熱浸提法提取茶葉中茶多酚的方法優(yōu)化

李 娟，牟小鳳

(綿陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，四川綿陽(yáng) 621000)

0 引言

茶多酚(Tea Polyphenols)是一種混合物，它是茶葉中多酚類(lèi)物質(zhì)的總稱(chēng)，主要包括黃烷酮類(lèi)、花色苷類(lèi)、花白素類(lèi)、黃酮醇類(lèi)、酚酸和縮酚酸類(lèi)等6類(lèi)化合物[1]，在茶葉中的含量一般在15%～20%，其中黃烷酮類(lèi)含量最高，其次是黃酮類(lèi)，而其他酚類(lèi)物質(zhì)存在的量相對(duì)較少[2].常見(jiàn)的茶多酚為白色不定型粉末，易溶于水，可溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯、甲醇，不溶于氯仿.目前研究報(bào)道綠茶中的茶多酚含量較高.

茶多酚作為茶葉中主要成分之一，不僅可以形成茶葉中的色香味，也可以使茶葉具有保健功能[3].自發(fā)現(xiàn)茶多酚以來(lái)，就對(duì)茶多酚進(jìn)行了多種方面的研究，但是目前茶多酚的浸提工藝都還沒(méi)達(dá)到成熟和穩(wěn)定的條件，因此優(yōu)化提取茶葉中茶多酚的工藝條件具有重要意義，同時(shí)也為進(jìn)一步研究茶多酚在工業(yè)化生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)上提供了理論依據(jù).目前，關(guān)于茶多酚含量測(cè)定的研究很多[4-8]，有關(guān)提取茶葉中茶多酚的研究方法也很多，國(guó)內(nèi)外提取茶多酚的方法大致可以分為四種[9-11]：有機(jī)溶劑萃取法、金屬離子沉淀法、柱層析法和超臨界流體萃取法.但是這些大多都是注重茶多酚的后處理階段，只有較少人專(zhuān)門(mén)針對(duì)浸取工藝進(jìn)行研究，而浸提是各種提取方法的前提，是必須的一個(gè)工藝步驟，浸提工藝對(duì)后續(xù)所需產(chǎn)品的純度及產(chǎn)量都有十分重要的影響，因此優(yōu)化浸提茶葉中茶多酚的工藝條件，對(duì)于提高產(chǎn)品的產(chǎn)率和純度，具有非常重要的意義.本論文的目的是通過(guò)改變熱浸提法提取茶葉中茶多酚的不同工藝條件，對(duì)不同影響因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表，再按正交試驗(yàn)表依次進(jìn)行試驗(yàn)，最終獲得提取茶葉茶多酚含量的最佳工藝條件.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器(河南省予華儀器有限公司)、FA2004電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司).

1.2 試劑

綠茶(聯(lián)合利華食品(中國(guó))有限公司)、沒(méi)食子酸丙脂、酒石酸亞鐵、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、95%的乙醇(分析純，成都科龍?jiān)囼?yàn)廠).

1.3 含量測(cè)定原理、實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 研究的主要內(nèi)容 根據(jù)茶多酚研究的現(xiàn)狀，本文擬采用紫外可見(jiàn)分光光度技術(shù)研究立頓綠茶在不同熱浸提工藝條件下茶多酚的提取率情況.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：

通過(guò)改變不同的工藝影響因素：液固比、溶劑(乙醇)的濃度、浸提時(shí)間和提取溫度，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表，按照正交試驗(yàn)表依次提取茶葉中的茶多酚，利用酒石酸亞鐵比色法，該方法也是測(cè)定茶多酚含量的國(guó)標(biāo)方法，其測(cè)定原理是茶多酚類(lèi)物質(zhì)能與亞鐵離子形成紫藍(lán)色絡(luò)合物，該溶液對(duì)540 nm可見(jiàn)光有最大吸收，故用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)出其吸光度，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出茶水中茶多酚的含量，再通過(guò)比較茶多酚的提取率，最終獲得最優(yōu)的工藝條件.

