脂溶性茶多酚制備工藝的研究

朱 媛 張雪松 黃小忠

(南京曉莊學院1，南京 210017)(江蘇農林職業技術學院2，鎮江 212400)

脂溶性茶多酚制備工藝的研究

朱 媛1張雪松2黃小忠2

(南京曉莊學院1，南京 210017)(江蘇農林職業技術學院2，鎮江 212400)

本試驗以乙酸酐為酰化劑對茶多酚乙酰化從而增強其脂溶性，以衡量脂溶性的產物透光率為參數。在分析乙酰化中料液比、吡啶催化劑用量、反應溫度、時間等單因素對產物性能影響的基礎上，利用響應面分析法優化了脂溶性茶多酚制備的條件并建立了可靠的多元二次回歸模型。結果表明，當料液比為1∶8.03，催化劑用量為0.31 g, 在61.3 ℃下回流反應1.93 h，改性茶多酚透光率達到了1.000，為茶多酚對照組的2.08倍。其油脂抗氧化保護系數為6.576 d，DPPH·抑制率0.922 1，分別提高了2.14倍和2.98倍。與丁基羥基茴香醚(BHA)與特丁基對苯二酚(TBHQ)相比，改性茶多酚的保護系數和DPPH·抑制率分別提高3.1倍、2.5倍、1.07倍、1.05倍。

茶多酚 乙酰化 脂溶性

茶多酚的主要成分兒茶素具有清除自由基、抗氧化等生物學功能，是一種不可多得的天然抗氧化劑。但酚羥基的親水性質導致了其易溶于水不易溶于油的溶解特性，這就限制了其在油脂體系中的應用[1]。近年來，研究將茶多酚改性，增加脂溶性，同時保留其良好的生物活性是擴大茶多酚應用領域的一項重要內容[2]。

目前合成脂溶性茶多酚的主要方法是將油溶性的脂肪烴引入到茶多酚多羥基的氧原子或苯環的碳原子上去。此法目前多用脂肪酸酰氯作為酰化劑，反應為強酸性介質，并且苯環上氫原子的取代雖然避免了酚羥基的破壞，但其使用的試劑不適合添加到食品中去，其溶劑殘留問題將阻礙脂溶性茶多酚在食品等行業中的應用[3]。此外，長碳鏈的引入對周圍酚羥基產生的屏蔽作用使其空間位阻增大；同時長碳鏈還會造成聚集，達不到增溶效果[4-5]。同時，目前雖然有很多研究者對改性進行研究以制備脂溶性茶多酚，但很少進行改性前后性能的比較，定量數據較少[6]。

對茶多酚進行小分子乙酰基修飾一方面可提高脂溶性，另一方面由于不存在多取代形式的空間屏蔽作用，可提高其活性[7]。本試驗以乙酸酐為酰化劑，以茶多酚為底物，在酚羥基中引入小分子的乙酰基，以提高其脂溶性，并以衡量改性產品脂溶性大小的透光率為參數，利用響應面分析法優化脂溶性茶多酚制備工藝條件。同時，單從產品脂溶性來考察改性效果的優劣并不全面，考慮到引入乙酰基后酚羥基的數目會減少，可能會導致茶多酚生物活性降低[8]。試驗對茶多酚改性前后與BHA、TBHQ2種常見抗氧化劑的抗氧化性能作了比較。為拓展茶多酚在油脂領域的應用提供一定的理論依據，以促進天然、高效的抗氧化劑的實用化研制。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆油：句容市市場所售，起始過氧化物值(POV)為3.04 mmol/kg。

茶多酚(>98%)：上海惠誠生物科技有限公司；RE-5203旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；WFG7200分光光度計：上海尤尼柯儀器有限公司；DZG-6050SA真空干燥箱：上海森信實驗儀器有限公司；KQ3200E超聲波振蕩儀：昆山超聲儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 茶多酚乙酰化合成工藝及精制

以乙酸酐為酰化劑，乙酸乙酯為溶劑，吡啶為催化劑，回流加熱。反應結束后，用少量水洗滌，靜置分層，取乙酸乙酯層，經減壓蒸餾、真空干燥后獲得產品。

1.2.2 油脂脂溶性的測定[9]

將樣品置于極低極性溶劑中，用紫外分光光度法測定溶液的透光度，透光率越高則該樣品脂溶性越強。測定時將樣品溶于氯仿中超聲溶解，經震蕩混勻，用紫外分光光度計在800 nm下測定透光率。

1.2.3 茶多酚油脂抗氧化測定[10]

按GB/T 5538—2005/ISO 3960—2001進行油脂過氧化值(POV)測定，將樣品按GB 2760—2007《食品添加劑使用標準》的最大允許量0.4%溶于無抗氧化劑大豆油中，在63 ℃下每隔24 h測定POV值，測茶多酚及其改性品的抗氧化值。按食用油衛生標準規定，油脂中POV達到11.8 mmol/kg時所需時間為誘導時間，即活性氧法(active oxygen method AOM)值，計算保護系數(protection factor，PF)：PF=添加抗氧化劑的AOM值/未添加抗氧化劑的AOM值。

