微波輔助法提取茶多酚研究

李賡

摘 要：該研究以過80目篩磨碎的茶粉為原料，以水為介質，用微波加熱輔助提取的方法提取茶多酚，研究不同的微波功率、微波處理時間、預浸提時間及料液比條件對茶葉中茶多酚得率的影響，在單因素實驗的基礎上，通過正交實驗優化微波提取茶多酚的實驗條件，探究4個因素影響程度的大小。結果表明，在微波功率為396W，微波處理時間為180s，預浸提時間為75min，料液比為1∶45時，茶多酚的得率最高，達到9.73%。

關鍵詞：微波輔助法；茶葉；茶多酚

中圖分類號 S572 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）24-0026-04

飲茶已成為幾千年來中國人的風俗[1]，現代研究表明茶葉中含有多種營養成分和藥效成分，其中茶多酚含量豐富。茶多酚是一類多羥基酚類化合物[2]，為兒茶素類，另外還含有花色素、黃酮、酚酸、黃酮苷和縮酚酸等。茶多酚抗氧化性極強[3]，采用微波輔助法提取茶多酚時[4]，微波下的樣品可以得到電磁波和偶極轉動離子傳導的熱量被加熱，同時微波可以對植物細胞的細胞壁施加壓力[5]，從而使其細胞壁破裂，茶多酚就會從細胞中被釋放出來。微波輔助提取茶多酚處理過程簡單、效率高，且沒有被污染的風險。

1 儀器與實驗材料

1.1 實驗儀器 752型紫外可見光分光光度計（上海光譜儀器廠），UV-1600PC紫外掃描可見分光光度計（上海翱藝有限公司）、布氏漏斗、循環水式真空泵（上海科升儀器有限公司），旋轉蒸發儀（上海亞榮生化儀器廠），真空冷凍干燥機（上海精科儀器公司），家用微波爐（格蘭仕）。

1.2 實驗試劑 茶多酚標準品（純度98%）（購于中國藥品制品檢定所）。碳酸氫鈉、氯化鋅、乙酸乙酯、鹽酸等均為市售分析純。

1.3 實驗材料 本次實驗所用材料為過80目篩磨碎茶粉，由市場采購供茶葉，經樣品粉碎機研磨后過80目篩，得到過80目篩磨碎茶粉，儲存于真空干燥皿中，以使其保持干燥，隨用隨取。

2 實驗技術路線

分別稱取一定量的過80目篩的干燥茶粉于50mL錐形瓶中，加入一定量的蒸餾水，配制成一定的料液比浸提溶液。按照實驗需要先進行預浸提，達到預浸提時間后進行微波加熱處理，控制微波功率和微波處理時間。然后將微波加熱后的樣品去真空泵上進行減壓抽濾得到抽濾液，得到的抽濾液根據中加入5%的碳酸氫鈉溶液，以調節其pH值在7.0～8.5，然后加入ZnCl2沉淀劑，以使抽濾液中的茶多酚完全沉淀。茶多酚在堿性過強的溶液中會出現局部氧化的現象，待茶多酚完全沉淀后，從堿性環境中迅速脫離出來離心后取沉淀，在沉淀中加入足量的6mol/L鹽酸，使沉淀完全溶解而得到酸化液，然后用相同體積的乙酸乙酯萃取所得酸化液，萃取后保留萃取相，脫溶劑后在真空冷凍干燥機中進行真空冷凍干燥。去除水分后得到茶多酚成品，將所得到的茶多酚成品在感量為0.000 1g的電子天平上稱重，計算茶多酚得率。

3 實驗測定項目

3.1 茶多酚標準曲線的確定 用電子天平（感量為0.000 1g）準確稱取茶多酚標準品0.100 0g于燒杯中，加蒸餾水溶解，然后轉移至100mL的容量瓶中，用蒸餾水稀釋定容至刻度。搖勻后取該溶液10.00mL轉移至100mL的容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度。所得溶液即100mg/mL標準溶液。每組6個試管，共做3組平行實驗，每組分別取0mL、0.4mL、0.8mL、1.2mL、1.6mL、2mL配制好的標準溶液于試管中，用蒸餾水稀釋到10mL。稀釋后溶液的濃度分別為：4.0μg/mL、8.0μg/mL、12.0μg/mL、16.0μg/mL、20.0μg/mL。用UV-1600PC型紫外可見分光光度計對濃度為20.0μg/mL的溶液進行波長掃描。本次實驗掃描波長范圍為250～400nm，茶多酚-水掃描結果如圖1所示。對茶多酚-水溶液進行紫外波長掃描的目的是為了確定以水為溶劑時，茶多酚-水溶液的最大吸收波長。由圖1和表1可以看出，茶多酚-水溶液的紫外波長掃描結果為：只有一個波峰，即在273.2nm處有最大吸收峰。此處的吸光度值為0.456。

