超聲萃取-紫外分光法快速測定茶葉中咖啡因

高海榮，陳秀麗，楊玉珍，金岳恒

（1.鄭州師范學院化學化工學院，河南鄭州450044；2.鄭州師范學院生命科學學院，河南鄭州450044）

超聲萃取-紫外分光法快速測定茶葉中咖啡因

高海榮1，陳秀麗1，楊玉珍2，金岳恒1

（1.鄭州師范學院化學化工學院，河南鄭州450044；2.鄭州師范學院生命科學學院，河南鄭州450044）

采用超聲萃取-紫外分光光度法測定五種不同的茶葉中咖啡因的含量，結(jié)果表明：最佳超聲提取條件：超聲功率150 W，溫度60℃，時間30 min；5種不同茶葉咖啡因含量順序為：粗老綠茶＞普洱＞金駿眉＞信陽毛尖＞鐵觀音。紫外分光光度計法顯示：水溶劑咖啡因的最大吸收波長為273 nm，線性回歸方程為：A=0.048 55C-0.028 54，r為0.999 2，濃度在0.00～25.00 μg/mL，線性關(guān)系良好，平均回收率為96.42%，RSD＜2.0%。該方法簡便快速，準確，可用于茶葉中咖啡因含量測定。

茶葉；超聲波；萃??；咖啡因；紫外分光光度法

我國茶葉資源豐富，但利用率卻極低，大量的為中低檔茶均存在不同程度的滯銷，在廣大農(nóng)村茶區(qū)，粗老茶葉由于價格低廉，大多棄之不采，造成了很大的資源浪費。諸多研究發(fā)現(xiàn)茶葉中含有咖啡因、茶多酚和茶多糖等重要的生物活性物質(zhì)[1]，其中咖啡因是茶葉中最主要的生物堿，它不僅是構(gòu)成茶湯滋味的重要組分，而且具有強心、利尿、解毒、平喘、提神益思、降三高等藥用功效[2-3]，已廣泛應(yīng)用于茶飲料及新型食品的開發(fā)[4]。因此快速準確地測定各類茶葉中咖啡因含量成為挑選茶應(yīng)用的一個重要依據(jù)。經(jīng)典分析法是采用回流抽提法，操作繁長，僅抽提過程就需2 h～3 h。將超聲技術(shù)應(yīng)用于茶葉咖啡因的萃取具有快速、價廉、高效等優(yōu)點[5-7]，另外，超聲波提取是一個物理過程，主要是利用了超聲波輻射產(chǎn)生的強烈空化效應(yīng)及擊碎和攪拌作用，增大物質(zhì)分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標成分進入溶劑，促進提取的進行[8-9]，浸提過程無化學反應(yīng)發(fā)生，對浸提物尤其是熱敏性材料能很好地保持其原有的性質(zhì)[10]。

本文采用超聲波萃取-紫外分光光度法測定5種茶葉咖啡因含量。該方法具有操作簡便、省時快速、準確度高等特點，具有推廣價值。對不同品種的茶葉進行分析與研究，為茶葉資源的開發(fā)與利用提供科學的理論參考。

1 材料與方法

1.1 主要儀器及試劑

T6新世紀紫外可見分光光度計：北京慧龍環(huán)科環(huán)境儀器有限公司；超聲波儀（KQ-250DE，功率250 W，40 kHz）：昆山市超聲儀器公司；咖啡因標準樣品（國家試劑中心）；鹽酸，0.01 mol/L；濃硫酸（A.R）；50%堿性醋酸鉛溶液：稱取50 g堿性醋酸鉛，加蒸餾水100 mL，經(jīng)超聲溶解后備用；咖啡因標準貯備液：50%堿性醋酸鉛溶液：稱取50 g堿性醋酸鉛，加蒸餾水100 mL，經(jīng)超聲溶解后備用；咖啡因標準貯備液：準確稱取10 mg咖啡因標準樣品，以蒸餾水定容于100 mL容量瓶中搖勻作為儲備液（c=100.0 μg/mL）。

1.2 茶葉材料

茶葉為市售常見的五種茶葉，分別為信陽毛尖：河南信陽；普洱：云南普洱；金駿眉（屬烏龍茶）：福建武夷山；鐵觀音：福建安溪；粗老綠茶：河南信陽。

1.3 方法

1.3.1 茶葉中咖啡因的超聲萃取法

準確稱取0.5 g（準確至0.000 1 g）干燥的茶葉粉末，轉(zhuǎn)移至100 mL三角燒瓶中，加對應(yīng)提取溫度的蒸餾水50 mL，置于超聲儀中，設(shè)置超聲功率、提取時間、提取溫度等參數(shù)超聲萃取。待超聲萃取后，趁熱將樣品溶液抽濾并將濾液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶并定容。準確吸取濾液10 mL于50 mL容量瓶中，加1 mL 50%堿性醋酸鉛溶液，5 mL 0.01 mol/L鹽酸，加水定容，靜置、過濾，在濾液中加入4滴濃硫酸，靜置、過濾，準確吸取25 mL濾液于50 mL容量瓶定容待測。在波長273 nm處，以蒸餾水作參比，測定溶液中咖啡因含量。1.3.2 咖啡因水溶液標準曲線的制作

