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道泉雅女茶中茶多酚和EGCG的提取工藝研究

2015-03-19 06:44:42鄭琳高世偉
安徽農業科學 2015年33期
關鍵詞:影響分析

鄭琳,高世偉

(湖北省農業科學院果樹茶葉研究所,湖北武漢430064)

茶多酚是一類存在于茶樹中的多羥基酚類化合物,具有抗氧化、抗突變、抗癌變[1]、抗衰老等功效,常被用作天然無毒的食品添加劑[2],安全性好。表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)作為茶多酚的一種主要單體成分,具有防突變、抗癌、抗病毒、抗氧化、抑制生物膜、神經保護、調節代謝、抑菌消炎等功能特性[3]。目前,茶多酚和EGCG都被廣泛應用于食品、保健品、醫藥、日化等領域。

“道泉雅女茶”產自四川省唯一一個國家級生態建設先進縣——洪雅,茶區山青水碧、峽幽林茂、雅自天成,平均森林覆蓋率達62.7%,空氣中負氧離子的含量更是高達18 000個/cm3,享有“綠海明珠”的美譽。茶葉在呼吸之間納取空氣中的“長壽因子”,積淀為翠潤的色澤和幽雅的香氣。

筆者以道泉雅女茶為原料,研究浸提條件對茶多酚和EGCG浸出量的影響,擬為道泉雅女茶下盤茶的利用提供依據,同時為茶多酚等茶葉深加工產品的生產提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 茶葉原料。四川尚林生物資源開發有限公司“道泉雅女茶”下盤茶。

1.1.2 主要試劑。硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、乙醇、檸檬酸、異位酸鈉(VC-Na),均為分析純;冰醋酸、N,N-二甲基甲酰胺、甲醇,均為色譜純;水為重蒸餾水。

1.2 方法

1.2.1 茶多酚的提取。稱取2.0 g茶粉,置于100 ml的錐形瓶中,加入40 ml溫水,80℃水浴80 min,浸提液趁熱過濾并洗滌茶渣數次,濾液冷卻后定容至250 ml,搖勻后得供試樣品。

1.2.2 浸提溶劑的選擇試驗。同等環境條件下稱取“道泉雅女茶”下盤茶5份,每份20 g,分別加入熱水、乙醇、檸檬酸和VC-Na,各成分比例見表1。

浸提溫度80℃,浸提時間80 min,獲得浸提液后,研究浸提溶劑對浸提液中茶多酚含量的影響。由于VC-Na對樹脂的影響,故選取檸檬酸、乙醇及水浸提得到的浸提液分別裝聚酰胺樹脂做柱色譜分離試驗,浸提液溫度降為30~40℃后,上柱吸附1 h,先后用500 ml 25%乙醇和520 ml 80%乙醇洗脫,收集變色(清亮的黃色變成酒紅色)0.5 min以后的洗脫液,做HPLC分析,研究浸提溶劑對成品中EGCG含量的影響。

1.2.3 浸提溫度、時間、料液比的單因素試驗。按照茶多酚提取方法,溫度條件依次為 40、50、60、70、80、90 ℃,浸提時間依次為 40、50、60、70、80、90 min,料液比依次為 1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20、1∶25 g/ml,以此研究各因素的影響作用。

1.2.4 正交試驗。通過單因素試驗,分析各因素對有效成分得率的影響,確定較佳的單因素試驗條件范圍,在此基礎上,以浸提溫度、浸提時間、料液比為主要影響因素,各選出3個水平,安排L9(33)正交試驗分析(表2)。

表2 正交試驗L 9(33)因素和水平

1.2.5 浸提液中茶多酚含量的測定。參照GB/T8313-2002(酒石酸亞鐵比色法),用紫外分光光度計測定浸提液中茶多酚的總量。

1.2.6 浸提液中EGCG含量的測定。取一定量茶多酚供試液,過0.22μm微孔濾膜,HPLC分析。HPLC測定條件:色譜柱選用 LunaC18柱(4.6 mm ×150 mm,5 μm),L-2420 型 UV紫外檢測器,流動相A為N,N-二甲基甲酰胺∶甲醇∶冰醋酸=40∶2∶1.5 ,流動相 B 為重蒸餾水,流速1 ml/min,柱溫40℃,檢測波長278 nm,采用線性梯度洗脫,梯度見表3。兒茶素組分標準樣液相色譜圖見圖1。

表3 線性梯度洗脫

2 結果與分析

2.1 浸提溶劑的選擇試驗結果 圖2顯示了浸提液中茶多酚含量與浸提溶劑的關系,由此可知,添加有檸檬酸和VCNa的浸提液對茶多酚的浸提效果最好,然后依次為添加檸檬酸的浸提液、乙醇浸提液、添加VC-Na的浸提液、水。

表4顯示了不同浸提溶劑同等環境下得到的兒茶素成品HPLC分析結果。由表4可知,水作為浸提溶劑,經柱色譜分離得到的兒茶素成品咖啡因含量較低,總兒茶素含量較高。分析其原因為:添加檸檬酸的浸提液pH較低,不利于兒茶素成分的吸附和洗脫;乙醇在浸提過程和柱層析過程中不能夠很有效地控制其揮發,同時嚴重影響了EGC對聚酰胺樹脂的有效吸附。綜合考慮溶劑的溶解選擇性、容易回收性、適當的密度、表面張力、安全性、化學穩定性和生產成本等因素,以及HPLC分析結果,選擇最佳浸提溶劑為水。

