化學(xué)振蕩法測定黑茶中茶多酚的含量

闕百超，姜 曉，譚 敏，唐 也，謝 丹

(湖南城市學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 益陽 413000)

化學(xué)振蕩法測定黑茶中茶多酚的含量

闕百超，姜 曉，譚 敏，唐 也，謝 丹*

(湖南城市學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 益陽 413000)

本實驗建立葡萄糖-丙酮-硫酸錳-溴酸鉀-硫酸的B-Z振蕩反應(yīng)體系，考察沒食子酸丙酯及黑茶茶多酚提取液對振蕩體系的擾動﹒實驗結(jié)果顯示：沒食子酸丙酯的濃度在一定范圍內(nèi)與振蕩體系振幅的改變量(ΔE)呈現(xiàn)線性關(guān)系，其線性方程為ΔE=57.242 59×lnc+295.626 59，線性范圍0.025 g/L～0.225 g/L，檢出限為6.25×10-3g/L；另外利用該振蕩體系對黑茶提取液中的茶多酚進行測定，其結(jié)果與紫外-可見分光光度度法測定結(jié)果相近；同時分析了茶多酚對葡萄糖振蕩體系擾動的振蕩機理﹒利用此體系測定黑茶茶多酚含量，成本低、耗時短、操作簡單﹒

茶多酚含量；沒食子酸丙酯；黑茶；B-Z振蕩

茶多酚是黑茶的重要化學(xué)組成，是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，是一類多羥基酚類化合物的混合物，俗名稱為茶鞣質(zhì)或茶單寧[1]﹒其主要成分包括黃烷醇類、花色苷類、黃酮類、黃酮醇類和酚酸類等﹒茶多酚中兒茶素含量占總量的65%～80%左右，茶葉中的兒茶素類又可分為3種游離型態(tài)與2種酯化的沒食子酸﹒它的作用主要包括抑制心血管疾病、抗癌防癌、抗輻射、抗菌、抗病毒等[2-3]﹒

B-Z型振蕩反應(yīng)是對一類能呈現(xiàn)化學(xué)振蕩的反應(yīng)系統(tǒng)的總稱，研究重點已逐漸移向與生命現(xiàn)象有密切聯(lián)系的有機底物參與的振蕩反應(yīng)[4-5]﹒同時，利用振蕩反應(yīng)對天然有機產(chǎn)物的分析測定尚處于起步階段，其原理是：待測物質(zhì)對穩(wěn)定的化學(xué)振蕩體系會產(chǎn)生擾動，不同濃度待測物引起振蕩反應(yīng)的某些參數(shù)(振蕩周期、振幅、誘導(dǎo)期等)的改變也會不同，而改變量與待測物濃度之間往往呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系[6-7]，所以可通過此參數(shù)來確定待測物質(zhì)的濃度﹒

目前比較成熟的測定茶葉中茶多酚含量的方法，主要是以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的紫外可見分光光度法﹒另外，高效液相色譜(HPLC)法、滴定法、原子吸收光譜法等也有所發(fā)展[8]﹒本實驗以化學(xué)振蕩法來測定黑茶中茶多酚含量，建立了以維持生命運動的基本物質(zhì)(葡萄糖)和參與振蕩反應(yīng)的葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮體系，并利用此振蕩體系來檢測黑茶中茶多酚的含量﹒區(qū)別于傳統(tǒng)方法，此次研究選取更廉價易得的沒食子酸丙酯作為茶多酚標(biāo)準(zhǔn)品進行實驗，成本低、耗時短、操作簡單﹒

1 實驗準(zhǔn)備

1.1 儀器

本文在實驗中所使用的儀器主要包括：BZOAS-IIS型微機測定 B-Z振蕩反應(yīng)實驗系統(tǒng)(南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所)；FC-104電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；HK-2A超級恒溫槽(南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所)；DFT-200手提式中藥粉碎機(青州天地中藥設(shè)備廠)；213型鉑電極(上海雷磁電極制造廠)；217型甘汞電極(上海雷磁電極制造廠)；UV-2000型紫外可見分光光度計(上海尤尼柯)；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海嘉鵬科技有限公司)﹒

1.2 原料和試劑

原料：黑茶(湖南城市學(xué)院生物工程實驗室)，干燥粉碎過80目篩，備用﹒

試劑：硫酸、丙酮、溴酸鉀、硫酸錳、葡萄糖、沒食子酸丙酯皆為分析純﹒

2 實驗方法

2.1 B-Z振蕩體系的建立

以鉑電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極﹒實驗在溫度為310±0.20 K下進行，反應(yīng)體系總體積為50 mL，恒定轉(zhuǎn)速﹒在100 mL恒溫夾套玻璃反應(yīng)容器中依次加入硫酸、硫酸錳、丙酮、葡萄糖溶液，恒定溫度下攪拌10 min，再加入同溫度的溴酸鉀溶液﹒同時，利用微機實驗系統(tǒng)記錄混合電勢E隨時間t的振蕩曲線﹒通過改變各反應(yīng)物溶液的濃度，分析其對振蕩反應(yīng)的影響，建立適合檢測的穩(wěn)定體系﹒

