曲面響應(yīng)法優(yōu)化陳皮普洱茶茶多酚的提取工藝條件

摘 要：研究利用有機(jī)溶劑提取陳皮普洱茶茶多酚的優(yōu)化工藝，在溶劑選擇試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定各單因子溫度、液料比、時(shí)間為自變量時(shí)，對(duì)茶多酚提取率的影響；利用曲線響應(yīng)中心復(fù)合設(shè)計(jì)分析研究各自變量對(duì)茶多酚提取量的影響，并用優(yōu)化響應(yīng)器確定最佳提取條件：57℃、32：1、33min，茶多酚提取率為：9.98%。

關(guān)鍵詞：曲面響應(yīng)；茶多酚；提??；優(yōu)化

廣東新會(huì)陳皮素有“千年人參，百年陳皮”的美譽(yù)，是“廣東三寶”之一；而普洱茶是一種的發(fā)酵茶，因其獨(dú)特的滋味以及功能效果在中國(guó)得到普遍認(rèn)可和喜愛(ài)。陳皮普洱茶綜合了陳皮獨(dú)有的果味清香和云南普洱特有的甘醇爽滑，兩者搭配風(fēng)味一絕，保健功效十分顯著。陳皮普洱茶作為一種茶飲品，茶多酚（tea polyphenols，TP）是其保健功能的主要成分之一。研究發(fā)現(xiàn)茶多酚具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗輻射、抗高血脂、延緩衰老等藥理和保健作用[1]。

茶多酚為白色不定形粉末，易溶于水，可溶于乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯，不溶于氯仿；目前我國(guó)茶多酚的研究已達(dá)到世界先進(jìn)水平，提取方法的有金屬離子沉淀法、有機(jī)溶劑萃取法、吸附樹(shù)脂法、微波浸提法離子沉淀法、超臨界流體萃取法等。其中有機(jī)溶劑提取法是應(yīng)用最廣泛的方法之一。關(guān)于茶多酚的基礎(chǔ)研究，目前多集中在綠茶、青茶等其他茶類，而在陳皮普洱茶中研究較少[2]。

本文以陳皮普洱茶為樣品，以不同濃度的甲醇、乙醇、丙酮為提取液，選取提取效果最好的溶劑，通過(guò)對(duì)溫度、提取時(shí)間、溶劑體積的單因子實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步探討，進(jìn)一步采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化茶多酚的提取工藝，為陳皮普洱茶茶多酚的研究開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

（1）試樣：陳皮普洱茶

（2）試劑：甲醇、乙醇、丙酮、碳酸鈉（均為廣州化學(xué)試劑廠）、福林酚（Folin-Ciocalteu）試劑（上海金穗生物科技有限公司）、沒(méi)食子酸。

（3）儀器：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（島津 UV2550）、數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州華澳儀器有限公司）、電子分析天平（Sartorius）、超純水機(jī)（Milli-Q）、離心機(jī)（上海安亭儀器科學(xué)廠）、Lab-dancer（IKA）等。

1.2 方法

1.2.1 茶多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。稱取0.110g沒(méi)食子酸于100ml容量瓶中溶解并定容到刻度，搖勻；用移液管分別移取1.0，2.0，3.0，4.0，5.0ml的沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液于100ml容量瓶中，分別用水定容到刻度，作為工作液。用移液管分別移取上述沒(méi)食子酸工作液、水、各1.0ml，每個(gè)試管分別加入5.0ml的福林酚（Folin-Ciocalteu），搖勻，反應(yīng)5min，加入4.0ml7.5% Na2CO3溶液，加水定容到刻度，搖勻。室溫下放置60min，在765nm波長(zhǎng)條件下用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度（A）。以吸光度（nm）為橫坐標(biāo)，濃度為縱坐標(biāo)（μg/ml），結(jié)果見(jiàn)圖1。

1.2.2 根據(jù)下式計(jì)算得茶多酚含量：

2 試驗(yàn)方法[3-4]

2.1 溶劑體系選擇

在50℃，25：1的液料比，時(shí)間為20min的條件下，分別以10%、25%、40%、55%、60%、80%的甲醇、乙醇和丙酮溶液對(duì)陳皮普洱茶的茶多酚進(jìn)行提取，結(jié)果如表1。

表1 甲醇、乙醇、丙酮在不同濃度體系下的茶多酚提取率

由表1可知，60%濃度的乙醇提取率最高，其次為60%的丙酮；考慮到丙酮半數(shù)致死量（大鼠經(jīng)口），有刺激、毒性；甲醇有毒，能引起雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)致死亡；乙醇無(wú)毒且價(jià)格便宜，提取率高，故用60%乙醇作為提取液。

2.2 單因子試驗(yàn)

