黑茶中茶多酚和咖啡碱的超临界CO2流体萃取研究.docx

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黑茶中茶多酚和咖啡碱的超临界CO2流体萃取研究

黑茶中茶多酚及咖啡碱的超临界CO2流体萃取研究

　　摘要：

以益阳黑茶为原料，采用超临界CO2萃取技术提取黑茶中的茶多酚和咖啡碱，采用正交试验对

　　萃取温度、萃取压力、夹带剂浓度和夹带剂用量等因素进行优化（固定萃取时间为2h）.采用分光光度法测定

　　茶叶中茶多酚和咖啡碱的含量，根据正交试验极差分析结果得出茶多酚的最佳萃取条件：

萃取温度50℃，萃

　　取压力20MPa，夹带剂采用体积分数为70%的乙醇，适宜用量为100mL/150g，得率为（0.190±0.004）%.咖啡

　　碱的最佳萃取条件：

萃取温度40℃，萃取压力20MPa，夹带剂采用体积分数为70%的乙醇，适宜用量为300

　　mL/150g，咖啡碱得率为（0.457±0.036）%.

　　关键词：

茶多酚;咖啡碱;超临界CO2;黑茶

　　中图分类号：

TQ914.1文献标识码：

A文章编号：

1672–7304（2012）03–0056–04

　　ExtractionofTeaPolyphenolsandCaffeinefromBlackTeawith

　　SupercriticalCO2

　　YINZhi-fang,ZHONGTong-sheng,PENGXiao-yun,LIJie,WANGKe

　　（CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering,HunanCityUniversity,Yiyang,Hunan413000,China）

　　Abstract:

Supercriticalfluidextraction（SFE）wasusedtoextractteapolyphenolsandcaffeinefrom

　　blacktea.Conditionssuchasteperature,pressure,entraineragentsconcentrationandthedosageofentrainer

　　wereoptimizedwithorthogonaltest（extractiontimewas2hours）.Thecontentofteapolyphenolsand

　　caffeineweredeterminedbyspectrophotometry.Accordingtotheresultsoforthogonaltest,itshowedthatthe

　　optimumconditionswere:

theextractiontemperature50℃,pressure20MPa,70%ethanolsolution（in

　　volumeratio）ascosolvent,andthemostappropriateamount100mL/150gforteapolyphenols;theextraction

　　temperature40℃,pressure20MPa,70%ethanolsolution（involumeratio）ascosolvent,andthemost

　　appropriateamount300mL/150gforcoffeine.Theextractionratewas（0.190±0.004）%forteapolyphenols

　　and（0.457±0.036）%forcaffeineinthisextractioncondition.

　　Keywords:

teapolyphenols;caffeine;supercriticalCO2;blacktea

　　茶多酚（TeaPolyphenols，TP），又名茶单宁、

　　茶鞣质，是茶叶中多酚类物质的总称，包括黄烷

　　醇类、花色苷类、黄酮类、黄酮醇类和酚酸类等.绿

　　茶中茶多酚的总量占茶叶干重的15%-35%[1]，其

　　主要成分为儿茶素，它能高效清除体内自由基[1]，

　　这种能力使得茶多酚成为了一种天然的抗氧化

　　剂.茶多酚具有防治心脑血管疾病、抗癌、抗突

　　变、降低血压、血糖及抗过敏等多种医学作用.此

　　外，茶多酚还具有消炎杀菌、沉淀金属和增强免

　　疫力等特殊药理功能[2].

　　咖啡碱（Caffeine），又名咖啡因，是茶叶中含

　　量最高的生物碱，含量为2%-5%[3]，具有使中枢

　　神经系统兴奋、助消化、利尿、醒酒、强心、兴

　　奋心肌、促进机体代谢，增强机体对疾病的抵御

　　力等诸多作用[4]，在制药以及一些高级饮料和香

　　烟中作为添加剂使用，使用前景广阔.