2.2 黑茶中茶多酚的提取

稱取5.0 g黑茶研磨至粉末，用濾紙包好置于索氏提取器中，加入150 mL體積分數(shù)為60%的乙醇，加熱提取 2 h，然后將提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至15 mL，再用等體積石油醚萃取3次，合并有機相并置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，再加入20 mL蒸餾水，旋蒸至10 mL，最后定容至100 mL容量瓶中，所得溶液即為茶多酚提取液﹒

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立及黑茶提取液中茶多酚含量的檢測

分別在誘導(dǎo)期(加入溴酸鉀后立即進樣)、第7波峰、第7波谷加入沒食子酸丙酯溶液，考察其擾動情況，選擇合適進樣位置，加入系列濃度沒食子酸丙酯溶液，建立濃度與某一參數(shù)改變量關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線﹒在同一位置加入已知稀釋倍數(shù)的提取液(保證提取液濃度在檢測區(qū)間)，根據(jù)某一參數(shù)改變量，用標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出茶多酚的含量﹒

3 結(jié)果與討論

3.1 葡萄糖-BrO3--Mn2+-H+-丙酮體系的振蕩

在c丙酮=0.048 mol/L；c溴酸鉀=0.030 mol/L；c硫酸錳=0.005 mol/L；c葡萄糖=0.010 g/L；c硫酸=0.901 mol/L；T=310±0.20 K，總體積為50 mL的條件下，反應(yīng)得該體系的典型振蕩曲線，見圖1﹒

圖1 葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮體系的振蕩圖譜

葡萄糖體系的振蕩情況與中間產(chǎn)物Br2和Br-有較大關(guān)系，只有當(dāng)體系中 Br2濃度維持在一定范圍，振蕩才能發(fā)生[6]﹒Mn2+作為催化劑，不加入時振蕩不發(fā)生，隨著Mn2+濃度增加，誘導(dǎo)過程中間產(chǎn)物 Br2加快積累，使誘導(dǎo)期縮短；而振蕩過程中只增加Br2的生成量，不影響B(tài)r2的消耗﹒故而周期變長，振幅略微升高﹒丙酮作為有機底物，主要與Br2發(fā)生取代反應(yīng)，使Br2維持在一定濃度﹒丙酮濃度增加，誘導(dǎo)過程 Br2積累變慢，所以誘導(dǎo)期延長，但對振蕩過程影響不大﹒葡萄糖作為還原劑，既與Br2的消耗有關(guān)，又能使Mn3+轉(zhuǎn)化為Mn2+﹒當(dāng)其濃度低時，Mn3+的還原緩慢，使誘導(dǎo)期變長，而濃度過高時，大量消耗 Br2，抑制振蕩反應(yīng)的發(fā)生，壽命大大減短﹒KBrO3作為氧化劑，濃度低時振蕩難以發(fā)生﹒隨著濃度增加，Br2加快生成，誘導(dǎo)期減短，周期變長，振幅變大﹒硫酸濃度影響體系pH，與各基元反應(yīng)都有關(guān)系，同時促進 Br2的生成和消耗，但對生成的影響大于對消耗的影響，所以誘導(dǎo)期變短，周期變短，對振幅影響不大﹒綜合分析，得到各反應(yīng)物濃度穩(wěn)定振蕩范圍見表1﹒

表1 葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮體系中可產(chǎn)生振蕩的各物質(zhì)濃度范圍

圖2 沒食子酸丙酯對B-Z振蕩體系的影響

3.2 反應(yīng)溫度的影響

溫度主要影響振蕩反應(yīng)的誘導(dǎo)期和振蕩周期，對振幅的影響不明顯﹒各反應(yīng)物濃度相同的條件下，反應(yīng)溫度升高，振蕩反應(yīng)的誘導(dǎo)期、振蕩周期、振蕩壽命均縮短﹒這可能是由于升高溫度，基元反應(yīng)的速率加快，中間產(chǎn)物加速積累﹒溫度過高，振蕩不穩(wěn)定，影響檢測準(zhǔn)確性；溫度過低，誘導(dǎo)期過長，影響檢測效率﹒根據(jù)實際實驗情況，考慮研究的現(xiàn)實指導(dǎo)意義，本文中反應(yīng)溫度選擇人體正常溫度310±0.20 K﹒

