论文资料：茶多酚浸提工艺优化的研究.doc

茶多酚浸提工艺优化的研究Research on the optimization of tea polyphenols extration technology蔡浩雄（浙江大学茶学系 3071601075）摘要：茶汤的浸提方法主要有高温（常规）浸提（85-90），低温浸提（50），超声波浸提（50-60 ），微波辅助萃取(AME)等提取方法。本文以春季末的粗老茶叶作为原料，以水温（80和100），茶原料（去汁和不去汁）和浸提状态（磨碎和不磨碎）为三因素对比试验，然后测定茶多酚、氨基酸、蛋白质等生化成分，并计算在此条件下各个成分的浸出量。结果表明，经过去汁工艺以后的茶样，其儿茶素的浸出量比未经过去汁工艺的茶样高。而因为经过去汁工艺的茶样有一部分内含成分保留在茶汁中，所以从茶多酚的提取效率来看，经过去汁工艺的茶样具有较高的利用率，对实际生产有较大的帮助。关键词：去汁 浸提 茶多酚 浸提率 Abstract: There were many methods to extract tea，such as high temperature extraction (85-90),low temperature extraction (50) and ultrasound extraction (50-60 )，microwave-assisted extraction(AME)。Experiment was choosed late spring old tea as raw material, with water temperature (80 and 100 ), tea raw materials (to juice and not to juice) and leaching mention state (grinding and dont grated) for three factors contrast test，then calculated tea polyphenols, amino acids, protein，the leaching amount each component。The results show that，after to juice process，its catechin leaching quantity is higher than did not。From tea polyphenol extraction efficiency to see, juicing tea sample have higher utilization, and great help for production because tea samples have part of functional component retained in tea juice。Keywords: To juice Extraction Tea polyphenols Extraction rate1 引言1.1 茶汤浸提工艺研究进展绿茶中主要活性成分为茶多酚，约占绿茶干重的20%-30%，包括以儿茶素为主的黄烷醇类、黄酮和黄酮醇类、花青素和花白素以及酚酸和缩酚酸类。绿茶中的儿茶素含量最高。茶多酚中儿茶素占60%-80%，而表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）约占儿茶素的50%，现代研究证明，EGCG在抗肿瘤、抑菌、抗炎、预防心脑血管疾病、改善机体免疫力等方面表现出很好的生物活性，并具有优良的清理自由基、防护脂质过氧化及抗突变的功效【1-5】。在现实生产中，茶叶浸提后，茶汤都是直接或者干燥后用于饮料等一些茶食品的生产。所以，为确保食物安全，茶汤浸提多选用水和乙醇作为溶剂。随着科学技术的发展，微波和超声波技术在茶汤浸提过程中的应用也越来越多。一些有关微波浸提、超声波浸提和常规浸提的研究和报道也越来越多。