　　目前常见的茶多酚和咖啡碱的提取以绿茶、

　　红茶等居多，常见的提取方法有：

溶剂提取法[5-6]、

　　微波萃取法[7-8]、柱层析法[9-11]、超临界CO2流体

　　萃取法[12-15]等.上述方法大都单独考察萃取茶多

　　酚和咖啡碱的工艺条件，而采用超临界CO2流体

　　萃取技术同时获取黑茶中茶多酚和咖啡碱的最佳

　　提取条件的研究则较少有报道.本文探讨了超临

　　界CO2萃取技术在提取茶多酚和咖啡碱时的压

　　力、温度、夹带剂浓度及夹带剂用量对茶多酚和

　　咖啡碱提取率的影响，并优化出最佳的提取条件，

　　为工业化生产提供了试验数据依据.黑茶中茶多

　　酚的含量还鲜有报道.

　　1材料和方法

　　1.1材料和仪器

　　益阳黑茶、福林酚试剂（1N）、没食子酸标准

　　品（纯度>98%），咖啡碱标准品（纯度>98%），碱式

　　乙酸铅、无水乙醇、甲醇、无水碳酸钠均为分析

　　纯，水为二次蒸馏水.

　　HA121-50-02型超临界萃取装置（江苏南通

　　华安超临界萃取有限公司）;RE2000A型旋转蒸

　　发仪（上海雅荣生化设备仪器有限公司）;U-3010

　　紫外可见分光光度计（日本日立公司）;SF-130型

　　粉碎机（湖南中诚制药机械厂）;高速离心机（湘仪

　　离心机仪器有限公司）;万分之一分析天平（常州

　　市亨托电子衡器有限公司）.

　　1.2试验方法

　　1.2.1原料的制备

　　散茶取样：

根据GB/T8302-2002[16]中捆包的

　　散茶取样，从捆包的散茶上、中、下部取样，作

　　为平均样品，装于包装袋中，以待粉碎.

　　茶样磨碎：

根据GB/T8303-2003[17]中的茶叶

　　磨碎方法，先用粉碎机将茶叶粉碎并过60目筛，

　　然后按GB/T8304-2003[18]中的120°C烘干法对茶

　　样进行烘干.

　　1.2.2茶叶中茶多酚和咖啡碱的提取及得率计算

　　采用超临界CO2为萃取剂，对萃取压力、萃

　　取温度、夹带剂浓度、夹带剂用量进行正交试验

　　设计.每组试验均取茶样150g，每隔0.5h取样

　　1次，共取样4次，正交试验设计方案见表1.

　　表1正交试验因素水平

　　因素

　　水

　　平萃取温度

　　（A）/℃

　　萃取压力

　　（B）/MPa

　　夹带剂浓度

　　（C）/（%）

　　夹带剂用量

　　（D）/（mL·g-1）

　　1401560100:

150

　　2402070200:

150

　　3402580300:

150

　　4501570300:

150

　　5502080100:

150

　　6502560200:

150

　　7601580200:

150

　　8602060300:

150

　　9602570100:

150

　　按如下公式计算.

　　总提取率=总萃取物质量/茶样质量×100%.

（1）

　　得率=m/M×100%.

（2）

　　式中，m为萃取物中茶多酚或咖啡碱质量;M为

　　茶样质量.

　　1.2.3没食子酸标准曲线的测定

　　称取20mg没食子酸于20mL比色管中用水

　　溶解，定容至刻度，摇匀，得到1mg/mL没食子

　　酸储备液（现配）.分别吸取0、0.5、1、1.5、2、

　　2.5mL没食子酸储备液于50mL容量瓶中，用水

　　定容至刻度，摇匀，得到浓度分别为0、10、20、

　　30、40、50μg/mL的没食子酸工作液.分别移取

　　不同浓度的没食子酸工作液各1mL于10mL比

　　色管中，标号1-6.然后分别加入5mL10%福林

　　酚试剂并摇匀，反应3-8min后加入4mL7.5%

　　Na2CO3溶液，加水定容至刻度，摇匀.于室温下

　　放置60min后，用10mm比色皿、在765nm波

　　长下测定吸光度[19].