3.3 沒食子酸丙酯對葡萄糖-BrO3--Mn2+-H+-丙酮振蕩體系的影響

在葡萄糖振蕩體系的基礎(chǔ)上分別在誘導(dǎo)期、第7波峰、第7波谷加入沒食子酸丙酯溶液，得到了沒食子酸丙脂對葡萄糖振蕩體系的擾動圖譜如圖2所示﹒

顯然沒食子酸丙酯對振蕩體系有明顯擾動﹒當(dāng)在體系開始建立時進樣，主要影響了誘導(dǎo)期時長(延長600 s左右)，而對振幅、周期幾乎沒有影響﹒當(dāng)選擇在第7波峰、第7波谷進樣，振蕩體系的振幅有了較大的改變，并且縮短了體系的振蕩壽命，這表明在振蕩過程中加入沒食子酸丙酯能與某中間產(chǎn)物作用進而參與振蕩反應(yīng)[6]﹒

大量實驗顯示不同的沒食子酸丙酯濃度對誘導(dǎo)期的影響較大，但是誘導(dǎo)期的該變量與沒食子酸丙酯的濃度不成線性關(guān)系﹒在第7波谷進樣時，波形比較穩(wěn)定，振幅改變較大，并且振幅的改變量與沒食子酸丙酯的濃度成線性關(guān)系，因此選擇在第7波谷加入不同濃度的沒食子酸丙酯溶液﹒

3.4 沒食子酸丙酯標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

配制一系列不同濃度的沒食子酸丙酯溶液，在最優(yōu)條件下，于第7個波谷加入沒食子酸丙酯進行實驗，考察不同濃度的沒食子酸丙酯溶液對B-Z振蕩體系的擾動情況﹒

通過對實驗數(shù)據(jù)分析可知：當(dāng)沒食子酸丙酯的濃度在0.025 g/L～0.225 g/L內(nèi)，其濃度與進樣時振蕩體系振幅的改變量(ΔE)有良好的線性關(guān)系，即ΔE=57.242 59×lnc+295.626 59，其線性相關(guān)度R=0.996，沒食子酸丙酯檢出限為 6.3×10-3g/L﹒沒食子酸丙酯的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖3﹒

圖3 沒食子酸丙酯的標(biāo)準(zhǔn)曲線

為證明實驗的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，在相同條件下，重復(fù)進行了6組實驗，實驗數(shù)據(jù)見表2﹒計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.6%，該數(shù)值小于5%，保證了分析測定茶多酚具有較高的準(zhǔn)確度﹒

表2 化學(xué)振蕩法測定沒食子酸丙酯含量

3.5 葡萄糖振蕩體系測定黑茶中茶多酚的實用性探討

本實驗運用化學(xué)振蕩法對提取的黑茶溶液中的茶多酚含量進行了測定﹒將黑茶提取液稀釋不同倍數(shù)，分別進行試驗，并在振蕩圖譜上讀取進樣時電位下降量ΔE，運用公式

即可求得茶多酚的含量，測定5次，得其平均值為0.753 5 g/L﹒

為驗證用沒食子酸丙酯為標(biāo)準(zhǔn)品的葡萄糖振蕩體系檢測黑茶中茶多酚含量的準(zhǔn)確性，筆者利用常規(guī)方法紫外可見分光光度法對同一樣品進行測定，比較結(jié)果見表3﹒

實驗表明振蕩法的檢測結(jié)果接近紫外可見分光光度法﹒用葡萄糖-丙酮-硫酸錳-溴酸鉀-硫酸體系測得黑茶中的茶多酚的含量，其樣品加標(biāo)回收率如表4所示，其加標(biāo)回收率分別為99.0%和101.0%，說明該方法可用于茶多酚的定量測定﹒

表3 紫外-可見分光光度法和化學(xué)振蕩法測定結(jié)果比較

表4 回收率測定結(jié)果

3.6 沒食子酸丙酯對 B-Z振蕩反應(yīng)產(chǎn)生影響的可能機理

葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮體系在一定范圍內(nèi)能產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩圖譜，振蕩過程中涉及一系列基元反應(yīng)，Br2是最關(guān)鍵的中間產(chǎn)物，直接影響振蕩反應(yīng)的質(zhì)量，Br2過多或過少都會限制反應(yīng)的發(fā)生，而體系中每一種底物的濃度都與 Br2的產(chǎn)生或消耗有關(guān)系﹒因為沒食子酸丙酯具有多種活性官能團，將其加入葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮體系一定會對振蕩參數(shù)產(chǎn)生影響﹒當(dāng)沒食子酸丙酯被引入振蕩體系后，振蕩的誘導(dǎo)期變長，原因可能有3個方面﹒

