響應曲面法優(yōu)化微波輔助提取茶多酚工藝研究

朱媛

摘要：試驗采用微波法輔助提取茶多酚。在單因素試驗基礎上，通過響應曲面法優(yōu)化提取條件，建立多元二次回歸方程模型。結果表明，乙醇體積分數、料液比等因素對茶多酚得率的影響不是簡單的線性關系。在原料粒度為80目，微波功率為300 W時，當乙醇體積分數為81.27%、料液比（g/mL）1∶35.47、提取溫度70 ℃、提取時間3 min時，茶多酚得率為16.169%，測驗值與理論值接近，模型預測可靠。

關鍵詞：茶多酚；微波法；響應曲面法

中圖分類號：TQ914.1；TS202.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）03-0631-04

茶樹（Camellia sinensis）在中國的種植范圍大，有著豐富的自然資源。茶樹樹葉含具保健、藥效功能的茶多酚和咖啡因，其中茶多酚是茶樹樹葉中多酚類化合物的總稱。茶多酚化學結構中帶有多個活性羥基，研究表明茶多酚具有抗氧化、防癌、抗癌、抗輻射、抗衰老、預防心血管疾病、降低血糖和血脂等多種生理活性[1]，因此在食品、油脂、醫(yī)藥、日化、精細化工等領域有著廣泛的應用。

目前，國內外茶多酚產品的提取方法主要有溶劑提取法、離子沉淀法、樹脂吸附分離法等方法。傳統(tǒng)的方法均存在提取率低，產品具有潛在危害等缺點[2]。微波法輔助提取技術是近年來發(fā)展起來的一種新方法，具有快速、高效、安全、節(jié)能等優(yōu)點。近年來，微波萃取技術在天然產物中化學成分的提取方面取得了較大的進展，廣泛用于揮發(fā)油、苷類、多糖、萜類、生物堿、黃酮、單寧、甾體等天然化合物的提取[3]。

本試驗以茶樹樹葉為原料，加以微波法輔助提取茶多酚，結合單因素試驗，利用響應曲面法設計優(yōu)化微波法輔助提取茶多酚的工藝條件，為茶樹樹葉利用與深加工提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 材料

茶樹樹葉，采自南京市江寧區(qū)方山茶場。

1.2 微波法輔助提取茶多酚工藝

稱取一定粉碎粒度的茶樹樹葉約1.0 g，按料液比（g/mL，下同）1∶35加入體積分數為80%的乙醇溶液于微波專用的三頸燒瓶中，置于微波反應器內，調節(jié)微波時間為3 min、微波溫度為65 ℃、微波功率為300 W進行萃取。將萃取液趁熱過濾，在3 000 r/min下離心10 min，量取上清液體積。

1.3 茶多酚含量的測定

浸提液中茶多酚含量的測定參照文獻[4]采用酒石酸亞鐵比色法進行。

1.4 單因素試驗

依次改變原料粒度、乙醇體積分數、料液比、微波時間、微波提取溫度5個因素，分別考察其對茶多酚得率的影響。

1.5 響應曲面法優(yōu)化茶多酚提取工藝試驗

根據單因素試驗結果，篩選出液料比、提取溫度、微波時間、乙醇體積分數4個因素，采用Design-expert V8.0進行試驗設計和分析。其因素與水平如表1所示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 原料粒度對茶多酚得率的影響 由圖1可知，隨著原料粒度的增加，茶多酚得率逐漸增加，當原料粒度超過80目后，茶多酚得率略有下降，故原料粒度以80目為宜。

2.1.2 乙醇體積分數對茶多酚得率的影響 由圖2可知，隨著已醇體積分數的提高，茶多酚得率先增加后降低，當乙醇體積分數為80%時達到最大。表明乙醇體積分數的改變可導致提取液極性的改變，從而影響提取效果。

2.1.3 料液比對茶多酚得率的影響 由圖3可知，隨著溶劑比例的增加，茶多酚得率先增加后降低，當料液比為1∶35時達到最大。說明溶劑量的增加有助于擴散過程的進行，但當溶劑量過大時，微波的熱效應、空化效應等強度減弱[5]，影響了提取的效果。

2.1.4 微波時間對茶多酚得率的影響 由圖4可知，隨著提取時間的延長，茶多酚得率先增加后降低，在3 min時達到最大。

2.1.5 提取溫度對茶多酚得率的影響 由圖5可知，溫度的升高有助于茶多酚的提取，當提取溫度為70 ℃時茶多酚的得率最高，繼續(xù)提高溫度則茶多酚被氧化而不利于其得率的提高。

