正交優(yōu)化石阡苔茶咖啡堿提取工藝

魯?shù)劳撼砂茙统桑υ拢?銅仁學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，貴州銅仁554300；.銅仁學(xué)院繼續(xù)教育部，貴州銅仁554300）

正交優(yōu)化石阡苔茶咖啡堿提取工藝

魯?shù)劳?，梁成艾2，唐幫成1，姚元勇1
（1.銅仁學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，貴州銅仁554300；2.銅仁學(xué)院繼續(xù)教育部，貴州銅仁554300）

摘要：為了綜合利用好石阡苔茶資源，優(yōu)化石阡苔茶咖啡堿的工藝條件，試驗以咖啡堿提取率為考察指標(biāo)，考察煮沸時間、茶湯比、沉淀劑濃度、萃取次數(shù)對咖啡堿提取的單因素試驗和正交試驗。結(jié)果表明，石阡苔茶水提正交試驗最佳工藝條件為萃取2次，沉淀劑濃度為0.2mol/L，茶湯比為1∶60 g/mL，煮沸15min。優(yōu)選得到的工藝條件簡便、安全、穩(wěn)定和可行。在此條件下，測得石阡苔茶咖啡堿水提的得率為1.92%。

關(guān)鍵詞：石阡苔茶；咖啡堿；提取工藝；正交試驗

茶葉為山茶科植物茶的芽葉，其藥用價值歷史悠久。《神農(nóng)本草經(jīng)》記載了久服茶葉能“安心益氣，輕身耐老”[1]。迄今已在茶葉中鑒定出450種以上的有機(jī)成分和15種以上的無機(jī)元素[2]。茶葉的化學(xué)成分不僅決定著茶葉的質(zhì)量，而且與飲茶的某些藥理功效也有著密切的關(guān)系。咖啡堿為茶葉的主要活性成分之一，具有抗癌、抗氧化、促進(jìn)血液循環(huán)、降血脂、強(qiáng)心、利尿、興奮中樞、消除疲勞等作用，應(yīng)用前景廣闊[1-3]。

“石阡苔茶”貴州三大名茶之一，是石阡縣支柱產(chǎn)業(yè)之一，已從一種飲料的植物升華為一種地理的象征，是貴州多彩文化的一部分[4-5]。咖啡堿是茶葉重要滋味物質(zhì)，是影響茶葉品質(zhì)的一個重要因素，同時也是一種重要的醫(yī)藥工業(yè)原料。咖啡堿易溶于水，在普通的茶葉中，一般占茶葉干物質(zhì)總量的2%～5%[6]，而工業(yè)提取率在0.5%～3%[1]。通過查閱文獻(xiàn)，對石阡苔茶中咖啡堿的定性、定量研究報道極少，沒有對其提取工藝進(jìn)行深入研究[5]。為了綜合開發(fā)利用好石阡苔茶資源，特進(jìn)行石阡苔茶的工業(yè)化水提工藝最優(yōu)條件研究。這將對開發(fā)石阡苔茶具有一定的理論參考價值。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1茶葉樣品

石阡苔茶，特級，2012年購于銅仁地區(qū)武陵山植物保健茶廠。

1.1.2儀器與試劑

電子可調(diào)電爐：鄭州博科儀器設(shè)備有限公司；AL204型電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；沙浴鍋：江蘇省金壇市成輝儀器廠；分液漏斗；醋酸鉛：重慶川江化學(xué)試劑廠；氯仿：天津市福晨化學(xué)試劑廠；試劑均為分析純。

1.2方法

1.2.1技術(shù)路線

精稱一定量茶葉→加入燒杯→加入一定量蒸餾水→煮沸一定時間→加入一定濃度沉淀劑→趁熱過濾→煮沸蒸發(fā)濾液至一定量→冷卻→加入氯仿→充分?jǐn)嚢琛浦练忠郝┒愤M(jìn)行萃取→過濾氯仿相→沙浴進(jìn)行加熱→并對產(chǎn)品進(jìn)行定性鑒定→根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量求出咖啡堿的產(chǎn)率。

1.2.2咖啡堿的提取方法[6-7]

準(zhǔn)確稱取茶葉5.000 0g與500mL燒杯中，加入一定量蒸餾水煮沸一定時間，加入醋酸鉛沉淀劑20m L，趁熱過濾，濾液蒸發(fā)至剩余25mL，加25mL氯仿進(jìn)行萃取，再過濾氯仿相，將氯仿過濾液沙浴加熱蒸干，即可得咖啡堿產(chǎn)品。