1.3.2 綠茶中茶多酚的提取 稱(chēng)取0.500 0 g干燥且已被碾碎的茶葉，放進(jìn)準(zhǔn)備好的干凈的250.00 mL圓底燒瓶中，將95%的乙醇按照所需濃度進(jìn)行稀釋?zhuān)儆昧客踩∷梵w積的溶劑倒入圓底燒瓶中，在恒溫水浴鍋里面進(jìn)行回流提取，過(guò)濾，得到棕綠色液體，即可作為待測(cè)液.

1.3.3 茶多酚含量的測(cè)定 移取待測(cè)液1.00 mL于25.00 mL容量瓶中，加入5.00 mL酒石酸亞鐵溶液，再加入4.00 mL蒸餾水，充分搖勻，最后用配制的pH為7.5的緩沖溶液定容至刻度線，以蒸餾水作為空白對(duì)照，在波長(zhǎng)為540 nm處測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出其沒(méi)食子酸丙脂含量，然后乘上1.5的換算系數(shù)就是茶多酚的含量，根據(jù)稀釋倍數(shù)計(jì)算出待測(cè)液中茶多酚的總含量，除以稱(chēng)取茶葉的總質(zhì)量即為茶多酚的提取率.

1.3.4 沒(méi)食子酸丙酯標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 分別吸取濃度為1.000 0 mg·mL-1的沒(méi)食子酸丙酯標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25 mL于6個(gè)25.00 mL的容量瓶中，分別加入4 mL蒸餾水，再加入酒石酸亞鐵溶液5 mL，用配制好的pH為7.5的磷酸緩沖溶液稀釋至刻度，搖勻.用1 cm石英比色皿，在540 nm處以試劑空白作參比，用紫外分光光度計(jì)分別測(cè)量其吸光度.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)，繪制出沒(méi)食子酸丙脂標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示.

圖1 沒(méi)食子酸丙脂標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

可得出沒(méi)食子酸丙脂標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：y=13.189x+0.002，相關(guān)系數(shù)為：R2=0.999 6.

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

查閱相關(guān)針對(duì)綠茶中茶多酚的提取工藝的研究發(fā)現(xiàn)，主要的研究方法有水浸提-膜分離提取茶葉中的有效成分的綠色節(jié)能的新型組合工藝[12]、超聲浸提法[13，14]、微波浸提法[15]、復(fù)合酶輔助浸提[16]、有機(jī)溶劑浸提法、離子沉淀法等，之所以選擇有機(jī)溶劑(乙醇)浸提，是考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性的條件下的結(jié)果，并且本次所考察的液固比、溶劑濃度、浸提時(shí)間和提取溫度這四個(gè)因素并沒(méi)有在有關(guān)文獻(xiàn)中同時(shí)查閱到，且針對(duì)各個(gè)影響因素所設(shè)計(jì)的水平數(shù)也考慮的較細(xì)致，因此通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)找到較為合適的浸提條件.

表1 正交水平因素列表

2.1.1 提取條件優(yōu)化 本實(shí)驗(yàn)通過(guò)考察液固比、乙醇濃度、提取溫度和浸提時(shí)間4個(gè)因素對(duì)茶多酚提取率的影響，為了優(yōu)化有機(jī)溶劑法提取茶多酚的工藝條件，選用L16(45)的正交試驗(yàn)表，依次按表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察的因素水平表和正交實(shí)驗(yàn)表如下所示.

表2 正交試驗(yàn)列表及結(jié)果數(shù)據(jù)表

2.1.2 各因素對(duì)茶多酚提取率的影響效應(yīng)曲線 根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果分析表中各因素的k值，可以做出各因素對(duì)茶多酚提取率的影響因素曲線.

(1)由圖2可得，增大液固比，即增加提取溶劑的量，茶多酚的提取率增加，但當(dāng)增加至120∶1時(shí)，繼續(xù)增加提取溶劑的量，茶多酚提取率反而下降，可見(jiàn)，提取茶葉中的茶多酚的液固比為120∶1比較合適.

(2)由圖3可得，升高溫度，茶多酚提取率呈逐漸增加的趨勢(shì)，且曲線在溫度70 ℃至80 ℃之間時(shí)坡度最陡，由于溶劑乙醇的沸點(diǎn)為78 ℃，因此溫度在70-80 ℃比較適合.