　　1.2.4咖啡碱标准曲线的测定

　　称取20mg咖啡碱于20mL比色管中用水溶

　　解，定容至刻度，摇匀，得到1mg/mL咖啡碱储

　　备液（现配）.准确吸取5mL储备液于100mL容

　　量瓶中，加水定容至刻度，得到浓度为50μg/mL

　　的咖啡碱母液.分别吸取0、2、4、6、8、10、

　　12mL咖啡碱母液于一组50mL容量瓶中，各加

　　入2.0mL盐酸溶液（0.01mol/L），用水稀释至刻

　　度，摇匀，用10mm比色皿，在波长272.5nm

　　处，以试剂空白溶液作参比，测定吸光度（A）[20].

　　1.2.5萃取样中茶多酚及咖啡碱含量的测定

　　用磨口烧瓶从超临界CO2萃取设备的分离釜

　　中取样，采用旋转蒸发仪旋干萃取样中的溶剂，

　　记录烧瓶取样前后的质量变化.

　　从旋干后萃取物中取适量样品，用水溶解定

　　容至10mL离心管中，离心10min后，取上清，

　　用水定容至10mL.取2mL移入20mL比色管

　　中，按照没食子酸标准曲线的测定方法测定吸光

　　度[15]，从而计算萃取物中茶多酚的含量.

　　从旋干后萃取物中取适量样品，加水溶解定

　　容至50mL.离心10min后，取10mL上清液，

　　于100mL容量瓶中，加入4mL0.01mol/L盐酸

　　和1mL0.5g/mL碱式乙酸铅溶液，用水稀释至刻

　　度，混匀，静置澄清过滤.准确吸取滤液25mL，

　　注入50mL容量瓶中，加入0.1mL4.5mol/L硫

　　酸溶液，加水稀释至刻度，混匀，静置澄清过滤.用

　　10mm比色皿，在波长273.5nm处，以试剂空白

　　溶液作参比，测定吸光度（A）[16]，从而计算萃取物

　　中咖啡碱的含量.根据GB/T8313-2008[15]中茶多酚及GB/T

　　8313-2002[16]中咖啡碱的测定方法，按下式计算萃

　　取物中茶多酚及咖啡碱的含量：

　　目标产物含量（%）6

　　Std1

　　100

　　10

　　AVd

　　SLOPEmm

⨯⨯　　

⨯=　　

⨯⨯⨯　　

　　.（3）

　　式中，A为样品测试液吸光度;V为样品提取液

　　体积（茶多酚：

10mL，咖啡碱：

50mL）;d为稀

　　释因子（茶多酚：

10，咖啡碱：

20，）;SLOPEStd

　　为标准品标准曲线的斜率;m为样品质量（g）;m1

　　为样品干物质含量（%）.

　　2结果和分析

　　2.1没食子酸及咖啡碱标准曲线

　　采用波长扫描确定没食子酸和咖啡碱标准品

　　的最大吸收波峰位置，在最大吸收波长处进行吸

　　光度的测定，得到的标准曲线如图1所示.

　　没食子酸标准曲线方程A=0.0123c+0.0099

　　（R2=0.9995）.

　　咖啡碱标准曲线方程为A=0.0616c+0.0006

　　（R2=0.9999）.

　　图1没食子酸和咖啡碱标准曲线

　　2.2茶多酚及咖啡碱含量计算

　　正交试验中所得的萃取样品中仍含有一定量

　　乙醇，采用旋转蒸发仪蒸干，去掉其中的溶剂，

　　得到萃取干物质质量，从干物质中进行取样分

　　析.根据式

（1）计算.其中，V=10mL，d=1，

　　SLOPEStd=0.0123，m1=100%.由此可计算出每

　　组正交试验所得萃取样中的茶多酚和咖啡碱百分

　　含量以及茶多酚和咖啡碱总量，计算结果见表2.

