（茶学专业论文）儿茶素类专用吸附剂的合成及性能研究.pdf

摘要 茶多酚是绿茶中的主要活性物质之一，具有抗癌抗肿瘤、降血压、降血糖、 降血脂、抗菌消炎等多种活性功能，在医药、食品等领域被广泛应用。普通商品 茶多酚中含有2 0 0 , - 1 0 的咖啡因，远高于茶叶中的咖啡因含量。而过量的咖啡因 可能会引起心悸、高血压、胃部痉挛、失眠等问题。而欲将茶提取物作为功能性 成分应用于食品或药物，脱咖啡因是拓展其应用范围和提高产品附加值的前提条 件。现有的脱咖啡因方法主要有溶剂萃取法、离子沉淀法和吸附分离法，其中吸 附分离法相对应用较广大孔树脂是应用最多的吸附剂材料，但大孔树脂选择吸 附性不佳，不能有效去除咖啡因。 本研究主要利用儿茶素类化合物具有较多酚羟基和较强氢键形成能力的特 点，选择以甲基丙烯酸等单体材料制备具有强氢键缔合能力的聚合物，通过静态 吸附、动态吸附和解吸附，分析这些聚合物对儿茶素类化合物物质的吸附容量和 选择性能，以及洗脱条件，为这些新型聚合物在儿茶素类脱咖啡因中的应用奠定 基础。 研究结果显示以甲基丙烯酸( m a a ) 、丙烯酰胺( a m ) 、甲基丙烯酸甲酯 ( m m a ) 为单体，乙腈为致孔剂，偶氮二异丁腈( a i b n ) 为引发剂，二甲基丙 烯酸乙二醇酯( e g d m a ) 为交联剂，采用6 0 热聚合法可制备具有良好物理 性状的聚合物吸附材料。 静态吸附研究试验结果表明，由m a a 、a m 和m m a 单体制备的聚合物对 儿茶素类的选择吸附性能明显优于咖啡因。 吸附动力学研究结果表明， 5 0m i n 时m a a 和a m 对咖啡因的吸附达到平衡 状态，1 0 0m i n 时对儿茶素类的吸附达到平衡；m m a 对咖啡因则在3 0m i n 时达到 吸附平衡状态；对儿茶素类的吸附平衡时间为2 7 0m i n 。三种聚合物吸附材料对 儿茶素类物质的吸附量( 1 0 5 1 2 0m g g 一) 远大于对咖啡因的吸附量( 1 0 1 5 m g g 。) 。由吸附平衡时间和平衡吸附量可知，三种吸附材料在儿茶素类化合物 脱咖啡因研究中具有较高的应用价值。 吸附机理研究显示，咖啡因和儿茶素类在三种聚合物材料上的吸附动力学可 以用二级动力学模型拟合。分析表明在2 5 时，儿茶素类的动力学平衡吸附量 n 理论值与平衡吸附量实验值q 。基本一致，两者的相对误差不超过5 。 运用l a n g m u i r 方程能较好地模拟茶汤中三种聚合物对咖啡因和儿茶素类的 吸附行为。在1 5 下三种材料对儿茶素类物质的吸附量均比2 5 和3 5 高，因 此，儿茶素类脱咖啡因吸附操作应在较低的温度下进行。 吸附穿透试验结果表明，在m a a 、a m 和m m a 聚合物填充柱中，咖啡因最 先发生穿透，之后为简单儿茶素，酯型儿荼素穿透时间最迟。说明三种吸附材料 对咖啡因的吸附能力弱，对e g c g - 等) l 荼素类物质吸附能力强。 洗脱试验结果表明，以2 0 3 0 的乙醇可将吸附在聚合物上的咖啡因完全 洗脱下来，而儿茶素类物质不会被洗脱，i ) j , 4 0 8 0 的乙醇可将儿茶素类物质充 分洗脱。考虑到洗脱效率，儿茶素类脱咖啡因工序可采用不同乙醇浓度分步洗脱， 即在2 0 3 0 乙醇条件下洗脱咖啡因，在6 0 8 0 乙醇条件下洗脱收集儿茶素类 物质。 洗脱再生试验表明，m a a 经洗脱再生后对咖啡因的吸附能力有所减弱，表 现为穿透时间提前，而对e g c g 等) 1 , 茶素类物质吸附能力影响较小，说明再 生能力良好 上述试验结果表明，以m a a 、a m 和m m a y 可单体制备儿茶素类专用吸附剂 是可行的，同时在优选的吸附和解吸附参数条件下可达n j l , 茶素类脱咖啡因的目 的。 关键词：聚合物；儿茶素类；脱咖啡因；静态吸附；吸附动力学曲线；吸附机 理；乙醇梯度分步洗脱 ! i i a b s t r a c t t e ap o l y p h e n o l s ，o n eo ft h em a i nb i o a c t i v ec o m p o n e n t si ng r e e nt e a ，a r ew i d e l y u s e di nt h ea r e ao ff o o di n d u s t r ya n dm e d i c i n eb e c a u s eo ft h e i rh i g hp o t e n t i a lo f o x i d a t i o nr e s i s t a n c e ，b l o o dp r e s s u r ed e c l i n a t i o n ，r a d i a t i o nr e s i s t a n c ea n dc a n c e r p r e v e n t i o n t h el e v e lo fc a f f e i n ei nt e ap o l y p h e n o l se x t r a c t s ，w h i c hr e a c h e st o 2 - 10 b yw e i g h t ，i su s u a l l ym u c hh i g h e rt h a nt h a ti nc o m m e r c i a lt e a e x c e s s i v e i n t a k eo fc a f f e i n ee x e r t sa d v e r s ee f f e c t s ，i n c l u d i n gs l e e pd e p r i v a t i o n ，a b o r t i o n sa n d m i s c a r r i a g e s ，p s y c h o s o c i a ls t r e s sa n dh y p e r s e n s i t i v i t y c a f f e i n es h o u l db er e m o v e d f r o mt e ae x t r a c t sb e f o r ei ti sa p p l i e dt op r e p a r a t i o no ff o o d so rd r u g s i no r d e rt oo