1.2.3咖啡堿的提取率

咖啡堿產(chǎn)率W/%=咖啡堿產(chǎn)量/茶葉質(zhì)量×100

1.2.4醋酸鉛沉淀劑的配制

配制0.1mol/L的醋酸鉛溶液：準(zhǔn)確稱取1.897 6 g醋酸鉛晶體，加入適量蒸餾水及2滴無水乙酸進(jìn)行溶解，定容于50m L容量瓶。其他濃度的醋酸鉛溶液按比例類似配置。

2　試驗結(jié)果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1煮沸時間對咖啡堿提取率的影響

精確稱取5.000 0 g茶樣品4份，分別用150mL蒸餾水分別煮沸5、10、15、20min，加入0.2mol/L的醋酸鉛沉淀劑20 m L，沉淀，過濾，蒸發(fā)，再用氯仿萃取1次，萃取液于90℃沙浴下蒸干即可，結(jié)果見圖1。

圖1　煮沸時間對咖啡堿提取率的影響Fig.1　Effectsof boiling tim eon extraction rateof caffeine

試驗表明：在煮沸時間10min時，咖啡堿的含量達(dá)到最高。

2.1.2料液比對咖啡堿提取率的影響

精確稱取5.0000g茶樣品6份，分別用50、100、150、200、250、300m L蒸餾水煮沸10min，加入0.2mol/L的醋酸鉛沉淀劑20mL，沉淀，過濾，蒸發(fā)，再用氯仿萃取1次，萃取液于90℃沙浴下蒸干即可，結(jié)果見圖2。

圖2　料液比對咖啡堿提取率的影響Fig.2　Effectsofm aterial to liquid on extraction rateof caffeine

試驗表明：在料液比1∶50（g/mL）時，咖啡堿的含量達(dá)到最高。

2.1.3沉淀劑濃度對咖啡堿提取率的影響

精確稱取5.000 0 g茶樣品5份，用150mL蒸餾水分別煮沸10min，分別用0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mol/L的醋酸鉛沉淀劑20mL沉淀，過濾，再蒸發(fā)，其次用氯仿萃取1次，萃取液于90℃沙浴下蒸干即可，結(jié)果見圖3。

圖3　沉淀劑濃度對咖啡堿提取率的影響Fig.3　Effectsof Precipitantconcentration on extraction rateof caffeine

試驗表明：在沉淀劑濃度為0.2mol/L時，咖啡堿的含量較高。

2.1.4萃取次數(shù)對咖啡堿提取率的影響

分別精確稱取5.000 0 g茶樣品用150m蒸餾水分別煮沸10min、并于0.2mol/L的沉淀劑20mL沉淀，過濾，蒸發(fā)，再用氯仿萃取1次、2次、3次，萃取液于90℃沙浴下蒸干即可，結(jié)果見圖4。

圖4　萃取次數(shù)對咖啡堿提取率的影響Fig.4　Effectsofextraction timeson extraction rateof caffeine

試驗表明：在提取次數(shù)2次時，咖啡堿的含量達(dá)到最高。

2.2正交試驗

為了優(yōu)選水提咖啡堿的最佳提取工藝參數(shù)，根據(jù)單因素試驗結(jié)果，確定煮沸時間、料液比、沉淀劑濃度和萃取次數(shù)4個因素進(jìn)行正交試驗，正交試驗因素水平表設(shè)計見表1,結(jié)果見表2。

表1 因素及水平Table1　Factorsand levels

表2　咖啡堿提取工藝正交試驗L（934）結(jié)果Table 2　Result oforthogonal testm ethod L（934）of caffeine extraction process

由表2可知，經(jīng)過極差分析與比較，對咖啡堿提取率影響因素大小順序為：萃取次數(shù)＞沉淀劑濃度＞料液比＞煮沸時間。由正交試驗可以得出咖啡堿提取的較好浸提條件為A3B2C2D3，即萃取次數(shù)2次，沉淀劑濃度0.2mol/L，料液比1∶60（g/mL），煮沸15min。

為了檢驗正交試驗結(jié)果的有效性，對表2的結(jié)果進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表3。

表3 正交試驗方差分析表Table 3　Resultsof varianceanalysisof orthogonal test

2.3驗證性試驗

根據(jù)正交試驗所得咖啡堿最優(yōu)組合提取方案為：A3B2C2D3，而正交試驗的9個方案中沒有該方案。為驗證該方案A3B2C2D3是否為最佳方案，按照提取條件，通過3組平行試驗來驗證，平行3次試驗，所得結(jié)果見表4。

