摘 要:研究利用有機溶劑提取陳皮普洱茶茶多酚的優(yōu)化工藝,在溶劑選擇試驗基礎(chǔ)上,確定各單因子溫度、液料比、時間為自變量時,對茶多酚提取率的影響;利用曲線響應(yīng)中心復合設(shè)計分析研究各自變量對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?。粌?yōu)化
廣東新會陳皮素有“千年人參,百年陳皮”的美譽,是“廣東三寶”之一;而普洱茶是一種的發(fā)酵茶,因其獨特的滋味以及功能效果在中國得到普遍認可和喜愛。陳皮普洱茶綜合了陳皮獨有的果味清香和云南普洱特有的甘醇爽滑,兩者搭配風味一絕,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;目前我國茶多酚的研究已達到世界先進水平,提取方法的有金屬離子沉淀法、有機溶劑萃取法、吸附樹脂法、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,通過對溫度、提取時間、溶劑體積的單因子實驗進行初步探討,進一步采用響應(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(均為廣州化學試劑廠)、福林酚(Folin-Ciocalteu)試劑(上海金穗生物科技有限公司)、沒食子酸。
(3)儀器:紫外可見分光光度計(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(Milli-Q)、離心機(上海安亭儀器科學廠)、Lab-dancer(IKA)等。
1.2 方法
1.2.1 茶多酚標準曲線的繪制。稱取0.110g沒食子酸于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的沒食子酸標準儲備溶液于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食子酸工作液、水、各1.0ml,每個試管分別加入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波長條件下用分光光度計測定吸光度(A)。以吸光度(nm)為橫坐標,濃度為縱坐標(μg/ml),結(jié)果見圖1。
1.2.2 根據(jù)下式計算得茶多酚含量:
2 試驗方法[3-4]
2.1 溶劑體系選擇
在50℃,25:1的液料比,時間為20min的條件下,分別以10%、25%、40%、55%、60%、80%的甲醇、乙醇和丙酮溶液對陳皮普洱茶的茶多酚進行提取,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,大量飲用會導致死亡;乙醇無毒且價格便宜,提取率高,故用60%乙醇作為提取液。
2.2 單因子試驗
2.2.1 提取溫度對茶多酚提取率的影響。在60%乙醇25:1的液料比,時間為20min的條件下,探索不同溫度對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,但當溫度繼續(xù)升高時,提取率沒有繼續(xù)升高反而會下降。這可能是由于前期溫度的升高可以增加溶質(zhì)的動能和擴散系數(shù),有利于茶多酚克服氫鍵作用力的束縛溶出,但當溫度繼續(xù)升高會造成兒茶素類多酚的氧化聚合。
2.2.2 提取液料比對茶多酚提取率的影響。在50℃,60%乙醇,時間為20min的條件下,探索不同液料比對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,但當料液比達到30:1后,茶多酚的提取量反而下降,因此從經(jīng)濟角度考慮,選擇液料比30:1較為適宜。
2.2.3 提取時間對茶多酚提取率的影響。在50℃,60%乙醇,25:1的液料比的條件下,探索不同提取時間對茶多酚提取率的影響。
由圖4可知,茶多酚提取率與提取時間比并不完全程正相關(guān),隨著提取時間的增加,陳皮普洱茶中多酚含量增加,介于20-30mins時含量達到最大值,多酚類化合物被束縛在植物細胞內(nèi)部,溶劑的萃取需要一定的時間,延長萃取時間對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,可能是細胞內(nèi)溶液和浸提液濃度經(jīng)過一定時間后趨于平衡,多酚成份溶出量減少所引起的,并且多酚類物質(zhì)部分氧化也會使含量降低,故提取時間20-30分鐘為宜。
2.3 響應(yīng)曲面優(yōu)化實驗設(shè)計
在單因子試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,綜合各因素對陳皮普洱茶茶多酚提取率的影響,確定3個影響因子,以軟件Minitab中使用曲面中心復合設(shè)計,60%乙醇作為提取溶液,分別以提取溫度、料液比、提取時間為影響因子,對試驗進行全面研究,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,在該曲面試驗設(shè)計范圍,溫度、時間為顯著影響因子,R-Sq>80%、R-Sq(預(yù)測)>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時間-0.001541溫度*溫度-0.001872液料比*液料比-0.001857時間*時間+0.000119溫度*液料比-0.000546溫度*時間+0.000508液料比*時間;模型擬合結(jié)果與實際測定值基本一致,表示模型與實際試驗擬合良好,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,復合合同意性為92.1%,茶多酚預(yù)測值為:10.13%。為檢驗響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性,采用上述優(yōu)化條件進行陳皮普洱茶茶多酚提取,5次平行實驗得到的實驗提取率為9.98%,其相對誤差不到2%,因此曲面響應(yīng)所優(yōu)化的條件準確可靠,得到的陳皮普洱茶茶多酚提取條件具有實際應(yīng)用價值。
3 結(jié)束語
(1)通過采用曲面響應(yīng)中心復合設(shè)計分析表明了提取溫度、液料比提取時間對陳皮普洱茶茶多酚提取率的影響,R-Sq=97.71%,R-Sq(預(yù)測)=82.24%,R-Sq(調(diào)整)=94.56%,均大于80%表示擬合顯著,較好預(yù)測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)化上真實可行。
(2)響應(yīng)曲面中心復合優(yōu)化可得陳波普洱茶多酚最優(yōu)最優(yōu)條件:57℃,32:1,33min,實際平均茶多酚提取量為:9.98%。
參考文獻
[1]李淑娟.茶多酚的保健和藥理作用進展[J].西北藥學雜志,2010,25(1):78-79.
[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.
[3]張素霞.茶多酚提取工藝的研究[J].食品科技,2010(8):267-270.
[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].四川理工學院學報:自然科學版,2014(5):8-11.