表4 兒茶素成品的HPLC分析

2.2 浸提溫度對浸提液中茶多酚和EGCG含量的影響 圖3表明,在一定溫度范圍內,隨著溫度的升高,浸提液中茶多酚的含量隨之升高,當溫度超過80℃,茶多酚含量隨溫度升高而下降,而且90℃溫度下浸提出的茶湯顏色偏黑。

圖4表明,在一定溫度范圍內,隨著溫度的升高,浸提液中EGCG的含量隨之升高,當溫度為80℃時,EGCG含量達到最大為6.0427%,溫度接著升高,EGCG的含量反而下降。

綜合考量浸提液中茶多酚和EGCG含量與溫度的關系,分析其原因為:浸提以擴散原理為基礎,隨溫度升高,擴散速度加快,浸提液中茶多酚和EGCG含量均有所增加,但當溫度到達一定值后,茶多酚和EGCG的氧化速度也加快,含量反而有所下降。

2.3 浸提時間對浸提液中茶多酚和EGCG含量的影響 圖5表明,在一定溫度范圍內,浸提液中茶多酚的含量與浸提時間成正比關系,浸提時間越長,茶多酚含量越高,當浸提時間為80 min時,茶多酚含量達到最大,超過這個點,時間延長茶多酚含量反而降低。

圖6表明,在一定溫度范圍內,浸提液中EGCG含量與時間成正比關系,時間越長,EGCG含量越高,當浸提時間超過60 min,含量明顯提高,當浸提時間為80 min時,EGCG含量為最大,超過這個點,時間延長浸提液中EGCG含量反而降低。

綜合考量浸提液中茶多酚和EGCG含量與浸提時間的關系,分析其原因為固-液浸提過程為3步:①溶劑進入固體內部,溶質溶解。②溶質從固體內部到表面。③溶質溶解液從固體表面到溶劑中。這個過程需要一定的時間,在這個時間范圍內,隨浸提時間的延長,茶多酚和EGCG浸出量增加,但當浸提時間到達一定值后,茶多酚和EGCG因溫度原因加快其氧化速度,含量反而有所下降。

2.4 料液比對浸提液中茶多酚和EGCG含量的影響 圖7表明,隨著浸提用水量的增加,浸提液中茶多酚含量呈上升趨勢,當料液比達到1∶20 g/ml時,再增加浸提溶劑的量對茶多酚的浸出影響不大。

圖8表明,隨著浸提用水量的增加,浸提液中EGCG含量基本呈上升趨勢,當料液比達到1∶20 g/ml時,再增加浸提溶劑對EGCG的浸出影響不大,甚至有略微下降趨勢。綜合考量浸提液中茶多酚和EGCG含量與料液比的關系,分析其原因為:茶粉中所含的水溶性有效成分是一定的,隨著浸提用水量的增加,茶多酚和EGCG的浸出含量基本呈上升趨勢,當浸提用水量到達一定值后,茶粉中水溶性成分已全部浸提出,再增加用水量也沒有明顯增加,反而會因溫度等原因加快茶多酚和EGCG的氧化,同時給后續吸附、洗脫和濃縮處理增加能耗,提高生產成本。

2.5 正交試驗確定浸提茶多酚和EGCG的最佳條件 由直觀分析表5可以看出,3個因素對浸提液中茶多酚含量的影響的主次關系依次為:浸提溫度、浸提時間、料液比;對浸提液中EGCG含量的影響的主次關系同樣依次為:浸提溫度、浸提時間、料液比。方差分析顯示,各因素對浸提液中茶多酚含量的影響,FA=469.824**,FB=17.382,FC=5.353,F0.05=19.00,F0.01=99.00;各因素對浸提液中 EGCG 含量的影響,FA=1 251.500**,FB=194.000**,FC=5.500,F0.05=19.00,F0.01=99.00。由此可以看出,浸提時間對浸提液中茶多酚含量的影響不顯著,但對浸提液中EGCG含量的影響極為顯著;料液比對浸提液中茶多酚和EGCG含量的影響都不顯著。

由直觀分析表5可見,于茶多酚的浸提效果而言,最佳工藝組合為A2B2C2,于EGCG的浸提效果而言,最佳工藝組合為 A2B2C1,但料液比1∶18 g/ml和 1∶20 g/ml對浸提液中EGCG含量的影響差別極小,料液比的影響本身又不顯著,故選擇浸提的最佳工藝組合為A2B2C2即浸提溫度80℃,浸提時間80 min,料液比1∶20 g/ml,經驗證試驗,該最優條件下,浸提液中茶多酚含量為20.16%,EGCG含量為6.108%。

表5 正交試驗L 9(33)結果

3 結論與討論

在單因素試驗的基礎上,采用L9(33)正交試驗確定道泉雅女茶中茶多酚和EGCG的最佳浸提工藝參數為:浸提溫度80℃,浸提時間80 min,料液比1∶20 g/ml。此工藝條件下,以水為浸提溶劑,得到的浸提液中茶多酚含量為20.16%,EGCG含量為6.108%。該方法綠色無污染,對提高道泉雅女茶下盤茶的利用率具有重要意義,同時為工業化制取茶多酚、分離純化EGCG單體提供研究基礎。

[1]YANGCS,LI G X,YANG Z H,et al.Cancer prevention bytocopherols and tea polyphenols[J].Cancer letters,2013,334(1):79 -85.

[2]蔣麗,王雪梅,全學軍,等.不同提取方法對茶多酚理化性質的影響[J].食品科學,2010,31(14):136 -139.

[3]SINGH B N,SHANKAR S,SRIVASTAVA R K.Green-tea-catechin,epigallocatechin-3-gallate(EGCG):Mechanisms,perspectivesand clinical applications[J].Biochem pharmacol,2011,82:1807-1821.

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