各因素對超聲輔助提取茶多酚的影響綜述

伍 璇，張 媛，劉玉德，石學智

（北京工商大學材料與機械工程學院，北京100048）

茶多酚，又稱茶鞣質或茶單寧，是茶葉中多酚類物質的總稱，包括黃烷醇類、花色苷類、黃酮類、黃酮醇類和酚酸類等[1]。茶多酚具有很強的抗氧化性和生理活性，是人體自由基的清除劑，具有延緩衰老、抑制心血管疾病、預防和輔助治療癌癥、美容護膚等優點，在油脂、食品、醫藥、化妝品、飲料等行業具有廣泛的應用前景[2-4]。

近年來茶多酚的提取和應用受到國內外廣泛關注[5]。目前應用較多的是溶劑萃取法和離子沉淀法。但是沉淀法中的沉淀劑價格較貴、毒性強，達不到食品和醫藥工業標準，限制了產品的應用。故國內外的研究報道多著重于溶劑萃取法，但該法的缺點在于高溫使產品色澤加深，且提取率較低[6-7]。作為一種高效安全的提取技術，近年來超聲輔助提取在植物資源研究中有較多的應用。超聲輔助提取茶多酚具有工藝簡單、提取溫度低、回收率高、氧化損耗小、節時、節能、提取率高等優點，同時避免了有毒溶劑的使用，具有良好的工業推廣價值[8-9]。為此，本文主要對超聲輔助提取茶多酚過程中，幾個重要的影響因素作了綜述。在提取茶多酚時，找到不同因素隨提取率的變化規律，對提取工藝中參數的設定具有重要意義。

1 超聲輔助提取工藝

1.1 輔助提取原理

超聲輔助提取茶多酚是對提取過程進行超聲波強化處理，利用超聲波的機械破碎和空化作用，加劇分子運動，使植物細胞組織更易破碎，釋放出胞內物，從而加速茶多酚從茶葉中向溶劑擴散的速度，縮短浸提時間，增加其提取率[10-12]。

1.2 工藝流程

工藝過程為：茶葉—粉碎—超聲波處理—提取液—萃取—粗品茶多酚—純化—精制茶多酚[13-15]。

2 超聲提取茶多酚的影響因素

2.1 原料與粒度

根據制造方法不同，茶葉可分為綠茶、黃茶、白茶、青茶、紅茶和黑茶六大類。綠茶為不發酵茶（發酵度為零）；其他五種均為發酵茶，且發酵度依次增加[16]。

根據不同茶葉初制過程中發酵程度的不同，得出綠茶、黃茶、黑茶、青茶、白茶、紅茶的茶多酚（兒茶素）保留量依次減少，也就是茶多酚氧化程度逐次增大[17]。綠茶初制要經過殺青、揉捻、干燥。殺青是用高溫破壞鮮葉中酶的活性，抑制兒茶素的酶促氧化，所以綠茶茶多酚的保留量最大，氧化程度最低，防止了茶葉變紅，保證了綠色[18-19]。

不同產地，不同品質的茶葉原料其茶多酚提取率是不等的，即便同一產地的茶葉，品質不同，提取率也不同。但并非檔次越高提取率越高，這正是以粗老茶、修剪茶制備茶多酚的經濟效益所在[20]。因此，從經濟合理、降低成本的角度考慮，可以使用茶葉下腳料如茶葉末、茶葉灰或陳年茶葉。

茶葉粒度的大小對茶多酚提取效果影響也較大。茶葉粒度越細，其內部植物細胞的破碎程度就越高，就越有利于其在溶劑中的溶出；但粒度過細會引起茶多酚氧化加快，且粒度越細，茶葉末的加工越困難，加工成本越高。大量試驗表明，過40目的茶葉末浸提效果更好[21-23]。

2.2 溶劑及pH的選擇

茶多酚具有極強的極性，可溶解于水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等極性溶劑，不溶于乙醚、石油醚、氯仿等非極性溶劑。并且乙醇的極性強于水，因此茶多酚在乙醇中的溶解度高于水及其它溶劑。實驗研究表明，在相同條件下，（含水）乙醇作溶劑時，茶多酚的提取率較高，溶劑為乙酸乙酯、水、甲醇、丙酮時，提取率依次降低，但乙酸乙酯初提物中茶多酚的含量最高，（含水）乙醇次之，水、甲醇、丙酮粗提物中茶多酚純度較低[24-26]。因此，工業生產時可以根據不同的需求選用不同的溶劑。

茶多酚在偏酸性環境下能較好的保持穩定，在堿性條件下會有明顯氧化。研究發現，pH≤4.5時，茶多酚氧化率隨時間的變化不明顯；4.5＜pH＜7.0時，氧化率隨時間的變化較為緩慢，但已有明顯氧化；當pH≥7.0，尤其在強堿性介質中，隨時間的延長，氧化十分嚴重[27-28]。