1.2.4 茶多酚清除DPPH·(1,1-二苯基苦基苯肼)自由基抑制率

試驗參照盧聰聰等[9]清除DPPH自由基抑制率的測定方法。

1.2.5 單因素試驗

依次改變原料液料比、吡啶用量、反應時間和反應溫度4個因素，測定乙酰化產物的脂溶性透光率值。

1.2.6 響應面試驗

采用Design-Expert V8.0軟件設計四因素三水平的響應面試驗方案，脂溶性的透光率值為衡量指標。試驗因素水平表見表1，表1中液料比、吡啶用量、反應時間、反應溫度四因素分別對應試驗中因素的A、B、C、D。

表1 響應面試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 單因素結果分析

2.1.1 料液比的影響

由圖1可知，經過改性之后的產品其衡量脂溶性高低的透光率優于未改性茶多酚。隨著料液比的增加，透光率先升高后降低，當料液比為1∶8時透光率值達到最大，此時產物脂溶性最好。

圖1 料液比對產物脂溶性的影響

2.1.2 吡啶用量的影響

由圖2可知，隨著吡啶用量的增加，改性產物的透光率呈現先增大后減小的趨勢。當吡啶的添加量為0.3 g時，改性產物的透光率值達到最大。

圖2 吡啶用量對產物脂溶性的影響

2.1.3 反應時間的影響

由圖3可知，隨著反應時間的延長，改性產物的透光率逐漸增大，當反應時間為2 h時達到最大，繼續延長反應時間，透光率則減小。

圖3 反應時間對產物脂溶性的影響

2.1.4 反應溫度的影響

由圖4可知，隨著反應溫度的升高，所得改性產物的脂溶性有所提高，當溫度達60 ℃時達到最大；當反應溫度繼續升高，改性產物的脂溶性透光率則緩慢下降。

圖4 反應溫度對產物脂溶性的影響

2.2 響應面設計優化乙酰化工藝條件

2.2.1 響應面試驗設計及結果

響應面試驗設計及結果見表2。

表2 響應面試驗設計結果

2.2.2 方差分析

對表2數據運用Design-Expert.V8.0軟件進行模型選定與方差分析，結果見表3～表4。

P值小于0.05，說明對應的因素對響應值影響顯著。從表3可以看出，由于所選擇模型顯著，失擬項不顯著，所以所選擇的模型可靠。從方差分析來看，液料比、吡啶用量、時間和溫度對改性產物脂溶性的影響并不是簡單的線性關系。液料比、吡啶用量、時間這3個因素的影響較為顯著。并且這4個因素間存在交互影響，AD、BC的交互影響較為顯著(P<0.05)，CD交互影響為邊際顯著(P<0.1)。

表3 模型方差分析

表4 R2綜合分析表

2.2.3 響應曲面法分析各因素對脂溶性透光率的影響

固定其他因素條件，考察兩兩因素之間的交互作用對提取率的影響，可得一組動態響應曲面圖及其等高線圖(圖5～圖10)，從而確定因素的最佳水平范圍，結果選擇影響顯著的AD、BC、CD加以說明。

2.2.3.1 液料比和溫度對脂溶性透光率的交互影響

圖5和圖6為溫度和液料比對脂溶性的響應曲面和等高線圖。當時間與催化劑用量為最佳值時，隨著溫度的增加，改性產物的透光率先增大后減小。隨著液料比的增大，改性產物的透光率先增大后減小。由圖5～圖6可以確定最佳水平范圍溫度為51.5～62.8 ℃，液料比為6.33～7.82之間。

圖5 溫度和液料比對脂溶性的響應曲面

圖6 溫度和液料比對脂溶性的等高線圖

2.2.3.2 催化劑吡啶用量和時間對脂溶性透光率的交互影響

圖7和圖8為催化劑用量和時間對脂溶性的響應曲面和等高線圖。當溫度與液料比為最佳值時，隨著催化劑用量的變化，改性產物透光率發生顯著的變化，先變大后減少。而當時間改變時，改性產物透光率的變化相對不是很顯著。由圖7～圖8可以確定最佳水平范圍時間為1.54～1.97 h ，催化劑用量為0.22～0.32 g之間。

圖7 時間和催化劑用量對脂溶性的響應曲面

圖8 時間和催化劑用量對脂溶性的等高線圖

2.2.3.3 反應時間和溫度對脂溶性透光率的交互影響

圖9和圖10為時間和溫度對脂溶性的響應曲面和等高線圖。當催化劑用量與液料比為最佳值時，隨著溫度的升高、時間的延長，改性產物的透光率均先變大后減少。由圖9～圖10可以確定最佳水平范圍溫度為55.1～63.8 ℃ ，時間為1.52～1.95 h之間。

圖9 溫度和時間對脂溶性的響應曲面

圖10 溫度和時間量對脂溶性的等高線圖

2.2.4 最優條件預測

根據軟件分析可得模型理論最佳條件：液料比1∶8.03、催化劑用量0.31 g、反應溫度61.3 ℃、反應時間1.93 h，脂溶性透光率值為1。按此條件進行驗證，試驗所得改性茶多酚透光率為1，油脂抗氧化保護系數為6.576 d，DPPH·抑制率0.922 1，具有較好的抗氧化能力。