b t a i n c a f f e i n e - f r e et e ae x t r a c t s ，a t t e m p t sh a v eb e e nm a d ei n c l u d i n go r g a n i cs o l v e n t se x t r a c t i n g a n dr e m o v i n gc a f f e i n e ，m e t a li o n s p r e c i p i t a t i o n t e a p o l y p h e n o l sa n dc o l u m n c h r o m a t o g r a p h ys e p a r a t i o n c o l u m nc h r o m a t o g r a p h ys e p a r a t i o ni s u s e dm o r ew i d e l y t h a no t h e rm e t h o d s m a c r o p o r o u sr e s i ni sak i n do fp o p u l a ra d s o r b e n t sf o rc o l u m n c h r o m a t o g r a p h ys e p a r a t i o n h o w e v e r ，r e s i nc a n n o tr e m o v ec a f f e i n et h o r o u g h l yf r o m t e ae x t r a c t sb e c a u s eo fi t sp o o rs e l e c t i o nc a p a b i l i t y c a t e c h i n sw i ma b u n d a n th y d r o x y l sh a sh i g hp o t e n t i a lo fh y d r o g e nb o n d f o r m a t i o n m o n o m e r s 、析mh i g hb i n d i n gc a p a c i t yo fh y d r o g e nb o n d s u c ha sm e t h y l m e t h a c r y l a t e ，w e r e u s e df o rp r e p a r i n gt h ep o l y m e r s t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n d a d s o r p t i o nc a p a b i l i t i e so ft h e s ep o l y m e r sw e r es t u d i e db ys t a t i ca d s o r p t i o na n d c o l u m nc h r o m a t o g r a p h y ，f o c u s i n go nt h es t u d yo fa d s o r p t i o ni s o t h e r me q u a t i o n ， c h a r a c t e r i s t i c so fk i n e t i c sa n de l u t i o nc o n d i t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tp o l y m e r sp r e p a r a t i o no p t i m i z e da sm i x i n gm o n o m e r s s u c ha sa c r y l a m i d e ( a m ) ，m e t h a c r y l i ca c i d ( m a a ) a n dm e t h y lm e t h a c r y l a t e ( m m a ) ， c r o s s l i n k e r s ( e t h y l e n eg l y c o ld i m e t h a c r y l a t e ) a n di n i t i a t o r ( a z o b i s i s b u t y r o n i t r i l e ) ，a n d i n c u b a t i n ga t6 0 f o r2 4h i na c e t o n i t r i l es o l u t i o n s t a t i ca d s o r p t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a ta b s o r p t i o nc a p a c i t yf o rc a t e c h i n sb y p o l y m e r sw a sm u c hh i g h e rt h a nf o rc a f f e i n e ，i e p o l y m e r sc o u l da b s o r b e dc a t e c h i n s s e l e c t i v e l y i v t h ek i n e t i cc b r v e ss t u d i e ss h o w e dt h a te q u i l i b r i u mt i m ef o rc a f f e i n ea d s o r p t i o n o nt h em a aa n da m p o l y m e r sw a s5 0m i n ，w h i l et h et i m eo fc a t e c h i n sw a s10 0m i n o nt h em m ap o l y m e r s ，t h ee q u i l i b r i u mt i m ef o ra d s o r p t i o no fc a f f e i n ea n dc a t e c h i n s w a s3 0m i na n d2 7 0m i n ，r e s p e c t i v e l y