从绿茶中提取茶多酚的工艺研究.pdf

第16卷第4期 2007年12月 淮海工学院学报(自然科学版) Journal of Huaihai Institute of Technology(Natural Sciences Edition) Vol. 16 No. 4 Dec. 2007 文章编号:167226685(2007)0420038204 从绿茶中提取茶多酚的工艺研究 3 张 茵,荀玉芳,李 烨 (南京师范大学 生命科学学院,江苏 南京 210046) 摘 要:研究了萃取2沉淀法提取茶多酚的工艺特点,确定质量分数70 %乙醇萃取茶多酚的最佳温 度为70,最适时间为30 min ,料液比为120 ,进而确定以ZnCl2做沉淀剂,选用NaHCO3溶液调 节p H为610 ,沉淀浓缩液中的茶多酚,盐酸转溶沉淀后在p H为510时乙酸乙酯萃取茶多酚,提 取率可达21123 %。该提取工艺简单,无毒性,得率高。 关键词:萃取2沉淀法;茶多酚;萃取剂;沉淀剂;转溶 中图分类号:O625. 31 文献标识码:A Study on the Extraction Technology of Tea2polyphenols from Tea ZHANG Yin , XUN Yu2fang , LI Ye (College of Life Sciences , Nanjing Normal University , Nanjing 210046 , China) Abstract : The technical characteristics of the extraction2precipitation method used in preparing tea2polyphenols (TP) are investigated. The optimal conditions of soaking TP were determined as follows: 70 % ethanol as solvent , leaching 30 min at 70and the ratio of tea and solvent 120. The preferred conditions of precipitation method are ZnCl2as precipitant and the regulation of p H value to 6. 0 with NaHCO3. Precipitated TP was solved by adding hydrochloric acid , and then extrac2 ted with acetoacetate in the condition of pH 5. 0. As a result , its extraction rate reached 21. 23 %. This method is simple with a high extraction rate and a lower toxicity. Key words : extraction2precipitation method; tea2polyphenols ; extraction solvent ; precipitant ; conversion solution 茶叶中富含一类多羟基的酚性物质 茶多酚 (tea polyphenols ,TP) ,质量分数一般在15 %30 %, 远高于其它植物。茶多酚中以儿茶素类(catechines) 为主体,质量分数在60 %80 %。儿茶素类化合物的 结构中有连或邻苯酚基,因此是活性较高的抗氧化 剂。茶多酚还具有高效的抗癌、 抗衰老、 抗辐射、 清除 自由基、 降血脂等一系列药理功能,在油脂、 食品、 医 药、 日化等工业领域具有非常广阔的应用前景1。目 前从茶叶中提取TP的方法有3种。有机溶剂萃 取法。茶多酚易溶于水、 醇类、 醚类、 酮类、 酯类等,可 利用水或有机溶剂将茶多酚从茶叶中提取出来,再用 乙酸乙酯等有机溶剂将其从水提取物中分离出来。 