曲面響應法優化陳皮普洱茶茶多酚的提取工藝條件

摘 要：研究利用有機溶劑提取陳皮普洱茶茶多酚的優化工藝，在溶劑選擇試驗基礎上，確定各單因子溫度、液料比、時間為自變量時，對茶多酚提取率的影響；利用曲線響應中心復合設計分析研究各自變量對茶多酚提取量的影響，并用優化響應器確定最佳提取條件：57℃、32：1、33min，茶多酚提取率為：9.98%。

關鍵詞：曲面響應；茶多酚；提取；優化

廣東新會陳皮素有“千年人參，百年陳皮”的美譽，是“廣東三寶”之一；而普洱茶是一種的發酵茶，因其獨特的滋味以及功能效果在中國得到普遍認可和喜愛。陳皮普洱茶綜合了陳皮獨有的果味清香和云南普洱特有的甘醇爽滑，兩者搭配風味一絕，保健功效十分顯著。陳皮普洱茶作為一種茶飲品，茶多酚（tea polyphenols，TP）是其保健功能的主要成分之一。研究發現茶多酚具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗輻射、抗高血脂、延緩衰老等藥理和保健作用[1]。

茶多酚為白色不定形粉末，易溶于水，可溶于乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯，不溶于氯仿；目前我國茶多酚的研究已達到世界先進水平，提取方法的有金屬離子沉淀法、有機溶劑萃取法、吸附樹脂法、微波浸提法離子沉淀法、超臨界流體萃取法等。其中有機溶劑提取法是應用最廣泛的方法之一。關于茶多酚的基礎研究，目前多集中在綠茶、青茶等其他茶類，而在陳皮普洱茶中研究較少[2]。

本文以陳皮普洱茶為樣品，以不同濃度的甲醇、乙醇、丙酮為提取液，選取提取效果最好的溶劑，通過對溫度、提取時間、溶劑體積的單因子實驗進行初步探討，進一步采用響應曲面法優化茶多酚的提取工藝，為陳皮普洱茶茶多酚的研究開發提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

（1）試樣：陳皮普洱茶

（2）試劑：甲醇、乙醇、丙酮、碳酸鈉（均為廣州化學試劑廠）、福林酚（Folin-Ciocalteu）試劑（上海金穗生物科技有限公司）、沒食子酸。

（3）儀器：紫外可見分光光度計（島津 UV2550）、數顯恒溫水浴鍋（常州華澳儀器有限公司）、電子分析天平（Sartorius）、超純水機（Milli-Q）、離心機（上海安亭儀器科學廠）、Lab-dancer（IKA）等。

1.2 方法

1.2.1 茶多酚標準曲線的繪制。稱取0.110g沒食子酸于100ml容量瓶中溶解并定容到刻度，搖勻；用移液管分別移取1.0，2.0，3.0，4.0，5.0ml的沒食子酸標準儲備溶液于100ml容量瓶中，分別用水定容到刻度，作為工作液。用移液管分別移取上述沒食子酸工作液、水、各1.0ml，每個試管分別加入5.0ml的福林酚（Folin-Ciocalteu），搖勻，反應5min，加入4.0ml7.5% Na2CO3溶液，加水定容到刻度，搖勻。室溫下放置60min，在765nm波長條件下用分光光度計測定吸光度（A）。以吸光度（nm）為橫坐標，濃度為縱坐標（μg/ml），結果見圖1。

1.2.2 根據下式計算得茶多酚含量：

2 試驗方法[3-4]

2.1 溶劑體系選擇

在50℃，25：1的液料比，時間為20min的條件下，分別以10%、25%、40%、55%、60%、80%的甲醇、乙醇和丙酮溶液對陳皮普洱茶的茶多酚進行提取，結果如表1。

表1 甲醇、乙醇、丙酮在不同濃度體系下的茶多酚提取率

由表1可知，60%濃度的乙醇提取率最高，其次為60%的丙酮；考慮到丙酮半數致死量（大鼠經口），有刺激、毒性；甲醇有毒，能引起雙目失明，大量飲用會導致死亡；乙醇無毒且價格便宜，提取率高，故用60%乙醇作為提取液。