2.2 響應曲面法對茶多酚提取工藝的優(yōu)化

試驗運用Design-expert V8.0軟件生成了29個試驗點，在各自的試驗條件下得到的相應茶多酚得率見表2。

2.2.1 模型方差分析 對表2數據運用 Design-expert V8.0軟件進行模型選定與方差分析，結果見表3、表4。

P（概率>F值）如果小于0.05，說明對應的因素對響應值影響顯著，本試驗中由于所選擇模型顯著，失擬項不顯著，表明所選擇的模型可靠。從表3可以看出諸因素的影響不是簡單的線性關系，從單因素來看B和D對茶多酚得率的影響顯著，其次為C，最后為A。在4個因素的交互作用下，對茶多酚得率的影響效果依次為AD>BC>AB>CD>AC>BD。從表4可以看出，R2預測=0.966 3，R2校正=0.932 7， R2預測與R2校正較為接近，信噪比為17.919（>4），可知回歸方程擬合度和可信度均很高，試驗誤差較小，故可用此模型對微波法輔助提取茶多酚工藝結果進行分析和預測。

利用Design-expert V8.0軟件對表2所得試驗數據進行多元回歸擬合分析，獲得微波法提取茶多酚的多元二次回歸方程模型為：茶多酚得率=16.130+0.049 A-0.130 B+0.069 C+0.170 D-0.085 AB+0.020 AC+0.110 AD-0.092 BC+0.002 5 BD-0.025 CD-0.510 A2-0.220 B2-0.320 C2-0.700 D2。

2.2.2 響應曲面法分析各因素對茶多酚得率的影響 固定其他因素條件，考察兩兩因素之間的交互作用對茶多酚得率的影響，可得一組動態(tài)響應曲面圖（圖6至圖8），從而確定各因素的最佳水平范圍，結果選擇影響顯著的AB、AD、BC加以說明。

1）料液比和提取溫度對茶多酚得率的交互影響。由圖6可見，當乙醇體積分數和微波時間為最佳值時，隨著溶劑比例的增加，茶多酚得率先增加后降低；隨著微波提取溫度的增加，茶多酚得率也呈先增加后降低的趨勢。其最佳水平范圍為：料液比1∶（32.6～38.2），提取溫度64.0～72.6 ℃。

2）料液比和乙醇體積分數對茶多酚得率的交互影響。由圖7可見，當微波時間和提取溫度為最佳值時，隨著料液比中溶劑的增加或乙醇體積分數的增加，茶多酚得率先逐漸增加后逐漸降低。其最佳水平范圍為：料液比1∶32.6～38.0，乙醇體積分數77.0%～85.5%。

3）提取溫度和微波時間對茶多酚得率的交互影響。由圖8可見，當乙醇體積分數和料液比為最佳值時，隨著微波時間或提取溫度的增加，茶多酚得率先增加后降低。該圖中曲面變化幅度不大。其最佳水平范圍為：微波時間1.8～4.7 min，提取溫度64.0～72.6 ℃。

2.2.3 預測優(yōu)化條件 通過Design-expert軟件對數據進一步分析可得理論最佳條件為乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在68.2 ℃下提取3.31 min，茶多酚理論得率可達16.175%。受微波反應器條件的限制，試驗選擇了乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下茶多酚得率為16.169%，測驗值與理論值接近，表明模型預測可靠。

3 結論

本試驗采用微波法輔助提取了茶葉中的茶多酚，根據單因素試驗結果，選擇乙醇體積分數、提取溫度、微波時間、料液比4個因素進行響應曲面設計試驗。通過Design-Expert軟件分析，建立了4因素相互作用的數學模型，模型預測最佳提取條件為乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、提取溫度68.2 ℃、微波時間3.31 min。試驗選擇乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下，茶多酚得率為16.169%，與模型預測值非常接近，表明模型預測可靠。

參考文獻：

[1] 陸愛霞，姚 開，呂遠平，等. 茶多酚提取和應用研究進展[J].食品科技，2003（2）：53-55.

[2] 王玉春. 茶多酚的提取方法及應用研究進展[J].甘肅聯(lián)合大學學報（自然科學版），2008，22（3）：52-56.

[3] 張彩文.微波萃取在天然產物化學成分提取中的應用研究[J].周口師范學院學報，2008，25（5）：56-61.

[4] 羅曉明.茶多酚提取新工藝研究[D].長沙：中南大學，2002.

