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茶氨酸是茶叶中的主要功能成分之一,其含量占茶树中氨基酸总量的40%~60%、茶叶干重的1%~2%。在某些名优茶中茶氨酸含量超过4%,是绿茶茶汤滋味鲜爽的主要来源。茶氨酸在松弛神经、消除疲劳、拮抗咖啡因引起的兴奋、减轻压力和焦虑、增强免疫力、降血压、保护神经细胞、抗肿瘤等方面具有显著功效。此外,茶氨酸还有改善饮料口感的作用,当把茶氨酸加入水或咖啡饮料中,能使味道更加爽口。茶氨酸良好的生理活性,激起了众人对其制备方法工艺研究产生极大热忱。
目前,茶氨酸的主要制备方法有:化学合成法、微生物发酵制备法、植物组织细胞培养法和天然茶氨酸的提取分离法。从茶叶中直接提取茶氨酸可以避免化学合成的单体残留,提高茶氨酸产量及安全性。而吸附分离法是一种相对安全且经济的植物活性成分提取分离方法。因此,本研究选择阳离子交换树脂732型来分离纯化茶氨酸,并通过静态吸附、动态吸附和解吸附,分析该材料对茶氨酸的吸附容量、吸附机理以及洗脱条件,为阳离子交换树脂732型大规模提取分离茶氨酸提供了理论依据和实验基础。
通过对吸附时间与溶液中茶氨酸浓度关系的研究,表明732型阳离子交换树脂对茶氨酸的吸附在较短时间就能基本达到平衡,且随着温度的提高,吸附平衡提前到达,吸附量减少。
通过对溶液pH值与茶氨酸吸附容量关系的分析,表明将茶氨酸溶液pH值调至低于茶溶液原本pH值时,吸附被抑制;当将茶氨酸溶液pH值调至略高于茶溶液原本的pH值时,吸附有所增强;当溶液为碱性时,溶液中的茶氨酸主要以负离子形态出现,吸附能力大大降低。用阳离子交换树脂732型吸附茶氨酸不必进行pH值调节。
运用Langmuir方程能较好地模拟阳离子交换树脂732型对茶氨酸的吸附行为。随着吸附温度的升高,茶氨酸的理论吸附容量和结合常数降低,因此,用阳离子交换树脂732型吸附提取茶氨酸适宜在较低的环境温度下进行。
研究了初始浓度、流速和柱床高度对茶氨酸在732型阳离子交换树脂填充柱上穿透曲线的影响,并采用Thomas模型对穿透曲线进行模拟。结果表明,Thomas模型能很好地模拟不同条件下茶氨酸在732型阳离子交换树脂填充柱的穿透过程,相关系数均大于0.990。随着溶液初始浓度的增大,732型阳离子交换树脂吸附达到饱和所需要的时间越短,穿透时间提前,穿透曲线变得更为陡峭,对应的Thomas速率常数kth降低,而q0值增加,说明相对较高的初始浓度有利于柱床吸附;随着流速的增大,茶氨酸通过离子交换柱的穿透时间明显提前,Thomas速率常数kth增加,而q0值减少,说明较高的流速不利于茶氨酸在732型阳离子交换树脂填充柱上的吸附;随着柱床高度的增加,茶氨酸通过离子交换柱的穿透时间延长,Thomas速率常数kth和q0值同时减少,说明增加柱床高度有利于茶氨酸在732型阳离子交换树脂填充柱上的吸附。
洗脱与再生试验表明,浓度为2/15mol·L-1的Na2HPO4溶液的洗脱效果最佳,而使用过的树脂需经预处理相同方法再生处理重新获得较强的吸附性能。