各因素對(duì)超聲輔助提取茶多酚的影響綜述

伍 璇，張 媛，劉玉德，石學(xué)智

（北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院，北京100048）

茶多酚，又稱茶鞣質(zhì)或茶單寧，是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，包括黃烷醇類、花色苷類、黃酮類、黃酮醇類和酚酸類等[1]。茶多酚具有很強(qiáng)的抗氧化性和生理活性，是人體自由基的清除劑，具有延緩衰老、抑制心血管疾病、預(yù)防和輔助治療癌癥、美容護(hù)膚等優(yōu)點(diǎn)，在油脂、食品、醫(yī)藥、化妝品、飲料等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景[2-4]。

近年來(lái)茶多酚的提取和應(yīng)用受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注[5]。目前應(yīng)用較多的是溶劑萃取法和離子沉淀法。但是沉淀法中的沉淀劑價(jià)格較貴、毒性強(qiáng)，達(dá)不到食品和醫(yī)藥工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，限制了產(chǎn)品的應(yīng)用。故國(guó)內(nèi)外的研究報(bào)道多著重于溶劑萃取法，但該法的缺點(diǎn)在于高溫使產(chǎn)品色澤加深，且提取率較低[6-7]。作為一種高效安全的提取技術(shù)，近年來(lái)超聲輔助提取在植物資源研究中有較多的應(yīng)用。超聲輔助提取茶多酚具有工藝簡(jiǎn)單、提取溫度低、回收率高、氧化損耗小、節(jié)時(shí)、節(jié)能、提取率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了有毒溶劑的使用，具有良好的工業(yè)推廣價(jià)值[8-9]。為此，本文主要對(duì)超聲輔助提取茶多酚過(guò)程中，幾個(gè)重要的影響因素作了綜述。在提取茶多酚時(shí)，找到不同因素隨提取率的變化規(guī)律，對(duì)提取工藝中參數(shù)的設(shè)定具有重要意義。

1 超聲輔助提取工藝

1.1 輔助提取原理

超聲輔助提取茶多酚是對(duì)提取過(guò)程進(jìn)行超聲波強(qiáng)化處理，利用超聲波的機(jī)械破碎和空化作用，加劇分子運(yùn)動(dòng)，使植物細(xì)胞組織更易破碎，釋放出胞內(nèi)物，從而加速茶多酚從茶葉中向溶劑擴(kuò)散的速度，縮短浸提時(shí)間，增加其提取率[10-12]。

1.2 工藝流程

工藝過(guò)程為：茶葉—粉碎—超聲波處理—提取液—萃取—粗品茶多酚—純化—精制茶多酚[13-15]。

2 超聲提取茶多酚的影響因素

2.1 原料與粒度

根據(jù)制造方法不同，茶葉可分為綠茶、黃茶、白茶、青茶、紅茶和黑茶六大類。綠茶為不發(fā)酵茶（發(fā)酵度為零）；其他五種均為發(fā)酵茶，且發(fā)酵度依次增加[16]。

根據(jù)不同茶葉初制過(guò)程中發(fā)酵程度的不同，得出綠茶、黃茶、黑茶、青茶、白茶、紅茶的茶多酚（兒茶素）保留量依次減少，也就是茶多酚氧化程度逐次增大[17]。綠茶初制要經(jīng)過(guò)殺青、揉捻、干燥。殺青是用高溫破壞鮮葉中酶的活性，抑制兒茶素的酶促氧化，所以綠茶茶多酚的保留量最大，氧化程度最低，防止了茶葉變紅，保證了綠色[18-19]。

不同產(chǎn)地，不同品質(zhì)的茶葉原料其茶多酚提取率是不等的，即便同一產(chǎn)地的茶葉，品質(zhì)不同，提取率也不同。但并非檔次越高提取率越高，這正是以粗老茶、修剪茶制備茶多酚的經(jīng)濟(jì)效益所在[20]。因此，從經(jīng)濟(jì)合理、降低成本的角度考慮，可以使用茶葉下腳料如茶葉末、茶葉灰或陳年茶葉。