[5] 李 超，王衛(wèi)東，鄭 義，等.響應曲面法優(yōu)化原花青素的超聲波協(xié)同微波提取工藝[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35（10）：167-171.

1）料液比和提取溫度對茶多酚得率的交互影響。由圖6可見，當乙醇體積分數和微波時間為最佳值時，隨著溶劑比例的增加，茶多酚得率先增加后降低；隨著微波提取溫度的增加，茶多酚得率也呈先增加后降低的趨勢。其最佳水平范圍為：料液比1∶（32.6～38.2），提取溫度64.0～72.6 ℃。

2）料液比和乙醇體積分數對茶多酚得率的交互影響。由圖7可見，當微波時間和提取溫度為最佳值時，隨著料液比中溶劑的增加或乙醇體積分數的增加，茶多酚得率先逐漸增加后逐漸降低。其最佳水平范圍為：料液比1∶32.6～38.0，乙醇體積分數77.0%～85.5%。

3）提取溫度和微波時間對茶多酚得率的交互影響。由圖8可見，當乙醇體積分數和料液比為最佳值時，隨著微波時間或提取溫度的增加，茶多酚得率先增加后降低。該圖中曲面變化幅度不大。其最佳水平范圍為：微波時間1.8～4.7 min，提取溫度64.0～72.6 ℃。

2.2.3 預測優(yōu)化條件 通過Design-expert軟件對數據進一步分析可得理論最佳條件為乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在68.2 ℃下提取3.31 min，茶多酚理論得率可達16.175%。受微波反應器條件的限制，試驗選擇了乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下茶多酚得率為16.169%，測驗值與理論值接近，表明模型預測可靠。

3 結論

本試驗采用微波法輔助提取了茶葉中的茶多酚，根據單因素試驗結果，選擇乙醇體積分數、提取溫度、微波時間、料液比4個因素進行響應曲面設計試驗。通過Design-Expert軟件分析，建立了4因素相互作用的數學模型，模型預測最佳提取條件為乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、提取溫度68.2 ℃、微波時間3.31 min。試驗選擇乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下，茶多酚得率為16.169%，與模型預測值非常接近，表明模型預測可靠。

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[5] 李 超，王衛(wèi)東，鄭 義，等.響應曲面法優(yōu)化原花青素的超聲波協(xié)同微波提取工藝[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35（10）：167-171.

1）料液比和提取溫度對茶多酚得率的交互影響。由圖6可見，當乙醇體積分數和微波時間為最佳值時，隨著溶劑比例的增加，茶多酚得率先增加后降低；隨著微波提取溫度的增加，茶多酚得率也呈先增加后降低的趨勢。其最佳水平范圍為：料液比1∶（32.6～38.2），提取溫度64.0～72.6 ℃。

2）料液比和乙醇體積分數對茶多酚得率的交互影響。由圖7可見，當微波時間和提取溫度為最佳值時，隨著料液比中溶劑的增加或乙醇體積分數的增加，茶多酚得率先逐漸增加后逐漸降低。其最佳水平范圍為：料液比1∶32.6～38.0，乙醇體積分數77.0%～85.5%。

3）提取溫度和微波時間對茶多酚得率的交互影響。由圖8可見，當乙醇體積分數和料液比為最佳值時，隨著微波時間或提取溫度的增加，茶多酚得率先增加后降低。該圖中曲面變化幅度不大。其最佳水平范圍為：微波時間1.8～4.7 min，提取溫度64.0～72.6 ℃。

2.2.3 預測優(yōu)化條件 通過Design-expert軟件對數據進一步分析可得理論最佳條件為乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在68.2 ℃下提取3.31 min，茶多酚理論得率可達16.175%。受微波反應器條件的限制，試驗選擇了乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下茶多酚得率為16.169%，測驗值與理論值接近，表明模型預測可靠。

3 結論

本試驗采用微波法輔助提取了茶葉中的茶多酚，根據單因素試驗結果，選擇乙醇體積分數、提取溫度、微波時間、料液比4個因素進行響應曲面設計試驗。通過Design-Expert軟件分析，建立了4因素相互作用的數學模型，模型預測最佳提取條件為乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、提取溫度68.2 ℃、微波時間3.31 min。試驗選擇乙醇體積分數為81.27%、料液比1∶35.47、在70 ℃下提取3 min，在此條件下，茶多酚得率為16.169%，與模型預測值非常接近，表明模型預測可靠。

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