茶多酚提取技術(shù)研究進(jìn)展

張欣然

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210095)

茶多酚(Tea polyphenols，TP)又稱為抗氧靈、維多酚、防哈靈，是茶葉中多羥基酚類化合物及其衍生物的總稱，約占茶葉干重的 20%～30%，是茶葉中最重要的組成成分[1]。茶多酚于常溫下呈淡黃至茶褐色略帶茶香的水溶液、粉狀固體或結(jié)晶，易溶于水和甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑，不溶于苯、氯仿和石油醚[2]。依照其結(jié)構(gòu)不同，茶多酚主要分為兒茶素類、花青素類、黃酮及黃酮醇類、酚酸及縮酚酸類等四大類[3]。其中，兒茶素類含量最高，約占茶多酚含量的65%～80%[4]。兒茶素類主要包括6種多酚類化合物：兒茶素(Catechin，C)、表兒茶素(Epicatechin,EC)、表沒食子兒茶素(Epigallocatechin,EGC)、表兒茶素沒食子酸酯(Epicatechin gallate,ECG)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(Epigallocatechin gallate,EGCG)和沒食子兒茶素沒食子酸酯(Gallocatechin gallate,GCG)[3]。

研究表明，茶多酚具有抗氧化、抗菌、抗腫瘤、抗病毒、抗輻射等功效，還有降血脂、抗血小板聚集、抑制心血管疾病等功能[5]。同時(shí)，茶多酚可被用作食品抗氧化劑、保鮮劑、保色劑、除臭劑等，在日化行業(yè)中還可作為增白劑、防腐劑被用于護(hù)膚品、洗護(hù)用品等產(chǎn)品中。由此可見，茶多酚具備廣泛的用途和廣闊的開發(fā)利用前景。

我國自20世紀(jì)80年代初開始對茶多酚進(jìn)行提取和開發(fā)利用研究，歷經(jīng)多年的研究、探索，發(fā)展出豐富多樣的提取技術(shù)。目前茶多酚提取方法主要分為化學(xué)提取法、物理提取法、生物工程提取法和協(xié)同提取法四類。

1 化學(xué)提取法

1.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法主要基于茶多酚具有溶于水、醇類、醚類、酮類和酯類等特性，利用相似相溶原理提取茶多酚。根據(jù)浸提液的不同，溶劑萃取法又可分為水提取法和有機(jī)溶劑萃取法兩種。水提取法的提取率一般為5%～6%，產(chǎn)物純度低，含有大量雜質(zhì)(如植物多糖、色素、咖啡堿和樹脂等)，且氧化程度高。有機(jī)溶劑萃取法提取率為7%～8%，其提取產(chǎn)物氧化程度較低，但同樣存在咖啡因、茶堿等雜質(zhì)含量較高的缺點(diǎn)[6]。楊金偉等[7]以70%的甲醇水溶液浸提茶葉中多酚類物質(zhì)，浸提溫度為70℃，浸提時(shí)間為60 min時(shí)，茶多酚含量最高達(dá)19%。馬紅青和王朝瑾[8]采用乙醇從茶湯中萃取茶多酚粗品后，再用乙酸乙酯和氯仿萃取，最后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥得到的茶多酚制品中兒茶素的含量可高達(dá)24.19%。此外，較低萃取溫度(60℃)有利于保證兒茶素的形態(tài)和提取效率。

溶劑提取法優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)成本低、操作簡單、生產(chǎn)條件易控制。但該方法茶多酚提取率低、雜質(zhì)多，后期精制工藝復(fù)雜，需多次蒸餾，且溶劑消耗量大、回收困難、溶劑殘留多，易構(gòu)成環(huán)境威脅。近年來發(fā)展起一種低毒低污染的低共熔溶液提取法，該溶液是通過有機(jī)化合物和離子型化合物以氫鍵形式結(jié)合形成，無毒性、可生物降解[9]。阮懌航等[10]采用響應(yīng)面法優(yōu)化得出乳酸-甜菜堿的低共熔溶液體系，當(dāng)提取時(shí)間46.79 min、溫度62.48℃、溶液含水率32.15%時(shí)茶多酚提取率為15.42%。