(1)沒食子酸丙酯是常見的還原劑，體系中加入沒食子酸丙酯可產(chǎn)生反應(yīng)，該反應(yīng)消耗了氧化劑，因此反應(yīng)速率減慢，從而使誘導(dǎo)期變長，即沒食子酸丙酯+Mn3++5H+→Mn2++還原產(chǎn)物a；

(2)沒食子酸丙酯中鄰 2羥基結(jié)構(gòu)與 Mn3+發(fā)生配位反應(yīng)，[Mn3+]/[Mn2+]的比值發(fā)生改變，根據(jù)電極電位的Nernst方程，沒食子酸丙酯加入使振幅對應(yīng)的電位降低，但振蕩波形基本保持不變；

(3)沒食子酸丙酯可能易與Br2發(fā)生親電加成，影響 Br2的積累，使周期變長，其可能的機理為誘導(dǎo)期：BrO3-+Mn2++5H+→Mn3++HOBr+2H2O沒食子酸丙酯+Mn3++5H+→Mn2++還原產(chǎn)物a Mn3++葡萄糖→Mn2++氧化產(chǎn)物b Br2+CH3COCH3→BrCH2COCH3+Br-+H+﹒

4 結(jié)論

(1)本文研究了沒食子酸丙酯和茶多酚對葡萄糖振蕩體系的影響，建立了一種檢測黑茶中茶多酚的新方法﹒利用沒食子酸丙酯濃度與振蕩體系振幅的改變量(ΔE)有良好的線性關(guān)系，即ΔE=57.242 59×lnc(沒食子酸丙酯)+295.626 59，線性范圍0.025 g/L～0.225 g/L，檢出限為6.3×10-3g/L，可以較為準(zhǔn)確的測定黑茶中的茶多酚含量，與其他方法相比，該方法具有儀器設(shè)備簡單、操作簡便、靈敏度高和穩(wěn)定性好的特點﹒

(2)酸性條件下，茶多酚可與體系中存在的氧化性成分發(fā)生氧化作用，與Mn3+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)及與Br2發(fā)生親電加成，必然對原振蕩體系的振蕩參數(shù)產(chǎn)生影響﹒

(3)葡萄糖是維持生命運動的基本物質(zhì)，本文以葡萄糖為有機底物研究茶多酚對振蕩反應(yīng)的影響，能加深對茶多酚作用與人體機理的理解，對茶多酚相關(guān)食品、藥品的開發(fā)與應(yīng)用具有一定指導(dǎo)意義﹒

[1]張妙芬. 茶葉中茶多酚含量測定方法的研究[J]. 化學(xué)工程與裝備, 2012(5): 152-155.

[2]李睿, 帥建軍. 茶多酚的分離提取及其性質(zhì)研究[J]. 江蘇教育學(xué)院學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2008, 25(4): 26-29.

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(責(zé)任編校：龔倫峰)

Determination of Tea Polyphonels in Dark Tea by Using Chemical Oscillation Method

QUE Baichao, JIANG Xiao, TAN Min, TANG Ye, XIE Dan*
(School of Material Science and Chemical Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China)

The B-Z oscillating system of glucose-BrO3--Mn2+-H2SO4-Acetone was established in experiment. The disturbance of propyl gallate and dark tea polyphenol extract on the oscillating system were investigated. The results indicated that a well linear relationship existed between the concentration of propyl gallate and the change of oscillating amplitude(ΔE), the regression equation is as follows: ΔE=57.242 59×lnc+295.626 59 and the range was 0.025 g/L～0.225 g/L, which with a detection limit of 6.25×10-3 g/L, in addition, we make a measurement of tea polyphenols extract use the oscillating system. The result is close to the UV-vis spectrophotometry's. Meanwhile, we analysed the oscillation mechanism of perturbation of tea polyphenols on glucose oscillation system. The concentration of polyphenols in dark tea can be determined simply, quickly and cheaply by this method.

tea polyphenols content; propyl gallate; dark tea; B-Z oscillation

O646

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.05.0016

1672–7304(2017)05–0074–05

2017-08-21

黑茶金花湖南省重點實驗室開放基金項目(2016TP1022)；湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目(湘教通[2016]283號)

闕百超(1996- )，男，湖南益陽人，湖南城市學(xué)院在校本科學(xué)生，主要從事電化學(xué)傳感研究﹒E-mail: 2075683918@qq.com.*通訊作者簡介：謝丹(1984- )，女，湖南益陽人，講師，碩士，主要從事物理化學(xué)研究﹒E-mail: dan.xie@csu.edu.cn