茶葉浸提液微波輔助萃取過(guò)程中溶劑選擇的差異

劉自琴，黃惠華

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640)

茶葉浸提液微波輔助萃取過(guò)程中溶劑選擇的差異

劉自琴，黃惠華*

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640)

研究了綠茶中活性成分兒茶素單體在不同性質(zhì)的溶劑(甲醇、乙醇、水、乙酸乙酯)下，微波輔助萃取的效率和選擇性差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，酯型兒茶素單體(L-EGCG和L-ECG)用甲醇或乙醇萃取較用水萃取效率高，其他三種簡(jiǎn)單兒茶素單體(L-EGC，D，L-C，L-EC)則是以純水作為萃取溶劑萃取效率為佳。乙酸乙酯對(duì)兒茶素各單體的浸出量相對(duì)水、甲醇和乙醇都大幅減少。適當(dāng)增加萃取溶劑的離子濃度，會(huì)有利于微波輔助萃取效率的提高，但溶劑的離子濃度過(guò)大時(shí)，會(huì)降低兒茶素各單體的浸出量。

兒茶素，微波輔助萃取，溶劑，離子濃度

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

英德低檔綠茶 購(gòu)于廣州市場(chǎng);L-表沒(méi)食子兒茶素(L-EGC)標(biāo)準(zhǔn)品、D，L-兒茶素(D，L-C)標(biāo)準(zhǔn)品、L-表兒茶素(L-EC)標(biāo)準(zhǔn)品、L-表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(L-EGCG)標(biāo)準(zhǔn)品、L-表兒茶素沒(méi)食子酸酯(L-ECG)標(biāo)準(zhǔn)品 均購(gòu)于Sigma公司;甲醇色譜純，購(gòu)于汕頭西隴化工廠;冰醋酸 分析純，購(gòu)于天津大茂化學(xué)試劑廠。

超聲波脫氣裝置 上海超聲儀器廠;高效液相色譜系統(tǒng) Waters中國(guó)有限公司;高效液相色譜系統(tǒng)(HPLC)waters 600型高效液相色譜儀、waters 996紫外-可見光吸收檢測(cè)器、泵控器(PCM)、手動(dòng)進(jìn)樣器、HP計(jì)算機(jī)帶Millenium32色譜管理系統(tǒng)軟件等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微波輔助萃取方法 實(shí)驗(yàn)流程:準(zhǔn)確稱量2.500g干茶葉，加入50mL萃取試劑，在冷凝回流狀態(tài)下，按照設(shè)計(jì)好的微波輻射條件進(jìn)行萃取，對(duì)浸提液抽濾，得茶湯清液。按照HPLC檢測(cè)要求處理，再進(jìn)行HPLC的測(cè)定。

微波輔助萃取方法:應(yīng)用不同的有機(jī)溶劑微波加熱提取，需采用冷凝回流加熱，以免溶劑發(fā)生“爆沸”現(xiàn)象溢出。在540W微波輸出功率下，輻射作用3.5min，萃取溶劑易加熱回流，一般保持間歇式的沸騰狀態(tài)，可認(rèn)為基本提盡有效成分。

1.2.2 兒茶素單體測(cè)定方法 采用高效液相色譜法測(cè)定兒茶素單體，條件如下:固定相(色譜柱):Waters μ-Bondapak C18柱(300×3.9mm，5μm);流動(dòng)相:甲醇∶水∶冰醋酸(26∶74∶0.5，V/V);流速:0.5mL/min;檢測(cè)波長(zhǎng):278nm;室溫;進(jìn)樣體積:10μL。所有流動(dòng)相及進(jìn)樣液體均經(jīng)過(guò)超聲波脫氣和0.45μm HA濾膜過(guò)濾。

采用兒茶素標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行定性分析，采用外標(biāo)法進(jìn)行定量分析。標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:分別精密稱取10.0mg的L-EGC、D，L-C、L-EC、L-EGCG和L-ECG標(biāo)準(zhǔn)品，用80%(V/V)乙醇溶液定容于10mL的容量瓶中備用，在0.45μm微孔過(guò)濾器中過(guò)濾。再分別配制成濃度為0.1、0.3、0.5、0.75、1.0mg/mL的溶液，以微量進(jìn)樣器分別吸取10μL進(jìn)樣，在上述色譜條件下進(jìn)行HPLC分析。以各組分的進(jìn)樣量X(μg)對(duì)峰面積Y進(jìn)行線性回歸。