t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t i e sf o rc a t e c h i n sr e a c h e d t o1 0 5m g g 1 2 0m g g ，w a sh i g h e rt h a nt h a tf o rc a f f e i n e ( 1 0m g g - 1 5m g g - 1 ) t h e r e f o r e ，p o l y m e r s ，p r e p a r e df r o mm o n o m e ro fm a a ，a ma n dm m a ，w e r ep r o v e d t 0b ee f f e c t i v ea d s o r b e n t sf o rd e c a f f e i n a t i o no ft e ae x t r a c t s t h ep s e u d o s e c o n do r d e rm o d e lw e r eu s e dt od e s c r i b et h ea d s o r p t i o nk i n e t i c 。 t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t y ( q c ) c a l c u l a t e db ym o d e lw a sc o n s i s t e dw i t l lt h ee x p e r i m e n t a l q ew i t he r r o rl e s st h a n5 a t2 5 f o r t h et h r e ep o l y m e r s l a n g m i u ri s o t h e r me q u a t i o nc o u l db eu s e df o rd e s c r i b i n gc a t e c h i n sa n dc a f f e i n e a d s o r p t i o nb e h a v i o ro n t h et h r e ep o l y m e r s s a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t yo fc a t e c h i n s a tl5 w a sh i g h e rt h a nt h a ta t2 5 a n d35 t h e r e f o r e 1 0 wt e m p e r a t u r ew a s b e n e f i t e df o rd e c a f f e i n a t i o nt r e a t m e n tf r o mt e ae x t r a c t s c o l u m nc h r o m a t o g r a p hs e p a r a t i o nu s i n gm a a ，a ma n dm m a p o l y m e r sa sb e d a b s o r b e n t si n v e s t i g a t i o ns h o w e dt h a tt h eb r e a k t h r o u g hp o i n to fc a f f e i n ew a sm u c h e a r l i e rt h a nt h a to fc a t e c h i n s ，a n de s p e c i a l l yt h ep o i n to fn o n - g a l l a t e dc a t e c h i n sw a s e a r l i e rt h a nt h a to fg a l l m e dc a t e c h i n s i tw a ss u g g e s t e dt h a tt h ea d s o r p t i o na m o u n to f c a t e c h i n sb yp o l y m e r sw a sm u c hh i g h e rt h a nt h a to fc a f f e i n e t e ae x t r a c t sw a sl o a d e do nt h ep o l y m e rc o l u m n sa n dw a s h e ds e q u e n t i a l l yw i t h a q u e o u se t h a n o lo fi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o n s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc a f f e i n ec o u l d b ee a s i l ye l u t e db y2 0 - 3 0 a q u e o u se t h a n o l ，w h i l ef o re l u t i o nt h ec a t e c h i n sm u c h l l i g hc o n c e n t r a t i o na q u e o u se t h a n o ls u c ha s4 0 旷8 0 s h o u l db el o a d e d i no r d e rt o s a v et h ee l u t i o nt i m e ，3 0 a q u e o u se t h a n o lw a ss e l e c t e dt or e m o v ec a f f e i n e ，a n d 6 0 - 8 0 e t h a n o lw a su s e df o re l u t i n gc a t e c h i n s r e g e n e r a t e dp o l y m e r sb ye t h a n o le l u t i o nw e r eu s e df o rr e l o a d i n ge x a m i n a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eb