茶叶叶片中溶质的浸出过程分三步：水浸出物进入茶叶内部，同时茶叶内部溶质溶解；溶解的溶质从茶叶内部液体中扩散到茶叶表面；溶质急速从茶叶表面通过液膜扩散到外部溶剂中【6】。许勇泉7等研究鲜茶固体饮料加工的鲜茶汁制备提取工艺，以鲜茶汁浸提温度、时间及茶水比为影响因素，采用正交试验设计L9（34），探讨浸提工艺对鲜茶汁的感官品质、提取率、浓度、主要生化成分浸出量、氨酚比、外观颜色及冷后浑等的影响。结果表明，随着浸提温度的升高和时间的增加，鲜茶汁的感官品质下降，但鲜茶汁提取率、浓度增大，茶水比1:1是鲜茶汁提取率和浓度较高且感官品质较好。综合考虑鲜茶汁的感官风味品质、提取率及生产业化成本，鲜茶汁提取最佳工艺参数为浸提温度45C,浸提时间10min，茶水比1:10（W/V）。宋洪波6在对绿茶浸提工艺的研究中，在浸提时间、浸提温度、溶剂（水）与茶叶比例对浸提效果影响的单因素实验基础上，通过正交试验确定浸提时间为15min、浸提温度为80C、溶剂与茶叶比例为240:1，试验表明三级并流浸提周期是单级浸提周期的23.3%。罗晓明8等通过正交试验确定茶多酚的最佳浸提条件是：温度40、时间10min、乙醇浓度40%。按此工艺条件浸提3次，茶多酚浸提率达32.1%，跟国标法相比，茶多酚得率提高了29.4%，儿茶素提高16.1%，茶多酚成品中儿茶素达64.4%，咖啡因仅为1.3%，所得产品可直接应用于食品工业，并能有效的防止茶饮料的冷后浑。在微波浸提方面，向胜沅9在茶叶微波浸提技术的研究中，在与传统水浸提的比较，得出茶多酚、水溶性蛋白、可溶性碳水化合物和水浸出物的浸出量通过微波浸提具有明显优势，在此基础上进行了微波浸提技术参数的优化。结果表明，微波浸提茶水比的较佳参数为1:15，分两次浸提，第一次1:8，第二次1:7，每次浸提4min。在此条件下，10g干茶中，总儿茶素、茶多酚、水溶性蛋白，游离氨基酸和水浸出物的浸出量分别达到了907.0mg，1994.6mg，68.7mg，96.9mg，348.5mg和3432mg。高崎10等研究结果表明，茶多酚在微波辅助浸提与沸水浸提两种浸提方式下的得率没有显著差异。荆琪11等提出乙醇浓度50、微波功率320 w、固液比1:9时茶多酚浸出最高。程慧青12等利用正交实验得出以乙醇为溶剂的最优操作参数：40乙醇，微波功率280w，时间30s，料液比1:9，浸提2次，茶多酚提取率达90以上。宁井铭13等在绿茶饮料不同浸提方式研究中，为了探讨不同浸提方式对绿茶饮料品质的影响，采用相同的绿茶原料，运用常规浸提（85C，10,min）、低温浸提（40C，1h）、微波浸提（450w，4min）和超声波浸提（60C，10min）4种不同工艺浸提，并测定绿茶茶汤的色度和浑浊度。结果表明，不同处理茶汤色度和浑浊的差异极显著，微波、低温浸提较好；常规和超声波浸提，虽然生化成分含量较高，但茶汤氨酚比大，咖啡碱含量高，不利于茶汤稳定；微波、低温浸提品质较好，且有利于茶汤的澄清。孙庆磊14采用高温浸提（90）、低温浸提（50）和超声波浸提（50）三种不同方法，测定浸提液的主要生化成分和色差，并对茶汤进行感官审评。结果表明，高温浸提提取率最高；超声波浸提液之茶多酚、氨基酸和咖啡碱的含量明显高于低温浸提。束鲁燕【15】在茶多酚及其主要组分浸提动力学研究中，对茶样进行茶水比分别为1:1.5、1:1.75、1:2、1:2.25和1:2.5的去汁处理，然后在浸提温度为100摄氏度的情况下，对原样和处理样做水分、茶多酚、氨基酸、水浸出物等茶叶主要内含成分的测定，实验结果表明茶水比1：2.25之处理样中的茶多酚保留量最高；茶水比1:1.5之处理茶样重的EGCG、ECG、GC、EGC等儿茶素单体在水浸出物的相对含量最高，所获茶汁浓度最高，氨酚比较低，茶汁鲜爽度较佳。综合比较，1:1.5之去汁工艺处理效果最优。1.2 本实验研究目的及创新和不足之处在我国茶叶产业的大环境中，春季生产的名优茶占了总产值的大部分，夏秋茶等粗老茶叶所占部分很少。