茶葉中咖啡因提取專利技術綜述

沈曉靜 蘇銀山 魏升昀 王禮洪 武增才 字成庭

摘 要：咖啡因是茶葉中的生物堿類物質，具有重要的生物活性。如何獲得安全、環保、低成本的咖啡因是咖啡因現代制備工藝中的關鍵。本文以從茶葉中提取咖啡因為主線，分析國內外茶葉中咖啡因的提取方法和裝置的專利情況，梳理出各方法的優缺點，為研究出安全、無毒、高提取率且低成本的咖啡因提取方法奠定技術基礎。

關鍵詞：茶葉;咖啡因;提取;專利;裝置

Abstract：Caffeine is an alkaloid in tea leaves and has important biological activity. How to obtain safe， environmentally friendly and low-cost caffeine is the key to modern preparation technology. In this paper， taking caffeine extraction from tea leaves as the main line， analyzed the patents of methods and equipment for extracting caffeine from tea leaves at home and abroad， sorted out the advantages and disadvantages of each method， and laid a technical foundation for how to prepare safe， non-toxic， high extraction rate and low-cost caffeine extraction methods in future production.

Key words：Tea leaves; Caffeine; extraction; Patent; Equipment

中圖分類號：O629.3

咖啡因（caffeine）屬于生物堿類化合物，化學名為1，3，3-三甲基-2，6-氧嘌呤，分子式為C8H10O2N4，相對分子質量為212.21，熔點為235～238 ℃，為白色結晶粉末，味苦、無臭，易溶于乙醚、氯仿、二氯甲烷，能溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯，難溶于乙醚和苯[1]。咖啡因具有刺激人體中樞神經系統興奮、加強肌肉收縮、抗氧化、抗衰老等作用[2]，廣泛用于醫藥、食品、化妝品等領域，是重要的化工原料。咖啡因可從天然物質中提取或人工合成。由于合成的咖啡因含有原料殘留，長期食用具有毒性，為此有的國家禁止在飲料中使用合成咖啡因，因此需要更多的天然咖啡因。咖啡豆、可可豆是咖啡因的主要來源，但是我國的咖啡豆、可可豆資源有限，但我國是產茶大國，資源豐富[3]，

茶葉中也含有咖啡因（約為2%～4%），從茶葉中提取天然咖啡受到國內外學者的廣泛關注。

1 茶葉中咖啡因提取的方法

1.1 有機溶劑萃取法

咖啡因易溶于乙醚、氯仿、二氯甲烷等有機溶劑，故有機溶劑萃取法可提取咖啡因。專利CN106852381A公開了一種以氯仿為溶劑提取咖啡因的方法。專利KR1020120007298A公開了一種采用二氯甲烷為有機溶劑萃取茶葉中咖啡因的方法。專利WO2016098388A1公開了一種采用甲硫醚萃取綠茶飲料中咖啡因的方法。氯仿、二氯甲烷、甲硫醚等有機溶劑具有一定的毒性，且易造成有機溶劑殘留，因此有機溶劑萃取法要向低毒、無毒溶劑的方向發展。專利CN106819304A公開了從綠茶中采用乙醇提取的方法;專利CN105685334A公開了一種用乙醇浸泡提取咖啡因的方法;專利JP2016104038A采用低碳醇對茶飲料中的咖啡因進行提取。有機溶劑萃取法操作簡單、成本低，但是其又具有提取選擇性差、容易造成溶劑殘留等問題。

1.2 水及其溶液提取法

在提取咖啡因過程中為了克服有機溶劑提取的缺陷，通常使用安全、無毒的溶劑進行提取。咖啡因屬于生物堿類化合物，以水作為溶劑可以從茶葉中提取咖啡因：專利JP2016119882A公開了一種用85 ℃熱水浸泡提取綠茶中咖啡因的方法;專利CN105432862A公開了一種采用70～80 ℃的純凈水浸泡提取茶鮮葉中咖啡因的方法;專利CN102771615A公開了一種預先用微波破碎茶葉細胞，再用純水提取咖啡因的方法;專利CN107319079A公開了一種用80～100 ℃茶多酚水溶液浸泡茶葉，利用茶多酚對咖啡因的吸附作用提取咖啡因的方法。水及水溶液提取法用水做溶劑，具有無溶劑殘留的優點，但是提取率較低。

1.3 超臨界萃取法

為了克服有機溶劑萃取法中溶劑殘留的問題，逐漸發展起來一種借助二氧化碳超臨界氣體萃取的方法：專利DE2127642A公開了一種用潮濕二氧化碳提取咖啡因的方法;專利DE2637197A借助各種離子交換劑超臨界提取咖啡因的方法進行了改進;專利DE3415844A在二氧化碳超臨界萃取過程中中加入活性炭吸附咖啡因，大大縮短了萃取時間;專利CN104738221A公開了一種亞臨界流體提取咖啡因的方法。超臨界萃取法具有提取率高的優點，但是操作繁瑣、成本高，不適合大規模生產。

1.4 吸附洗脫法

針對有機溶劑萃取法有溶劑殘留，超臨界萃取法操作繁瑣、成本高等弊端，逐漸發展起來通過樹脂或木質纖維素吸附再用極性溶劑洗脫的方法：專利JP特開平5-153910、JP特開平8-109178和CN1729822A將茶制品通過吸附柱，再用極性溶劑洗脫得到咖啡因;專利CN102120790A和JP特開昭53-18772采用不同吸附劑吸附咖啡因，改進了吸附洗脫法;專利CN102870926A公開了一種雙柱上樣、高壓層析提取咖啡因的方法。吸附洗脫法中吸附劑廉價、無毒且分離效果好。

2 茶葉中咖啡因提取的裝置

從茶葉中提取咖啡因的工藝技術的發展與配套的提取裝置密不可分，目前，從茶葉中提取咖啡因的裝置主要有熱水噴淋裝置、超臨界二氧化碳萃取裝置、真空升華裝置與吸附裝置等：專利CN205757056U、CN105494823A、CN101040651A、JP2008253225A和JP2006296355A使用的是熱水噴淋裝置;專利CN205321098U、CN204670301U、RU2060009C1和JP01289448A是超臨界二氧化碳萃取裝置;專利CN102860397A是真空升華裝置;專利JP2016086676A是吸附裝置。

3 結語

通過對茶葉中咖啡因提取方法和裝置的分析，可以看出茶葉中咖啡因的提取方法多種多樣，主要有機溶劑萃取法、水及其溶液提取法、超臨界萃取法和吸附洗脫法等;從茶葉中提取咖啡因裝置主要有熱水噴淋裝置、超臨界二氧化碳萃取裝置、真空升華裝置與吸附裝置等。這些咖啡因的提取方法和裝置各有利弊，如何生產出安全、無毒、高提取率且低成本的咖啡因在實際生產中是必須考慮的首要問題。

參考文獻：

[1]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典2000年版（二部）[M].北京：化學工業出版社，2000.

[2]趙衛星，姜紅波，馮國棟.茶葉中咖啡因的提取研究進展[J].化學與生物工程，2010，27（9）：17-20.

[3]字成庭，沈曉靜，張幫磊，等.茶葉中天然咖啡因提取技術的比較與分析研究[J].廣東化工，2019，46（10）：73-77.