茶葉粒度的大小對(duì)茶多酚提取效果影響也較大。茶葉粒度越細(xì)，其內(nèi)部植物細(xì)胞的破碎程度就越高，就越有利于其在溶劑中的溶出；但粒度過(guò)細(xì)會(huì)引起茶多酚氧化加快，且粒度越細(xì)，茶葉末的加工越困難，加工成本越高。大量試驗(yàn)表明，過(guò)40目的茶葉末浸提效果更好[21-23]。

2.2 溶劑及pH的選擇

茶多酚具有極強(qiáng)的極性，可溶解于水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等極性溶劑，不溶于乙醚、石油醚、氯仿等非極性溶劑。并且乙醇的極性強(qiáng)于水，因此茶多酚在乙醇中的溶解度高于水及其它溶劑。實(shí)驗(yàn)研究表明，在相同條件下，（含水）乙醇作溶劑時(shí)，茶多酚的提取率較高，溶劑為乙酸乙酯、水、甲醇、丙酮時(shí)，提取率依次降低，但乙酸乙酯初提物中茶多酚的含量最高，（含水）乙醇次之，水、甲醇、丙酮粗提物中茶多酚純度較低[24-26]。因此，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)可以根據(jù)不同的需求選用不同的溶劑。

茶多酚在偏酸性環(huán)境下能較好的保持穩(wěn)定，在堿性條件下會(huì)有明顯氧化。研究發(fā)現(xiàn)，pH≤4.5時(shí)，茶多酚氧化率隨時(shí)間的變化不明顯；4.5＜pH＜7.0時(shí)，氧化率隨時(shí)間的變化較為緩慢，但已有明顯氧化；當(dāng)pH≥7.0，尤其在強(qiáng)堿性介質(zhì)中，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化十分嚴(yán)重[27-28]。

2.3 料液比

茶多酚的溶出量隨著料液比的加大而增大，但是，料液比增加到一定程度后，茶多酚溶解于溶劑中接近飽和，茶多酚溶出量增長(zhǎng)變得緩慢，因此隨著料液比的增加，茶多酚提取率先增加后減少[29-30]。料液比太小，混合物濃度大，萃取時(shí)易發(fā)生乳化現(xiàn)象，且液體粘度大，空化較難發(fā)生；料液比太大對(duì)提取后溶劑的回收不利。工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，在保證一定提取率基礎(chǔ)并從經(jīng)濟(jì)技術(shù)角度考慮，溶劑用量越少越好，這樣可降低成本，減少提取液體積，減輕后序工作。

2.4 溫度

在低溫區(qū)隨著溫度升高茶多酚提取率會(huì)增加，但溫度高過(guò)一定值后，提取率反而會(huì)降低[31]。因?yàn)椴瓒喾邮且环N多羥基酚類物質(zhì)[32]，熱穩(wěn)定性不好，高溫下加熱時(shí)間一長(zhǎng)易被氧化，導(dǎo)致一部分茶多酚丟失，另外，隨著溫度的升高，超聲波的空化效應(yīng)可能減弱，提取率反而會(huì)降低。

2.5 提取時(shí)間

超聲提取初期，茶葉細(xì)胞內(nèi)有效成分含量呈現(xiàn)過(guò)飽和狀態(tài)，濃度為提取溫度下茶多酚的飽和濃度。隨著提取的進(jìn)行，茶葉細(xì)胞內(nèi)的茶多酚含量逐漸向非飽和狀態(tài)過(guò)渡，而溶劑中茶多酚含量卻逐漸增大。提取后期，茶葉細(xì)胞內(nèi)茶多酚濃度與提取介質(zhì)中茶多酚的濃度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此外隨著提取時(shí)間延長(zhǎng)，茶多酚可能被空氣中的氧所氧化，或是高溫條件造成部分氧化，因此，提取率略有下降[33]。

