從茶葉中提取咖啡因研究方法的新進展

徐小嵐　朱秀麗　安然

【摘 要】咖啡因約占茶葉干重的2%-5%，具有重要的生理作用，從茶葉中提取的咖啡因是醫用咖啡因的重要來源。目前咖啡因提取方法多且差異大，本文從四個方面對咖啡因提取方法和工藝的研究進展做一介紹。

【關鍵詞】咖啡因；微波；Soxhlet提取法

咖啡因（Caffeine）[1]是茶葉、咖啡豆、可可、可拉果等植物體中的主要生物堿，因其具有較強的興奮中樞系統作用而廣泛用于醫藥、食品、化妝品等領域。咖啡因在生理上能刺激人體中樞神經系統引起興奮[2]，使人的頭腦清醒，有助于思維，提高勞動效率。此外，咖啡因能增強心臟和胃腸道功能[3]、調節脂肪代謝[4]，同時還可起到解毒的功效[5]。然而，高劑量攝入咖啡因會刺激中樞神經、影響睡眠、增加血壓、提高類風濕關節炎的患病率、致突變以及引起嬰兒早產[6-7]等。

顯然，從茶葉中提取咖啡因對人類的生活、生產具有重要意義。自20世紀90年代以來，有關如何高效率地從茶葉中提取咖啡因以及如何綠色地從茶葉中脫除咖啡因，國內外研究者報道了許多新的方法和輔助技術，大致可分為以下四類。

1 水提取-升華法

水提取-升華法[8-12]從茶葉中的提取咖啡因是利用咖啡因在水（特別是熱水）中具有一定的溶解性進行提取。一般先用水萃取茶葉中的咖啡因，然后再用溶劑萃取或其它方法提取水溶液中的咖啡因。

水作溶劑，在保證將茶葉中大部分的咖啡因提出的前提下，又不溶解其他雜質，價廉、無毒，不會對環境造成危害；并且水提取-升華法使用儀器均為常規儀器，操作成本低。

李沿飛等[9]將水洗-三氯甲烷萃取-真空升華三者融為一體，得到純度為99.9%的天然咖啡因，生產成本低，產品收率高，該法于1994年取得專利保護。方德國等[10]用熱水浸泡鮮茶葉提取咖啡因，以溫度、浸泡時問和茶水比為影響因素進行三因素三水平的正交實驗，確定最佳提取條件為l：20（質量比）的茶水比在100℃浸泡3min，可提取茶葉中83%的咖啡因，同時鮮葉中保留了95%的兒茶素。

2010年，刁曉菊等[11]利用5g茶葉在140ml純水中浸泡、煮沸15分鐘后，濃縮、升華可得37mg咖啡因。

水提法只適合于鮮葉和殺青葉，而不適合于揉捻葉和干燥葉。從食品學角度來說，雖然熱水浸泡可以有效提取咖啡因，但是由于浸泡過程中會將茶葉中其它一些易溶于水的成分（如茶多酚、氨基酸等）浸出，故對成品茶的風味有較大的影響[12]。

總體說來，水提法提取得到的咖啡因產量不高，通過增加溶劑量和提取時間，可以略微提高咖啡因的提取量。不過，從飲用茶的角度來看，水提法在茶葉中脫咖啡因技術的應用還是很綠色環保的。

2 有機溶劑提取-升華法

該法過去使用的有機溶劑有乙醇、氯仿或者二氯甲烷，Tetsuo等用水-氯仿混合物直接浸泡綠茶末，用結晶法獲取有機相中的咖啡因，2g茶提取了40.7mg咖啡因，但氯仿和二氯甲烷皆有很大毒性，二者作為提取劑有著很大的限制。

目前從環保的角度，多數使用95%的乙醇作為提取劑，采取Soxhlet提取法，5g茶葉回流40分鐘可以提取74.7mg咖啡因[13]。楊兵[14]等將Soxhlet提取法、超聲波法與微波法進行比較，結果表明，Soxhlet提取法效果最好。目前，Soxhlet提取法是實驗室最常用方法，在學生實驗中廣為采用。

最新研究表明，將Soxhlet提取法中的索式提取器改為恒壓漏斗連續回流，可以得到更高的提取效率[15-17]。2014年，徐帥[15]等采用1：1的EtOH-H2O作為提取劑，利用恒壓漏斗連續提取40min，收率比索式提取法提高20%，色譜分析產物純度可達98.5%，并且，利用此種方法，紅茶更適合進行咖啡因的提取，提取效率高于綠茶[15-16]。用恒壓漏斗代替索式提取器，很好地避免了虹吸不完全導致萃取液不能完全流入蒸餾燒瓶，因此，回流效率明顯提高。這一改進將會為高校本科生實驗提供更好的操作方法指引。

