南昆山毛葉茶花色苷提取優化工藝研究

陳 瓊，陳忠正，陸瑞瓊，李 斌

（華南農業大學食品學院，廣東廣州510642）

南昆山毛葉茶花色苷提取優化工藝研究

陳 瓊，陳忠正，陸瑞瓊，李 斌*

（華南農業大學食品學院，廣東廣州510642）

為優化超聲輔助提取南昆山毛葉茶紫芽花色苷的工藝，本研究對主要提取工藝參數進行三因素三水平實驗設計，采用二次回歸旋轉組合實驗，確定超聲輔助提取優化條件。研究結果表明，在實驗范圍內，各因素對南昆山毛葉茶紫芽提取量影響程度從大到小依次為超聲提取時間、超聲功率、料液比，確定超聲波提取的最佳工藝條件為超聲時間25min，超聲功率158W，料液比1∶33（g/mL），在此條件下，花色苷提取量為8.092mg/g。

南昆山毛葉茶，花色苷，提取，響應面法

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南昆山毛葉茶 廣東省南昆山采集春夏季毛葉茶紫芽1芽2～3葉，微波干燥固樣；酸性甲醇溶液 85mL無水甲醇加15mL 1.5mol/L鹽酸混勻，分析純。

SB-5200DTD型超聲輔助提取儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；UV1200型紫外分光光度計HITACHI公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 南昆山毛葉茶紫芽花色苷的提取 取3.0g茶粉，按一定料液比加入1%鹽酸甲醇溶液浸提1h。置于超聲發生裝置中進行超聲處理，搖床振蕩10min（60r/min）后，過濾除濾渣，取上清液4mL，用1%鹽酸甲醇溶液定容至10mL，平衡30min后，在535nm處測定其吸光值。以1%鹽酸甲醇為對照樣，參考茶葉中花色苷量測定方法[6]，確定花色苷提取量。

式中：A：試液吸光值；V：吸取上清液量，mL；X：液料比；W：樣品干重，g；A對照：用1%鹽酸甲醇代替試樣測定；101.83：換算系數；50：稀釋倍數。

1.2.2 南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取工藝二次回歸旋轉組合設計實驗 根據前期單因素實驗結果，以影響南昆山毛葉茶紫芽花色苷量的主要因素為輸入變量，以花色苷提取量為指標，采用二次回歸旋轉組合實驗設計優化提取工藝。

1.2.3 響應面實驗因素及編碼水平 選擇提取溫度30℃，選用對花色苷溶出影響較大的料液比、超聲波提取時間、超聲波功率共3個因素，進行二次回歸旋轉組合實驗，各因素水平及編碼按表1所示。

表1 響應面實驗因素水平編碼表Table 1 Coded variables and their coded levels in response surface analysis

1.2.4 數據分析 實驗數據用Design Expert 8.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 響應面實驗設計及結果

采用響應面法對提取工藝參數進行三因素三水平實驗設計，具體實驗設計及結果如表2所示。

表2 響應面實驗方案設計及結果Table 2 Experimental design and corresponding results for response surface analysis

2.2 回歸方程的建立與檢驗

利用Design Expert軟件對表2中數據進行二次多元回歸擬合，得到南昆山毛葉茶花色苷提取量預測值對編碼自變量A、B和C的二次多項回歸方程：

對上述回歸模型進行方差分析（見表3），結果表明，模型是顯著的（p＜0.0001），回歸模型的決定系數為0.9887，說明該模型能夠解釋98.87%的變化，因此可用此模型對南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取量進行分析和預測，對實踐具有指導意義。

2.3 各因素影響程度和因素間交互作用分析

由表3的方差分析結果可知，模型的一次項對南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取的線性效應極顯著，二次項A2、C2對南昆山毛葉茶花色苷提取的曲面效應極顯著，B2項對南昆山毛葉茶花色苷提取的曲面效應不顯著，交互項BC交互效應較顯著，交互項AB、AC交互效應不顯著，各因素對紫芽花色苷提取量的影響從大到小依次為提取時間、超聲功率、料液比。

