亚临界双溶剂萃取技术在茶资源综合利用中的应用研究

引言

我国是茶叶生产与消费大国，茶叶种植面积广泛，产量位居世界前列。在茶叶生产过程中，除春茶因品质优良、市场需求大而得到充分开发利用外，夏秋茶资源却面临着严重的过剩问题。夏秋茶生长周期短、内含物质相对春茶不够丰富，市场价格较低，导致大量夏秋茶被弃采或低价处理，造成资源的极大浪费。与此茶籽作为茶树的种子，在茶叶加工过程中常被视为副产物，其综合开发利用率较低 [1]。茶籽中富含油脂、茶皂素、多酚类等多种生物活性成分，具有极高的营养价值和工业应用潜力，但目前大部分茶籽被直接丢弃或简单加工成低附加值产品，未能充分发挥其经济价值[2]。

在此背景下，探索高效、绿色的茶资源综合利用技术显得尤为迫切。亚临界双溶剂萃取技术作为一种新兴的分离提取技术，为茶资源的高值化利用提供了新的途径 [3]。该技术利用亚临界流体独特的物理化学性质，结合双溶剂分步萃取的协同作用，能够实现对茶资源中不同成分的高效、选择性提取。与传统的提取方法相比，亚临界双溶剂萃取技术具有操作温度低、萃取效率高、溶剂消耗少、无污染等优点，能够有效保留茶资源中活性成分的生物活性，提高提取物的品质和附加值，对推动茶资源的高值化利用具有重要的现实意义。

一、亚临界双溶剂萃取技术原理与优化

亚临界流体是指处于临界温度和临界压力以上的流体状态，但尚未达到超临界状态的流体 [4]。与常规流体相比，亚临界流体具有独特的物理化学性质，这些性质使其在萃取分离领域展现出显著优势。

1.1 技术原理

亚临界流体具有低沸点的特性。这使得在萃取过程结束后，通过简单的减压操作，亚临界流体就能迅速汽化，从而实现与萃取物的有效分离。相较于传统的高温蒸馏分离方法，低沸点特性大大降低了分离过程中的能耗，同时避免了因高温对热敏性成分造成的破坏，能够更好地保留萃取物中的生物活性成分。在茶资源的萃取中，茶叶中的茶多酚、茶氨酸等成分对温度较为敏感，亚临界流体的低沸点特性可确保这些成分在萃取和分离过程中不被破坏，保持其原有的生理活性。高溶解性是亚临界流体的另一重要特性。其溶解性可以通过调节温度和压力进行灵活控制。在一定范围内，随着温度的升高或压力的增大，亚临界流体的溶解性会显著增强 [5]。这种可调节的溶解性使得亚临界流体能够根据不同萃取对象和目标成分的特性，选择合适的工艺条件，实现对目标成分的高效萃取。在茶资源萃取中，对于茶籽中的油脂和茶叶中的多酚类物质，可通过调整亚临界流体的温度和压力，使其对目标成分具有较高的溶解度，从而提高萃取效率。

1.2 工艺优化方法

中心复合设计（Central Composite Design，CCD）是一种常用的实验设计方法，广泛应用于工艺参数的优化。在亚临界双溶剂萃取技术的工艺优化中，中心复合设计可以有效地确定温度、压力、溶剂比例等关键工艺参数对萃取效果的影响，并找到最优的工艺条件。中心复合设计通过在实验区域内选取一定数量的实验点，包括中心点、轴向点和因子点，构建一个多维的实验空间。在亚临界双溶剂萃取中，以温度、压力、溶剂比例为三个因子，设置不同的水平进行实验。通过对实验结果的分析，可以建立工艺参数与萃取效果之间的数学模型，如二次多项式模型。该模型能够描述工艺参数与萃取率、产物纯度等指标之间的定量关系。

利用建立的数学模型，可以进行响应面分析，直观地展示工艺参数对萃取效果的影响趋势。通过寻找响应面的极值点，可以确定最优的温度、压力和溶剂比例组合，使萃取效果达到最佳。在萃取茶籽油时，通过中心复合设计实验发现，在一定范围内，随着温度的升高和压力的增大，茶籽油的萃取率逐渐提高，但当温度和压力超过一定值后，萃取率增长缓慢甚至出现下降趋势。溶剂比例对萃取率也有显著影响。通过响应面分析，可以找到使茶籽油萃取率最高的最优工艺参数组合。

