微波輔助法提取茶多酚研究

李賡

摘 要：該研究以過(guò)80目篩磨碎的茶粉為原料，以水為介質(zhì)，用微波加熱輔助提取的方法提取茶多酚，研究不同的微波功率、微波處理時(shí)間、預(yù)浸提時(shí)間及料液比條件對(duì)茶葉中茶多酚得率的影響，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化微波提取茶多酚的實(shí)驗(yàn)條件，探究4個(gè)因素影響程度的大小。結(jié)果表明，在微波功率為396W，微波處理時(shí)間為180s，預(yù)浸提時(shí)間為75min，料液比為1∶45時(shí)，茶多酚的得率最高，達(dá)到9.73%。

關(guān)鍵詞：微波輔助法；茶葉；茶多酚

中圖分類(lèi)號(hào) S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）24-0026-04

飲茶已成為幾千年來(lái)中國(guó)人的風(fēng)俗[1]，現(xiàn)代研究表明茶葉中含有多種營(yíng)養(yǎng)成分和藥效成分，其中茶多酚含量豐富。茶多酚是一類(lèi)多羥基酚類(lèi)化合物[2]，為兒茶素類(lèi)，另外還含有花色素、黃酮、酚酸、黃酮苷和縮酚酸等。茶多酚抗氧化性極強(qiáng)[3]，采用微波輔助法提取茶多酚時(shí)[4]，微波下的樣品可以得到電磁波和偶極轉(zhuǎn)動(dòng)離子傳導(dǎo)的熱量被加熱，同時(shí)微波可以對(duì)植物細(xì)胞的細(xì)胞壁施加壓力[5]，從而使其細(xì)胞壁破裂，茶多酚就會(huì)從細(xì)胞中被釋放出來(lái)。微波輔助提取茶多酚處理過(guò)程簡(jiǎn)單、效率高，且沒(méi)有被污染的風(fēng)險(xiǎn)。

1 儀器與實(shí)驗(yàn)材料

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器 752型紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)（上海光譜儀器廠），UV-1600PC紫外掃描可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海翱藝有限公司）、布氏漏斗、循環(huán)水式真空泵（上?？粕齼x器有限公司），旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠），真空冷凍干燥機(jī)（上海精科儀器公司），家用微波爐（格蘭仕）。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑 茶多酚標(biāo)準(zhǔn)品（純度98%）（購(gòu)于中國(guó)藥品制品檢定所）。碳酸氫鈉、氯化鋅、乙酸乙酯、鹽酸等均為市售分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)材料 本次實(shí)驗(yàn)所用材料為過(guò)80目篩磨碎茶粉，由市場(chǎng)采購(gòu)供茶葉，經(jīng)樣品粉碎機(jī)研磨后過(guò)80目篩，得到過(guò)80目篩磨碎茶粉，儲(chǔ)存于真空干燥皿中，以使其保持干燥，隨用隨取。

2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線

分別稱(chēng)取一定量的過(guò)80目篩的干燥茶粉于50mL錐形瓶中，加入一定量的蒸餾水，配制成一定的料液比浸提溶液。按照實(shí)驗(yàn)需要先進(jìn)行預(yù)浸提，達(dá)到預(yù)浸提時(shí)間后進(jìn)行微波加熱處理，控制微波功率和微波處理時(shí)間。然后將微波加熱后的樣品去真空泵上進(jìn)行減壓抽濾得到抽濾液，得到的抽濾液根據(jù)中加入5%的碳酸氫鈉溶液，以調(diào)節(jié)其pH值在7.0～8.5，然后加入ZnCl2沉淀劑，以使抽濾液中的茶多酚完全沉淀。茶多酚在堿性過(guò)強(qiáng)的溶液中會(huì)出現(xiàn)局部氧化的現(xiàn)象，待茶多酚完全沉淀后，從堿性環(huán)境中迅速脫離出來(lái)離心后取沉淀，在沉淀中加入足量的6mol/L鹽酸，使沉淀完全溶解而得到酸化液，然后用相同體積的乙酸乙酯萃取所得酸化液，萃取后保留萃取相，脫溶劑后在真空冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行真空冷凍干燥。去除水分后得到茶多酚成品，將所得到的茶多酚成品在感量為0.000 1g的電子天平上稱(chēng)重，計(jì)算茶多酚得率。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目

