微波辅助法提取茶多酚研究.docx

微波辅助法提取茶多酚研究 摘 要：该研究以过80目筛磨碎的茶粉为原料，以水为介质，用微波加热辅助提取的方法提取茶多酚，研究不同的微波功率、微波处理时间、预浸提时间及料液比条件对茶叶中茶多酚得率的影响，在单因素实验的基础上，通过正交实验优化微波提取茶多酚的实验条件，探究4个因素影响程度的大小。结果表明，在微波功率为396W，微波处理时间为180s，预浸提时间为75min，料液比为145时，茶多酚的得率最高，达到9.73%。 关键词：微波辅助法；茶叶；茶多酚 中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）24-0026-04 饮茶已成为几千年来中国人的风俗，现代研究表明茶叶中含有多种营养成分和药效成分，其中茶多酚含量丰富。茶多酚是一类多羟基酚类化合物，为儿茶素类，另外还含有花色素、黄酮、酚酸、黄酮苷和缩酚酸等。茶多酚抗氧化性极强，采用微波辅助法提取茶多酚时，微波下的样品可以得到电磁波和偶极转动离子传导的热量被加热，同时微波可以对植物细胞的细胞壁施加压力，从而使其细胞壁破裂，茶多酚就会从细胞中被释放出来。微波辅助提取茶多酚处理过程简单、效率高，且没有被污染的风险。 1 仪器与实验材料 1.1 实验仪器 752型紫外可见光分光光度计（上海光谱仪器厂），UV-1600PC紫外扫描可见分光光度计（上海翱艺有限公司）、布氏漏斗、循环水式真空泵（上海科升仪器有限公司），旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂），真空冷冻干燥机（上海精科仪器公司），家用微波炉（格兰仕）。 1.2 实验试剂 茶多酚标准品（纯度98%）（购于中国药品制品检定所）。碳酸氢钠、氯化锌、乙酸乙酯、盐酸等均为市售分析纯。 1.3 实验材料 本次实验所用材料为过80目筛磨碎茶粉，由市场采购供茶叶，经样品粉碎机研磨后过80目筛，得到过80目筛磨碎茶粉，储存于真空干燥皿中，以使其保持干燥，随用随取。 2 实验技术路线 分别称取一定量的过80目筛的干燥茶粉于50mL锥形瓶中，加入一定量的蒸馏水，配制成一定的料液比浸提溶液。按照实验需要先进行预浸提，达到预浸提时间后进行微波加热处理，控制微波功率和微波处理时间。然后将微波加热后的样品去真空泵上进行减压抽滤得到抽滤液，得到的抽滤液根据中加入5%的碳酸氢钠溶液，以调节其pH值在7.08.5，然后加入ZnCl2沉淀剂，以使抽滤液中的茶多酚完全沉淀。茶多酚在碱性过强的溶液中会出现局部氧化的现象，待茶多酚完全沉淀后，从碱性环境中迅速脱离出来离心后取沉淀，在沉淀中加入足量的6mol/L盐酸，使沉淀完全溶解而得到酸化液，然后用相同体积的乙酸乙酯萃取所得酸化液，萃取后保留萃取相，脱溶剂后在真空冷冻干燥机中进行真空冷冻干燥。去除水分后得到茶多酚成品，将所得到的茶多酚成品在感量为0.000 1g的电子天平上称重，计算茶多酚得率。 3 实验测定项目 3.1 茶多酚标准曲线的确定 用电子天平（感量为0.000 1g）准确称取茶多酚标准品0.100 0g于烧杯中，加蒸馏水溶解，然后转移至100mL的容量瓶中，用蒸馏水稀释定容至刻度。摇匀后取该溶液10.00mL转移至100mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度。所得溶液即100mg/mL标准溶液。每组6个试管，共做3组平行实验，每组分别取0mL、0.4mL、0.8mL、1.2mL、1.6mL、2mL配制好的标准溶液于试管中，用蒸馏水稀释到10mL。稀释后溶液的浓度分别为：4.0μg/mL、8.0μg/mL、12.0μg/mL、16.0μg/mL、20.0μg/mL。用UV-1600PC型紫外可见分光光度计对浓度为20.0μg/mL的溶液进行波长扫描。