脂溶性茶多酚制備工藝的研究

朱 媛 張雪松 黃小忠

(南京曉莊學(xué)院1，南京 210017)(江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院2，鎮(zhèn)江 212400)

脂溶性茶多酚制備工藝的研究

朱 媛1張雪松2黃小忠2

(南京曉莊學(xué)院1，南京 210017)(江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院2，鎮(zhèn)江 212400)

本試驗(yàn)以乙酸酐為?；瘎?duì)茶多酚乙酰化從而增強(qiáng)其脂溶性，以衡量脂溶性的產(chǎn)物透光率為參數(shù)。在分析乙?；辛弦罕取⑦拎ご呋瘎┯昧?、反應(yīng)溫度、時(shí)間等單因素對(duì)產(chǎn)物性能影響的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法優(yōu)化了脂溶性茶多酚制備的條件并建立了可靠的多元二次回歸模型。結(jié)果表明，當(dāng)料液比為1∶8.03，催化劑用量為0.31 g, 在61.3 ℃下回流反應(yīng)1.93 h，改性茶多酚透光率達(dá)到了1.000，為茶多酚對(duì)照組的2.08倍。其油脂抗氧化保護(hù)系數(shù)為6.576 d，DPPH·抑制率0.922 1，分別提高了2.14倍和2.98倍。與丁基羥基茴香醚(BHA)與特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)相比，改性茶多酚的保護(hù)系數(shù)和DPPH·抑制率分別提高3.1倍、2.5倍、1.07倍、1.05倍。

茶多酚 乙?；?脂溶性

茶多酚的主要成分兒茶素具有清除自由基、抗氧化等生物學(xué)功能，是一種不可多得的天然抗氧化劑。但酚羥基的親水性質(zhì)導(dǎo)致了其易溶于水不易溶于油的溶解特性，這就限制了其在油脂體系中的應(yīng)用[1]。近年來(lái)，研究將茶多酚改性，增加脂溶性，同時(shí)保留其良好的生物活性是擴(kuò)大茶多酚應(yīng)用領(lǐng)域的一項(xiàng)重要內(nèi)容[2]。

目前合成脂溶性茶多酚的主要方法是將油溶性的脂肪烴引入到茶多酚多羥基的氧原子或苯環(huán)的碳原子上去。此法目前多用脂肪酸酰氯作為酰化劑，反應(yīng)為強(qiáng)酸性介質(zhì)，并且苯環(huán)上氫原子的取代雖然避免了酚羥基的破壞，但其使用的試劑不適合添加到食品中去，其溶劑殘留問(wèn)題將阻礙脂溶性茶多酚在食品等行業(yè)中的應(yīng)用[3]。此外，長(zhǎng)碳鏈的引入對(duì)周圍酚羥基產(chǎn)生的屏蔽作用使其空間位阻增大；同時(shí)長(zhǎng)碳鏈還會(huì)造成聚集，達(dá)不到增溶效果[4-5]。同時(shí)，目前雖然有很多研究者對(duì)改性進(jìn)行研究以制備脂溶性茶多酚，但很少進(jìn)行改性前后性能的比較，定量數(shù)據(jù)較少[6]。

對(duì)茶多酚進(jìn)行小分子乙?；揎椧环矫婵商岣咧苄裕硪环矫嬗捎诓淮嬖诙嗳〈问降目臻g屏蔽作用，可提高其活性[7]。本試驗(yàn)以乙酸酐為?；瘎?，以茶多酚為底物，在酚羥基中引入小分子的乙酰基，以提高其脂溶性，并以衡量改性產(chǎn)品脂溶性大小的透光率為參數(shù)，利用響應(yīng)面分析法優(yōu)化脂溶性茶多酚制備工藝條件。同時(shí)，單從產(chǎn)品脂溶性來(lái)考察改性效果的優(yōu)劣并不全面，考慮到引入乙?；蠓恿u基的數(shù)目會(huì)減少，可能會(huì)導(dǎo)致茶多酚生物活性降低[8]。試驗(yàn)對(duì)茶多酚改性前后與BHA、TBHQ2種常見(jiàn)抗氧化劑的抗氧化性能作了比較。為拓展茶多酚在油脂領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)，以促進(jìn)天然、高效的抗氧化劑的實(shí)用化研制。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆油：句容市市場(chǎng)所售，起始過(guò)氧化物值(POV)為3.04 mmol/kg。