3.1 茶多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定 用電子天平（感量為0.000 1g）準(zhǔn)確稱(chēng)取茶多酚標(biāo)準(zhǔn)品0.100 0g于燒杯中，加蒸餾水溶解，然后轉(zhuǎn)移至100mL的容量瓶中，用蒸餾水稀釋定容至刻度。搖勻后取該溶液10.00mL轉(zhuǎn)移至100mL的容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度。所得溶液即100mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。每組6個(gè)試管，共做3組平行實(shí)驗(yàn)，每組分別取0mL、0.4mL、0.8mL、1.2mL、1.6mL、2mL配制好的標(biāo)準(zhǔn)溶液于試管中，用蒸餾水稀釋到10mL。稀釋后溶液的濃度分別為：4.0μg/mL、8.0μg/mL、12.0μg/mL、16.0μg/mL、20.0μg/mL。用UV-1600PC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)濃度為20.0μg/mL的溶液進(jìn)行波長(zhǎng)掃描。本次實(shí)驗(yàn)掃描波長(zhǎng)范圍為250～400nm，茶多酚-水掃描結(jié)果如圖1所示。對(duì)茶多酚-水溶液進(jìn)行紫外波長(zhǎng)掃描的目的是為了確定以水為溶劑時(shí)，茶多酚-水溶液的最大吸收波長(zhǎng)。由圖1和表1可以看出，茶多酚-水溶液的紫外波長(zhǎng)掃描結(jié)果為：只有一個(gè)波峰，即在273.2nm處有最大吸收峰。此處的吸光度值為0.456。

[掃描波長(zhǎng)范圍（nm）＼&檢測(cè)模式＼&序號(hào)＼&波長(zhǎng)（nm）＼&吸光度（abs）＼&透過(guò)率（%）＼&能量＼&亮能量＼&暗能量＼&增益＼&250.0～400＼&吸光度＼&1＼&273.2＼&0.456＼&35.0＼&11612＼&32935＼&121＼&4＼&]

用752型分光光度計(jì)在波長(zhǎng)273nm下，分別測(cè)定上述3組平行溶液的吸光度A，并求3組溶液的光度的平均值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見(jiàn)圖2。

3.2 不同單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)茶多酚浸提率的影響

3.2.1 不同微波功率對(duì)茶多酚得率的影響 每組用電子天平分別取0.500g磨碎茶粉于3個(gè)50mL三角瓶中，用移液管加入20mL蒸餾水，在不同微波功率（132W、264W、352W、396W、484W、528W）下，預(yù)浸提時(shí)間為75min，微波處理時(shí)間3min，每1min在冰水混合物中冷卻，然后繼續(xù)微波處理1min，在396W微波功率下，由于三角瓶局部受熱，茶水混合物會(huì)濺出。所以當(dāng)微波功率超過(guò)396W時(shí)，采用30s加熱時(shí)間，然后放在冰水混合物中冷卻的方法，進(jìn)行3組平行實(shí)驗(yàn)，按上述方法計(jì)算濕重茶粉中不同微波功率下粗茶多酚浸出含量，并按上述純化方法對(duì)所得抽濾液進(jìn)行純化。微波輔助法提取茶多酚的得率跟微波功率存在一定關(guān)系，如圖3所示。由圖3可知，微波功率在132～396W時(shí)，可以看到茶多酚的得率在緩慢的增加，在396W的時(shí)候出現(xiàn)了峰值。但超過(guò)396W后，茶多酚得率有下降的趨勢(shì)。原因可能是微波功率過(guò)小，能量不夠，茶粉中的茶多酚不能得到充分的浸提，而微波功率過(guò)大，又會(huì)對(duì)茶多酚起到破壞作用，導(dǎo)致得率下降。因此可以得出在預(yù)浸提時(shí)間為75min，微波處理時(shí)間為3min，料液比為1∶40的條件下，微波功率為396W是最佳的。