3 微波輔助提取法

微波輔助提取法[18-22]是指在微波場中，茶葉中的咖啡因組分被選擇性加熱，從茶葉中分離，進入到介電常數較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中。與傳統溶劑提取法相比，微波提取技術具有作用時間短、速度快、提取效率高、節能等顯著特點。

2004年，張燕瑜等[18]采用微波輻射法，微波功率為“高火”、提取劑80%（v/v）乙醇/水，輻射時間烏龍茶，4min和紅茶3min，烏龍茶和紅茶最高提取率分別為1.322%，1.128%。

2007年，李楠等[19]采用微波提取法，在微波功率500W，50%乙醇作為溶劑，料液比1：8，180℃微波溫度，微波加熱14min，提取率高達3.82/%。2008年，黃攀豪[20]采用微波輔助，以95%乙醇為溶劑，NaAc為沉淀劑，代替傳統的石灰石，間斷輻射5次，1min/次，繼續90℃水浴30min，提取率高達3.25%。

2010年，劉曉庚[21]等利用微波輔助，微波功率200W、提取劑80%（v/v）乙醇/水、料液比為1：16（m/V）、浸提時間9min（間隙式提取）、溫度83±5℃、連續提取3次，并且，通過使用自制復合中和沉淀劑，咖啡因提取率平均達到217.5mg/10g茶樣，比Soxhlet法的148.8mg/10g茶樣高49.1%。

2011年，李程等[22]采用微波輻射法，95%乙醇與水體積比為4：1，用量125ml，輻射時間3min，得到較高提取率。同年，黃金成[23]等利用連續微波場，從綠茶中提取天然咖啡因，設定微波輔助加熱溫度90℃、浸提時間15 min、微波功率250w、配制料液比l：16，80%乙醇做浸取劑，最大可提取87.35%的咖啡因，純度最高為99.6%。

總的來說，微波法提取茶葉中咖啡因提取率的重要因素是微波輻射時間和功率。若萃取時間太短，輻射功率過低，則咖啡因溶解尚未達成平衡，溶解量少，提取率低；若萃取時間太短，輻射功率過高，咖啡因易發生分解及其他損失，提取率同樣低，而且其他雜質也會增多，不利于咖啡因的提取純化。

4 超臨界二氧化碳提取法

超臨界萃取法（SFE）是近20年發展起來的一種新型的分離技術，該法利用超臨界狀態下的流體作溶劑，在超出臨界溫度與壓力的區域下進行萃取。用超臨界二氧化碳流體作為溶劑更顯優勢，因為二氧化碳的臨界值低，壓力與溫度的較小變化會引起流體密度的較大改變，并極易滲透到原料基質中，使萃取組分通過分配擴散作用而充分溶解，從而達到萃取的目的。

利用超臨界CO2提取茶葉中咖啡因在國內外有許多專利[24-28]，不同專利的主要區別在于原料預處理和萃取條件的不同。研究發現，超臨界提取過程中添加水或乙醇作為夾帶劑可以有效提高咖啡因的提取率。

早在1996年，柯昌強[24]等報道了超臨界CO2流體萃取及其在茶葉中的應用。2005年，于華忠[27]等將微波技術與超臨界CO2萃取技術相結合，茶葉經微波預處理后，超臨界CO2脫除綠茶中咖啡因的脫除率有明顯提高。

2007年，馬衛華[28]等報道了超臨界CO2萃取茶葉中咖啡因的影響因素，各因素的影響按大小排序依次為壓力>流量>溫度>時間，適宜的萃取條件為：壓力45MPa，溫度65℃，時間240min，CO2流量16kg/h，夾帶劑采用體積分數為50%的乙醇溶液， 適宜的夾帶劑添加量為120mL。

利用超臨界CO2提取茶葉中咖啡因的優點是超臨界二氧化碳對咖啡因選擇性高，同時具有溶解性大、無毒安全、工藝過程簡單。但是，因為該法設備和生產成本較高，其工業化應用還不理想。

5 結語

咖啡因對人類疾病的預防和救治具有很大的作用，從茶葉中提取咖啡因是比較常用的方法。今后，咖啡因提取研究的重點在于提取方法的創新，并且隨著綠色環保理念的貫徹，咖啡因提取工藝勢必要更加的節約能源、減少污染[29-30]。

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[責任編輯：楊玉潔]