1.2 金屬離子沉淀法

金屬離子沉淀法是利用茶多酚在一定條件下易與一些金屬離子形成絡(luò)合物沉淀，然后通過離心、酸轉(zhuǎn)溶、萃取等流程提取茶多酚[11-12]。常用的沉淀劑主要分為三類：重金屬堿式鹽(Pb(OH)Ac、Cu(OH)Ac等)、氫氧化物(Ca(OH)2等)和金屬離子(Ca2+、Mg2+、Al3+和Zn2+等)。胡擁軍等[13]以Zn2+為沉淀劑分離安化黑茶浸提液中的茶多酚，當(dāng)茶樣ZnSO4(按固體計(jì)算)為1.6∶0.5，體系pH為6.5時(shí)，茶多酚沉淀率為96.47%。孫志棟等[14]采用復(fù)合沉淀劑AlCl3·6H2O和ZnSO4·7H2O提取茶多酚的得率最高達(dá)21.4%。董文賓等[15]用正交試驗(yàn)法確定了選用七倍于茶末質(zhì)量的80%乙醇作浸提溶劑，調(diào)pH值為3，在70℃～80℃浸提兩次，每次30 min，選定Zn作為沉淀劑，在此條件下茶多酚提取率可達(dá)21.72%，純度達(dá)76.40%。

金屬離子沉淀法具有選擇性強(qiáng)、純度高，能耗和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在易氧化、廢液廢渣多等缺陷。近年來在金屬離子沉淀法基礎(chǔ)上發(fā)展出一種固相絡(luò)合反應(yīng)法，將茶葉原料與某些鹽類混合，通過機(jī)械外力作用使茶多酚與鹽形成絡(luò)合物，然后于溶劑中分離絡(luò)合物與其他物質(zhì)，再通過酸液轉(zhuǎn)溶出茶多酚[16]。李大剛等[17]研究得出采用固相絡(luò)合反應(yīng)法提取茶多酚的最佳工藝條件：絡(luò)合劑CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，固相物料粒度D95為50 μm～55 μm，水∶固相物料=120∶1(質(zhì)量比)，浸取時(shí)間20 min，茶多酚綜合提取率可達(dá)15.4%～15.8%。該方法可以實(shí)現(xiàn)常溫提取茶多酚，有效避免了茶多酚因熱而氧化，是一種綠色提取工藝。

2 物理提取方法

2.1 膜分離法

膜分離法是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，利用膜兩側(cè)的電位差、濃度差或壓力，使溶劑通過膜，實(shí)現(xiàn)組分的分離[2]。該技術(shù)應(yīng)用于茶多酚提取時(shí)，主要是利用超濾膜和微濾膜進(jìn)行除雜和澄清，然后用反滲透膜和納濾膜進(jìn)行濃縮得到茶多酚產(chǎn)品。孫艷娟等[17]研究表明，反滲透膜對茶多酚的截留率比納濾膜高10%左右。在實(shí)際應(yīng)用中常選擇不同的膜材料孔徑和多重膜組合，并結(jié)合其他分離純化技術(shù)手段以提高茶多酚純度、收率及品質(zhì)。膜分離過程不需要采用有機(jī)溶劑和加熱處理，分離得到的茶多酚活性較高，但存在過濾效率低、膜成本高等缺點(diǎn)。

2.2 超臨界流體萃取法

溫度與壓力都接近或者超過臨界點(diǎn)的介于氣體和液體之間的物質(zhì)狀態(tài)稱為超臨界流體。超臨界流體萃取法是利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而將基質(zhì)和萃取物有效分離、提取和純化[18]。萃取過程主要采用超臨界CO2作為萃取溶劑，超臨界CO2溶解能力強(qiáng)、萃取能力高，分離工藝簡單，且CO2低廉、無毒、惰性、無殘留，最具應(yīng)用前景[19]。近年來，此方法在茶多酚提取中的應(yīng)用日益增多。李林[20]研究表明，當(dāng)工藝條件為CO2壓力25 MPa，萃取溫度80℃，萃取時(shí)間2.5 h時(shí)，茶多酚提取率可達(dá)47.5%。李文婷等[21]通過正交試驗(yàn)優(yōu)化得到超臨界CO2提取綠茶中茶多酚的工藝條件：壓力27 MPa，萃取時(shí)間50 min，萃取溫度55℃。尹志芳等[22]研究得出超臨界CO2萃取黑茶中茶多酚的最佳條件：萃取溫度50℃、萃取壓力20 MPa、茶多酚得率為(0.190 ± 0.004)%。