　　表2萃取样品中的茶多酚及咖啡碱含量

　　序号萃取样总量/g茶多酚含量/（%）茶多酚总量/mg咖啡碱含量/（%）咖啡碱总量/mg

　　10.167647.0478.8430.7751.57

　　20.59307.7245.7823.00136.39

　　30.183012.9823.7545.7383.69

　　42.31577.67177.6224.64570.60

　　50.829920.04166.3152.15432.79

　　60.27837.4520.7331.6087.94

　　70.31583.5111.0928.9391.36

　　80.85455.6648.3326.21223.96

　　91.19075.4665.0327.38326.01

　　2.3茶多酚和咖啡碱得率计算

　　茶多酚和咖啡碱提取物的正交试验结果分析

　　见表3.由正交试验结果极差分析可知，各因素

　　表3正交试验结果分析

　　编

　　号

　　萃取温度（A）萃取压力（B）夹带剂浓度（C）夹带剂用量（D）

　　总提取率

　　/（%）

　　得率/（%）

　　（茶多酚,咖啡碱）

　　111110.1120.053,0.034

　　212220.3950.031,0.091

　　313330.1220.016,0.056

　　421231.5440.118,0.380

　　522310.5530.111,0.289

　　623120.1860.014,0.059

　　731320.2110.007,0.061

　　832130.5700.032,0.149

　　933210.7940.043,0.217

　　K10.033,0.6030.059,0.1580.033,0.0810.069,0.180

　　K20.081,0.2430.058,0.1760.064,0.2290.017,0.070

　　K30.027,0.1420.024,0.1110.045,0.1350.055,0.195

　　R0.054,0.4610.035,0.0650.031,0.1480.052,0.125

　　对茶多酚得率影响的主次顺序为A>D>B>C.因

　　素B的K1和K2非常接近，因此分别对组合为

　　A2B1C2D1，A2B2C2D1进行3次平行试验考察.各

　　因素对咖啡碱得率影响的主次顺序为

　　B>A>C>D.最佳萃取条件组合为A1B2C2D3.

　　2.4最佳萃取条件的验证

　　对茶多酚得率分析可知，因素B的K1和K2

　　非常接近，因此分别对组合为A2B1C2D1，

　　A2B2C2D1进行3次平行试验考察，结果见表4.在

　　咖啡碱的最优萃取条件A1B2C2D3下重复3次试

　　验，结果见表5.

　　表4茶多酚验证试验

　　总提取率/（%）茶多酚得率/（%）

　　序号

　　A2B1C2D1A2B2C2D1A2B1C2D1A2B2C2D1

　　11.5171.5500.1710.185

　　21.5231.5650.1630.193

　　31.5351.5630.1740.191

　　平均值1.525±0.0091.559±0.0080.169±0.0060.190±0.004

　　表5咖啡碱验证试验

　　序号总提取率/（%）咖啡碱得率/（%）

　　11.6580.451

　　21.6650.496

　　31.6630.425

　　平均值1.662±0.0040.457±0.036

　　3结论

　　通过4因素3水平正交试验设计及优化，得

　　到了超临界CO2流体萃取黑茶中茶多酚的最佳条

　　件：

A2B2C2D1，即萃取温度为50℃、萃取压力

　　为20MPa、夹带剂浓度为70%，夹带剂用量为

　　100mL/150g，茶多酚的得率为

　　（0.190±0.004）%.咖啡碱的最佳萃取条件为

　　A1B2C2D3，萃取温度40°C，萃取压力20MPa，

　　夹带剂浓度70%，夹带剂用量300mL/150g，在

　　此萃取条件下得到的咖啡碱得率（0.457±0.036）%.

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