表4　A3B2C2D3方案的驗證試驗Table4　Confirmatory test scheme of A3B2C2D3

由表3可知，所得咖啡堿提取率均大于正交表中9個方案的提取率，試驗結(jié)果與正交試驗結(jié)果相符。因此確定A3B2C2D3為石阡苔茶咖啡堿水提的最佳提取方案。

3　結(jié)論與討論

1）通過以上試驗，可以得出初步結(jié)論：一是對于石阡苔茶中咖啡堿的水提取最佳條件為：煮沸15min，沉淀劑濃度0.2 mol/L，料液比1∶60（g/mL），萃取次數(shù)2次。該方案具有簡便、經(jīng)濟(jì)、安全等特點。二是石阡苔茶中咖啡堿含量較普通茶葉含量較低，水提平均含量為1.92%，說明石阡苔茶內(nèi)涵品質(zhì)較好。

2）茶葉中咖啡堿含量與茶葉品質(zhì)的關(guān)系。茶葉中咖啡堿的含量與許多因素有關(guān)，不同種類和產(chǎn)地茶葉中的咖啡堿含量不同。在普通的茶葉中，咖啡堿的含量一般為2%～5%。咖啡堿含量的高低在一定程度上反映了茶葉質(zhì)量的好壞，如果茶葉中的咖啡堿含量越低，茶口味就越清純[8]。從試驗結(jié)果看出，石阡苔茶咖啡堿含量較低，品種較好。同時，茶葉的質(zhì)量與氣候、光照、生長環(huán)境、采收時期、加工工藝等因素有關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]于新蕊,曲軍,叢月珠.茶葉的化學(xué)成分及藥理作用研究進(jìn)展[J].中草藥,1995,26(4):219-221

[2]陳睿.茶葉功能性成分的化學(xué)組成及應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2004, 32(5):1031-1033

[3] 顏亭祥,張文高.茶多酚防治心腦血管病的研究進(jìn)展[J].山東中醫(yī)藥大學(xué)報,2000(4):314-316

[4]曹雨.石阡苔茶資源調(diào)查及保護(hù)對策[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38 (1):17-20

[5]魯?shù)劳?沈正雄,李鑫.石阡苔茶茶多酚提取工藝條件的優(yōu)化[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(1):132-134

[6] 刁曉菊,高峰.從茶葉中提取咖啡因不同實驗方法對照研究[J].徐州醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2010,30(3):165-166

[7]張帥.苦丁茶中咖啡堿的提取[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(16):4930

[8]吳漢福.六盤水4種茶葉咖啡堿含量的比較[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009,37(9):46-47

DO I：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.19.014

收稿日期：2014-08-12

基金項目：貴州省教育廳優(yōu)秀科研創(chuàng)新團(tuán)隊項目（黔教合人才團(tuán)隊字[2013]24號）；銅仁市科學(xué)技術(shù)研究項目（銅市科研[2012]63號-19）；貴州省高等學(xué)校重點學(xué)科項目（黔教合重支學(xué)科字[2011]232號）

作者簡介：魯?shù)劳?983—），男（土家），副教授，碩士，從事藥、食分析研究。

Op tim ization of Extraction Process in Shiqian Moss Tea Caffeine by Orthogonal Method

LUDao-wang1，LIANGCheng-ai2，TANGBang-cheng1，YAOYuan-yong1
（1.College ofMaterialsand Chemical Engineering，Tongren University，Tongren 554300，Guizhou，China；2.Division ofContinuing Education，Tongren University，Tongren 554300，Guizhou，China）

Abstract：To better comprehensive utilization Shiqian moss tea resources，optimize extraction process conditions in Shiqian moss tea caffeine，the yield of caffeine as index in experiment.Assay determination is conducted by apply of extraction time，solid-liquid ratio，precipitator concentration，extract times on caffeine extraction rate is determined through single factor and orthogonal experiment.It turned out that，the optimal extraction condition of Shiqianmoss tea is twice extract，precipitator concentration 0.2mol/L，solid-liquid ratio 1∶60 g/mL，extraction time 15min.Theprocessconditionsby optimizewassimple，safe，stable and feasible.In this conditions，the extraction rate ofShiqianmoss tea caffeine can reach to about1.92%.

Keywords：Shiqianmoss tea；caffeine；technology research；orthogonal test