茶多酚(>98%)：上海惠誠(chéng)生物科技有限公司；RE-5203旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；WFG7200分光光度計(jì)：上海尤尼柯儀器有限公司；DZG-6050SA真空干燥箱：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；KQ3200E超聲波振蕩儀：昆山超聲儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 茶多酚乙酰化合成工藝及精制

以乙酸酐為?；瘎?，乙酸乙酯為溶劑，吡啶為催化劑，回流加熱。反應(yīng)結(jié)束后，用少量水洗滌，靜置分層，取乙酸乙酯層，經(jīng)減壓蒸餾、真空干燥后獲得產(chǎn)品。

1.2.2 油脂脂溶性的測(cè)定[9]

將樣品置于極低極性溶劑中，用紫外分光光度法測(cè)定溶液的透光度，透光率越高則該樣品脂溶性越強(qiáng)。測(cè)定時(shí)將樣品溶于氯仿中超聲溶解，經(jīng)震蕩混勻，用紫外分光光度計(jì)在800 nm下測(cè)定透光率。

1.2.3 茶多酚油脂抗氧化測(cè)定[10]

按GB/T 5538—2005/ISO 3960—2001進(jìn)行油脂過(guò)氧化值(POV)測(cè)定，將樣品按GB 2760—2007《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》的最大允許量0.4%溶于無(wú)抗氧化劑大豆油中，在63 ℃下每隔24 h測(cè)定POV值，測(cè)茶多酚及其改性品的抗氧化值。按食用油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，油脂中POV達(dá)到11.8 mmol/kg時(shí)所需時(shí)間為誘導(dǎo)時(shí)間，即活性氧法(active oxygen method AOM)值，計(jì)算保護(hù)系數(shù)(protection factor，PF)：PF=添加抗氧化劑的AOM值/未添加抗氧化劑的AOM值。

1.2.4 茶多酚清除DPPH·(1,1-二苯基苦基苯肼)自由基抑制率

試驗(yàn)參照盧聰聰?shù)萚9]清除DPPH自由基抑制率的測(cè)定方法。

1.2.5 單因素試驗(yàn)

依次改變?cè)弦毫媳?、吡啶用量、反?yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度4個(gè)因素，測(cè)定乙?；a(chǎn)物的脂溶性透光率值。

1.2.6 響應(yīng)面試驗(yàn)

采用Design-Expert V8.0軟件設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)方案，脂溶性的透光率值為衡量指標(biāo)。試驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表1，表1中液料比、吡啶用量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度四因素分別對(duì)應(yīng)試驗(yàn)中因素的A、B、C、D。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素結(jié)果分析

2.1.1 料液比的影響

由圖1可知，經(jīng)過(guò)改性之后的產(chǎn)品其衡量脂溶性高低的透光率優(yōu)于未改性茶多酚。隨著料液比的增加，透光率先升高后降低，當(dāng)料液比為1∶8時(shí)透光率值達(dá)到最大，此時(shí)產(chǎn)物脂溶性最好。

圖1 料液比對(duì)產(chǎn)物脂溶性的影響

2.1.2 吡啶用量的影響

由圖2可知，隨著吡啶用量的增加，改性產(chǎn)物的透光率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)吡啶的添加量為0.3 g時(shí)，改性產(chǎn)物的透光率值達(dá)到最大。

圖2 吡啶用量對(duì)產(chǎn)物脂溶性的影響

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間的影響

由圖3可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，改性產(chǎn)物的透光率逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2 h時(shí)達(dá)到最大，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，透光率則減小。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物脂溶性的影響

2.1.4 反應(yīng)溫度的影響

由圖4可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，所得改性產(chǎn)物的脂溶性有所提高，當(dāng)溫度達(dá)60 ℃時(shí)達(dá)到最大；當(dāng)反應(yīng)溫度繼續(xù)升高，改性產(chǎn)物的脂溶性透光率則緩慢下降。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物脂溶性的影響

2.2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化乙?；に嚄l件

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

2.2.2 方差分析

對(duì)表2數(shù)據(jù)運(yùn)用Design-Expert.V8.0軟件進(jìn)行模型選定與方差分析，結(jié)果見(jiàn)表3～表4。

P值小于0.05，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的因素對(duì)響應(yīng)值影響顯著。從表3可以看出，由于所選擇模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著，所以所選擇的模型可靠。從方差分析來(lái)看，液料比、吡啶用量、時(shí)間和溫度對(duì)改性產(chǎn)物脂溶性的影響并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。液料比、吡啶用量、時(shí)間這3個(gè)因素的影響較為顯著。并且這4個(gè)因素間存在交互影響，AD、BC的交互影響較為顯著(P<0.05)，CD交互影響為邊際顯著(P<0.1)。