2 結(jié)果與分析

2.1 各種兒茶素單體的tR值及外標(biāo)法回歸

在高效液相色譜的檢測(cè)條件下，進(jìn)行五種茶多酚主要單體成分:L-表沒(méi)食子兒茶素(L-EGC)、D，L-兒茶素(D，L-C)、L-表兒茶素(L-EC)、L-表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(L-EGCG)和L-表兒茶素沒(méi)食子酸酯(L-ECG)的HPLC檢測(cè)，得各單體HPLC的標(biāo)準(zhǔn)色譜圖(圖略)，各單體的保留時(shí)間tR(見表1)作為定性分析的依據(jù)。各單體按外標(biāo)法進(jìn)行的定量測(cè)定的相關(guān)性結(jié)果見表1。由表1可知，利用高效液相色譜法定量分析兒茶素各主要單體，通過(guò)對(duì)被測(cè)定單體的峰面積Y對(duì)進(jìn)樣量X(μg)進(jìn)行線性回歸，所得線性回歸方程的線性相關(guān)系數(shù)均在0.9996～0.9999的范圍內(nèi)，具有良好的線性關(guān)系。

表1 HPLC分析中兒茶素各組分的tR值及線性回歸方程和定量系數(shù)

2.2 微波輔助萃取中的溶劑比較與選擇

微波輔助萃取技術(shù)屬于溶劑萃取技術(shù)的一種。運(yùn)用溶劑提取法的關(guān)鍵，是選擇適當(dāng)?shù)娜軇?。萃取溶劑的選擇是微波輔助萃取過(guò)程中最重要的一環(huán)。一般地，選擇萃取溶劑應(yīng)考慮目標(biāo)分析物在溶劑中的溶解度，溶劑與基質(zhì)的相互作用以及溶劑的微波吸收特性還有對(duì)后續(xù)反應(yīng)的影響等［3-5］。

MAE使用的溶劑可分為水、親水性有機(jī)溶劑及親脂性有機(jī)溶劑，被溶解物質(zhì)也有親水性及親脂性的不同。由于非極性溶劑介電參數(shù)小，對(duì)微波透明或部分透明，無(wú)法進(jìn)行萃取分離，必須加入一定比例的極性有機(jī)溶劑，因此在微波萃取時(shí)，要求溶劑必須具有一定的極性，對(duì)目標(biāo)組分有較強(qiáng)的溶解能力，對(duì)后續(xù)測(cè)定的干擾較少［6］。常見的提取溶劑可分為三類:水;親水性的有機(jī)溶劑，如乙醇、甲醇等，以乙醇最常用;親脂性的有機(jī)溶劑，如石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯等。

水分子呈極強(qiáng)的極性，是吸收微波能的最好介質(zhì)，能吸收絕大多數(shù)的微波能，升溫快，易產(chǎn)生溶劑爆沸現(xiàn)象。乙醇和甲醇也是吸收微波能的良好介質(zhì)，能吸收微波產(chǎn)生升溫。而乙酸乙酯是極性較低的介質(zhì)，吸收微波能力差，僅能吸收極少量的微波能，升溫效果差。一般地，溶劑的介電常數(shù)越大即極性越大，對(duì)微波的吸收能力越強(qiáng)。

本實(shí)驗(yàn)分別選取了水、甲醇、乙醇和乙酸乙酯作為實(shí)驗(yàn)萃取溶劑進(jìn)行比較，這四種萃取溶劑介電性差異較大，具有代表性。如以純水的介電常數(shù)為基準(zhǔn)，甲醇、乙醇和乙酸乙酯的介電常數(shù)分別是純水的41.7%、31.03%和7.69%，即可量化推知它們吸收微波能力的差異。

在微波輸出功率為540W時(shí)，以水、乙醇、甲醇和乙酸乙酯作為萃取溶劑浸提3.5min，采用HPLC作為檢測(cè)手段檢測(cè)浸提液中兒茶素單體含量，同時(shí)可以檢出其中的咖啡堿的組分峰(與廖旭輝等報(bào)道的現(xiàn)象相似［7］)。各兒茶素各單體的得率見表2，各萃取溶劑的HPLC譜圖見圖1～圖4。

表2 微波場(chǎng)中不同萃取溶劑的兒茶素各單體浸出效果比較

圖1 微波場(chǎng)中以水作為萃取溶劑的兒茶素各單體及咖啡堿的HPLC圖譜注:1.L-EGC;2.D，L-C;3.咖啡堿;4.L-EC; 5.L-EGCG;6.L-ECG;圖2～圖4同。

