熱浸提法提取茶葉中茶多酚的方法優(yōu)化

李 娟，牟小鳳

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

0 引言

茶多酚(Tea Polyphenols)是一種混合物，它是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，主要包括黃烷酮類、花色苷類、花白素類、黃酮醇類、酚酸和縮酚酸類等6類化合物[1]，在茶葉中的含量一般在15%～20%，其中黃烷酮類含量最高，其次是黃酮類，而其他酚類物質(zhì)存在的量相對較少[2].常見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，就對茶多酚進(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，同時也為進(jìn)一步研究茶多酚在工業(yè)化生產(chǎn)和開發(fā)上提供了理論依據(jù).目前，關(guān)于茶多酚含量測定的研究很多[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，只有較少人專門針對浸取工藝進(jìn)行研究，而浸提是各種提取方法的前提，是必須的一個工藝步驟，浸提工藝對后續(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改變熱浸提法提取茶葉中茶多酚的不同工藝條件，對不同影響因素設(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)有限公司)、沒食子酸丙脂、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：

通過改變不同的工藝影響因素：液固比、溶劑(乙醇)的濃度、浸提時間和提取溫度，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，該方法也是測定茶多酚含量的國標(biāo)方法，其測定原理是茶多酚類物質(zhì)能與亞鐵離子形成紫藍(lán)色絡(luò)合物，該溶液對540 nm可見光有最大吸收，故用紫外可見分光光度計(jì)測出其吸光度，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，再用量筒取所需體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，過濾，得到棕綠色液體，即可作為待測液.

1.3.3 茶多酚含量的測定 移取待測液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照，在波長為540 nm處測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出其沒食子酸丙脂含量，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)算出待測液中茶多酚的總含量，除以稱取茶葉的總質(zhì)量即為茶多酚的提取率.

1.3.4 沒食子酸丙酯標(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)分別測量其吸光度.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)，繪制出沒食子酸丙脂標(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 沒食子酸丙脂標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

可得出沒食子酸丙脂標(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、浸提時間和提取溫度這四個因素并沒有在有關(guān)文獻(xiàn)中同時查閱到，且針對各個影響因素所設(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)通過考察液固比、乙醇濃度、提取溫度和浸提時間4個因素對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，繼續(xù)增加提取溶劑的量，茶多酚提取率反而下降，可見，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，且曲線在溫度70 ℃至80 ℃之間時坡度最陡，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,在一定時間范圍內(nèi)，增加浸提時間，茶多酚提取率會提高，但隨著浸提時間逐漸增加，茶多酚的浸提率會出現(xiàn)下降的情況，可見茶多酚提取時間在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，茶多酚提取率最高，可見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，發(fā)現(xiàn)B、C、D三種因素的均方小于誤差的均方，則說明提取溫度、浸提時間和乙醇濃度對試驗(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、浸提時間和乙醇濃度的影響較小.

不同液固比對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，而在整個浸提過程中，主要是物質(zhì)的物理擴(kuò)散過程，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，再增加溶劑量反而會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間范圍內(nèi)，會隨著時間的增加而增加，但是因茶多酚熱穩(wěn)定性不好，提取時間過長，浸提液中的一部分茶多酚會被氧化，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，茶多酚已完全溶解，繼續(xù)增加溫度對茶多酚的含量也不會有太大影響.

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，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定溶液中茶多酚的含量，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對液固比、溶劑(乙醇)濃度、浸提時間和提取溫度這四個影響因素對茶多酚的提取效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)各因素對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%.