在实际生产中，茶饮料等茶食品的生产，其原料主要是由粗老茶叶经过浸提等步骤得到，茶叶中功能成分的提取率大小，提取后茶汤的品质好坏，都关系到产业的发展，所以茶汤浸提就成为生产中非常重要的一个步骤。本文的创新点有：（1） 与常规茶汤浸提不同，本实验是将新鲜茶叶经过茶水比1:1.5的去汁工艺。这样，茶叶中的茶多酚、氨基酸等主要成分被分成两个部分：一部分在茶汁中，我们经过浓缩和冷冻干燥制成茶粉, 可作为茶食品生产原料；另一部分保留在茶渣中，经过干燥后制成处理样。该部分茶渣其含有的茶多酚和儿茶素相对集中，可望提高开发茶多酚产品之浸提效率。此外，我们还进行利用茶汁开发茶叶食品的初步尚试。（2） 束鲁燕【15】在茶多酚及其主要组分浸提动力学研究发现，长时间的高温浸提导致表儿茶素发生氧化降解、异构化等反应，从而导致测定值与实际含量相比偏低，测定结果失真。所以在我们的试验中，浸提温度设置80与100做对比。我们还测定了不同处理茶汤的粒度分布，这就为提高茶汤后续的工艺处理效率（如薄膜过滤、反渗透浓缩等）提供较为可靠的实验理据。（3） 此外，本试验还就影响浸提的各种因素作了分析比较和理论探讨，如茶汤可溶性蛋白对茶汤粒度的影响等，研究结论在具有学术探讨意义之同时，还具有一定的实践指导价值。但是，由于实验时间紧迫和各种条件的制约，本研究尚有不少方面需要进一步深入。如试验原料只有一批，试验过程中发现的某些现象，未能用现有的理论从机理上作出深入的剖析，等等。2 材料和实验方法2.1 实验材料本实验实验材料为宁波福泉山茶厂提供的春茶后期的低档粗老茶叶，以对夹两叶，对夹三叶为主。2.2 主要仪器设备LC-2010高效液相色谱仪 Shimadazu公司数显恒温水浴锅（HH-K） 国华电器有限公司电子天平AE200 梅特勒托利多仪器有限公司DZX-9002B-1真空干燥箱 上海福玛实验设备有限公司HP8453紫外可见光分光光度计 Pharmacia Biotech公司QE100药材粉碎机 武义县屹立工具有限公司R-501旋转蒸发仪 申顺科技ALPHA 1-4 LD plus冷冻干燥机W-O升降恒温水浴锅SHB-B95型循环水式多用真空泵济南润之RISE-2006激光粒度分析仪2.3 实验方法2.3.1 实验处理的设置称取4kg上述粗老茶叶，根据茶水比1:1.5称取相应质量的冷水，做浸泡去汁处理，收集茶汁；对经去汁处理的湿茶渣进行称重，采用随机取样法扦取一定质量的湿茶渣，经烘干处理（初烘100、复烘80）做成处理样。茶样经过去汁后，其内含物分成两部分：一部分包含在去汁以后的茶汁，另一部分包含在烘干以后的茶渣里。因为本实验为三因素（100和80、茶原料分为去汁和不去汁、磨碎和不磨碎），根据试验因素设置8种不同处理方式，各处理和对照均重复三次。对照和处理的设置见下表。表1试验处理设置CK100不去汁磨碎样T10100不去汁未磨碎样T11100去汁磨碎样T12100去汁未磨碎样T2080不去汁磨碎样T2180不去汁未磨碎样T2280去汁磨碎样T2380去汁未磨碎样2.3.2 样品测定方法 茶多酚：酒石酸亚铁比色法；GT/T8313-2002氨基酸：茚三酮比色法 GB/T8314-2002水溶性蛋白测定：考马斯亮兰法。茶汤浸提后定容为500ml，吸取定容后的茶汤0.1ml与稀释后的考马斯亮兰（按体积比1:5蒸馏水）6ml均匀混合，然后在波长为595nm的情况下进行吸光度的测定，记录数据。儿茶素：高效液相色谱分析法（HPLC）检测方法如下：色谱柱：Agilent TC-C18(2)柱，4.6mm250mm, 5m; 检测波长和温度：280nm, 15；流动相A：乙腈/乙酸/重蒸水（6:1:193，v），流动相B：乙腈/乙酸/重蒸水（60:1:139，v）；梯度洗脱：0-35min ，B相由30%线性梯度增加至85%，35-40min，85% B相保持5min；总流速1ml/min，进样量10l。2.3.3 水浸出物测定国家标准法GB/T 8305-20022.3.4 茶汤粘度测定 济南润之RISE-2006激光粒度分析仪，测定八组总共24个茶样。