表3 模型方差分析

表4 R2綜合分析表

2.2.3 響應(yīng)曲面法分析各因素對(duì)脂溶性透光率的影響

固定其他因素條件，考察兩兩因素之間的交互作用對(duì)提取率的影響，可得一組動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲面圖及其等高線圖(圖5～圖10)，從而確定因素的最佳水平范圍，結(jié)果選擇影響顯著的AD、BC、CD加以說(shuō)明。

2.2.3.1 液料比和溫度對(duì)脂溶性透光率的交互影響

圖5和圖6為溫度和液料比對(duì)脂溶性的響應(yīng)曲面和等高線圖。當(dāng)時(shí)間與催化劑用量為最佳值時(shí)，隨著溫度的增加，改性產(chǎn)物的透光率先增大后減小。隨著液料比的增大，改性產(chǎn)物的透光率先增大后減小。由圖5～圖6可以確定最佳水平范圍溫度為51.5～62.8 ℃，液料比為6.33～7.82之間。

圖5 溫度和液料比對(duì)脂溶性的響應(yīng)曲面

圖6 溫度和液料比對(duì)脂溶性的等高線圖

2.2.3.2 催化劑吡啶用量和時(shí)間對(duì)脂溶性透光率的交互影響

圖7和圖8為催化劑用量和時(shí)間對(duì)脂溶性的響應(yīng)曲面和等高線圖。當(dāng)溫度與液料比為最佳值時(shí)，隨著催化劑用量的變化，改性產(chǎn)物透光率發(fā)生顯著的變化，先變大后減少。而當(dāng)時(shí)間改變時(shí)，改性產(chǎn)物透光率的變化相對(duì)不是很顯著。由圖7～圖8可以確定最佳水平范圍時(shí)間為1.54～1.97 h ，催化劑用量為0.22～0.32 g之間。

圖7 時(shí)間和催化劑用量對(duì)脂溶性的響應(yīng)曲面

圖8 時(shí)間和催化劑用量對(duì)脂溶性的等高線圖

2.2.3.3 反應(yīng)時(shí)間和溫度對(duì)脂溶性透光率的交互影響

圖9和圖10為時(shí)間和溫度對(duì)脂溶性的響應(yīng)曲面和等高線圖。當(dāng)催化劑用量與液料比為最佳值時(shí)，隨著溫度的升高、時(shí)間的延長(zhǎng)，改性產(chǎn)物的透光率均先變大后減少。由圖9～圖10可以確定最佳水平范圍溫度為55.1～63.8 ℃ ，時(shí)間為1.52～1.95 h之間。

圖9 溫度和時(shí)間對(duì)脂溶性的響應(yīng)曲面

圖10 溫度和時(shí)間量對(duì)脂溶性的等高線圖

2.2.4 最優(yōu)條件預(yù)測(cè)

根據(jù)軟件分析可得模型理論最佳條件：液料比1∶8.03、催化劑用量0.31 g、反應(yīng)溫度61.3 ℃、反應(yīng)時(shí)間1.93 h，脂溶性透光率值為1。按此條件進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)所得改性茶多酚透光率為1，油脂抗氧化保護(hù)系數(shù)為6.576 d，DPPH·抑制率0.922 1，具有較好的抗氧化能力。

2.3 改性茶多酚性能比較

改性茶多酚與幾種常見(jiàn)抗氧化劑性能比較見(jiàn)圖11。從圖11中可以看出，與茶多酚對(duì)照組(即除未加乙?；噭┩猓c改性產(chǎn)品經(jīng)過(guò)相同的處理)相比，改性茶多酚的油脂溶解性能得到較大提高，其透光率比對(duì)照組提高了2.08倍。同時(shí)抗氧化能力也得到提高，保護(hù)系數(shù)提高了2.14倍，DPPH自由基抑制率提高了2.98倍。改性茶多酚的抗氧化性能也優(yōu)于BHA與TBHQ這2種常見(jiàn)的抗氧化劑，其保護(hù)系數(shù)、DPPH自由基抑制率分別是BHA和TBHQ的 3.1倍、2.5倍、1.07倍、1.05倍。

