出到工业的应用,由间歇法到半连续法生产的发展历程,详细介绍了代表了各个发展历程的代表工艺实例。
关键词咖啡因人工合成溶剂萃取升华超临界萃取咖啡因的化学名称为1,3,7一三甲基-3,7一二氢一IH一嘿吟一2,6一二酮一水物,化学式CSHI。
从02·玩0,相对分子质量为212.21,溶点为235一237℃,白色结晶粉末,无臭,味苦,有风化性[l]。
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系统作用[2]广泛用于医药、食品、化妆品等领域。
目前获取咖啡因的途径之一是人工合成[3],由于人们对于“绿色食品”的渴求,国内外相继开发了从植物体中提取天然咖啡因的工艺[4](溶剂萃取法和升华法)和高新技术的超临界流体提取法。
1.化学合成法咖啡因由Runge于1820年从可可豆中提得,后来又从茶叶中提取。
其化学结构由Stenhouse研究确定,一899年,E.Fiseher首先合成。
国内2950年从茶叶中提得,1958年采用合成法生产,主要有两种工艺路线[5]。
(l)氯乙酸经中和,氰化,酸化等处理,然后与二甲脉进行缩合环化反应,最后经环化后的亚硝化、还原、甲酞化等后处理合成咖啡因。
(2)氰乙酸首先与二甲脉缩合、环化,再进行酸化、甲酞化、还原等后处理而合成咖啡因。
2.溶剂萃取法溶剂萃取法主要是利用咖啡因易溶于乙醇、热水、氯仿等溶剂中的特性,将咖啡因从天然植物内提取出来。
工艺一般分为浸取、除杂、脱色、重结晶等步骤[6-11].3.升华法升华法是利用咖啡因在温度大于100℃时具有升华的性质,将其由含咖啡因植物体中分离出来。
常见的流程有两种:(1)升华提取~去杂一重结晶一一水咖啡因,(2)浸提一去杂一升华一无水咖啡因[12一15]。
溶剂萃取法与升华法的分别并不是绝对的,溶剂萃取法工艺中的精制可以使6]世界各国也纷用升华的手段,同样,升华法工艺中也同样会采用溶剂萃取的手段来提取或精制咖啡因。
4.超临界萃取法自1879年Haunay和Hoyarth发现超临界流体具有极强的溶解性能以来,120年过去了。
而这一发现变成实用性技术为人类服务只不过是20多年的事情。
20世纪70年代,西德率先用超临界二氧化碳流体萃取法脱除咖啡制品中的咖啡因并实现了工业化。
Roselius及其同事、vitzhum和Hube:等分别获得了利用超临界二氧化碳流体从绿色咖啡豆中提取咖啡因的专利,Zosel为实现这项技术的工业应用做了大量的努力[16].纷推出了各具特色的超临界流体萃取装置,其中德国、美国、日本等国走在了超临界流体萃取技术应用研究的前沿仁[17]。
超临界二氧化碳流体萃取法可以分为二步法和半连续法(一步法)。
德国曾开发了一种提取茶叶中咖啡因的二步工艺方法,先用干燥的超临界二氧化碳除去茶叶中的芳香物质,继而用潮湿的超临界二氧化碳提取茶叶中的咖啡因,将茶叶再次干燥后,把第一个提取步骤中分离出来的香料重新掺人到茶叶中。
这种工艺的一个极大缺点在于其操作的二步法,从技术上讲是繁琐的,且需要高的投资和操作费用,而且它通过减压和降温来分离咖啡因,这从经济角度上考虑也是有问题的,因为在其后续工序中使二氧化碳再次达到超临界范围,需耗费大量的能量。
针对上述弊端,20世纪80年代的“联邦德国专利说明书”第34158科号所述的方法,首次使一步去除茶叶中的咖啡因成为可能。
一次去除效果是这样达到的:在26一35MPa压力及温度最高不超过70℃的条件下,用潮湿的二氧化碳对含水量按重量计为15%一50%的茶叶进行萃取,再在同样的压力范围内用活性炭从含有咖啡因的二氧化碳中除去咖啡因,然后回收萃取了的茶叶上方的不含咖啡因二氧化碳,并将茶叶与二氧化碳相分离,然后把茶叶干燥。
这种方法的唯一缺点是提取时间较长,二氧化碳的用量较大。
但经过各种改进,这个缺点已基本克服了。
对于一定的去除咖啡因程度而言,改进后的一步法的萃取时间可以大大缩短,使投入的二氧化碳量显著降低;而且就茶叶味道及芳香味而言,与在空间上分开进行咖啡因提取和用一种吸收剂分离咖啡因而生产的茶叶在实际上毫无差别[18].几此后,对脱咖啡因的加工过程的改进,比较成功的是20世纪90年代美国通用食品公司的索尔·诺曼·卡特兹等开发的半连续生产工艺[l9-21]。
其工艺过程是这样的:将生咖啡预先用水处理,使之含水量在25%一50%之间,最好是30%一45%。
然后送人萃取器中,从萃取器底部连续不断地输人基本不含咖啡因的超临界二氧化碳流体,随着流体在萃取器的上行,从咖啡豆中萃取出咖啡因,最后由萃取器顶部排出,并送人水吸收器中,而后基本上不含咖啡因的超临界二氧化碳流体被排出,循环返回到萃取器中;每经过10一120而n的周期,便可以卸出基本上脱去咖啡因的部分咖啡豆,同时,将同等卸出量的预装在萃取器顶部吹扬器内已预湿的生咖啡豆装人。