超声处理统一为120秒。2.3.5 茶汁浓缩冷冻干燥将在宁波福泉山茶厂进行去汁处理后得到的茶汁先在水浴锅中，用50的水温进行浓缩，浓缩成体积大概是原来的1/5，倒出后冷却，放入-80的冰箱进行冰冻，然后将浓缩结冻后的茶汁放入冷冻干燥机中进行干燥。最后用粉碎机粉碎并过筛，装袋封口。2.4数据处理 实验得到的数据，运用Excel等office软件进行记录和计算。对于实验的重复数据，运用SAS程序进行显著性分析，用turkey法分别以95%和99%的置信度对各实验组样品数据之间的差异进行显著性分析。3 结果与分析3.1 不同处理茶样的内含成分含量茶多酚是构成绿茶浓度的收敛性的有效成分。根据表2， CK茶多酚含量最高，T21茶多酚含量最低，两者具极显著差异。CK和T11的茶多酚含量22.27%和20.97%，而且两者无显著性差异，CK和其他处理样呈显著性差异。其他各处理茶多酚含量低于CK和T10，而且有显著差异。T10和T12的茶多酚含量没有显著差异，T20、T21和T22茶多酚含量没有显著差异，经过不同的条件浸提后，茶多酚浸出量由多到少的顺序是：CKT11T10T12T20T22T21T23。结果表明，在其他条件一致前提下，磨碎处理比不磨碎处理浸出的茶多酚量多。茶汤中儿茶素类化合物是茶多酚的主要组成成分，分析结果表明，100条件下茶样总儿茶素浸提量较高，与80浸提相比呈极显著差异。用100浸提，总儿茶素浸出量最高的为T11和CK，两者没有显著差异。不同条件下，总儿茶素的浸出量由大到小顺序为：T11T12CKT10T20T23T21T22。CK氨基酸含量最高，T12最低，两者具极显著差异，CK和T10氨基酸含量较高，且与其他组呈极显著关系。100比80浸提出的氨基酸含量高。其原因是蛋白质水解是一个吸热过程14。在相同温度下，未去汁的比去汁的氨基酸浸出量高。不同条件浸提后，氨基酸浸出量含量由多到少的顺序是：CKT10T20T21T11T12T22T23。CK的水浸出物含量最高，占茶样重的36.2%，且与其他组相比呈极显著关系。T23的水浸出物含量最低，与CK相比，差幅为36.6%。100高温浸提获得的水浸出物高于80浸提。磨碎比不磨碎浸出量高。按水浸出物含量由多到少排序：CKT10T11T12T20T21T22T23。比较对不同处理的茶多酚/水浸出物比值，结果显示：不管是在100还是80浸提，去汁处理比不去汁处理的比值高。处理T11这一比值最高，与CK相比提高出3.6%，而T20最低，且与CK呈极显著差异。统计结果显示，各处理之间都没有极显著差异。在其它条件一致的前提下，80比100的比值高，磨碎的比不磨碎的高。此外，就酚氨比而言，处理T11、T12比CK、T10比值高，T22、T23比T20、T21比值高。说明干茶去汁能有效提高茶汤的酚氨比。其中又以T11最高，为15.8661，显著高于CK的12.4144。 综上所述，T11处理之茶多酚、儿茶素的浸出量大，茶多酚与水浸出物的比值以及酚氨比均为最大，这对茶多酚的后续纯化工艺十分有利。表2各茶样的内含成分比较茶多酚%氨基酸%水浸出物%茶多酚/水浸出物TP/WE氨基酸/水浸出物AA/WE酚氨比TP/AA儿茶素总量%CCCK22.27Aa1.80Aa36.19Aa0.61535ABa0.0497ABabc12.4144ABCDbcd10.07AaT1019.99Bcb1.74Aa33.89Bb0.60391ABCa0.0526ABab11.4821BCDcd9.80AaT1120.97ABab1.32BCbc32.91Bb0.63734Aa0.0402Bc15.8661Aa10.57AaT1219.22Bc1.31BCbc30.56Bc0.62913Aa0.0423Bbc14.6336ABab10.09AaT2014.77Cd1.43ABb27.07Cd0.54604Cb0.0527ABab10.3690CDd7.61BbT2113.13CDde1.35BCb23.73De0.55361BCb0.0566Aa9.8783Dd6.08CcT2214.36CDd1.03DCdc22.96De0.62558Aa0.0449ABbc13.9620ABCabc5.89CcT2312.58De0.93Dd22.93De0.54878Cb0.0405Bc13.8103ABCabc6.51BCc注：大写字母、小写字母分别表示差异极显著（=0.01）、差异显著（=0.05）。