圖11 改性茶多酚性能比較

3 結(jié)論

試驗(yàn)采用乙酸酐對(duì)茶多酚進(jìn)行改性，從4個(gè)因素(液料比、吡啶用量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度)考察了改性產(chǎn)品的脂溶性透光率。利用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，建立了四因素相互作用的數(shù)學(xué)模型，分析得出液料比、催化劑用量、反應(yīng)時(shí)間、料液比-溫度、催化劑用量-溫度以及時(shí)間-溫度的交互影響較為顯著。模型預(yù)測(cè)最佳提取條件為：料液比1∶8.03、催化劑用量0.31 g、反應(yīng)溫度61.3 ℃、反應(yīng)時(shí)間1.93 h，改性茶多酚具有很好的脂溶性，透光率為1。同時(shí)，其油脂抗氧化保護(hù)系數(shù)為6.576 d，DPPH·抑制率0.922 1，與茶多酚對(duì)照組相比分別提高了2.08倍、2.14倍和2.98倍。與BHA和TBHQ相比，改性茶多酚的抗氧化能力分別提高3.1倍、2.5倍、1.07倍、1.05倍。

[1]聶芊,沈春燕.分子修飾法制備油溶性茶多酚及其抗氧化性能的研究[J].化學(xué)世界，2007，48(4)：209-211

[2]丁玲，屠幼英，陳曉敏.分子修飾后兒茶素的生物活性研究現(xiàn)狀[J].茶葉科學(xué)技術(shù)，2005(1):1-3

[3]應(yīng)樂(lè),蔣曉翠，姚波,等.脂溶性茶多酚抗氧化性能的研究及應(yīng)用[J].中國(guó)食品添加劑，2012(Z1):110-117

[4]朱晉萱,金青哲，張士康,等.脂溶性兒茶素類化合物的制備研究進(jìn)展[J].中國(guó)茶葉加工，2012(1):43-47

[5]張仁堂,谷端銀,黃守耀.茉莉花茶中茶多酚的提取分離純化及其抗氧化性能研究[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2010(4)：47-51

[6]吳佳敏.茶多酚及其改性衍生物抗氧化性研究[J].中國(guó)食品添加劑，2009(1):110-113

[7]劉曉輝，江和源，張健勇,等.兒茶素酰基化修飾研究進(jìn)展[J].茶葉科學(xué)，2009,29(1)1-8

[8]陳榮義.茶多酚的提取純化及其改性的研究[D].成都：四川大學(xué)，2005

[9]盧聰聰,邵衛(wèi)梁，杭曉敏,等.兩種茶多酚化學(xué)改性制備的脂溶性茶多酚抗氧化性能研究[J].安徽醫(yī)藥，2008，12(3):201-204

[10]吳春,李俊生，車春波,等.脂溶性二氫楊梅素的制備及其抗氧化性研究[J].食品科學(xué)，2011，32(20)：69-71.

Preparation of Fat Soluble Tea Polyphenol

Zhu Yuan1Zhang Xuesong2Huang Xiaozhong2
(Nanjing Xiaozhuang University1, Nanjing 210017)(Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry2,Zhenjiang 212400)

Tea polyphenol has been acetylated by acetic anhydride as acylating agent so as to enhance fat solubleas and using light transmittance as a parameter to measure the fatsoluble product. Based on the effects of single factors

as acetylation of feed liquid ratio, pyridine catalyst dosage, reaction temperature and time on the properties of products,the Box-Behnken analysis had been adopted to optimize the fat soluble tea polyphenol preparation conditions and establish a reliable multiple quadratic regression model. The results showed that on condition that the feed liquid ratio of 8.03, catalyst dosage 0.31 g, at 61.3 ℃ reflux reaction 1.93 h, modification of tea polyphenols had satisfied fat soluble.The light transmittance was 1.000, which was 2.08 times than unmodified tea polyphenol. Its oil antioxidant protection coefficient was 6.576 d, DPPH·suppression ratio 0.922 1, which were increased 2.14 times and 2.98 times. Compared with BHA and TBHQ, the protection coefficient and DPPH·suppression ratio of modified tea polyphenol are rised 3.1 times, 2.5 times, 1.07 times and 1.05 times.

tea polyphenol, acetylation, fat soluble

TQ243.2

A

1003-0174(2014)06-0074-06

2013-07-04

朱媛，女，1980年出生，講師，天然活性物質(zhì)開(kāi)發(fā)與利用

張雪松，男，1979年出生，講師，生物化工