化學振蕩法測定綠茶中茶多酚的含量

賴紅偉，曹宏梅，王宇卓，杜鵑，蔣金鑫，姜濤，陶然，董順福

（吉林醫藥學院，吉林吉林132013）

化學振蕩是目前非線性化學反應動力學研究的重要內容，且一直是物理化學研究的熱點之一。它與普通的化學反應不同，各組分濃度隨時間不是單調地變化，而是會隨時間或空間位置發生周期性的變化[1]。這種規律性的變化與一些生物振蕩現象（如心臟跳動、鈣振蕩和糖酵解等）極其類似，因而使人們逐漸認識到生命現象和非生命現象之間遵循著某種相似的規律[2-3]。在均相的化學振蕩反應中，由于B-Z振蕩具有簡單、穩定的特點，因此被廣泛應用于化學、食品和藥物分析等許多領域，并取得了一些重要進展[4]。B-Z振蕩的反應現象雖簡單，但反應機理卻較為復雜，其中可能涉及到的基元反應多達二十個，目前普遍為人們所接受的是著名的FKN機理[5]。當振蕩反應進行到某個階段時，向體系中加入某種待測物，若該物質與該階段的某個反應物或產物發生反應，則必然會影響振蕩參數（如振蕩周期、振幅和誘導期等）的變化。隨被測物加入量的增大，所引起的變化值也隨之增大，據此就可對一些物質進行定性和定量分析[4]。

茶多酚（tea polyphonels，簡稱TP）是一種從天然植物茶葉中提取的多羥基酚類衍生物的混合物，其中含量最高的是表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG），約占60%～80%。研究表明，這種多酚類物質具有優異的抗氧化性能和顯著清除自由基的能力[6]。茶多酚產品的應用已有近20年的歷史，其中高純度的茶多酚主要用于醫藥行業，而一般純度的茶多酚則用于食品、保健品和化工等領域[7-8]。所以，有關茶多酚的分析測試就顯得十分重要。

茶多酚是由30多種含酚羥基的物質組成的一類混合物，因此茶多酚標準品的組成很難確定。目前國際上均采用沒食子酸（GA）作為標準品來定量茶多酚的含量，為此本研究也采用了沒食子酸作為標準品來測定綠茶中的茶多酚含量。本文中研究了茶多酚對經典的B-Z振蕩體系的影響行為，建立了一種低成本、耗時短、易操作和高靈敏度的測定茶多酚含量的新方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

沒食子酸標準品（AR）：天津市光復精細化工研究所；綠茶：吉林市多客源超市；丙二酸、溴酸鉀、濃硫酸、硫酸鈰銨：分析純；水為二次蒸餾水。

索式提取器；新世紀紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；申科R-205型旋轉蒸發器：上海申順生物科技有限公司；SHZ-D（III）型循環水式真空泵：鞏義市英峪予華儀器廠；W201D型恒溫水浴鍋：上海申順生物科技有限公司；FA1104N型電子分析天平：上海精密科學儀器有限公司；ZH-1C型超級恒溫水浴：南京多助科技發展有限公司；KH5200DB型數控超聲波清洗器：麗山水利超聲有限公司；BZ振蕩實驗裝置：南京多助科技發展有限公司；HJ-1型磁力攪拌器：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；232型飽和甘汞電極：上海越磁電子科技有限公司；213型鉑片電極：天津市蘭立科化學電子高技術有限公司；玻碳電極：上海辰華儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 B-Z振蕩體系的建立

在100 mL恒溫夾套玻璃反應容器中，以鉑電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極。首先加入一定濃度的丙二酸、H2SO4和KBrO3水溶液各15.00 mL，攪拌均勻，同時設定溫度為37℃，至少恒溫10 min。然后再加入已恒溫的一定濃度的硫酸鈰銨水溶液15.00mL，混合液總體積固定為60.00 mL，與此同時用B-Z振蕩試驗裝置記錄電位（E）-時間（t）曲線。