超聲提取能在短時(shí)間內(nèi)把茶葉中大部分的茶多酚提取出來(lái)，這是由于超聲波所具有的機(jī)械粉碎和空化效應(yīng)等作用，增大了物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度，增加了溶劑的穿透力，提高有效成分溶出速度和溶出數(shù)量，從而大大縮短了茶多酚的提取時(shí)間[34]。

2.6 超聲功率與頻率

隨著超聲波功率的增大，茶多酚得率也隨之增大，在達(dá)到較好的提取效果后繼續(xù)增大超聲功率，提取率逐漸下降[35]。這主要是因?yàn)槌暪β试龃?，超聲作用增?qiáng)，使空化泡的運(yùn)動(dòng)比較劇烈；但是隨著超聲功率進(jìn)一步增大，加速了提取液的流動(dòng)，從而物料停留在超聲場(chǎng)中的時(shí)間減少，破壁作用隨之減弱，茶多酚溶出速率減小，再加上功率越大產(chǎn)生的熱效應(yīng)越強(qiáng)，可能破壞茶多酚的結(jié)構(gòu)，使得有效的茶多酚含量減少。

由于超聲空化的閾值隨頻率升高而增大，低頻超聲更接近空化閾值，也就更易發(fā)生空化。這是因?yàn)殡S著頻率升高會(huì)導(dǎo)致聲波膨脹相時(shí)間變短，空化核來(lái)不及增長(zhǎng)到可產(chǎn)效應(yīng)的空化泡，即使有空化泡形成，聲波的壓縮相時(shí)間太短，空化泡可能來(lái)不及發(fā)生崩潰。因此，高頻超聲提取效率低于低頻超聲，所以單頻超聲提取時(shí)應(yīng)盡量使用低頻。

另外，現(xiàn)在研究得較多的是多頻超聲提取來(lái)代替當(dāng)前的單頻超聲提取技術(shù)。多頻超聲是利用兩束及以上超聲同時(shí)在溶液中傳播，具有協(xié)同作用，在單位時(shí)間里，多頻超聲產(chǎn)生的空化崩潰次數(shù)多于單頻超聲，可以增加溶液中空化泡的數(shù)量，充分發(fā)揮了不同頻率超聲波的特點(diǎn)，消除了駐場(chǎng)波，使聲場(chǎng)更加均勻，提取效果更佳[36-37]。試驗(yàn)研究表明，從茶多酚的溶出角度考慮，低頻超聲有利；從擴(kuò)散角度考慮，高頻超聲有利[38]。因此，多頻超聲提取茶多酚在濃度、提取率和提取速率三個(gè)方面都優(yōu)于單頻超聲提取。

2.7 提取級(jí)數(shù)

提取次數(shù)越多，茶多酚的溶出量就越多。但是有機(jī)溶劑的用量增加也就使處理量加大，成本上升。同時(shí)大量研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)二次超聲輻射后茶多酚的提取率可達(dá)到90%左右，三級(jí)提取后茶多酚的提取率已變化不大[39]。

3 結(jié)論

超聲波能提高茶多酚提取率的主要原因是通過(guò)超聲波的空化作用，加速茶多酚從茶葉向溶劑擴(kuò)散速率。從上述分析中可以得到，茶葉原料與粒度、溶劑的選擇與pH、料液比、溫度、時(shí)間、功率、頻率、提取級(jí)數(shù)都對(duì)超聲輔助提取茶多酚產(chǎn)生影響。茶葉發(fā)酵時(shí)間越短，粒度越細(xì)，溶劑pH越小，超聲頻數(shù)越多，提取級(jí)數(shù)越大，茶多酚的提取率就越高。而提取率隨著料液比、溫度、提取時(shí)間、超聲功率的增大呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。另外，研究發(fā)現(xiàn)，采用多頻超聲提取時(shí)，超聲換能器間的相對(duì)位置對(duì)提取效果有影響，正交輻射比相向平行輻射效果好，這是今后深化研究的方向。

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