茶叶中咖啡因提取专利技术综述

沈晓静 苏银山 魏升昀 王礼洪 武增才 字成庭

摘 要：咖啡因是茶叶中的生物碱类物质，具有重要的生物活性。如何获得安全、环保、低成本的咖啡因是咖啡因现代制备工艺中的关键。本文以从茶叶中提取咖啡因为主线，分析国内外茶叶中咖啡因的提取方法和装置的专利情况，梳理出各方法的優缺点，为研究出安全、无毒、高提取率且低成本的咖啡因提取方法奠定技术基础。

关键词：茶叶;咖啡因;提取;专利;装置

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

中图分类号：O629.3

咖啡因（caffeine）属于生物碱类化合物，化学名为1，3，3-三甲基-2，6-氧嘌呤，分子式为C8H10O2N4，相对分子质量为212.21，熔点为235～238 ℃，为白色结晶粉末，味苦、无臭，易溶于乙醚、氯仿、二氯甲烷，能溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯，难溶于乙醚和苯[1]。咖啡因具有刺激人体中枢神经系统兴奋、加强肌肉收缩、抗氧化、抗衰老等作用[2]，广泛用于医药、食品、化妆品等领域，是重要的化工原料。咖啡因可从天然物质中提取或人工合成。由于合成的咖啡因含有原料残留，长期食用具有毒性，为此有的国家禁止在饮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来源，但是我国的咖啡豆、可可豆资源有限，但我国是产茶大国，资源丰富[3]，

茶叶中也含有咖啡因（约为2%～4%），从茶叶中提取天然咖啡受到国内外学者的广泛关注。

1 茶叶中咖啡因提取的方法

1.1 有机溶剂萃取法

咖啡因易溶于乙醚、氯仿、二氯甲烷等有机溶剂，故有机溶剂萃取法可提取咖啡因。专利CN106852381A公开了一种以氯仿为溶剂提取咖啡因的方法。专利KR1020120007298A公开了一种采用二氯甲烷为有机溶剂萃取茶叶中咖啡因的方法。专利WO2016098388A1公开了一种采用甲硫醚萃取绿茶饮料中咖啡因的方法。氯仿、二氯甲烷、甲硫醚等有机溶剂具有一定的毒性，且易造成有机溶剂残留，因此有机溶剂萃取法要向低毒、无毒溶剂的方向发展。专利CN106819304A公开了从绿茶中采用乙醇提取的方法;专利CN105685334A公开了一种用乙醇浸泡提取咖啡因的方法;专利JP2016104038A采用低碳醇对茶饮料中的咖啡因进行提取。有机溶剂萃取法操作简单、成本低，但是其又具有提取选择性差、容易造成溶剂残留等问题。

1.2 水及其溶液提取法

在提取咖啡因过程中为了克服有机溶剂提取的缺陷，通常使用安全、无毒的溶剂进行提取。咖啡因属于生物碱类化合物，以水作为溶剂可以从茶叶中提取咖啡因：专利JP2016119882A公开了一种用85 ℃热水浸泡提取绿茶中咖啡因的方法;专利CN105432862A公开了一种采用70～80 ℃的纯净水浸泡提取茶鲜叶中咖啡因的方法;专利CN102771615A公开了一种预先用微波破碎茶叶细胞，再用纯水提取咖啡因的方法;专利CN107319079A公开了一种用80～100 ℃茶多酚水溶液浸泡茶叶，利用茶多酚对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剂，具有无溶剂残留的优点，但是提取率较低。

1.3 超临界萃取法

为了克服有机溶剂萃取法中溶剂残留的问题，逐渐发展起来一种借助二氧化碳超临界气体萃取的方法：专利DE2127642A公开了一种用潮湿二氧化碳提取咖啡因的方法;专利DE2637197A借助各种离子交换剂超临界提取咖啡因的方法进行了改进;专利DE3415844A在二氧化碳超临界萃取过程中中加入活性炭吸附咖啡因，大大缩短了萃取时间;专利CN104738221A公开了一种亚临界流体提取咖啡因的方法。超临界萃取法具有提取率高的优点，但是操作繁琐、成本高，不适合大规模生产。

1.4 吸附洗脱法

针对有机溶剂萃取法有溶剂残留，超临界萃取法操作繁琐、成本高等弊端，逐渐发展起来通过树脂或木质纤维素吸附再用极性溶剂洗脱的方法：专利JP特开平5-153910、JP特开平8-109178和CN1729822A将茶制品通过吸附柱，再用极性溶剂洗脱得到咖啡因;专利CN102120790A和JP特开昭53-18772采用不同吸附剂吸附咖啡因，改进了吸附洗脱法;专利CN102870926A公开了一种双柱上样、高压层析提取咖啡因的方法。吸附洗脱法中吸附剂廉价、无毒且分离效果好。

2 茶叶中咖啡因提取的装置

从茶叶中提取咖啡因的工艺技术的发展与配套的提取装置密不可分，目前，从茶叶中提取咖啡因的装置主要有热水喷淋装置、超临界二氧化碳萃取装置、真空升华装置与吸附装置等：专利CN205757056U、CN105494823A、CN101040651A、JP2008253225A和JP2006296355A使用的是热水喷淋装置;专利CN205321098U、CN204670301U、RU2060009C1和JP01289448A是超临界二氧化碳萃取装置;专利CN102860397A是真空升华装置;专利JP2016086676A是吸附装置。

3 结语

通过对茶叶中咖啡因提取方法和装置的分析，可以看出茶叶中咖啡因的提取方法多种多样，主要有机溶剂萃取法、水及其溶液提取法、超临界萃取法和吸附洗脱法等;从茶叶中提取咖啡因装置主要有热水喷淋装置、超临界二氧化碳萃取装置、真空升华装置与吸附装置等。这些咖啡因的提取方法和装置各有利弊，如何生产出安全、无毒、高提取率且低成本的咖啡因在实际生产中是必须考虑的首要问题。

参考文献：

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典2000年版（二部）[M].北京：化学工业出版社，2000.

[2]赵卫星，姜红波，冯国栋.茶叶中咖啡因的提取研究进展[J].化学与生物工程，2010，27（9）：17-20.

[3]字成庭，沈晓静，张帮磊，等.茶叶中天然咖啡因提取技术的比较与分析研究[J].广东化工，2019，46（10）：73-77.