此法能有效地从各种茶叶原料中提取茶多酚,但其 中含有大量的植物多糖、 色素、 咖啡碱等杂质,并且 使用多种溶剂、 步骤繁复得率低、 生产成本高。 离子沉淀法。利用茶多酚在一定的酸度条件下可以 和某些金属离子形成沉淀的性质,从茶多酚浸提液 中富集提取茶多酚,再用酸溶解沉淀使茶多酚游离 析出。此工艺减少了有机溶剂的用量,不必浓缩,能 耗降低,产品无毒且纯度高,但在沉淀、 过滤和转溶 3收稿日期:2007210218 ;修订日期:2007211212 作者简介:张茵(1980 - ) ,女,江苏南京人,南京师范大学生命科学学院教师,硕士,主要从事微生物与生化药学方面的研究,(E2mail) missannazhang 。 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 过程中茶多酚会损失,并且在碱性条件中茶多酚会 氧化成醌类物质,导致得率降低。柱层析吸附分 离法。因柱材料价格昂贵且再生存在一定问题,因 而无法实现大规模工业化生产223。本文将萃取法 和沉淀法结合起来,选用市售的绿茶为原料,从浸取 方法、Zn2 +沉淀TP的最佳p H、 乙酸乙酯萃取条件 等方面研究了萃取2沉淀法提取茶多酚的效果,为进 一步开发利用茶多酚提供理论和技术依据。 1 材料与方法 111 材料与试剂 市售绿茶经粉碎机粉碎后,过30目筛,避光保 存备用。 酒石酸亚铁溶液:称取01200 0 g硫酸亚铁铵 (AR)和11000 0 g酒石酸钾钠(AR) ,用蒸馏水溶解 后定容至200 mL ,放置过夜后使用。p H = 715磷酸 盐缓冲液:取1/ 15 mol/ L的磷酸氢二钠溶液85 mL 和1/ 15 mol/ L的磷酸二氢钾溶液15 mL混匀即得。 其它试剂均为分析纯。 112 仪器设备 微型高速万能试样粉碎机,河北省黄骅市新兴电 器厂;722型光栅分光光度计,上海第三分析仪器厂; LD422低速离心机,北京医用离心机厂;PHS23C数字 酸度计,杭州东星仪器设备厂;DZF26050真空干燥 箱,上海杰晟科学仪器有限公司;RE52B旋转薄膜蒸 发仪,上海博通仪器经贸有限公司;DF2101S集热式 磁力搅拌器,上海硕光电子科技有限公司。 113 茶多酚定量测定方法 茶多酚提取的基本工艺路线为:茶叶 粉碎 茶叶末 乙醇水溶液抽提 去茶渣 浓缩茶多酚粗 提液 调p H ,Zn2 +沉淀茶多酚,离心 沉淀物酸转 溶 盐析除杂酯萃取 VC溶液洗涤酯相减压浓缩, 酯回收 真空干燥得茶多酚成品。 测定方法:准确吸取待测液1 mL ,加入4 mL蒸 馏水和5 mL酒石酸亚铁溶液,充分混匀,再加入 p H = 715磷酸盐缓冲液至25 mL ,在波长540 nm 处,以试剂溶液作参比,测定吸光度A。 茶多酚质量浓度(g/ mL) = 11957A n/ 500。 式中,11957表示用1 cm比色杯,当吸光度为015 时,每mL茶汤中含茶多酚相当于11957 mg ;n表示 待测液的稀释倍数。 茶多酚得率( %) =成品中茶多酚质量 (g)/ 干茶 末质量(g)100 %。 茶多酚得率分别指茶多酚的浸提率、 沉淀率和 萃取率。 114 浸提方法 准确称取10 g过30目的茶叶末放入装有回流 冷凝管和温度计的三颈瓶中,按料液比1 20( 表示1 g茶末用20 mL乙醇浸提)加入不同浓度的乙醇水 溶液,加热回流一定时间后趁热抽滤,即得茶多酚浸 提液。取1 mL茶多酚浸提液稀释10倍后按 “113” 方法测定茶多酚,计算其浸提率。滤液经蒸发浓缩 回收大部分溶剂。 115 沉淀方法 移取浓缩后的茶多酚浸提液10 mL于小烧杯 中,加入014 mol/ L ZnCl2水溶液,摇匀。用质量分 数15 %的NaHCO3水溶液调节酸度,在室温下用 数字酸度计测定,离心得茶多酚2锌盐沉淀,用蒸馏 水洗涤沉淀物两次,称重,计算茶多酚的沉淀率。 116 萃取方法 将茶多酚2锌盐沉淀物移至烧杯中,加入2倍体 积的蒸馏水混匀,室温下搅拌滴加3 mol/ L HCl溶 液,当p H约为310时,沉淀物溶解,离心去除少量 胶状沉淀。