2.2.1 提取溫度對(duì)茶多酚提取率的影響。在60%乙醇25：1的液料比，時(shí)間為20min的條件下，探索不同溫度對(duì)茶多酚提取率的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，茶多酚的提取率與溫度并不完全程正相關(guān)，在一定階段隨著溫度的升高有顯著增加，但當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，提取率沒(méi)有繼續(xù)升高反而會(huì)下降。這可能是由于前期溫度的升高可以增加溶質(zhì)的動(dòng)能和擴(kuò)散系數(shù)，有利于茶多酚克服氫鍵作用力的束縛溶出，但當(dāng)溫度繼續(xù)升高會(huì)造成兒茶素類多酚的氧化聚合。

2.2.2 提取液料比對(duì)茶多酚提取率的影響。在50℃，60%乙醇，時(shí)間為20min的條件下，探索不同液料比對(duì)茶多酚提取率的影響。

由圖3可知，茶多酚提取率與液料比并不完全程正相關(guān)，隨著乙醇含量的增加而增加，但當(dāng)料液比達(dá)到30：1后，茶多酚的提取量反而下降，因此從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇液料比30：1較為適宜。

2.2.3 提取時(shí)間對(duì)茶多酚提取率的影響。在50℃，60%乙醇，25：1的液料比的條件下，探索不同提取時(shí)間對(duì)茶多酚提取率的影響。

由圖4可知，茶多酚提取率與提取時(shí)間比并不完全程正相關(guān)，隨著提取時(shí)間的增加，陳皮普洱茶中多酚含量增加，介于20-30mins時(shí)含量達(dá)到最大值，多酚類化合物被束縛在植物細(xì)胞內(nèi)部，溶劑的萃取需要一定的時(shí)間，延長(zhǎng)萃取時(shí)間對(duì)提取率的升高具有一定的作用，30min后茶多酚的含量逐漸下降，可能是細(xì)胞內(nèi)溶液和浸提液濃度經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后趨于平衡，多酚成份溶出量減少所引起的，并且多酚類物質(zhì)部分氧化也會(huì)使含量降低，故提取時(shí)間20-30分鐘為宜。

2.3 響應(yīng)曲面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因子試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合各因素對(duì)陳皮普洱茶茶多酚提取率的影響，確定3個(gè)影響因子，以軟件Minitab中使用曲面中心復(fù)合設(shè)計(jì)，60%乙醇作為提取溶液，分別以提取溫度、料液比、提取時(shí)間為影響因子，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行全面研究，從而快速有效地確定三因子系統(tǒng)下茶多酚提取的最佳條件。

由表2、表3可知，在該曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍，溫度、時(shí)間為顯著影響因子，R-Sq>80%、R-Sq（預(yù)測(cè)）>80%，得到茶多酚含量與三因子變量關(guān)系方程：茶多酚含量（%）=0.935+0.1897溫度+0.0979液料比+0.1355時(shí)間-0.001541溫度*溫度-0.001872液料比*液料比-0.001857時(shí)間*時(shí)間+0.000119溫度*液料比-0.000546溫度*時(shí)間+0.000508液料比*時(shí)間；模型擬合結(jié)果與實(shí)際測(cè)定值基本一致，表示模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合良好，證明曲面響應(yīng)優(yōu)陳皮普洱茶多酚提取是可行的。

在選取的各因素范圍內(nèi)，通過(guò)minitab曲面響應(yīng)優(yōu)化分析研究得出陳皮茶洱茶的最佳條件：57℃，32：1，33min，復(fù)合合同意性為92.1%，茶多酚預(yù)測(cè)值為：10.13%。為檢驗(yàn)響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化條件進(jìn)行陳皮普洱茶茶多酚提取，5次平行實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)提取率為9.98%，其相對(duì)誤差不到2%，因此曲面響應(yīng)所優(yōu)化的條件準(zhǔn)確可靠，得到的陳皮普洱茶茶多酚提取條件具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)采用曲面響應(yīng)中心復(fù)合設(shè)計(jì)分析表明了提取溫度、液料比提取時(shí)間對(duì)陳皮普洱茶茶多酚提取率的影響，R-Sq=97.71%，R-Sq（預(yù)測(cè)）=82.24%，R-Sq（調(diào)整）=94.56%，均大于80%表示擬合顯著，較好預(yù)測(cè)茶多酚提取率隨各因子變化的規(guī)律，證明曲面響應(yīng)優(yōu)化在茶多酚提取工藝優(yōu)化上真實(shí)可行。

（2）響應(yīng)曲面中心復(fù)合優(yōu)化可得陳波普洱茶多酚最優(yōu)最優(yōu)條件：57℃，32：1，33min，實(shí)際平均茶多酚提取量為：9.98%。

參考文獻(xiàn)

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[2]王小梅，黃少烈，李俊華.茶多酚的提取工藝研究[J].廣州化工，2001，29（4）：27-29.

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[4]陳欲云，楊躍寰，曾燕，等.響應(yīng)面法優(yōu)化柚皮苷的提取條件[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014（5）：8-11.