用微波爐提取茶葉中咖啡因?qū)嶒灲榻B

單淞亭　朱子豐　凌　琿　陳　凱

微波技術(shù)在化學(xué)過程中的功效愈來愈引起人們的關(guān)注，并已用于化學(xué)中更多的領(lǐng)域。微波萃取的原理就是利用不同結(jié)構(gòu)物質(zhì)吸收微波能力的差異，使基體物中的目標(biāo)組分被選擇性加熱，物料內(nèi)部溫度上升，增大目標(biāo)組分的溶解度；加速目標(biāo)組分向萃取溶劑界面擴散，縮短目標(biāo)組分的分子由物料內(nèi)部擴散到萃取溶劑界面的時間而使萃取速率提高。微波對有機物的萃取的輔助作用主要來源于微波對細(xì)胞膜的生物效應(yīng)：微波輻射使細(xì)胞內(nèi)部溫度升高，壓力增大，最終導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂，使目標(biāo)組分從細(xì)胞中釋放出來[1]。目前微波輻射已迅速發(fā)展成為一項新興的天然產(chǎn)物提取技術(shù)。和傳統(tǒng)方法相比，新型實驗具有提取時間短、提取率高、溶劑消耗少等特點，體現(xiàn)了新興技術(shù)應(yīng)用和化學(xué)實驗綠色化的改革目標(biāo)。“茶葉中咖啡因的提取”實驗進(jìn)入高中《實驗化學(xué)》選修（魯科版）教材之時，也希望這種方法能對中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)改革拓寬發(fā)展的方向[2]。

1 實驗原理

咖啡因又叫咖啡堿，是一種生物堿，存在于茶葉、咖啡、可可等植物中。咖啡因是一種溫和的興奮劑，具有刺激心臟、興奮中樞神經(jīng)和利尿等作用[3]。本實驗以乙醇作為溶劑，用微波加熱提取，再經(jīng)濃縮、中和、升華，得到咖啡因。

2 實驗?zāi)康?/p>

1）學(xué)習(xí)從天然產(chǎn)物茶葉中提取咖啡因的基本原理和方法，了解咖啡因的一般用途。

2）了解微波這種特殊形式的能量，它可以大大提高天然產(chǎn)物的提取速度和提取率。

3 試劑與儀器

試劑：雨花茶、乙醇（95%）、生石灰。主要儀器：格蘭仕微波爐、錐形瓶、蒸發(fā)皿、濾紙、漏斗。

4 操作步驟

取大約5克研磨好的茶葉加入到250 ml的錐形瓶中，然后向其中加入20 ml乙醇（95%），浸泡1小時，放到微波爐中，調(diào)節(jié)火力至低檔，設(shè)定時間為3分鐘，然后開始微波加熱。時間到后，取出錐形瓶，再向里面加10 ml乙醇，微波加熱1分鐘。微波結(jié)束后，取出錐形瓶，乘熱將上清液倒入至盛有生石灰的蒸發(fā)皿中加熱，用玻璃棒進(jìn)行攪拌從糊狀至粉末狀。然后在蒸發(fā)皿上蓋一張扎有小孔的濾紙，再在上面扣一個口上塞有棉花的漏斗進(jìn)行加熱，使咖啡因升華，最后可以在濾紙的小孔周圍發(fā)現(xiàn)許多針狀晶體，就是結(jié)晶出來的咖啡因。

5 結(jié)果與討論

5.1 實驗優(yōu)化通過此實驗，考查了輻射時間和溶劑用量對咖啡因提取率的影響。微波輻射時間對咖啡因提取率的影響相對較大，時間太長或太短，樣品提取率都會低。最終確定輻射時間為4 min，這時咖啡因的溶解可達(dá)成平衡，提取率最高。溶劑用量對提取率的影響相對不大。隨著溶劑用量的增加，提取率也相應(yīng)提高，經(jīng)過實驗確定提取溶劑的用量為：分2次加入30 ml乙醇。

5.2 微波提取的優(yōu)點微波輻射提取的優(yōu)點：1）提取時間短，傳統(tǒng)的索氏提取回流時間至少60 min，微波提取只需要4 min；2）溶劑用量少，索氏提取一般溶劑用量在100 ml以上，而微波提取只需要30 ml的乙醇；3）提取率高，對同一批茶葉，微波提取的提取率比索氏提取的提取率高出27%，實驗的重顯性好。

6 注意事項

1）不同品牌的家用微波爐所用微波條件略有不同，微波條件選定以提取溫度達(dá)到70 ℃～80 ℃為原則，使用的微波功率一般選擇300 W左右。此外，微波爐不能長時間空載，否則可能損壞磁控管。

2）蒸發(fā)皿上覆蓋刺有小孔的濾紙是為了避免已升華的咖啡因回落入蒸發(fā)皿中，紙上的小孔應(yīng)保證蒸汽通過。漏斗頸塞棉花，為防止咖啡因蒸汽逸出。

3）在升華過程中必須始終嚴(yán)格控制加熱溫度，溫度太高，將導(dǎo)致被烘物和濾紙?zhí)炕恍┯猩镔|(zhì)也會被帶出來，影響產(chǎn)品的質(zhì)和量。進(jìn)行再升華時，加熱溫度亦應(yīng)嚴(yán)格控制。

7 結(jié)語

綜上所述，利用微波輻射法從茶葉提取天然咖啡因，不但能大幅度縮短提取時間，降低溶劑用量，而且具有提取率高等優(yōu)點。

參考文獻(xiàn)

[1]駱健美,盧學(xué)英,張敏卿.微波萃取技術(shù)及其應(yīng)用[J].化工進(jìn)展,2001(12):46-49

[2]王磊,等.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書化學(xué)?實驗化學(xué)(選修)[M].濟南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2004

[3](日)陳東達(dá).飲茶縱橫談[M].甘國材,譯.北京:中國商業(yè)出版社,1996