[掃描波長范圍（nm）＼&檢測模式＼&序號＼&波長（nm）＼&吸光度（abs）＼&透過率（%）＼&能量＼&亮能量＼&暗能量＼&增益＼&250.0～400＼&吸光度＼&1＼&273.2＼&0.456＼&35.0＼&11612＼&32935＼&121＼&4＼&]

用752型分光光度計在波長273nm下，分別測定上述3組平行溶液的吸光度A，并求3組溶液的光度的平均值，繪制標準曲線，見圖2。

3.2 不同單因素實驗對茶多酚浸提率的影響

3.2.1 不同微波功率對茶多酚得率的影響 每組用電子天平分別取0.500g磨碎茶粉于3個50mL三角瓶中，用移液管加入20mL蒸餾水，在不同微波功率（132W、264W、352W、396W、484W、528W）下，預浸提時間為75min，微波處理時間3min，每1min在冰水混合物中冷卻，然后繼續微波處理1min，在396W微波功率下，由于三角瓶局部受熱，茶水混合物會濺出。所以當微波功率超過396W時，采用30s加熱時間，然后放在冰水混合物中冷卻的方法，進行3組平行實驗，按上述方法計算濕重茶粉中不同微波功率下粗茶多酚浸出含量，并按上述純化方法對所得抽濾液進行純化。微波輔助法提取茶多酚的得率跟微波功率存在一定關系，如圖3所示。由圖3可知，微波功率在132～396W時，可以看到茶多酚的得率在緩慢的增加，在396W的時候出現了峰值。但超過396W后，茶多酚得率有下降的趨勢。原因可能是微波功率過小，能量不夠，茶粉中的茶多酚不能得到充分的浸提，而微波功率過大，又會對茶多酚起到破壞作用，導致得率下降。因此可以得出在預浸提時間為75min，微波處理時間為3min，料液比為1∶40的條件下，微波功率為396W是最佳的。

3.2.2 不同微波處理時間對茶多酚得率的影響 每組用電子天平分別取0.500g磨碎茶粉于3個50mL三角瓶中，用移液管加入20mL蒸餾水，并用移液管吹吸均勻，在不同微波處理時間（1min、2min、3min、4min、5min、6min）下，預浸提時間為75min，微波處理時間3min，波功率為396W，每半分鐘在冰水混合物中冷卻，然后繼續微波處理30s的方法對各個樣品進行微波處理，進行3組平行實驗，按上述方法計算不同微波功率下茶多酚浸出含量，并根據所得系數求出茶多酚得率。由圖4可以得知，茶多酚在不同微波處理時間下有明顯不同的得率，在微波處理時間為1～3min時，可以看到茶粉中茶多酚得率有明顯的增加，在微波處理時間為3min時，茶多酚有最好的得率。而隨著時間的增加，得率的總體趨勢是下降的，可能原因是微波輻射產生的電磁波把能量傳遞到茶粉的內部，瞬間加熱茶粉，但是茶多酚的耐熱性不好，所以得率會下降。因此，在微波功率為396W，料液比為1∶40，預浸提時間為75min時，微波處理時間為3min時，浸提效果是最佳的。

3.2.3 不同料液比對茶多酚得率的影響 每組分別用電子天平量取0.500g磨碎茶粉于3個50mL三角瓶中，讓其在不同料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60）下進行浸提，控制預浸提時間為75min，微波處理時間為3min，微波功率為396W，每30s在冰水混合物中冷卻，然后繼續微波處理半分鐘，按上述方法去測所得抽濾液吸光度值，計算不同微波處理時間下茶多酚浸出含量，并根據所得系數求出茶多酚得率。

由圖5可以看出，當料液比為1∶10～1∶40時，茶多酚得率逐漸增加，當料液比為1∶40時，茶多酚的得率最大，其后隨著溶劑量的增加，圖形有稍微下降的趨勢，但基本沒變化。原因是茶粉中茶多酚的量一定，當溶劑達到一定的量之后，會形成飽和溶液，再增加溶劑的量已經沒有意義，為節省溶劑和成本，當微波功率為396W，微波處理時間為3min，預浸提時間為75min時，料液比（g/mL）為