(3)由圖4可得,在一定時(shí)間范圍內(nèi)，增加浸提時(shí)間，茶多酚提取率會(huì)提高，但隨著浸提時(shí)間逐漸增加，茶多酚的浸提率會(huì)出現(xiàn)下降的情況，可見(jiàn)茶多酚提取時(shí)間在30 min比較合適.

(4)由圖5可得，隨著乙醇濃度的增加，茶多酚提取率先增加后逐漸減小，即當(dāng)乙醇濃度為75%時(shí)，茶多酚提取率最高，可見(jiàn)提取茶多酚的乙醇濃度應(yīng)在75%較合適.

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

表4 方差分析表

2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果的方差分析 在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的方差分析中，計(jì)算各因素均方MS時(shí)，發(fā)現(xiàn)B、C、D三種因素的均方小于誤差的均方，則說(shuō)明提取溫度、浸提時(shí)間和乙醇濃度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響較小，為次要因素，所以可以將它們都?xì)w為誤差，這樣誤差的離差平方和、自由度和均方都會(huì)隨之發(fā)生改變，因此重新計(jì)算后不需要計(jì)算B、C、D的F值，求得因素A的F值為8.49，可知因素液固比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有顯著影響.

2.2 結(jié)果與分析

由表3和影響效率曲線分析可知，各因素對(duì)茶多酚提取率的影響大小依次為A>D>B>C，A的影響最大，C最小.最優(yōu)條件為A2B4C1D2，即：液固比為120∶1、提取溫度為80 ℃、浸提時(shí)間為30 min、乙醇濃度為75%.根據(jù)方差分析表也可以發(fā)現(xiàn)，因素液固比的影響最大，提取溫度、浸提時(shí)間和乙醇濃度的影響較小.

不同液固比對(duì)茶多酚浸提率的影響主要考慮的是溶劑量的多少，茶葉要與溶劑乙醇有充分的接觸，其中的茶多酚才能充分溶解在溶劑中，而在整個(gè)浸提過(guò)程中，主要是物質(zhì)的物理擴(kuò)散過(guò)程，增加溶劑體積可以在一定程度上增大細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)濃度差，從而提高茶多酚從茶葉細(xì)胞向溶液中擴(kuò)散的能力.但是當(dāng)液固比使擴(kuò)散趨于飽和時(shí)，再增加溶劑量反而會(huì)降低溶液中茶多酚的浸提率.

茶葉中茶多酚的溶解量在一定時(shí)間范圍內(nèi)，會(huì)隨著時(shí)間的增加而增加，但是因茶多酚熱穩(wěn)定性不好，提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，浸提液中的一部分茶多酚會(huì)被氧化，從而降低了溶液中茶多酚的浸提率.

在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，分子運(yùn)動(dòng)加劇，茶葉中茶多酚的溶解速度和溶解量都在增加，但是當(dāng)溫度增加到一定程度時(shí)，茶多酚已完全溶解，繼續(xù)增加溫度對(duì)茶多酚的含量也不會(huì)有太大影響.

在一定范圍內(nèi)，溶劑乙醇濃度的增加，茶葉與溶劑接觸程度加大，且細(xì)胞內(nèi)外濃度差增大，茶葉中茶多酚的溶解量在不斷增加，但是當(dāng)增加到某一程度時(shí)，茶葉與溶劑的接觸程度反而降低，使溶液中茶多酚的浸提率降低.

3 結(jié)論

本文采用紫外可見(jiàn)分光光度技術(shù)研究立頓綠茶在不同熱浸提工藝條件下茶多酚的提取率情況，利用酒石酸亞鐵比色法測(cè)定溶液中茶多酚的含量，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)液固比、溶劑(乙醇)濃度、浸提時(shí)間和提取溫度這四個(gè)影響因素對(duì)茶多酚的提取效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)各因素對(duì)茶多酚提取率的影響大小依次為液固比、溶劑(乙醇)濃度、浸提溫度和浸提時(shí)間，并且了解到各因素均應(yīng)在一定范圍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)最佳，最后通過(guò)比較茶多酚的提取率獲得本實(shí)驗(yàn)最優(yōu)的工藝條件，即液固比為120∶1、提取溫度為80 ℃、浸提時(shí)間為30 min、乙醇濃度為75%，按最優(yōu)工藝條件重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次達(dá)到最佳效果，即茶多酚提取率達(dá)到最高17.23%.