2.2 單因子試驗

2.2.1 提取溫度對茶多酚提取率的影響。在60%乙醇25：1的液料比，時間為20min的條件下，探索不同溫度對茶多酚提取率的影響，結果如圖2所示。

由圖2可知，茶多酚的提取率與溫度并不完全程正相關，在一定階段隨著溫度的升高有顯著增加，但當溫度繼續升高時，提取率沒有繼續升高反而會下降。這可能是由于前期溫度的升高可以增加溶質的動能和擴散系數，有利于茶多酚克服氫鍵作用力的束縛溶出，但當溫度繼續升高會造成兒茶素類多酚的氧化聚合。

2.2.2 提取液料比對茶多酚提取率的影響。在50℃，60%乙醇，時間為20min的條件下，探索不同液料比對茶多酚提取率的影響。

由圖3可知，茶多酚提取率與液料比并不完全程正相關，隨著乙醇含量的增加而增加，但當料液比達到30：1后，茶多酚的提取量反而下降，因此從經濟角度考慮，選擇液料比30：1較為適宜。

2.2.3 提取時間對茶多酚提取率的影響。在50℃，60%乙醇，25：1的液料比的條件下，探索不同提取時間對茶多酚提取率的影響。

由圖4可知，茶多酚提取率與提取時間比并不完全程正相關，隨著提取時間的增加，陳皮普洱茶中多酚含量增加，介于20-30mins時含量達到最大值，多酚類化合物被束縛在植物細胞內部，溶劑的萃取需要一定的時間，延長萃取時間對提取率的升高具有一定的作用，30min后茶多酚的含量逐漸下降，可能是細胞內溶液和浸提液濃度經過一定時間后趨于平衡，多酚成份溶出量減少所引起的，并且多酚類物質部分氧化也會使含量降低，故提取時間20-30分鐘為宜。

2.3 響應曲面優化實驗設計

在單因子試驗結果的基礎上，綜合各因素對陳皮普洱茶茶多酚提取率的影響，確定3個影響因子，以軟件Minitab中使用曲面中心復合設計，60%乙醇作為提取溶液，分別以提取溫度、料液比、提取時間為影響因子，對試驗進行全面研究，從而快速有效地確定三因子系統下茶多酚提取的最佳條件。

由表2、表3可知，在該曲面試驗設計范圍，溫度、時間為顯著影響因子，R-Sq>80%、R-Sq（預測）>80%，得到茶多酚含量與三因子變量關系方程：茶多酚含量（%）=0.935+0.1897溫度+0.0979液料比+0.1355時間-0.001541溫度*溫度-0.001872液料比*液料比-0.001857時間*時間+0.000119溫度*液料比-0.000546溫度*時間+0.000508液料比*時間；模型擬合結果與實際測定值基本一致，表示模型與實際試驗擬合良好，證明曲面響應優陳皮普洱茶多酚提取是可行的。

在選取的各因素范圍內，通過minitab曲面響應優化分析研究得出陳皮茶洱茶的最佳條件：57℃，32：1，33min，復合合同意性為92.1%，茶多酚預測值為：10.13%。為檢驗響應曲面法所得結果的可靠性，采用上述優化條件進行陳皮普洱茶茶多酚提取，5次平行實驗得到的實驗提取率為9.98%，其相對誤差不到2%，因此曲面響應所優化的條件準確可靠，得到的陳皮普洱茶茶多酚提取條件具有實際應用價值。

3 結束語

（1）通過采用曲面響應中心復合設計分析表明了提取溫度、液料比提取時間對陳皮普洱茶茶多酚提取率的影響，R-Sq=97.71%，R-Sq（預測）=82.24%，R-Sq（調整）=94.56%，均大于80%表示擬合顯著，較好預測茶多酚提取率隨各因子變化的規律，證明曲面響應優化在茶多酚提取工藝優化上真實可行。

（2）響應曲面中心復合優化可得陳波普洱茶多酚最優最優條件：57℃，32：1，33min，實際平均茶多酚提取量為：9.98%。

參考文獻

[1]李淑娟.茶多酚的保健和藥理作用進展[J].西北藥學雜志，2010，25（1）：78-79.

[2]王小梅，黃少烈，李俊華.茶多酚的提取工藝研究[J].廣州化工，2001，29（4）：27-29.

[3]張素霞.茶多酚提取工藝的研究[J].食品科技，2010（8）：267-270.

[4]陳欲云，楊躍寰，曾燕，等.響應面法優化柚皮苷的提取條件[J].四川理工學院學報：自然科學版，2014（5）：8-11.