2.3 料液比

茶多酚的溶出量隨著料液比的加大而增大，但是，料液比增加到一定程度后，茶多酚溶解于溶劑中接近飽和，茶多酚溶出量增長變得緩慢，因此隨著料液比的增加，茶多酚提取率先增加后減少[29-30]。料液比太小，混合物濃度大，萃取時易發生乳化現象，且液體粘度大，空化較難發生；料液比太大對提取后溶劑的回收不利。工業生產時，在保證一定提取率基礎并從經濟技術角度考慮，溶劑用量越少越好，這樣可降低成本，減少提取液體積，減輕后序工作。

2.4 溫度

在低溫區隨著溫度升高茶多酚提取率會增加，但溫度高過一定值后，提取率反而會降低[31]。因為茶多酚是一種多羥基酚類物質[32]，熱穩定性不好，高溫下加熱時間一長易被氧化，導致一部分茶多酚丟失，另外，隨著溫度的升高，超聲波的空化效應可能減弱，提取率反而會降低。

2.5 提取時間

超聲提取初期，茶葉細胞內有效成分含量呈現過飽和狀態，濃度為提取溫度下茶多酚的飽和濃度。隨著提取的進行，茶葉細胞內的茶多酚含量逐漸向非飽和狀態過渡，而溶劑中茶多酚含量卻逐漸增大。提取后期，茶葉細胞內茶多酚濃度與提取介質中茶多酚的濃度達到動態平衡。此外隨著提取時間延長，茶多酚可能被空氣中的氧所氧化，或是高溫條件造成部分氧化，因此，提取率略有下降[33]。

超聲提取能在短時間內把茶葉中大部分的茶多酚提取出來，這是由于超聲波所具有的機械粉碎和空化效應等作用，增大了物質分子運動頻率和速度，增加了溶劑的穿透力，提高有效成分溶出速度和溶出數量，從而大大縮短了茶多酚的提取時間[34]。

2.6 超聲功率與頻率

隨著超聲波功率的增大，茶多酚得率也隨之增大，在達到較好的提取效果后繼續增大超聲功率，提取率逐漸下降[35]。這主要是因為超聲功率增大，超聲作用增強，使空化泡的運動比較劇烈；但是隨著超聲功率進一步增大，加速了提取液的流動，從而物料停留在超聲場中的時間減少，破壁作用隨之減弱，茶多酚溶出速率減小，再加上功率越大產生的熱效應越強，可能破壞茶多酚的結構，使得有效的茶多酚含量減少。

由于超聲空化的閾值隨頻率升高而增大，低頻超聲更接近空化閾值，也就更易發生空化。這是因為隨著頻率升高會導致聲波膨脹相時間變短，空化核來不及增長到可產效應的空化泡，即使有空化泡形成，聲波的壓縮相時間太短，空化泡可能來不及發生崩潰。因此，高頻超聲提取效率低于低頻超聲，所以單頻超聲提取時應盡量使用低頻。

另外，現在研究得較多的是多頻超聲提取來代替當前的單頻超聲提取技術。多頻超聲是利用兩束及以上超聲同時在溶液中傳播，具有協同作用，在單位時間里，多頻超聲產生的空化崩潰次數多于單頻超聲，可以增加溶液中空化泡的數量，充分發揮了不同頻率超聲波的特點，消除了駐場波，使聲場更加均勻，提取效果更佳[36-37]。試驗研究表明，從茶多酚的溶出角度考慮，低頻超聲有利；從擴散角度考慮，高頻超聲有利[38]。因此，多頻超聲提取茶多酚在濃度、提取率和提取速率三個方面都優于單頻超聲提取。

2.7 提取級數

提取次數越多，茶多酚的溶出量就越多。但是有機溶劑的用量增加也就使處理量加大，成本上升。同時大量研究發現，經過二次超聲輻射后茶多酚的提取率可達到90%左右，三級提取后茶多酚的提取率已變化不大[39]。

3 結論

超聲波能提高茶多酚提取率的主要原因是通過超聲波的空化作用，加速茶多酚從茶葉向溶劑擴散速率。從上述分析中可以得到，茶葉原料與粒度、溶劑的選擇與pH、料液比、溫度、時間、功率、頻率、提取級數都對超聲輔助提取茶多酚產生影響。茶葉發酵時間越短，粒度越細，溶劑pH越小，超聲頻數越多，提取級數越大，茶多酚的提取率就越高。而提取率隨著料液比、溫度、提取時間、超聲功率的增大呈現先上升后下降的趨勢。另外，研究發現，采用多頻超聲提取時，超聲換能器間的相對位置對提取效果有影響，正交輻射比相向平行輻射效果好，這是今后深化研究的方向。

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