表3 響應面試驗結果的方差分析Table 3 Analysis variance of the constructed regression equation

超聲功率和超聲時間對花色苷提取量的影響響應曲面見圖1。由圖1可知，提取時間與超聲功率的交互作用顯著，在料液比為1∶30，超聲功率為90W時，要得到較高含量的花色苷，提取時間要大于25min，而當超聲功率為150W時，提取時間只需20min。這表明在本實驗水平范圍內，適當提高超聲功率有利于花色苷的溶出并縮短提取時間。

圖1 超聲功率和超聲時間對花色苷提取量的影響響應曲面Fig.1 Response surface maps of the changes of anthocyanins with ultrasonic power and time

超聲功率和料液比對花色苷提取量的影響見圖2。由圖2可知，在提取時間為20min時，超聲功率與料液比對南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取量的交互作用不顯著。在料液比一定的情況下，紫芽花色苷的提取量含量先隨著超聲功率的增大而增加，當功率大于150W時，繼續增大超聲功率，提取量下降。當超聲功率一定時，花色苷提取量隨料液比增大呈先增加后降低的趨勢，過高的超聲功率會導致花色苷的分解，造成損失。因此，當料液比、提取時間和超聲功率合理搭配時才能獲得較好的提取效果。

圖2 超聲功率和料液比對花色苷提取量的影響響應曲面Fig.2 Response surface maps of the changes of anthocyanins with ultrasonic power and solid-liquid ratio

料液比和超聲時間對花色苷提取量的影響響應曲面見圖3。由圖3可知，在本實驗水平范圍內，在超聲功率為150W時，提取時間與料液比對南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取量的交互作用不顯著。在一定的料液比范圍內，隨著料液比的增大，花色苷的提取量增加，料液比超過一定范圍后，花色苷的提取量反而下降。當料液比一定時，花色苷提取量隨著超聲時間的增加而增大。當提取時間一定時，適當加大料液比，能提高紫芽花色苷的提取量。

圖3 料液比和超聲時間對花色苷提取量的影響響應曲面Fig.3 Response surface maps of the changes of anthocyanins with time and ultrasonic power

2.4 工藝參數的優化及驗證

通過對南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取量的二次項數學模型解逆矩陣，得出南昆山毛葉茶紫芽中花色苷最優組合方案的提取條件為：料液比1∶33（g/mL），超聲功率158W，超聲時間25min。按最優組合方案進行驗證實驗3次，由表4驗證性實驗可知，該條件下的最大提取含量預測值為7.876mg/g，在最優條件下，驗證花色苷提取量為8.092mg/g，與理論預測值的相對誤差為2.7%。在此條件下的花色苷提取量比單因素得出的最佳提取條件下的產量高出6.03%。說明基于響應面法所得優化工藝參數可靠，具有實用價值。

表4 驗證試驗結果Table 4 Verifying test results

3 結論與討論

本實驗曾對提取溶劑濃度、超聲提取溫度、超聲功率、提取時間、料液比等單因素進行考察，結果發現，甲醇提取效果優于乙醇，甲醇濃度增大有利于南昆山毛葉茶紫芽花色苷的提取，而且加入少量鹽酸有利于花色苷的穩定，但鹽酸濃度較大時，濃縮蒸發時濃度過高，會降解花色苷，不利于提取，因此選用1%鹽酸甲醇作為提取溶劑。最終確定超聲功率、提取時間、料液比作為響應面設計實驗的考察因素。由于花色苷對高溫和光照較為敏感，因此提取過程適宜在室溫下避光進行。

本實驗采用響應面分析法進行南昆山毛葉茶紫芽花色苷提取工藝的研究，三因素對花色苷提取含量的影響程度大小依次為提取時間、超聲功率、料液比，確定超聲波提取的最佳工藝條件為料液比1∶33（g/mL），超聲功率158W，超聲時間25min，在該優化條件下，花色苷提取量為8.092mg/g。該工藝提取得量高、操作簡便，為南昆山毛葉茶紫芽花色苷的提取提供了實驗依據。

[1]李斌，陳國本，陳娟，等.茶樹天然無咖啡堿珍稀種質資源的研究[J].廣東茶葉，2000（4）：6-10.