其特征是萃取器周期性进出料,使其接近于连续操作,并且在萃取器和吸收器内部有物料与“溶剂”的逆向对流活动。
此工艺改进了脱咖啡因的效率,可以生产出质量优于先有技术的脱咖啡因咖啡。
主要原因是逆向流动的载有咖啡因的超临界二氧化碳流体在即将排出萃取器之前与周期性加人的含有咖啡因的新鲜咖啡豆接触,保持了超临界二氧化碳流体与咖啡豆中咖啡因有着最大浓度差,使此时超临界二氧化碳流体中所含的咖啡因的浓度至少可达平衡浓度的40%,较好的可达70%。
这种工艺与间歇系统工艺相比较,具有以下优点:(l)传质速度快,大大节省了操作时间。
(2)超临界二氧化碳的有效利用率高,在与逆流萃取方法相比,若达到相同的脱咖啡因程度,间歇系统中所用的二氧化碳量约为逆流系统的5一8倍,从而提高了二氧化碳的利用率,节省操作费用。
(3)非咖啡因成分全部返回到原咖啡豆中,所以生产出的脱咖啡因咖啡品质更纯正。
对于我国,提取咖啡因的主要原料是茶叶。
茶叶内含有300多种对人体具有保健医疗作用的成分,大体由4部分组成:一是菇烯类的芳香精油(如乙醛、俘一苯乙醇、芳樟醇、香叶醇等);二是以咖啡因为主的黄嚷吟类生物碱;三是以儿茶素、黄酮素、花青素等有机酸为主的茶多酚,俗称单宁;四是富集在茶叶中的有机锌、有机硒等微量无素,各种生物活性酶,众多的维生素族,茶叶脂多糖,类胡萝卜素、茶色素,一般的多糖,氨基酸,蛋白质等等。
其中许多成分的含量大大高于咖啡因,如茶多酚的含量约为咖啡因含量的10倍之多。
可见,茶叶深加工的可利用度很高。
我国的超临界流体萃取技术起步较晚,初期,超临界流体萃取茶叶中咖啡因的工艺基本上套用国外咖啡豆脱除咖啡因的生产方法,侧重于咖啡因单种成分的提取,造成许多有效成分白白的损失。
有鉴于此,我国的科技人员创造性地开发了利用超临界二氧化碳流体对茶叶进行深加工的工艺,形成了中国特色的超临界流体萃取技术[22-24]。
最有代表性的是王振馄开发的“超临界多元流体加工茶叶的方法及产品”。
此工艺的技术特征表现在膨化茶叶后分别选择性的脱除茶叶中的茶叶芳香精油、咖啡因及茶多酚4个基本技术方案中。
第一步是茶叶首先用温水浸润,将其装人萃取器中用超临界二氧化碳膨化,目的在于使茶叶组织疏松,增加萃取剂和介质的接触面积,提高萃取率,缩短萃取时间;第二步是在8一12MPa压力及20一35℃条件下,连续通人超临界二氧化碳萃取茶叶中的芳香成分,并制备为茶叶配;第三步是在超临界二氧化碳内添加5%一25%(物质的量比)的乙醇(丙酮或甲醇)的水溶液(质量分数为70%一90%),在10一25MPa压力及40一60℃条件下萃取咖啡因;第四步是在超临界二氧化碳内添加10%一40%(物质的量比)的乙醇(丙醇、甲醇、异丙醇、乙酸乙酷、乙酸丙醋等)的水溶液(质量分数为40%一60%),在20一32MPa 压力及40一60℃条件下萃取茶多酚;第五步是继续在超临界二氧化碳内添加2%一20%(物质的量比)的无水乙醇脱除茶粕内的水分,以精制为高档茶。
此方法具有许多优点:(l)利用超临界二氧化碳流体选择性萃取功能,在不同操作条件下,把茶叶分离成茶叶精油、咖啡因、茶多酚及富含生物活性物质的茶粕。
干基茶叶的利用率可达98%。
(2)利用超临界二氧化碳流体具有气体扩散性的功能,膨化茶叶,以利于萃取其中的咖啡因及茶多酚。
同时可使茶叶内的茶汁易于温水冲泡出来。
(3)利用超临界二氧化碳流体的溶解性及穿透性,把茶坯、茶粕制备为高档精制茶、花茶及保健茶等,且生产周期短、产品质量高。
(4)可以变废为宝,可用茶末、茶灰、茶梗及粗老茶叶为下脚料,生产出可广泛应用于临床的咖啡因、茶多酚等。
5展望传统工艺中人工合成法存在一些缺点:产品纯度低;工艺繁琐;提取率低;用有害物质(如氯仿)作萃取剂或用氧化铅等有害物质作助剂;用强酸强碱造成环境污染;产品中含有大量的醇油和其他烟气成分,为进一步的精制制造了麻烦。
溶剂萃取法和升华法高举“绿色食品”的旗帜,然而仍然存在人工合成的许多缺陷,有的萃取剂(如水蒸气)还会造成芳香成分的损失。
但仍然是现在咖啡因生产的主流。
代表着高新科技的超临界二氧化碳提取咖啡因技术虽然目前设备非常昂贵,但由于具有许多优点:极好的选择性,无污染;萃取效率高,过程易于调节;分离工艺简单;分离过程可以在接近室温下完成;既可从植物体中提取咖啡因,又不破坏其原有的组织结构,不会造成其他芳香物质的损失,从而大大提高了含咖啡因作物的经济价值,是超临界二氧化碳提取天然咖啡因技术受到人们的瞩目。
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