一般來(lái)說(shuō)，萃取溶劑的介電常數(shù)越大，其吸收微波轉(zhuǎn)化為熱能而產(chǎn)生的熱效應(yīng)就越大，其浸出得率也就會(huì)越大;反之就越小。甲醇的介電常數(shù)只是純水的41.7%，可認(rèn)為甲醇吸收的微波能產(chǎn)生的熱效應(yīng)比純水少。而且純水和甲醇浸提時(shí)，都產(chǎn)生爆沸現(xiàn)象，說(shuō)明這兩種溶劑都已達(dá)到它們的沸點(diǎn)。微波場(chǎng)中，甲醇產(chǎn)生的熱效應(yīng)也可認(rèn)為是比純水少，但由表2可以看出，甲醇浸提兒茶素的浸取率卻比純水浸提還要高5.15%，說(shuō)明甲醇對(duì)兒茶素的浸提不是只按熱效應(yīng)的浸提效能進(jìn)行浸提，還與微波對(duì)極性溶劑甲醇和極性分子兒茶素的共同作用和微波對(duì)兒茶素在甲醇里的選擇性加熱萃取有關(guān)，存在著一定的選擇性萃取現(xiàn)象。

圖2 微波場(chǎng)中以甲醇作為萃取溶劑的兒茶素各單體及咖啡堿的HPLC圖譜

圖3 微波場(chǎng)中以乙醇作為萃取溶劑的兒茶素各單體及咖啡堿的HPLC圖譜

圖4 微波場(chǎng)中以乙酸乙酯作為萃取溶劑的兒茶素各單體及咖啡堿的HPLC圖譜

以乙醇作為萃取溶劑，其介電常數(shù)比甲醇低，所以總體的萃取效率略低于甲醇。以乙酸乙酯作為萃取溶劑，由于其極性低，溶劑極性分子少，同時(shí)對(duì)茶葉浸潤(rùn)率差，微波對(duì)浸提得率的貢獻(xiàn)不明顯，故其萃取率低。另外用有機(jī)溶劑甲醇和乙醇提取，產(chǎn)品的純度和得率提高。

由表2可看出，酯型兒茶素單體(L-EGCG和L-ECG)用甲醇和乙醇萃取較用水萃取效果理想，浸出量較大，萃取效率較高。其他三種簡(jiǎn)單兒茶素單體則以純水作萃取溶劑萃取效率最優(yōu)。而極性低的乙酸乙酯作萃取溶劑時(shí)兒茶素各單體浸出量都大幅減少。

對(duì)于極性溶劑的MAE，在微波場(chǎng)中，萃取溶劑分子和萃取目標(biāo)組分中的極性分子存在著吸收微波能力的差異以及兩者之間都會(huì)存在相互的作用，從而使被萃取目標(biāo)物質(zhì)從基體中分離，溶解到溶劑中的效果存在差異。本研究中，酯型兒茶素單體(L-EGCG和L-ECG)用甲醇和乙醇作為溶劑萃取比用水萃取的浸出得率高。甲醇的萃取結(jié)果與乙醇相似，但因甲醇的介電常數(shù)較大，極性較強(qiáng)，故其吸收微波的能量較多，萃取效率較乙醇高。但乙醇為有機(jī)溶劑，毒性小，價(jià)格便宜，來(lái)源方便，有一定設(shè)備即可回收反復(fù)使用，且乙醇的提取液不易發(fā)霉變質(zhì)。由于這些原因，用乙醇提取的方法在微波輔助萃取過(guò)程中是較為理想的溶劑。

比較而言，在MAE過(guò)程中，乙酸乙酯的浸出率大大低于水、甲醇和乙醇，一方面是由于這種非極性溶劑吸收微波能少;另一方面是茶葉經(jīng)過(guò)干燥，本身水分含量低，乙酸乙酯對(duì)茶葉的浸潤(rùn)效果也很差，茶多酚單體難以均勻分散在低極性的溶劑中，故不能有效地被提取出來(lái)。

2.3 添加離子提高M(jìn)AE效果及分析

關(guān)于離子遷移機(jī)制，一般認(rèn)為是通過(guò)離子的電泳產(chǎn)生熱能的。如:NaCl在水溶液中將會(huì)解離成Na+和Cl-，在電場(chǎng)存在的情況下，正離子沿著電場(chǎng)負(fù)極方向移動(dòng)，負(fù)離子沿著電場(chǎng)正極方向移動(dòng)。由于微波場(chǎng)中電場(chǎng)方向是變化的，因此離子將會(huì)做來(lái)回的振蕩，使之與相鄰的離子碰撞，這種碰撞將會(huì)產(chǎn)生能量，并以熱量的形式釋放出來(lái)，表現(xiàn)為物料的溫度升高，從而達(dá)到將微波轉(zhuǎn)化成熱能的目的。

實(shí)驗(yàn)中，在微波輸出功率為540W時(shí)，以水作為萃取溶劑浸提3.5min，在溶劑中分別添加了0.1、0.3、0.5mol/L的NaCl，增加離子濃度來(lái)進(jìn)行微波輔助浸提，得樣品液，再采用高效液相色譜法(HPLC)測(cè)定各萃取溶劑的兒茶素各單體的浸出量，見表3。