本次实验扫描波长范围为250400nm，茶多酚-水扫描结果如图1所示。对茶多酚-水溶液进行紫外波长扫描的目的是为了确定以水为溶剂时，茶多酚-水溶液的最大吸收波长。由图1和表1可以看出，茶多酚-水溶液的紫外波长扫描结果为：只有一个波峰，即在273.2nm处有最大吸收峰。此处的吸光度值为0.456。 扫描波长范围（nm）检测模式序号波长（nm）吸光度（abs）透过率（%）能量亮能量暗能量增益250.0400吸光度1273.20.45635.011612329351214用752型分光光度计在波长273nm下，分别测定上述3组平行溶液的吸光度A，并求3组溶液的光度的平均值，绘制标准曲线，见图2。3.2 不同单因素实验对茶多酚浸提率的影响3.2.1 不同微波功率对茶多酚得率的影响 每组用电子天平分别取0.500g磨碎茶粉于3个50mL三角瓶中，用移液管加入20mL蒸馏水，在不同微波功率（132W、264W、352W、396W、484W、528W）下，预浸提时间为75min，微波处理时间3min，每1min在冰水混合物中冷却，然后继续微波处理1min，在396W微波功率下，由于三角瓶局部受热，茶水混合物会溅出。所以当微波功率超过396W时，采用30s加热时间，然后放在冰水混合物中冷却的方法，进行3组平行实验，按上述方法计算湿重茶粉中不同微波功率下粗茶多酚浸出含量，并按上述纯化方法对所得抽滤液进行纯化。微波辅助法提取茶多酚的得率跟微波功率存在一定关系，如图3所示。由图3可知，微波功率在132396W时，可以看到茶多酚的得率在缓慢的增加，在396W的时候出现了峰值。但超过396W后，茶多酚得率有下降的趋势。原因可能是微波功率过小，能量不够，茶粉中的茶多酚不能得到充分的浸提，而微波功率过大，又会对茶多酚起到破坏作用，导致得率下降。因此可以得出在预浸提时间为75min，微波处理时间为3min，料液比为140的条件下，微波功率为396W是最佳的。3.2.2 不同微波处理时间对茶多酚得率的影响 每组用电子天平分别取0.500g磨碎茶粉于3个50mL三角瓶中，用移液管加入20mL蒸馏水，并用移液管吹吸均匀，在不同微波处理时间（1min、2min、3min、4min、5min、6min）下，预浸提时间为75min，微波处理时间3min，波功率为396W，每半分钟在冰水混合物中冷却，然后继续微波处理30s的方法对各个样品进行微波处理，进行3组平行实验，按上述方法计算不同微波功率下茶多酚浸出含量，并根据所得系数求出茶多酚得率。由图4可以得知，茶多酚在不同微波处理时间下有明显不同的得率，在微波处理时间为13min时，可以看到茶粉中茶多酚得率有明显的增加，在微波处理时间为3min时，茶多酚有最好的得率。而随着时间的增加，得率的总体趋势是下降的，可能原因是微波辐射产生的电磁波把能量传递到茶粉的内部，瞬间加热茶粉，但是茶多酚的耐热性不好，所以得率会下降。因此，在微波功率为396W，料液比为140，预浸提时间为75min时，微波处理时间为3min时，浸提效果是最佳的。 3.2.3 不同料液比对茶多酚得率的影响 每组分别用电子天平量取0.500g磨碎茶粉于3个50mL三角瓶中，让其在不同料液比（110、120、130、140、150、160）下进行浸提，控制预浸提时间为75min，微波处理时间为3min，微波功率为396W，每30s在冰水混合物中冷却，然后继续微波处理半分钟，按上述方法去测所得抽滤液吸光度值，计算不同微波处理时间下茶多酚浸出含量，并根据所得系数求出茶多酚得率。 由图5可以看出，当料液比为110140时，茶多酚得率逐渐增加，当料液比为140时，茶多酚的得率最大，其后随着溶剂量的增加，图形有稍微下降的趋势，但基本没变化。