1.2.2 綠茶中茶多酚的提取

將茶葉烘干，粉碎后，過40目篩，裝瓶待用。稱取5.0 g并用濾紙包包好置于索氏提取器中。首先用50%（體積分數）的乙醇濃度140 mL，提取2 h；然后將粗提液旋轉蒸發至20 mL，在1 000 r/min的轉速下離心去掉殘渣；然后用等體積石油醚萃取3次。上述萃取液再繼續加入一定體積的超純水旋蒸數次，直至除掉乙醇及乙酸乙酯等有機溶劑，最后定容至100 mL容量瓶中，即得茶多酚提取液。

1.2.3 沒食子酸（或茶多酚）對B-Z振蕩體系的振動

待B-Z振蕩體系達穩定后，分別在誘導期處，第7個波峰和波谷處加入一定濃度的沒食子酸水溶液，觀察電位（E）-時間（t）的變化，從而建立測定茶多酚的沒食子酸標準曲線。

基于沒食子酸對B-Z振蕩體系的擾動規律，在指定位置處加入一定濃度的綠茶提取液，同時記錄其E-t曲線，根據振蕩周期的改變量來確定綠茶提取液中茶多酚的濃度。

2 結果與討論

2.1 反應條件對振蕩圖譜的影響

試驗表明，振蕩體系中各組分的濃度變化是影響分析測定時的靈敏度和精密度的主要因素。為了獲得規則穩定的振蕩曲線，在之前的研究工作中，確定了B-Z振蕩反應中各組分的最佳濃度：丙二酸、硫酸、溴酸鉀和硫酸鈰銨濃度分別為0.45、3、0.25 mol/L和4×10-3mol/L[9]。反應溫度對振蕩反應的誘導期和振蕩周期影響較大，而對振幅的影響較小。當溫度較高時，振蕩反應速率加快，所以誘導期時間大大縮短，振蕩周期也明顯減小。而當溫度較低時，誘導期時間過長，振蕩波形不穩定性，同時也不利于快速測定。本文中反應溫度為37℃，此溫度為人體的正常溫度[9]。此外，攪拌對振蕩參數也有一定的影響。當提高攪拌速率時，反應物和產物的擴散迅速，振蕩周期和振幅也發生一定幅度的改變。另外，攪拌也影響氧及二氧化碳在振蕩體系中的溶解度，溶解氧作為一種反應物可能也參與有關振蕩反應[10]。本研究中攪拌速率為500 r/min，可以保證振蕩波形的穩定。

2.2 沒食子酸對B-Z振蕩體系的影響

沒食子酸對B-Z振蕩體系的影響見圖1。

圖1 沒食子酸對B-Z振蕩體系的影響Fig.1 The influence of gallic acid on the B-Z oscillating system

本研究中參照紫外-可見分光度法測定茶多酚的方法，我們選用沒食子酸作為標準品來繪制標準曲線[11]。從圖1中可以看出，在B-Z反應的不同階段加入等量的沒食子酸水溶液，振蕩體系的誘導時間、振蕩周期和振幅都發生了改變。對于誘導時間，在誘導期處加入沒食子酸時的誘導時間持續較長（162 s），而在波峰和波谷處時則稍短（157 s）。除此之外，隨振蕩反應的進行，誘導期處的最低振蕩電位低于0.95 V，而波峰和波谷處則稍高于0.95 V。以上事實表明沒食子酸可能與丙二酸一起作為有機底物參與了振蕩反應，宏觀上表現為振蕩波形與波峰和波谷處時不同，這與文獻中的報道是相符的[12]。比較波峰和波谷處加入沒食子酸的振蕩波形，二者振蕩電位變化幾乎相同。