分別移取上述咖啡因儲備液（c=100.0 μg/mL）0.00、2.50、5.00、7.50、10.00、12.50 mL于6個50 mL容量瓶中用蒸餾水定容，得到濃度為0.00、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00 μg/mL的系列標準溶液。通過紫外分光光度計對咖啡因標準溶液的光譜掃描圖（見圖1）可知，在273 nm波長處有最大吸收。通過測定標準樣品得標準曲線（如圖2），其線性方程為：A=0.048 55C-0.028 54，r為0.999 2，說明在0.00～25.00 μg/mL范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好。

圖1 咖啡因在水溶劑中的吸收光譜Fig.1 The absorption spectrum of caffeine in water solvent

圖2 水溶劑中咖啡因標準曲線Fig.2 The standard curves of caffeine in water solvent

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲功率對咖啡因收率的影響

稱取0.5 g粗老綠茶于100 mL三角燒瓶中，加入已預熱至40℃恒溫水50 mL作溶劑，超聲時間設(shè)置為30 min，溫度設(shè)置為40℃，依次改變輻射功率，探討超聲功率對咖啡因收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 超聲輻射功率對咖啡因收率的影響Table 1 The influencing of ultrasonic power on the yield of caffeine

據(jù)表1結(jié)果可知：超聲輻射功率對咖啡因收率有較大影響。總體看來，大功率收率明顯大于小功率，但在150 W以上，收率變化不明顯，且隨著功率增大，茶葉中其它雜質(zhì)成分提取增多，增加了檢測前純化的難度，故150 W功率符合要求，后續(xù)試驗中無特殊說明均在150 W功率下進行。

2.2 超聲時間對咖啡因收率的影響

設(shè)定超聲功率150 W，溫度40℃，改變超聲輻射時間，探討其對收率的影響，結(jié)果見表2。

表2 超聲輻射時間對咖啡因收率的影響Table 2 The influencing of ultrasonic time on the yield of caffeine

萃取時間是保證萃取是否完全的一個重要因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨萃取時間的延長，收率呈現(xiàn)先快速升高后緩慢降低的趨勢。在超聲輻射時間為30 min時，收率最高，隨著時間的延長，收率反而降低，因此選定最佳超聲萃取時間為30 min。

2.3 萃取溫度對咖啡因收率的影響

設(shè)定超聲功率150 W，時間30 min，改變超聲輻射溫度設(shè)置，探討其對收率的影響，結(jié)果見表3。

表3 超聲輻射溫度對咖啡因收率的影響Table 3 The influencing of temperature on the yield of caffeine

實驗表明：隨著超聲水浴溫度的升高，咖啡因收率隨之升高。顯然在實驗條件下，60℃為最佳超聲萃取溫度。

2.4 五種不同茶葉中咖啡因含量分析

通過上述以粗老綠茶為研究對象，對超聲波萃取茶湯中咖啡因含量進行了測定，并探討了超聲功率、萃取溫度、萃取時間等單因素對咖啡因收率的影響，測定結(jié)果表明，超聲工藝的最佳條件為：超聲功率150 W，溫度60℃，時間30 min。在此優(yōu)化工藝條件下，又分別對信陽毛尖（河南信陽）、普洱（云南普洱）、金駿眉（福建武夷山）、鐵觀音（福建安溪）四種名茶進行了咖啡因含量的測定，結(jié)果見表4。

表4 五種不同茶葉超聲萃取及紫外檢測結(jié)果Table 4 The results of five different types of tea by ultrasonic extraction and and uv spectrophotometry

續(xù)表4 五種不同茶葉超聲萃取及紫外檢測結(jié)果Continue table 4 The results of five different types of tea by ultrasonic extraction and and uv spectrophotometry

以上數(shù)據(jù)表明，5種不同茶葉中咖啡因含量大小關(guān)系：粗老綠茶＞普洱＞金駿眉＞信陽毛尖＞鐵觀音。粗老綠茶中咖啡因含量高于四種名茶中咖啡因含量，說明茶葉市場價及品質(zhì)與茶葉中咖啡因含量沒有直接關(guān)系。其中信陽毛尖和鐵觀音綠茶系列咖啡因含量低于金駿眉（紅茶）和普洱（黑茶），這說明發(fā)酵茶的咖啡因含量高于未發(fā)酵茶（信陽毛尖）或半發(fā)酵茶（鐵觀音）。從信陽毛尖和信陽粗老綠茶的對比結(jié)果看來，老茶的咖啡因含量高于嫩茶。