表3 微波場(chǎng)中不同離子濃度對(duì)兒茶素單體浸出得率(%)的影響

從表3可以看出，當(dāng)添加NaCl濃度為0.1mol/L時(shí)，兒茶素各單體的得率比純水略增加了，說(shuō)明適當(dāng)增加萃取溶劑的離子濃度有利于微波輔助萃取效率的提高。但溶劑的離子濃度進(jìn)一步增加時(shí)，兒茶素各單體的浸出量反而下降，這可能是離子濃度過(guò)大會(huì)削弱微波能量對(duì)基質(zhì)的作用，造成微波對(duì)溶劑體系輻射效能的下降，導(dǎo)致各單體浸出量的下降，有待進(jìn)一步深入研究探討。

3 結(jié)論

微波對(duì)甲醇浸提茶多酚各種兒茶素單體有強(qiáng)化效果。酯型兒茶素單體(L-EGCG和L-ECG)用甲醇或乙醇萃取較用水萃取效率高，而其他三種簡(jiǎn)單兒茶素單體(L-EGC、D，L-C、L-EC)則是以純水作為萃取溶劑萃取效率為佳。乙酸乙酯對(duì)兒茶素各單體的浸出量相對(duì)水、甲醇和乙醇都大幅減少。適當(dāng)增加萃取溶劑的離子濃度，有利于微波輔助萃取效率的提高。但溶劑的離子濃度進(jìn)一步增加時(shí)，兒茶素各單體的浸出量反而下降。

［1］李健.微波萃取技術(shù)在中藥方面的應(yīng)用［J］.貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24(4):38-39.

［2］K Ganzler.Microwave extraction-a novel sample preparation method for chromatography［J］.J Chromatography，1986，371: 299-306.

［3］聶金媛，張夢(mèng)軍.微波輔助提取方法和技術(shù)在中藥與天然產(chǎn)物研究與開發(fā)中的應(yīng)用［J］.長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，17(4): 40-42.

［4］李里特.微波在食品加工中應(yīng)用的原理和特點(diǎn)［J］.食品工業(yè)科技，1991(6):3-7.

［5］張衛(wèi)國(guó)，郝志亮，陳永泉.微波技術(shù)及其在食品工業(yè)上的應(yīng)用［J］.湛江海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，23(3):71-76.

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［7］廖旭輝，嵌耀京.高效液相色譜法測(cè)定茶葉兒茶素［J］.廣西熱作科技，1992(3):16，21.

Differences between different solvents in microwave-assisted extraction of green tea extract

LIU Zi-qin，HUANG Hui-hua*
(Department of Food Science and Technology，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

Research was carried out on the differences between different solvents in microwave-assisted extraction of green tea extract.The results showed that the extraction yields of the main two catechin monomers， epigallocatectin gallate(L-EGCG)and epicatectin gallate(L-ECG)were higher in the cases of methanol and ethanol as solvent than purified water.Compared with purified water，methanol and ethanol，ethyl acetate showed the lowest extraction yields of catechins as solvent.Appropriate addition of NaCl in water could improve the efficiency of microwave-assisted extraction.

catechin;microwave-assisted extraction;solvent;ionic concentration

TS201.1

A

1002-0306(2011)03-0100-04

傳統(tǒng)的固-液萃取過(guò)程中，萃取的選擇性很差，有限的選擇性只能通過(guò)改變?nèi)軇┑男再|(zhì)或延長(zhǎng)溶劑萃取的時(shí)間來(lái)獲得，前者由于同時(shí)受溶解能力和擴(kuò)散系數(shù)的限制，選擇面很窄;后者則降低了萃取效率和速度［1］。微波萃取技術(shù) (Microwave-Assisted Extraction，MAE)是Ganzler［2］于1986年提出的利用微波能進(jìn)行萃取的方法，由于微波能對(duì)萃取體系中的不同組分進(jìn)行選擇性加熱，因而成為能使目標(biāo)組分直接從基體分離的萃取過(guò)程，提高了選擇性;另一方面，微波加熱利用分子和離子的極化效應(yīng)直接對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加熱，因此熱效率高，升溫快速均勻，大大縮短了萃取時(shí)間，提高了萃取效率［1］。本實(shí)驗(yàn)主要探討了綠茶茶葉中活性成分兒茶素單體在不同性質(zhì)的溶劑下，微波輔助萃取的效率和選擇性差異，以利用微波提高萃取目標(biāo)成分的萃取效率。

2010-02-22 *通訊聯(lián)系人

劉自琴(1986-)，女，碩士研究生，研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。

國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2007AA100404);廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2010B020312005)。