下同。Note: Capital and lowercase letter mean extremely significant differerce and significant differerce respectively. The same below.3.2 不同处理的儿茶素单体含量表3茶样所含咖啡碱、单体儿茶素与总儿茶素比值处理茶样SampleCAFF(mg)EGCG(mg)ECG(mg)GCG(mg)EGCG/儿茶素总量ECG/儿茶素总量GCG/儿茶素总量CK1.68Aa2.89ABab0.774BCb1.24Bb0.27548ABCab0.069009Aa0.123008BbT101.89ABCa2.70ABCbcd0.763Cb1.23Bb0.26705ABCDab0.075601Aa0.121578BbT111.97Aa3.15Aa0.845Aa1.61Aa0.31228Aa0.083759Aa0.159391AaT121.96ABa2.97Aab0.834ABa1.40ABb0.29412ABa0.082515Aa0.138367ABbT201.49BCDb2.73ABCabc0.445Dc0.177Cc0.27372ABCab0.044128Bb0.017552CcT211.28Db2.08De0.364Ed0.141Cc0.20625Dc0.036100Bb0.013970CcT221.12Db2.76DCde0.368Ed0.122Cc0.22362CDbc0.036507Bb0.012058CcT231.42CDb2.35BCDcde0.386DEcd0.188Cc0.23274BCDbc0.039614Bb0.018594Cc由表3可知，100浸提所获之EGCG、ECG、GCGD的含量均比80高，且差异显著。就EGCG与儿茶素总量的比值而言，100浸提较80浸提高，而且呈显著差异，各处理中，以T11这一比值最大。就ECG与儿茶素总量比值而言，亦是100浸提比80浸提高，两者间呈极显著差异，且同样以处理T11这一比值最大。GCG与儿茶素的比值，T11的比值最高，而且与其它处理呈显著差异。综上所述，在100浸提条件下，去汁处理的EGCG/儿茶素总量、ECG/儿茶素总量和GCG/儿茶素总量的比值均高于未去汁处理，尤以T11最为明显。这说明，去汁能去除儿茶素中的表儿茶素组分，使酯型儿茶素尤其是EGCG等代表茶多酚产品质量品级的重要成分在茶渣中得到富集，可见去汁无论对于提高茶多酚的浸提效率还是最终产品的质量品质都可望产生十分显著的提升作用。3.3 不同处理的咖啡碱含量和水溶性蛋白含量 根据表4， T11的蛋白质浸出百分比最高。总体而言，水溶性蛋白在100条件下的浸出量高于80浸出量；且磨碎比未磨碎浸出量低，推测磨碎样茶多酚等可溶性成分浸出较快会提高茶汤粘度，反不利于蛋白溶出。此外，咖啡碱在100条件下的浸出量高于80浸出量。表4茶样所含咖啡碱和水溶性蛋白3.4 不同处理茶汤的颗粒度从表5中可见，CK各个不同累计体积比下其茶汤颗粒的直径都是最大的，而且与各处理之间呈极显著差异，而T11是在各个不同累计体积比下茶汤颗粒直径是最小的。以代表茶汤中粒子总体积的遮光比比较，总体上100条件下浸提所获茶汤要比80下浸提的小，尤以T10和T11最低，说明这两个处理的茶汤澄清度非常高，而且与其他处理具有极显著差异。