取110 mL茶多酚酸转液稀释20倍后 按 “113” 方法测定茶多酚,计算其得率。 在茶多酚酸转液中加入氯化钠颗粒,当质量分 数达到约4 %时,离心去除絮状沉淀,所得上清液用 质量分数15 %的NaHCO3调节p H ,再用乙酸乙酯 在室温下分两次萃取,第一次茶多酚酸转液与乙酸 乙酯的体积比为11 ,第二次为1018 ,合并两次萃 取液,按 “113” 方法测定萃余相中的茶多酚,计算其 萃取率。 在乙酸乙酯相中加入质量分数为2 %的VC水 溶液(用柠檬酸调节p H为310) ,两者体积比为2 1 ,洗涤两次。60 减压浓缩酯相回收大部分乙酸 乙酯。 在60 下进行真空干燥,成品茶多酚为棕黄色 粉末,置于棕色玻璃瓶中低温保存。 2 结果和分析 211 浸提条件的确定 21111 乙醇浓度对茶多酚提取率的影响 从茶叶 中浸提茶多酚有热水浸提和有机溶剂浸提两种。大 量文献表明,在相同条件下,水的提取效率低,乙醇 作为浸提剂有利于茶多酚溶出,且能保护茶多酚不 易被氧化425,故本试验选用乙醇作浸提溶剂。 93 第4期张 茵等:从绿茶中提取茶多酚的工艺研究 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 茶多酚浸出量随浸提剂用量的增加而增大,但 当料液比达到120后,茶多酚浸提率增加缓慢。考 虑到成本问题,实验选择茶末与乙醇的质量体积比 为120。 乙醇浓度对茶多酚浸提率影响很大。乙醇浓度 低,茶多酚中糖类、 果胶、 植物蛋白质等水溶性杂质 会大量增加,从而影响茶多酚的纯度,对其精制不 利;高浓度的乙醇溶解了叶绿素、 类胡萝卜素和脂质 体等,导致浸提液为暗绿色并增加了后续分离纯化 的难度,同时,高浓度乙醇也会引起蛋白质、 茶多糖 等大分子物质的沉淀,从而带动茶多酚的共同沉淀, 导致其浸提率反而降低6。本文考察了不同乙醇质 量分数对茶多酚浸提率的影响,结果如图1所示。 图1 乙醇浓度对茶多酚浸提率的影响 Fig. 1 Effect of different ethanol concentration on TP extraction rate 由图1可以看出,质量分数70 %的乙醇水溶液 浸提茶叶的效果最好,茶多酚浸提率达到41196 % , 而质量分数为60 %时浸提率仅为34191 %。质量分 数为80 %时提出的茶多酚虽然最多,浸提率高达 43162 % ,但浸提液中的叶绿素也较多,笔者尝试了 用活性炭脱除色素,发现茶多酚的得率会有所下降, 因此本实验选择质量分数70 %的乙醇水溶液浸提 茶叶末。叶绿素是浸提液中的主要杂质,测定浸提 液在660 nm(叶绿素的最大吸收波长)处的吸光度 可以作为判断杂质溶出的标志7。 21112 浸提时间的影响 一般而言,浸提时间越长 浸提效果越好,但茶多酚是一类多羟基的酚性物质, 易被空气中的氧气氧化,在加热时更是如此8,因此 不能一味依靠延长浸提时间提高茶多酚的浸提率。 本文在035 min范围内进行浸提实验(图2) ,结果 表明,030 min时,浸提率随着时间延长而增加, 20 min时浸提率为30169 % ,而30 min时浸提率达 到41196 %;超过30 min后,浸提率不但不随时间的 延长而增加,反而呈现出下降趋势 (31 139 %)。因 此,实验选择30 min。 图2 浸提时间对茶多酚浸提率的影响 Fig.2 Effect of different extraction time on TP extraction rate 21113 浸提温度的影响 保持其它条件相同,分别 在60 ,70 ,80 进行浸提实验(图 3) 。结果表明,在 温度低于70 时,茶多酚浸出率随着温度的升高而 升高 (60 时浸提率为28165 % ,70 时浸提率达 到41196 %) ;超过70 后,茶多酚浸出率随着温度 的升高而呈下降趋势 (32 149 %) ,可能是因为在温度 较高时,茶多酚氧化程度增加,并且导致浸提液颜色 加深(深褐色 ) , 同时,浸提液呈胶泥状,增加了离心 操作的难度。因此,实验浸提温度选择70。 