咖啡因標準品和茶葉樣品提取的咖啡因紫外光譜掃描一致（見圖3～圖4），測定數(shù)據(jù)的相對標準偏差（RSD）為0.028%～1.064%，均低于2.0%，回收率為92.90%～102.4%，平均回收率為96.42%，符合儀器分析要求。

圖3 咖啡因標準樣品紫外光譜掃描曲線Fig.3 The UV spectral scanning curves of the caffeine in standard sample

3 結(jié)論

1）本研究對超聲波萃取茶葉中咖啡因工藝參數(shù)進行了探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：超聲波最佳浸提工藝為：功率150 W，溫度60℃、浸提時間30 min。

圖4 茶葉樣品咖啡因紫外光譜掃描曲線Fig.4 The UV spectral scanning curves of caffeine in tea sample

2）五種不同茶葉中咖啡因含量大小關(guān)系：粗老綠茶＞普洱＞金駿眉＞信陽毛尖＞鐵觀音。顯然，價格低廉的信陽粗老綠茶卻有高含量的生物活性物質(zhì)咖啡因，因此可作為工業(yè)及醫(yī)藥上咖啡因提取的重要茶源。

3）紫外光譜掃描所得的曲線與標準樣對照，峰值均為272 nm～274 nm，在主吸收峰附近無雜峰，說明干擾雜質(zhì)已基本除去，不影響峰形，保證了檢測結(jié)果的準確性；標準曲線線性方程為：A=0.048 55C-0.028 54，r為0.999 2，平均回收率為96.42%，RSD＜2.0%，測定結(jié)果符合儀器分析要求。

綜上所述，與傳統(tǒng)高溫浸提方式相比，超聲波萃取-紫外分光光度法具有低溫、高效快速的特點，測定結(jié)果準確，適用于各類茶葉中咖啡因含量的測定，具有推廣價值。

[1]楊巍.咖啡因的藥理作用與開發(fā)利用前景[J].茶葉科學技術(shù),2006, 4(6):59-60

[2]張帥.苦丁茶中咖啡堿的提取[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2007,35(16): 4930,4977

[3]袁新躍,江和源,張建勇,等.茶葉咖啡堿的提取制備技術(shù)[J].中國茶葉,2009,31(10):8-10

[4]陳睿.茶葉功能性成分的化學組成及應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2004, 32(5):1031-1033

[5]夏濤,時思全,宛曉春.微波、超聲波對茶葉主要化學成分浸提效果的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2004,20(6):170-173

[6]呂遠平,盧曉黎,賈利蓉.藥品科學與工程專業(yè)實驗室的建設(shè)與管理[J].實驗室研究與探索,2007,26(4):138-140

[7]楊穎.化學與藥學綜合實驗室建設(shè)與管理思考[J].大理學院學報, 2007,86(4):58-60

[8]方玉春,王鵬,萬升標,等.研究性合作學習法在藥物化學教學中的實踐與體會[J].中國教育創(chuàng)新,2009,135(21):58-60

[9]方玉春,王鵬,萬升標,等.藥物化學精品課程建設(shè)的探索與實踐[J].中國海洋大學高教研究,2009,71(3):41-44

[10]牛波,邱海霞,田景振,等.超聲強化提取技術(shù)[J].山東中醫(yī)雜志, 2000,19(10):629-630

The Rapid Detection of Caffeine in Tea by Ultrasonic Extraction and UV Spectrophotometry

GAO Hai-rong1，CHEN Xiu-li1，YANG Yu-zhen2，JIN Yue-heng1
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Zhengzhou Normal University，Zhengzhou 450044，Henan，China；2.School of Life Sciences，Zhengzhou Normal University，Zhengzhou 450044，Henan，China）

By ultrasonic extraction and UV spectrophotometry detection the caffeine contents in five different types of tea were detected.The results showed the optimum ultrasonic extraction conditions：power 150 W，temperature 60℃，time of 30 min；the contentions of caffeine in five different tea are coarse old green tea＞Pu 'er tea＞Jinjunmei＞Xingyang maojian＞Tie Guanyin.The max absorbance of caffeine was detected by ultraviolet spectrophotometry at wavelength 273 nm.The relationship of the absorbance （A）and the concentration（C）was linear from 0.00 to 25.00 μg/mL（r=0.999 2），The linear equation was A=0.048 55C-0.028 54.The average recovery was 95.46%，the relative standard deviations were less than 2.0%.This method can he used for the determination of caffeine in tea because of its its simple，rapid and accurate characteristics.

tea；ultrasound；extraction；caffeine；ultraviolet spectrophotometry

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.020

河南省高等學校重點科研項目（15A150084）

高海榮（1973—），女（漢），講師，碩士，主要從事食品分析方向的研究。

2014-01-06