表5茶汤颗粒度处理茶样SampleD10（um）D50（um）D90（um）遮光度%CK117.647Aa248.05Aa425.33Aa0.4820DEdeT1038.162Bb62.79Cb104.43Dd0.0000EeT1135.073Bb62.20Cb105.97Dd0.0000EeT1237.987Bb63.95Cb108.10Dd0.6107DdT2043.622Bb79.41Cb207.69BCDcd0.5633DEdT2156.251Bb100.92Cb193.38CDcd2.1627BbT2299.270Aa212.83ABa337.59ABab5.3533AaT2349.795Bb144.68BCb262.41BCbc1.4403Cc注：D10就是纵坐标累计分布10%所对应的横坐标直径值D50就是纵坐标累计分布50%所对应的横坐标直径值D90就是纵坐标累计分布90%所对应的横坐标直径值4 小结与讨论就浸提温度而言，可以看出，茶多酚、儿茶素、氨基酸、水溶性蛋白和咖啡碱的浸出量，100高于80，而且呈现极显著差异，这与前人的研究结论相一致。据肖文军【16】等人研究，水浸出物和茶多酚浸出量随浸提温度的升高而增加。特别是高温长时间浸提，使酯型儿茶素浸出量增加。据罗龙新【17】等人的研究，处理温度升高，氨基酸进出速率是逐渐增大的。据范新年【18】等人研究温度对浸提有两方面作用，一方面温度升高，传质的速率增大，有利于茶多酚和儿茶素的浸出；但是，另一方面温度越高，茶多酚和儿茶素的氧化越快。而咖啡碱不被氧化，温度升高仅只是增大传质速率，故咖啡碱的得率随温度上升而增大。据Huafu Wang【19】等研究，茶汤中的EGCG在高温下能发生异构化而转化为GCG。但是本实验中，处理T11EGCG、GCG含量均是最高。其中原因有待进一步研究。就茶多酚，氨基酸和水浸出物而言，样品经磨碎要比相同条件下不磨碎的的浸出量高。茶叶内含物质的浸出是一个扩散的过程，磨碎后茶样表面积以及和水的接触面积增大，从而提高浸出效率。而磨碎样可溶性蛋白反而比不磨碎低，推测茶多酚等可溶性成分的快速浸出会提高茶汤粘度，反而不利于蛋白后期的溶出。据罗龙新【17】等研究，炒青经揉捻和揉捻工作，使茶汁挤出粘附在叶表，由于氨基酸的极性基团多，其水溶性较茶多酚强，故在浸出初期，氨基酸浸出率高于茶多酚。但由于氨基酸绝对含量远较茶多酚低，前期浸出率大，后期必然小了。说明了提高浸出温度和加强揉捻作用有利于氨基酸浸出。在去汁与否方面。因为经过去汁处理后，有一部分茶叶内含成分进入到茶汁中，所以，从实验数据来看，在相同条件下，去汁后的茶样其茶多酚、氨基酸和水浸出物浸出量都低于未去汁的茶样。但是，以儿茶素的浸出量比较，除了T20和T22，均以去汁以后的茶样较高，T11尤为明显。主要原因是，去汁步骤去除了原茶样中一些易溶出的部分，使EGCG等酯型儿茶素相对富集，这对实际生产中改进茶多酚的浸提效率具有极显著意义。此外，水溶性蛋白及咖啡因与茶汤的粒度似无相关性，推测茶汤冷后浑主要与儿茶素的含量与组成比例有关，具体原因尚有待作进一步研究。干茶去汁后不磨碎其浸提效果不佳，主要因为榨汁已把干茶表面的一些成分去除，茶叶中的儿茶素等可溶成分集中在条索内部，故不磨碎难以充分泡出，尤其以80温度浸泡，这一问题尤其明显。在茶样处理时的茶汁我们经过浓缩冷冻干燥后制成了茶粉，茶粉经过进一步加工后可以制成各种茶食品，比如茶酒、蛋糕添加作料等。同时，因为干燥后的茶粉最大限度的保留了茶叶原有的营养、药理成分，不含任何添加剂，所以可以直接饮用。总体而言，T11即100去汁磨碎的茶样浸提效果最好。其茶多酚和儿茶素的浸提量比其它处理均高，尤其值得一提的是，其EGCG和GCG的含量最高，并且EGCG/儿茶素总量，GCG/儿茶素总量等各项比值显著高于其它处理和对照，高出幅度最高达15%以上。如果运用这种方法运用于茶多酚的提取，可望提显提高茶多酚最终产品的品级，有较高实用价值。而且从粒度测定结果看，T11茶汤悬浮颗粒较小，以遮光比代表的粒子总体积也极小，有利于避免膜堵塞，提高茶汤后续处理超滤和反渗透效率。可以很好解决茶汤颗粒大容易堵塞液膜的