3.2.2 不同微波處理時(shí)間對(duì)茶多酚得率的影響 每組用電子天平分別取0.500g磨碎茶粉于3個(gè)50mL三角瓶中，用移液管加入20mL蒸餾水，并用移液管吹吸均勻，在不同微波處理時(shí)間（1min、2min、3min、4min、5min、6min）下，預(yù)浸提時(shí)間為75min，微波處理時(shí)間3min，波功率為396W，每半分鐘在冰水混合物中冷卻，然后繼續(xù)微波處理30s的方法對(duì)各個(gè)樣品進(jìn)行微波處理，進(jìn)行3組平行實(shí)驗(yàn)，按上述方法計(jì)算不同微波功率下茶多酚浸出含量，并根據(jù)所得系數(shù)求出茶多酚得率。由圖4可以得知，茶多酚在不同微波處理時(shí)間下有明顯不同的得率，在微波處理時(shí)間為1～3min時(shí)，可以看到茶粉中茶多酚得率有明顯的增加，在微波處理時(shí)間為3min時(shí)，茶多酚有最好的得率。而隨著時(shí)間的增加，得率的總體趨勢(shì)是下降的，可能原因是微波輻射產(chǎn)生的電磁波把能量傳遞到茶粉的內(nèi)部，瞬間加熱茶粉，但是茶多酚的耐熱性不好，所以得率會(huì)下降。因此，在微波功率為396W，料液比為1∶40，預(yù)浸提時(shí)間為75min時(shí)，微波處理時(shí)間為3min時(shí)，浸提效果是最佳的。

3.2.3 不同料液比對(duì)茶多酚得率的影響 每組分別用電子天平量取0.500g磨碎茶粉于3個(gè)50mL三角瓶中，讓其在不同料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60）下進(jìn)行浸提，控制預(yù)浸提時(shí)間為75min，微波處理時(shí)間為3min，微波功率為396W，每30s在冰水混合物中冷卻，然后繼續(xù)微波處理半分鐘，按上述方法去測(cè)所得抽濾液吸光度值，計(jì)算不同微波處理時(shí)間下茶多酚浸出含量，并根據(jù)所得系數(shù)求出茶多酚得率。

由圖5可以看出，當(dāng)料液比為1∶10～1∶40時(shí)，茶多酚得率逐漸增加，當(dāng)料液比為1∶40時(shí)，茶多酚的得率最大，其后隨著溶劑量的增加，圖形有稍微下降的趨勢(shì)，但基本沒(méi)變化。原因是茶粉中茶多酚的量一定，當(dāng)溶劑達(dá)到一定的量之后，會(huì)形成飽和溶液，再增加溶劑的量已經(jīng)沒(méi)有意義，為節(jié)省溶劑和成本，當(dāng)微波功率為396W，微波處理時(shí)間為3min，預(yù)浸提時(shí)間為75min時(shí)，料液比（g/mL）為

1∶40對(duì)茶多酚進(jìn)行提取比較好。

3.2.4 不同預(yù)浸提時(shí)間對(duì)茶多酚得率的影響 每組用電子天平分別量取0.500g磨碎茶粉于3個(gè)50mL三角瓶中，在不同預(yù)浸提時(shí)間（0.5h、1h、1.5h、2h、3h、4h）下，控制料液比為1∶40，微波處理時(shí)間為3min，微波功率為396W，每30s在冰水混合物中冷卻，然后繼續(xù)微波處理30s，按上述方法計(jì)算不同微波處理時(shí)間下茶多酚浸出含量。并根據(jù)所得系數(shù)求出茶多酚得率。由圖6的趨勢(shì)可以看出，當(dāng)預(yù)浸提時(shí)間為0.5～1h時(shí)，茶多酚的得率隨預(yù)浸提時(shí)間的增加而明顯增加，1～1.5h時(shí)，茶多酚浸出含量隨預(yù)浸提時(shí)間的增加而增加，但增加幅度不大，當(dāng)預(yù)浸提時(shí)間為1.5h時(shí)，茶多酚的得率最大。原因是達(dá)到一定時(shí)間，茶粉中茶多酚基本都會(huì)被浸提出來(lái)，延長(zhǎng)預(yù)浸提時(shí)間意義不大，為節(jié)約時(shí)間，提高效率，當(dāng)微波功率為396W，微波處理時(shí)間為3min，料液比為1∶40時(shí)，可以選擇預(yù)浸提時(shí)間為1.5h，以提取茶葉中的茶多酚。