图3 浸提温度对茶多酚浸提率的影响 Fig. 3 Effects of different extraction temperature on TP extraction rate 212 沉淀条件的确定 在一定的p H条件下,茶多酚能够与金属离子 作用形成沉淀,从而与咖啡碱分离开。该法使用的 有机溶剂少,选择性较强。但茶多酚与不同金属离 子形成沉淀的能力不同,目前常用的金属离子有 Al3 +,Zn2 +,Ca2 +。Al3 +会引发老年痴呆故不采用; Ca2 +在碱性条件下会形成Ca (OH)2,Ca (OH)2为 微溶物,沉淀效果不佳; Zn是人体所需元素,且 Zn2 +具有3d10电子结构,使水中的茶多酚沉淀得较 完全8。故本实验选择Zn2 +作沉淀剂。 茶多酚在碱性条件下易氧化褐变,并且氧化程 度随碱性的增强而加剧。NaHCO3属两性物质,只 要在水溶液中保持一定浓度,其p H就会维持在 8131 ,因此在调节p H时选用NaHCO3溶液,不会 因浓度造成比较严重的茶多酚局部氧化4。 04淮海工学院学报(自然科学版)2007年12月 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 随着ZnCl2用量增加,茶多酚的沉淀率逐渐上 升,当加入沉淀剂(ZnCl2)与茶末的质量比为12 时,茶多酚的沉淀率最高,再加入沉淀剂,沉淀率不 再增加。所以,在保证茶多酚沉淀率的前提下,为避 免浪费,选择12的质量比最为适宜。 选用ZnCl2沉淀茶多酚时,对p H有严格的要 求,p H太小,形成的沉淀物会很少;p H太大,沉淀 物可能会变质。常温下向浓缩后的茶多酚浸提液中 加入ZnCl2水溶液,在不同的p H下,测定茶多酚的 沉淀率结果见图4。由图可见,p H = 510 ,515时沉 淀不完全,沉淀量较少(p H = 510时沉淀率为 7166 % ,p H = 515时沉淀率为10142 %) ,p H615 条件下,部分茶多酚已被氧化(p H = 615时沉淀率 为11179 %) ,沉淀茶多酚的适宜酸度为p H = 610 615 ,p H = 610时沉淀量较多。故本实验选ZnCl2 沉淀茶多酚的p H为610 ,沉淀率可达24148 %。 图4 pH对茶多酚沉淀率的影响 Fig. 4 Effect of pHvalue on TP precipitation rate 213 萃取条件的确定 茶多酚含有较多的游离羟基,可与蛋白质和氨 基酸结合9。为了防止在乙酸乙酯萃取茶多酚的操 作中产生乳化现象,导致分离困难,茶多酚损失,本 实验采用盐析法将酸转液中的蛋白质等杂质沉淀除 去,故在后续的萃取过程中未出现分层不清的问题。 茶多酚易溶于乙酸乙酯,而咖啡碱在乙酸乙酯 中的溶解度很低5,因此将酸转溶后的清液,用适量 的乙酸乙酯进行萃取可进一步纯化茶多酚。由于茶 多酚在水中也有一定的分配系数,水层仍然溶有一 定量的茶多酚,故为了减少茶多酚的损失,本实验增 加了乙酸乙酯萃取的次数,采用两次萃取的方法。 实验发现水相的p H对乙酸乙酯萃取茶多酚的效率 有较大的影响,结果见图5。由图可见当水相的p H 为510时,萃取率最高(达到21123 %) ,而p H为 410和610时 萃 取 率 相 当,分 别 为20114 %和 20107 %。本实验用VC水溶液(柠檬酸调节p H为 31 0) 洗涤酯相,VC是还原剂,可以防止茶多酚氧化, 柠檬酸可以脱除残留的咖啡碱10。 图5 pH对茶多酚萃取率的影响 Fig. 5 Effect of pHvalue on TP extraction rate 3 结论 本实验采用萃取2沉淀法从茶叶中提取茶多酚, 浸提条件为质量分数70 %的乙醇水溶液作浸提剂、 料液比为120、 浸提温度70、 浸提时间30 min ,离 子沉淀条件为Zn2 +作沉淀剂、 质量分数为15 %的 NaHCO3水溶液调节pH为610 ,酸转溶后用质量分 数4 %的NaCl除去蛋白质等胶体物质,避免萃取过 程中出现乳化现象,造成分层不清,茶多酚损失,萃 取条件为调节水相p H = 510 ,乙酸乙酯为萃取剂,