1∶40對茶多酚進行提取比較好。

3.2.4 不同預浸提時間對茶多酚得率的影響 每組用電子天平分別量取0.500g磨碎茶粉于3個50mL三角瓶中，在不同預浸提時間（0.5h、1h、1.5h、2h、3h、4h）下，控制料液比為1∶40，微波處理時間為3min，微波功率為396W，每30s在冰水混合物中冷卻，然后繼續微波處理30s，按上述方法計算不同微波處理時間下茶多酚浸出含量。并根據所得系數求出茶多酚得率。由圖6的趨勢可以看出，當預浸提時間為0.5～1h時，茶多酚的得率隨預浸提時間的增加而明顯增加，1～1.5h時，茶多酚浸出含量隨預浸提時間的增加而增加，但增加幅度不大，當預浸提時間為1.5h時，茶多酚的得率最大。原因是達到一定時間，茶粉中茶多酚基本都會被浸提出來，延長預浸提時間意義不大，為節約時間，提高效率，當微波功率為396W，微波處理時間為3min，料液比為1∶40時，可以選擇預浸提時間為1.5h，以提取茶葉中的茶多酚。

3.3 浸提條件的優化 根據以上分析，在單因素實驗的基礎上，采用正交設計，研究微波功率、微波處理時間、料液比、預浸提時間對茶葉中茶多酚浸提效果的影響并確定最佳的條件組合。利用正交設計助手軟件，進行正交實驗的設計。正交實驗選用3水平4因素L9（34）的正交實驗，在選擇各個因素和水平時，根據單因素實驗在各因素下的最優條件，適當縮小水平間的間隔，選用的因素和水平見表2。

利用正交實驗設計助手，設計的9組正交實驗及實驗結果如下：

3.3.1 實驗數據處理結果 根據正交實驗的結果可以看出，第5組實驗中茶多酚的得率最高，即微波功率為396W，微波處理時間為180s，料液比為1∶45，預浸提時間為75min時是此次正交實驗的最優的實驗組合（表3）。

3.3.2 正交實驗結果的極差分析 通過極差分析的結果來看，4個因素對茶多酚得率的影響效果是不同的，其影響程度大小依次為A>C>D>B，即微波功率>料液比>預浸提時間>微波處理時間，表明對茶多酚得率影響效果最大的是微波功率。其可能的原因是微波功率較高時對茶粉的穿透力極強，微波爐內的電磁波可以直接對茶粉內的細胞起作用，使得茶多酚從茶粉細胞溶出的速度加快，微波功率又直接影響著溶液的溫度，高的微波功率可以使溶液的溫度迅速升高，而茶多酚在溫度較高時也會比較容易流出。料液比在一定范圍內對茶多酚浸提效果影響較大，有足夠的溶劑才會把茶粉中的茶多酚盡可能多的提取出來。預浸提時間對茶多酚浸提效果的影響不是很大，因為達到一定的預浸提時間茶多酚基本都會被浸提出來。而微波處理時間過長會使溶液中溶劑蒸發速度較快，即溶劑還未來得及將茶多酚浸提出來就已經被揮發。因此根據以上的結果分析，實驗過程中茶多酚提取的最優條件組合是A2B2C3D1，即在進行微波輔助法提取茶多酚時，最佳的提取條件為：微波功率396W，微波處理時間180s，料液比為1∶45，預浸提時間75min。

3.3.3 正交實驗結果的方差分析 由方差分析表可以看出，微波功率對茶多酚得率的影響特別顯著，其次是料液比，然后是預浸提時間，最后是微波處理時間（表5）。所以在生產中應嚴格控制微波功率，以保證茶多酚具有較高的得率。在生產過程中生產條件的控制直接影響著生產產品的質量和經濟效益，所以在用微波輔助法提取茶多酚時應嚴格控制微波功率，以保證茶多酚具有較高的得率。

3.3.4 穩定性實驗 根據正交實驗確定的最佳實驗組合，即A2B2C3D1，準確稱取2份0.500g的干燥茶粉于50mL的三角瓶中，加入22.5mL的蒸餾水，配制成1∶45料液比的溶液，預浸提75min，控制微波功率為396W，微波時間180s，依照上述方法測量2份樣品中茶多酚得率[11]。由表6可知，在最優條件組合下，茶多酚的平均得率為9.73%，表明實驗穩定性較好。

參考文獻

[1]顧謙.茶葉化學[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2002：355.

[2]趙大洲，石蓓梅，葉主虹.茶多酚水提與醇提的比較研究[J].食品研究與開發，2007，28（8）：69-71.

[3]熊衛東.天然食品抗氧化劑茶多酚的提取及應用研究[J].食品工業科技 2003，24（7）：42-44.

[4]宋建紅，汪建華.用微波萃取法提取茶葉中茶多酚的工藝研究[J].遼寧石油化工大學學報，2006，26（4）：123-25.

[5]覃勇軍，黃道戰，石靈高，等.微波萃取茶葉中茶多酚的工藝改進[J].廣西民族學院學報（自然科學版），2002，8（4）：36-38.

（責編：張宏民）