原因是茶粉中茶多酚的量一定，当溶剂达到一定的量之后，会形成饱和溶液，再增加溶剂的量已经没有意义，为节省溶剂和成本，当微波功率为396W，微波处理时间为3min，预浸提时间为75min时，料液比（g/mL）为 140对茶多酚进行提取比较好。 3.2.4 不同预浸提时间对茶多酚得率的影响 每组用电子天平分别量取0.500g磨碎茶粉于3个50mL三角瓶中，在不同预浸提时间（0.5h、1h、1.5h、2h、3h、4h）下，控制料液比为140，微波处理时间为3min，微波功率为396W，每30s在冰水混合物中冷却，然后继续微波处理30s，按上述方法计算不同微波处理时间下茶多酚浸出含量。并根据所得系数求出茶多酚得率。由图6的趋势可以看出，当预浸提时间为0.51h时，茶多酚的得率随预浸提时间的增加而明显增加，11.5h时，茶多酚浸出含量随预浸提时间的增加而增加，但增加幅度不大，当预浸提时间为1.5h时，茶多酚的得率最大。原因是达到一定时间，茶粉中茶多酚基本都会被浸提出来，延长预浸提时间意义不大，为节约时间，提高效率，当微波功率为396W，微波处理时间为3min，料液比为140时，可以选择预浸提时间为1.5h，以提取茶叶中的茶多酚。 3.3 浸提条件的优化 根据以上分析，在单因素实验的基础上，采用正交设计，研究微波功率、微波处理时间、料液比、预浸提时间对茶叶中茶多酚浸提效果的影响并确定最佳的条件组合。利用正交设计助手软件，进行正交实验的设计。正交实验选用3水平4因素L9（34）的正交实验，在选择各个因素和水平时，根据单因素实验在各因素下的最优条件，适当缩小水平间的间隔，选用的因素和水平见表2。 利用正交实验设计助手，设计的9组正交实验及实验结果如下： 3.3.1 实验数据处理结果 根据正交实验的结果可以看出，第5组实验中茶多酚的得率最高，即微波功率为396W，微波处理时间为180s，料液比为145，预浸提时间为75min时是此次正交实验的最优的实验组合（表3）。 3.3.2 正交实验结果的极差分析 通过极差分析的结果来看，4个因素对茶多酚得率的影响效果是不同的，其影响程度大小依次为ACDB，即微波功率料液比预浸提时间微波处理时间，表明对茶多酚得率影响效果最大的是微波功率。其可能的原因是微波功率较高时对茶粉的穿透力极强，微波炉内的电磁波可以直接对茶粉内的细胞起作用，使得茶多酚从茶粉细胞溶出的速度加快，微波功率又直接影响着溶液的温度，高的微波功率可以使溶液的温度迅速升高，而茶多酚在温度较高时也会比较容易流出。料液比在一定范围内对茶多酚浸提效果影响较大，有足够的溶剂才会把茶粉中的茶多酚尽可能多的提取出来。预浸提时间对茶多酚浸提效果的影响不是很大，因为达到一定的预浸提时间茶多酚基本都会被浸提出来。而微波处理时间过长会使溶液中溶剂蒸发速度较快，即溶剂还未来得及将茶多酚浸提出来就已经被挥发。因此根据以上的结果分析，实验过程中茶多酚提取的最优条件组合是A2B2C3D1，即在进行微波辅助法提取茶多酚时，最佳的提取条件为：微波功率396W，微波处理时间180s，料液比为145，预浸提时间75min。 3.3.3 正交实验结果的方差分析 由方差分析表可以看出，微波功率对茶多酚得率的影响特别显著，其次是料液比，然后是预浸提时间，最后是微波处理时间（表5）。所以在生产中应严格控制微波功率，以保证茶多酚具有较高的得率。在生产过程中生产条件的控制直接影响着生产产品的质量和经济效益，所以在用微波辅助法提取茶多酚时应严格控制微波功率，以保证茶多酚具有较高的得率。 3.3.4 稳定性实验 根据正交实验确定的最佳实验组合，即A2B2C3D1，准确称取2份0.500g的干燥茶粉于50mL的三角瓶中，加入22.5mL的蒸馏水，配制成145料液比的溶液，预浸提75min，控制微波功率为396W，微波时间180s，依照上述方法测量2份样品中茶多酚得率。由表6可知，在最优条件组合下，茶多酚的平均得率为9.73%，表明实验稳定性较好。 参考文献 顾谦.茶叶化学