超臨界流體萃取法不使用有機(jī)溶劑，不會(huì)造成環(huán)境污染，操作簡便，適合應(yīng)用于醫(yī)藥、食品添加劑等衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求高的行業(yè)。但該方法提取率低、儀器成本高等缺點(diǎn)限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。

2.3 樹脂吸附分離法

樹脂吸附分離法是利用大孔樹脂優(yōu)良的選擇分離特性，實(shí)現(xiàn)吸附、分離茶多酚的目的。根據(jù)樹脂類型的不同，樹脂吸附分離法又分為凝膠柱分離法、吸附柱分離法和離子交換柱分離法[2]。張斌等[23]研究了不同類型的樹脂對速溶茶茶多酚的提取效果，結(jié)果表明：當(dāng)吸附分離的工藝參數(shù)為上樣流速0.8 mL/min、上樣液溫度60℃、pH 5，解析工藝參數(shù)為洗脫流速0.9 mL/min、乙醇濃度80%、洗脫劑用量3 BV時(shí)，NKA-9樹脂對茶多酚吸附分離的最高含量為58.7%。

樹脂吸附分離法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、能耗較低、茶多酚純度高，且無毒無污染。但該方法的樹脂用量大且易堵塞、易失活，大規(guī)模連續(xù)性生產(chǎn)的設(shè)備缺乏，目前還無法進(jìn)行規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。

2.4 超聲波輔助浸提法

超聲波浸提法是利用超聲波的機(jī)械粉碎和空化作用產(chǎn)生的沖擊波和剪切力促使細(xì)胞破碎，提高多酚類物質(zhì)的溶出速度和數(shù)量，增加有效成分溶出[2]。楊天友等[24]設(shè)計(jì)了Box-Behnken 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化了超聲波法提取藤茶多酚的工藝，結(jié)果表明：當(dāng)超聲功率300 W、超聲溫度50℃、超聲時(shí)間25 min、乙醇體積濃度60%時(shí)，茶多酚得率最高為614.64 mg/100g。張素霞[25]利用超聲波法輔助提取茶多酚，結(jié)果表明：以80%乙醇為溶劑，超聲波功率260 W、時(shí)間25 min、料液比1∶8、提取級(jí)數(shù)2次，茶多酚粗品提取率最高為11.13%，茶多酚含量為70.57%。

超聲波輔助浸提法工藝簡單、提取溫度低，且茶多酚氧化損耗低，產(chǎn)品得率高。同時(shí)，提取過程不采用有毒溶劑，安全性高。但超聲波的衰減導(dǎo)致其有效作用面積呈圓形，易因提取罐直徑過大而形成超聲空白區(qū)。此外，該方法設(shè)備成本高昂也限制了其大規(guī)模工業(yè)化推廣應(yīng)用。

2.5 微波輔助提取法

微波輔助提取法主要是利用微波來加快分子的運(yùn)動(dòng)頻率，使茶葉中茶多酚的擴(kuò)散速度加快，進(jìn)而達(dá)到快速提取的目的[26]。汪興平等[27]將水作為溶劑，利用微波處理3 min，浸提2次，可以提取綠茶中茶多酚達(dá)到90.55%。謝小花等[28]研究了微波輔助提取綠茶中茶多酚的工藝條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用50%乙醇溶液為提取劑，料液比(g/mL)為1∶9，提取功率320 W，提取時(shí)間18 s，微波浸提2次，茶多酚提取率可達(dá)23.4%。