[2]葉創新，興新強，袁長春，等.無咖啡因茶樹新資源可可茶研究綜述[J].廣東農業科學，2001（2）：12-15.

[3]文海濤.南昆山毛葉茶天然低咖啡堿代謝分子機理研究[D].廣州：華南農業大學，2008.

[4]蕭力爭，蘇曉倩，李勤，等.紫芽品種茶樹芽葉多酚類物質組成特征[J].湖南農業大學學報：自然科學版，2008，34（1）：77-79.

[5]譚勝兵.超聲波技術在天然產物提取中的應用[J].食品工程，2007（2）：47-50.

[6]黃易歡.茶學實驗技術[M].中國農業出版社，1995：125-126.

Study on optimizing conditions for anthocyanins extraction from Camellia ptilophylla chang

CHEN Qiong，CHEN Zhong-zheng，LU Rui-qiong，LI Bin*
（College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

In this experiment，optimization for anthocyanins extraction from purple leaves of Camellia ptilophylla chang was investigated using response surface methodology.The optimization strategy used was a threefactor three-level quadratic regression rotary combination design.The importance of three process parameters affecting extraction yield of anthocyanins in the order from highest to lowest was：ultrasonic treatment time，ultrasonic power，liquid-to-solid ratio.Ultrasonic treatment time of 25min，ultrasonic power 158W，liquid-tosolid ratio 1∶33（g/mL）were found optimum for anthocyanins extraction from Camellia ptilophylla chang.Under the optimum technology，the extraction of anthocyanins was 8.092mg/g.

Camellia ptilophylla chang；anthocyanins；extraction；response surface methodology

TS272

B

1002-0306（2012）22-0309-03

南昆山毛葉茶（Camellia ptilophylla chang）是20世紀80年代初，中山大學著名植物分類學家張宏達教授在中國廣東境內發現的一種天然無或低咖啡堿的茶樹品種資源[1-2]。該茶樹體內生物堿的組成由3%～6%的可可堿替代了3%～5%的咖啡堿，在藥理和生理功能上，避免了咖啡堿引起的不適癥狀，具有強心，保護缺氧心肌，提高機體動態耐力，抗腫瘤等特殊的功能活性，是珍稀的天然茶樹品種資源[2]。除了特殊的生物堿代謝模式外，南昆山毛葉茶紅紫色芽葉發生率高達60%～70%，花色苷含量遠高于黃綠色芽葉[3]。在傳統的茶葉加工中，紫色芽葉由于滋味苦澀、色澤深暗等不良品質被剔除[4]。然而，隨著植物花色苷在抗炎、調節血脂、改善胰島素抵抗、抗腫瘤等一系列生物活性研究的不斷深入，茶葉紫色芽葉的研究開始受到關注。超聲波輔助提取技術與傳統的浸提法相比，大大縮短了提取時間，提高了提取效率，而且不會改變被浸泡的化學成分的結構和性質，在提取花色苷類熱敏性物質時顯示出優越的性能[5]。本研究擬采用響應面法優化超聲波輔助提取南昆山毛葉茶紫芽花色苷的工藝參數，旨在為南昆山毛葉茶這一特色種質資源的深入研究及開發利用奠定技術基礎。

2012-08-17 *通訊聯系人

陳瓊（1974-），女，在讀博士，研究方向：食品生物技術。

現代農業產業技術體系建設專項資金資助（CARS-23）。