另外，對比波峰和波谷處加入沒食子酸的振蕩波形，可以發現在波谷處時的波形比較穩定，適于測定茶多酚，為此選擇在波谷處加入沒食子酸來繪制標準曲線。

2.3 沒食子酸標準曲線的建立

沒食子酸的標準曲線見圖2。可知，在第7個波谷處加入沒食子酸，當其濃度在1.6×10-2g/L～4.5×10-2g/L范圍內時，其濃度與振蕩周期的改變量（ΔT）之間存在著良好的線性關系，即ΔT/s=328.3×[原花青素濃度]+3.1（R=0.999 0，n=9）。

圖2 沒食子酸的標準曲線Fig.2 The standard curve of gallic acid

為保證分析測定茶多酚具有較高的準確度和精密度，在保持各條件不變的情況下，連續重復了6組試驗，其相對標準偏差（RSD）為1.4%，該數值＜5%，這表明試驗的準確性和重現性良好（見表1）。沒食子酸的檢測限為1.37×10-9g/L。

表1 化學振蕩法測定沒食子酸含量Table 1 The measurement of gallic acid by chemical oscillation method

2.4 茶多酚的測定

為研究本試驗所提出的方法的準確度，將提取的茶多酚溶液分別用紫外-可見分光光度法和化學振蕩法進行了測定，結果如表2所示。

表2 紫外-可見分光光度法和化學振蕩法測定結果的比較Table 2 The comparison of the results of UV Vis spectrophotometry and chemical oscillation method

從試驗結果可知，B-Z振蕩法的測定結果稍低于光度法，說明本研究所提出的方法可用于茶多酚的定量測定。

2.5 沒食子酸（茶多酚）可能的擾動機理

圖3（a）為沒食子酸的分子結構，對于沒食子酸的化學振蕩研究，李和興、高執棣等認為，在振蕩過程中沒食子酸既可作為有機底物，又可作為金屬離子催化劑，從而構成所謂的非催化振蕩體系[12-13]。因此，本研究中在經典的B-Z振蕩體系中，另外加入沒食子酸（茶多酚），必然對原來體系的振蕩參數產生影響。

圖3 沒食子酸（GA）和EGCG的分子結構Fig.3 The molecular structure of gallic acid（GA）and EGCG

由圖3可知，在B-Z振蕩過程中加入沒食子酸，體系的振蕩周期和振幅都發生了改變[圖3（b）]。我們認為茶多酚在振蕩體系中可能發生以下3個過程：1）茶多酚是一種羥基酚類化合物，具有還原性，因此可與B-Z振蕩體系中的氧化性成分（如BrO3-）發生氧化還原反應。此外，茶多酚中的酚羥基作為活潑氫的供體可使反應中產生的某些自由基失活，而本身被氧化形成穩定的醌類化合物。而這種醌類物質所起的作用與沒食子酸類似，可用作B-Z振蕩體系的反應底物和催化劑[13]。2）溴單質是B-Z振蕩體系中的一種重要的中間產物，容易與親電性的苯環發生取代反應，因此改變振蕩反應的振蕩周期。3）茶多酚中的鄰位二羥基結構可與B-Z體系中作為催化劑的Ce4+離子發生配位作用，從而改變[Ce4+]/[Ce3+]的比值[9]。根據電極電位的Nernst方程，茶多酚加入后振幅對應的電位降低，但振蕩波形基本不變，其可能發生的反應為：

3 結論

本文研究了沒食子酸及茶多酚對B-Z振蕩體系的影響，建立了一種檢測茶多酚的新方法。與其他方法相比，該方法具有儀器設備簡單、易于操作、靈敏度高和耗時少的特點。振蕩機理的研究表明，茶多酚在酸性的條件下可與體系中存在的氧化性成分發生氧化作用，與Ce4+發生絡合反應及與溴發生取代反應，因此改變了體系的振蕩參數。以上茶多酚的振蕩研究將有助于理解其作用機制和拓展其在食品、醫藥等領域的應用范圍。

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