双红 在亚临界双溶剂萃取技术中，正交试验设计可用于平衡萃取效率与能耗之间的关系，找到既保证萃取效果又降低能耗的最优工艺条件。在正交试验设计中，首先确定影响萃取效率和能耗的关键因素，如温度、压力、溶剂比例、萃取时间等，并为每个因素设置不同的水平。然后根据正交表安排实验，进行实验数据的采集和分析。通过极差分析和方差分析等方法，可以确定各因素对萃取效率和能耗的影响程度大小，找出主要影响因素和次要影响因素。根据分析结果，可以制定相应的平衡策略。如果温度对萃取效率的影响较大，但对能耗的影响也较大，而压力对萃取效率的影响次之，对能耗的影响较小，那么可以在保证一定萃取效率的前提下，适当降低温度，通过调整压力来提高萃取效果，从而降低能耗。通过优化溶剂比例和萃取时间等参数，进一步实现萃取效率与能耗的平衡。

二、亚临界双溶剂萃取技术在夏秋茶资源利用中的应用

2.1 夏秋茶资源利用

我国夏秋茶种植面积广阔，产量在全年茶叶总产量中占据相当大的比例。然而，与春茶相比，夏秋茶在品质上存在明显差异。春茶生长周期长，经过一个冬季的休养生息，茶树积累了丰富的营养物质，使得春茶芽叶肥壮，色泽翠绿，香气清高持久，滋味鲜醇回甘，内含物质如茶多酚、氨基酸、咖啡碱等含量丰富且比例协调，品质上乘。而夏秋茶生长季节气温高、光照强，茶树生长迅速，新梢生长周期短。这导致夏秋茶的芽叶相对瘦薄，叶质较硬，色泽偏黄绿。在内含物质方面，虽然茶多酚含量较高，但氨基酸含量相对较低，酚氨比失调，使得夏秋茶的滋味较为苦涩，香气也不如春茶清幽高长，整体品质逊色于春茶。

由于品质上的劣势，夏秋茶在市场上的价格较低，销售渠道相对狭窄。许多茶农和茶企对夏秋茶的重视程度不够，导致大量夏秋茶资源被弃采或低价处理，造成严重的资源浪费。夏秋茶的加工利用也面临诸多技术难题。传统的加工方法难以有效改善夏秋茶的苦涩味，提升其品质和附加值。而且，夏秋茶中的一些活性成分在加工过程中容易受到破坏，进一步限制了其开发利用的价值。

2.2 茶籽副产物开发

选择新鲜、无病虫害的夏秋茶鲜叶作为原料。首先对鲜叶进行清洗，去除表面的灰尘、杂质和农药残留等。然后进行摊放处理，将清洗后的鲜叶均匀地摊放在通风良好的场所，厚度约为 3 - 5 厘米，摊放时间根据环境温度和鲜叶含水量而定，一般为 4 - 8 小时。摊放的目的是使鲜叶适度失水，降低细胞的紧张度，有利于后续的杀青和揉捻等工序，同时促进鲜叶中一些香气物质的转化。杀青是夏秋茶加工的关键工序之一，其目的是通过高温破坏鲜叶中酶的活性，停止茶叶的发酵过程，同时蒸发鲜叶中的部分水分，使茶叶变软，便于揉捻成型。采用滚筒杀青机进行杀青，杀青温度控制在 220-250^qC ，杀青时间为 2 - 3 分钟。在杀青过程中，要不断翻动茶叶，确保杀青均匀。杀青后的茶叶应具有青草气消失，茶香显露，叶质变软，略有弹性等特点。揉捻的作用是破坏茶叶细胞，使茶汁溢出附着在茶叶表面，增加茶叶的滋味和香气，同时塑造茶叶的外形。将杀青后的茶叶放入揉捻机中，采用轻 - 重 - 轻的揉捻方式，揉捻时间约为 20 - 30 分钟。揉捻程度以茶叶基本成条，茶汁溢出但不滴落为宜。

选用专业的亚临界萃取设备，该设备具有良好的密封性和温度、压力控制能力。萃取溶剂选择丁烷和乙醇的混合溶剂，其中丁烷作为主要萃取溶剂，乙醇作为夹带剂。丁烷具有低沸点、对脂溶性成分溶解性好等特点，乙醇能够增强对酚类等极性成分的溶解性。将丁烷和乙醇按一定比例混合，并进行纯化处理，去除其中的杂质和水分。将揉捻后的夏秋茶装入萃取罐中，密封后进行抽真空处理，以排除罐内的空气。然后向萃取罐中注入混合溶剂，在一定的温度和压力条件下进行萃取。萃取温度控制在 40 - 60℃，压力控制在 0.5 - 1.5 MPa，萃取时间根据茶叶的种类和目标成分的含量而定，一般为 1 - 2 小时。在萃取过程中，溶剂不断循环流动，以提高萃取效率。采用分步萃取的方式，先使用丁烷进行第一步萃取，主要萃取夏秋茶中的脂溶性成分，如茶油、叶绿素等。萃取结束后，将含有脂溶性成分的溶剂通过减压蒸馏的方式分离回收，得到脂溶性提取物。