3.3 浸提條件的優(yōu)化 根據(jù)以上分析，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交設(shè)計(jì)，研究微波功率、微波處理時(shí)間、料液比、預(yù)浸提時(shí)間對(duì)茶葉中茶多酚浸提效果的影響并確定最佳的條件組合。利用正交設(shè)計(jì)助手軟件，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。正交實(shí)驗(yàn)選用3水平4因素L9（34）的正交實(shí)驗(yàn)，在選擇各個(gè)因素和水平時(shí)，根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)在各因素下的最優(yōu)條件，適當(dāng)縮小水平間的間隔，選用的因素和水平見(jiàn)表2。

利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)助手，設(shè)計(jì)的9組正交實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

3.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果 根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出，第5組實(shí)驗(yàn)中茶多酚的得率最高，即微波功率為396W，微波處理時(shí)間為180s，料液比為1∶45，預(yù)浸提時(shí)間為75min時(shí)是此次正交實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)組合（表3）。

3.3.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差分析 通過(guò)極差分析的結(jié)果來(lái)看，4個(gè)因素對(duì)茶多酚得率的影響效果是不同的，其影響程度大小依次為A>C>D>B，即微波功率>料液比>預(yù)浸提時(shí)間>微波處理時(shí)間，表明對(duì)茶多酚得率影響效果最大的是微波功率。其可能的原因是微波功率較高時(shí)對(duì)茶粉的穿透力極強(qiáng)，微波爐內(nèi)的電磁波可以直接對(duì)茶粉內(nèi)的細(xì)胞起作用，使得茶多酚從茶粉細(xì)胞溶出的速度加快，微波功率又直接影響著溶液的溫度，高的微波功率可以使溶液的溫度迅速升高，而茶多酚在溫度較高時(shí)也會(huì)比較容易流出。料液比在一定范圍內(nèi)對(duì)茶多酚浸提效果影響較大，有足夠的溶劑才會(huì)把茶粉中的茶多酚盡可能多的提取出來(lái)。預(yù)浸提時(shí)間對(duì)茶多酚浸提效果的影響不是很大，因?yàn)檫_(dá)到一定的預(yù)浸提時(shí)間茶多酚基本都會(huì)被浸提出來(lái)。而微波處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使溶液中溶劑蒸發(fā)速度較快，即溶劑還未來(lái)得及將茶多酚浸提出來(lái)就已經(jīng)被揮發(fā)。因此根據(jù)以上的結(jié)果分析，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中茶多酚提取的最優(yōu)條件組合是A2B2C3D1，即在進(jìn)行微波輔助法提取茶多酚時(shí)，最佳的提取條件為：微波功率396W，微波處理時(shí)間180s，料液比為1∶45，預(yù)浸提時(shí)間75min。

3.3.3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方差分析 由方差分析表可以看出，微波功率對(duì)茶多酚得率的影響特別顯著，其次是料液比，然后是預(yù)浸提時(shí)間，最后是微波處理時(shí)間（表5）。所以在生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制微波功率，以保證茶多酚具有較高的得率。在生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)條件的控制直接影響著生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，所以在用微波輔助法提取茶多酚時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制微波功率，以保證茶多酚具有較高的得率。

3.3.4 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)確定的最佳實(shí)驗(yàn)組合，即A2B2C3D1，準(zhǔn)確稱(chēng)取2份0.500g的干燥茶粉于50mL的三角瓶中，加入22.5mL的蒸餾水，配制成1∶45料液比的溶液，預(yù)浸提75min，控制微波功率為396W，微波時(shí)間180s，依照上述方法測(cè)量2份樣品中茶多酚得率[11]。由表6可知，在最優(yōu)條件組合下，茶多酚的平均得率為9.73%，表明實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性較好。

參考文獻(xiàn)

[1]顧謙.茶葉化學(xué)[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002：355.

[2]趙大洲，石蓓梅，葉主虹.茶多酚水提與醇提的比較研究[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2007，28（8）：69-71.

[3]熊衛(wèi)東.天然食品抗氧化劑茶多酚的提取及應(yīng)用研究[J].食品工業(yè)科技 2003，24（7）：42-44.

[4]宋建紅，汪建華.用微波萃取法提取茶葉中茶多酚的工藝研究[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（4）：123-25.

[5]覃勇軍，黃道戰(zhàn)，石靈高，等.微波萃取茶葉中茶多酚的工藝改進(jìn)[J].廣西民族學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，8（4）：36-38.

（責(zé)編：張宏民）