廢棄紅茶中脂溶性茶綠色素的提取工藝研究

郭齊 趙宏吉 白曉波 董艷萍(綏化學(xué)院 食品與制藥工程學(xué)院，黑龍江 綏化 152001)

0 引言

脂溶性茶綠色素中含有葉綠素，以及多種生物活性類物質(zhì)，如茶多酚、氨基酸等物質(zhì)，具有抑制細胞突變、防輻射等功能[1]。脂溶性茶綠色素中存在多種鹽類有助于平衡人體血糖血脂并且具有抗癌和抗病毒性能[2]。

我國是茶葉產(chǎn)量大國，截至2018年，紅茶的年產(chǎn)量已經(jīng)超過26萬噸[3-4]，每年將產(chǎn)生大量廢棄茶葉。若能將廢棄紅茶加以利用，不但為開發(fā)利用其他茶種和脂溶性茶綠色素的生產(chǎn)提供了資源支撐，也提高了紅茶本身的價值。

早在二十世紀(jì)六十年代初，色素的提取方法不斷涌現(xiàn)。如溶劑提取法[5]、堿液法[6]、微波萃取法[7-8]、超臨界CO2萃取法[9]等。其中溶劑萃取法由于提取效果較好，安全性高、使用成本低等優(yōu)點，應(yīng)用最為廣泛[10]。本文采用溶劑提取法提取廢棄紅茶中脂溶性茶綠色素，并對提取工藝進行研究。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

試劑：廢棄紅茶為市售、無水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、無水乙醚均為分析純、脂溶性茶綠色素標(biāo)準(zhǔn)品為食品級。

儀器：FW 100型高速萬能粉碎機、752型紫外-可見分光光度計、SHB-III型循環(huán)水式多用真空泵、HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋、320XT型普利塞斯XS系列電子天平。

1.2 實驗方法

稱取適量脂溶性茶綠色素標(biāo)準(zhǔn)品分別配置不同濃度的脂溶性茶綠色素標(biāo)準(zhǔn)液，測量不同濃度下標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值，以試樣的濃度和吸光度值為坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到標(biāo)準(zhǔn)方程[11]。

選取適量廢棄茶葉烘干粉碎，稱取適量溶劑溶解，經(jīng)水浴加熱后抽濾提取濾液，采用紫外分光光度計測量吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溶劑種類對脂溶性茶綠色素提取率的影響

四種溶劑對脂溶性茶綠色素的提取率結(jié)果如圖1所示，無水乙醇提取效果明顯優(yōu)于其他溶劑。由于脂溶性茶綠色素的極性與無水乙醇的極性最為接近，所以無水乙醇對脂溶性茶綠色素提取量更高。所以選用無水乙醇作為提取溶劑。

2.2 提取溫度對脂溶性茶綠色素提取率的影響

由圖2可以看出，脂溶性茶綠色素的提取率在40℃到50℃之間不斷增高。由于溫度升高使得脂溶性茶綠色素的極性發(fā)生改變，所以提取率增高。當(dāng)溫度過高時，脂溶性茶綠色素易發(fā)生分解，所以提取率呈現(xiàn)下降趨勢。所以脂溶性茶綠色素的最佳提取溫度為50℃。

圖1 溶劑對脂溶性茶綠色素的提取率結(jié)果

圖2 溫度對脂溶性茶綠色素提取率的影響

2.3 提取時間對脂溶性茶綠色素提取的影響

由圖3可以看出，脂溶性茶綠色素的提取率在10min到30min間不斷變高，當(dāng)?shù)竭_30min時提取率不再增長。當(dāng)提取時間超過40min，脂溶性茶綠色素提取率開始不斷下降，由于脂溶性茶綠色素對溫度敏感，提取時間過長，導(dǎo)致脂溶性茶綠色素發(fā)生了分解。故當(dāng)提取時間為30min時脂溶性茶綠色素的提取效果最好。

2.4 提取液料比對脂溶性茶綠色素提取的影響

由圖4可以看出，隨著無水乙醇與濾液比例的增大，脂溶性茶綠色素的提取率也逐漸增大，并且在液料比為12.5∶1時達到最大值。這是因為隨著無水乙醇和茶葉比例的增大，無水乙醇滲透到茶葉中的效果越好[4]。當(dāng)液料比大于12.5∶1時，脂溶性茶綠色素的提取率開始下降。由于茶葉中脂溶性茶綠色素的含量是一定的，乙醇溶液逐漸增多，導(dǎo)致提取溶劑中脂溶性茶綠色素的濃度逐漸變低，其提取率逐漸下降。因此可以確定提取脂溶性茶綠色素的最佳液料比為12.5∶1。

圖3 提取時間對脂溶性茶綠色素提取的影響

圖4 提取液料比對脂溶性茶綠色素提取的影響

3 正交試驗結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以提取率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，對提取溫度(A)、提取時間(B)、提取液料比(C)三個單一因素進行考察，設(shè)計L9(33)正交試驗方案。正交試驗水平表見表1。

表1 正交試驗水平表

對表2進行直觀分析，其中第5組試驗提取效果最佳，此時廢棄紅茶茶葉中脂溶性茶綠色素提取率為12.5%，但這一方案是否為最佳方案還需進一步探究。對表2中的數(shù)據(jù)進行極差分析處理：Rc＞Ra＞Rb，K3c＞K3b＞K3a，K2a＞K1a＞K3a，K2b＞K1b=K3b，得到：能夠?qū)χ苄圆杈G色素提取效果產(chǎn)生影響的各單一因素中，影響最明顯的是提取液料比，影響最小的是提取時間；最佳提取條件是A2B2C3，即：擇無水乙醇體積與廢棄紅茶的比例為15∶1(mL∶g)，提取溫度50℃，提取時間30min的提取效果最好。

在最佳提取條件下進行三次試驗，驗證提取效果的合理性，試驗結(jié)果見表3。

表2 分析結(jié)果

表3 試驗結(jié)果

4 結(jié)論

(1)根據(jù)單因素試驗和正交試驗的結(jié)果，確定了提取溫度、提取時間和提取液料比三個單因素的最佳組合，即：無水乙醇與廢氣紅茶的比例為15∶1(mL∶g)，提取溫度50℃，提取時間30min條件下，脂溶性茶綠色素的提取效果較好，提取率可達12.57%。在對脂溶性茶綠色素提取效果產(chǎn)生影響的各個單因素中，提取液料比影響最為明顯，提取溫度次之，提取時間影響效果較弱。

(2)通過單因素試驗結(jié)果，驗證了脂溶性茶綠色素提取效果與提取溶劑的極性有關(guān)，且無水乙醇在四種溶劑中對脂溶性茶綠色素提取效果最好；驗證了脂溶性茶綠色素在高溫下具有易分解的特性。