微波輔助浸提法的優(yōu)點(diǎn)是操控簡單、能耗低、提取率高且產(chǎn)品安全等，是一種較為理想的提取方式。但由于微波加熱易導(dǎo)致茶葉中熱敏性物質(zhì)變性或失活，故微波輔助浸提法技術(shù)還未在工業(yè)化生產(chǎn)中普及應(yīng)用。

2.6 色譜法

色譜法主要用于純化提取物質(zhì)，目前以色譜分離為主，分為柱色譜法[29]、高效液相色譜法[30]和高速逆流色譜法[31]三種。段聯(lián)勃等[30]運(yùn)用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測法測定、純化茶多酚中的兒茶素，其優(yōu)點(diǎn)在分析時(shí)間短、選擇性強(qiáng)，且具有很好的抗干擾能力，靈敏度高，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。陳理等[31]利用高速逆流色譜法對茶多酚進(jìn)行分離純化，最終得到表沒食子兒茶素沒食子酸酯與沒食子兒茶素沒食子酸酯，純度高達(dá)98%。

3 生物工程提取方法

生物工程提取方法主要指酶工程技術(shù)，即利用果膠酶、細(xì)胞分離酶、纖維素酶等分解或軟化植物細(xì)胞壁，促進(jìn)胞內(nèi)成分流出，有效提高生物活性成分的提取率[32]。李堆淑[33]采用1∶1(質(zhì)量比)的纖維素酶和果膠酶輔助提取綠茶中茶多酚，當(dāng)復(fù)合酶添加量為2.0 mL，酶解溫度48℃，pH 4.8，乙醇濃度50%時(shí)，茶多酚得率為24.59%，接近預(yù)測值24.68%。李映等[32]同樣采用1∶1(質(zhì)量比)的纖維素酶和果膠酶輔助提取綠茶中茶多酚，得到最佳提取條件為復(fù)合酶用量2.4%，料液比1∶10 g/mL，酶解pH 5. 6，提取溫度 60℃，提取時(shí)間75 min，最終茶多酚的提取率為23.36%。

酶工程提取技術(shù)具有快速、高效、高度專一性且無生物毒性、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在安全食品、綠色工業(yè)等生產(chǎn)上具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前該提取仍不成熟，且成本較高，還無法達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的要求。

4 協(xié)同提取法

長期、大量的實(shí)踐應(yīng)用證明，單一的提取方法在提取效率、茶多酚純度、產(chǎn)品得率等方面并不理想。目前越來越多的研究將多種提取技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于茶多酚提取，并取得了不錯(cuò)的提取效果。李洋等[34]采用微波-超聲輔助雙水相體系對綠茶末中的茶多酚進(jìn)行提取，得出最佳工藝條件為：固液比1∶60，提取溫度 63℃，微波時(shí)間4 min，微波功率400 W，超聲時(shí)間7 min，超聲功率400 W，茶多酚提取率為17.43%。韓偉和鄧祥[35]采用酶法、β-環(huán)糊精協(xié)同超聲提取茶多酚，研究得到最佳提取工藝參數(shù)：纖維素酶用量為0.57 mL，13-環(huán)糊精0.69 g，液料比37，超聲時(shí)間60 min，超聲溫度60℃，此時(shí)茶多酚提取得率達(dá)13.87%，比傳統(tǒng)水提取2次的得率高6.86%。李石敬敏等[36]采用超聲-離子沉淀法提取綠茶中茶多酚，研究表明當(dāng)超聲溫度40℃、食用酒精濃度70%、茶末/食用酒精固液比為l∶12、超聲時(shí)間40 min、鋅離子沉淀劑ZnCl2/茶末質(zhì)量比為1∶2時(shí)，茶多酚純度最高達(dá)到99.80%。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對茶多酚提取技術(shù)進(jìn)行了大量研究，但鑒于茶多酚的化學(xué)成分復(fù)雜，目前的技術(shù)方法仍有很多方面需要不斷探索完善和深入研究。本研究對現(xiàn)有的茶多酚提取技術(shù)歸納為四類，并分別對其技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢和不足進(jìn)行了概述，以期為茶多酚資源的開發(fā)利用和研究提供理論參考。