三、技术挑战与产业化路径

3.1 技术挑战

当前，亚临界双溶剂萃取技术在夏秋茶资源利用领域虽展现出巨大潜力，但依然面临诸多亟待攻克的挑战。

从设备与成本层面来看，该技术所依赖的专业设备投资成本高昂。亚临界萃取设备需要具备高度精确的温度、压力控制系统以及良好的密封性能，以确保萃取过程在特定的亚临界状态下稳定进行。这些复杂且精密的设计和制造要求，使得设备购置费用居高不下。而且，在设备运行过程中，能耗问题也十分突出。亚临界萃取需要在一定的温度和压力条件下持续进行，维持这样的环境需要消耗大量的能源，包括电力、热能等。高昂的设备投资和运行能耗直接导致生产成本大幅增加，这对于追求利润最大化的企业来说，无疑是一个沉重的负担，严重限制了该技术在大规模产业化中的应用推广。许多中小企业由于无法承担如此高昂的成本，只能望而却步，使得亚临界双溶剂萃取技术在夏秋茶加工领域的普及速度缓慢。

在萃取产物研究方面，尽管已经能够通过该技术提取出夏秋茶中的茶油和酚类等活性成分，但对于这些产物的功能特性和应用开发仍需进一步深入探究。目前，对于萃取产物中各种成分的具体作用机制、相互之间的协同效应以及在不同应用场景下的稳定性等方面的研究还不够全面和深入。这导致在产品开发过程中，难以精准地确定产品的配方和工艺，无法充分发挥萃取产物的最大价值。同时，缺乏完善的质量标准和评价体系也是制约产业发展的重要因素。由于没有统一、规范的质量标准，市场上产品质量参差不齐，消费者难以辨别产品的优劣，这不仅影响了消费者的购买信心，也不利于行业的健康发展。建立科学、合理、完善的质量标准和评价体系，对于规范市场秩序、提高产品质量、增强产品市场竞争力具有重要意义。

3.2 产业化解决方案

亚临界双溶剂萃取技术为夏秋茶资源的高值化利用开辟了一条崭新的途径。通过该技术，能够同时高效地提取夏秋茶中的茶油和酚类等活性成分，极大地提高了茶资源的综合利用率，实现了资源的最大化利用。提取的茶油富含不饱和脂肪酸，具有降低胆固醇、预防心血管疾病等保健功效，在食品领域可开发成高端食用油、功能性食品添加剂等产品；在化妆品领域，其良好的润滑性和抗氧化性使其成为制备护肤品、护发素的理想原料。酚类产物中的茶多酚、儿茶素等具有强大的抗氧化、抗菌、抗炎等生物活性，在医药领域可用于开发治疗心血管疾病、癌症等疾病的药物；在食品保鲜领域，可作为天然的防腐剂，延长食品的保质期。

这些高附加值产品的开发为茶产业带来了新的经济增长点。为了推动亚临界双溶剂萃取技术的产业化发展，政府和企业应共同努力。政府可以出台相关的扶持政策，如提供设备购置补贴、税收优惠等，降低企业的投资成本和运营成本，鼓励企业加大对该技术的研发和应用投入。企业应加强与科研机构的合作，加大对萃取产物功能特性和应用开发的研究力度，建立完善的质量标准和评价体系，提高产品的质量和市场竞争力。同时，加强市场推广和宣传，通过举办产品推介会、参加展会、开展线上营销等方式，提高消费者对夏秋茶产品的认知度和接受度，拓展市场份额，促进亚临界双溶剂萃取技术在夏秋茶资源利用领域的产业化发展。

四、结论

本研究围绕亚临界双溶剂萃取技术在茶资源综合利用展开，取得一定成果。该技术凭借亚临界流体特性与双溶剂协同机制，在茶资源利用中优势显著。通过工艺优化，可精准调控温度、压力等参数，实现茶油、茶多酚、茶皂素等有效成分的高效提取，所得产物功能特性良好，在食品、化妆品等领域潜力巨大。然而，技术推广面临挑战。亚临界设备成本高、溶剂回收效率低，制约其大规模应用；萃取产物纯度与活性保持难以平衡，影响产品质量。针对这些问题，中试规模验证与工艺迭代优化可提升技术稳定性与经济性；近红外 - 介电谱在线监测平台能实时监控生产过程，保障产品质量可追溯。

未来，需进一步降低设备成本，提高溶剂回收率，优化产物纯化工艺。加强产学研合作，推动亚临界双溶剂萃取技术在茶资源综合利用中的产业化进程，实现茶资源的高值化利用，促进茶产业绿色、可持续发展。

参考文献

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