2.3 改性茶多酚性能比較

改性茶多酚與幾種常見抗氧化劑性能比較見圖11。從圖11中可以看出，與茶多酚對照組(即除未加乙酰化試劑外，與改性產品經過相同的處理)相比，改性茶多酚的油脂溶解性能得到較大提高，其透光率比對照組提高了2.08倍。同時抗氧化能力也得到提高，保護系數提高了2.14倍，DPPH自由基抑制率提高了2.98倍。改性茶多酚的抗氧化性能也優于BHA與TBHQ這2種常見的抗氧化劑，其保護系數、DPPH自由基抑制率分別是BHA和TBHQ的 3.1倍、2.5倍、1.07倍、1.05倍。

圖11 改性茶多酚性能比較

3 結論

試驗采用乙酸酐對茶多酚進行改性，從4個因素(液料比、吡啶用量、反應時間、反應溫度)考察了改性產品的脂溶性透光率。利用響應面法設計正交試驗，建立了四因素相互作用的數學模型，分析得出液料比、催化劑用量、反應時間、料液比-溫度、催化劑用量-溫度以及時間-溫度的交互影響較為顯著。模型預測最佳提取條件為：料液比1∶8.03、催化劑用量0.31 g、反應溫度61.3 ℃、反應時間1.93 h，改性茶多酚具有很好的脂溶性，透光率為1。同時，其油脂抗氧化保護系數為6.576 d，DPPH·抑制率0.922 1，與茶多酚對照組相比分別提高了2.08倍、2.14倍和2.98倍。與BHA和TBHQ相比，改性茶多酚的抗氧化能力分別提高3.1倍、2.5倍、1.07倍、1.05倍。

[1]聶芊,沈春燕.分子修飾法制備油溶性茶多酚及其抗氧化性能的研究[J].化學世界，2007，48(4)：209-211

[2]丁玲，屠幼英，陳曉敏.分子修飾后兒茶素的生物活性研究現狀[J].茶葉科學技術，2005(1):1-3

[3]應樂,蔣曉翠，姚波,等.脂溶性茶多酚抗氧化性能的研究及應用[J].中國食品添加劑，2012(Z1):110-117

[4]朱晉萱,金青哲，張士康,等.脂溶性兒茶素類化合物的制備研究進展[J].中國茶葉加工，2012(1):43-47

[5]張仁堂,谷端銀,黃守耀.茉莉花茶中茶多酚的提取分離純化及其抗氧化性能研究[J].中國食物與營養，2010(4)：47-51

[6]吳佳敏.茶多酚及其改性衍生物抗氧化性研究[J].中國食品添加劑，2009(1):110-113

[7]劉曉輝，江和源，張健勇,等.兒茶素酰基化修飾研究進展[J].茶葉科學，2009,29(1)1-8

[8]陳榮義.茶多酚的提取純化及其改性的研究[D].成都：四川大學，2005

[9]盧聰聰,邵衛梁，杭曉敏,等.兩種茶多酚化學改性制備的脂溶性茶多酚抗氧化性能研究[J].安徽醫藥，2008，12(3):201-204

[10]吳春,李俊生，車春波,等.脂溶性二氫楊梅素的制備及其抗氧化性研究[J].食品科學，2011，32(20)：69-71.

Preparation of Fat Soluble Tea Polyphenol

Zhu Yuan1Zhang Xuesong2Huang Xiaozhong2
(Nanjing Xiaozhuang University1, Nanjing 210017)(Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry2,Zhenjiang 212400)

Tea polyphenol has been acetylated by acetic anhydride as acylating agent so as to enhance fat solubleas and using light transmittance as a parameter to measure the fatsoluble product. Based on the effects of single factors

as acetylation of feed liquid ratio, pyridine catalyst dosage, reaction temperature and time on the properties of products,the Box-Behnken analysis had been adopted to optimize the fat soluble tea polyphenol preparation conditions and establish a reliable multiple quadratic regression model. The results showed that on condition that the feed liquid ratio of 8.03, catalyst dosage 0.31 g, at 61.3 ℃ reflux reaction 1.93 h, modification of tea polyphenols had satisfied fat soluble.The light transmittance was 1.000, which was 2.08 times than unmodified tea polyphenol. Its oil antioxidant protection coefficient was 6.576 d, DPPH·suppression ratio 0.922 1, which were increased 2.14 times and 2.98 times. Compared with BHA and TBHQ, the protection coefficient and DPPH·suppression ratio of modified tea polyphenol are rised 3.1 times, 2.5 times, 1.07 times and 1.05 times.

tea polyphenol, acetylation, fat soluble

TQ243.2

A

1003-0174(2014)06-0074-06

2013-07-04

朱媛，女，1980年出生，講師，天然活性物質開發與利用

張雪松，男，1979年出生，講師，生物化工