r e a k t h r o u g h p o i n to fc a f f e i n e o nt h er e g e n e r a t e d p o l y m e r sc o l u m nb e dw a se a r l i e rt h a nt h a to nt h ef r e s hp o l y m e r sc o l u m n ，a n dt h a t l i t t l ee f f e c to fr e g e n e r a t i o no nb r e a k t h r o u g hp o i n to fc a t e c h i n sw a sa l s of o u n d i tw a s s u g g e s t e dt h a tp o l y m e r sw a ss u i t a b l ef o rr e g e n e r a t i o na n dr e u t i l i z a t i o n v i nc o n c l u s i o n ，p o l y m e r s ，p r e p a r e df r o mm o n o m e r so fm a a ，a ma n dm m a ， w e r ep r o m i s i n ga b s o r p t i o nm a t e r i a l sf o rd e c a f f e i n a t i o no ft e ac a t e c h i n s k e yw o r d s ：p o l y m e r s ，t e ac a t e c h i n s ，d e c a f f e i n a t i o n ，s t a t i ca d s o r p t i o n ，a b s o r p t i o n k i n e t i cc u r v e ，m e c h a n i s mo fa b s o r p t i o n ，s t e pe l u t i o nb ya q u e o u se t h a n o l v i 图表索引 图1 1 儿茶素类化合物的分子结构2 图1 2 咖啡因的分子结构3 图1 3 溶剂浸提法提取茶多酚4 图1 4 金属离子沉淀法提取茶多酚5 图1 5 超临界流体萃取法提取茶多酚的工艺流程6 图1 6 树脂吸附法提取荼多酚工艺流程6 图2 1 自由基引发聚合过程1 5 图2 2 用于聚合物制备的自制安瓿瓶 1 6 图2 3 不同溶剂制得的聚合物吸附后茶汤中各成分h p l c 图2 2 图3 1m a a 、a m 和m m a 聚合物对儿茶素类物质吸附动力学曲线( 2 5 c ) 3 l 图3 2m a a 、a m 和m m a 聚合物对咖啡因吸附动力学曲线( 2 5 c ) 3 1 图3 3m a a 、a m 和m m a 聚合物对e g c 吸附动力学曲线( 2 5 ( 2 ) 3 2 图3 4 m a a 、a m 和m m a 聚合物对e g c g 吸附动力学曲线( 2 5 ( 2 ) 3 2 图3 5m a a 、a m 和m m a 聚合物吸附儿茶素类物质的动力学线性模拟( 2 5 1 2 ) 3 4 图3 6 h l 4 , a 、a m 和m m a 聚合物吸附咖啡因的动力学线性模拟( 2 5 1 2 ) 3 4 囹3 7m a a 、a m 和m m a 聚合物吸附e g c 的动力学线性模拟( 2 5 c ) 3 5 图3 8m a a 、a m 和m m a 聚合物吸e g c g 的动力学线性模拟( 2 5 c ) 3 5 图4 1 咖啡因、儿茶素类在聚合物填充柱上的穿透曲线( 2 5 c ) 4 6 图4 2m a a ，a m 、m m a 填充柱不同乙醇浓度的阶段洗脱曲线( 2 5 ) 。5 1 图4 3 通过m a a 柱分步洗脱液的h p l c 检测结果：5 2 图4 4 咖啡因、儿茶素类在聚合物再生柱上的穿透曲线( 2 5 ( 2 ) 5 6 表2 1m a a 、a m 和m m a 聚合物吸附后茶汤中各成分的含量( m g1 h i 1 ) 1 9 表2 2 不同溶剂制得的聚合物吸附后茶汤中各成分的含量( m g m l 1 ) 2 0 表2 3 不同单体聚合物对儿茶素类和咖啡因解吸效果( ) 2 3 表3 1m a a 、a m 、m m a 聚合物吸附的拟二级动力学参数( 2 5 c ) 3 7 表3 2 三种聚合物吸附咖啡因和儿茶素类的等温方程及其相关参数( 1 5 1 2 ) 3 8 表3 3 三种聚合物吸附咖啡因和儿茶素类的等温方程及其相关参数( 2 5 c ) 3 9 表3 4 三种聚合物吸附咖啡因和总儿茶素的等温方程及其相关参数( 3 5 ( 2 ) 4 0 v i i 术语与略语表 t p t c a i b n a m m a a 嗄a 嗄a e g d m a c c g e c e c g e g c g g c g c g c a b v h k g m g m m m l p h p v r p m v h p l c t e ap o l y p h e n o l s t e ac a t e c h i n s a z o b i s i s b u t y r o n i t r i l e a c r y l a m i d e m e t h a c r y l i ca c i d m e t h y lm e t h a c r y l a t e e t h y l e n eg l y c o ld i m e t h a c r y l a t e c a t e c h i n c a t e c h i ng a l l a t e e p i c a t e c h i n e p i c a t e c h i ng a l l a t e e p i g a l l o c a t e c h i ng a l l a t e g a l l o c a t e c h i n g a l l o c a t e c h i ng a l l a t e c a f f e i n e b e dv o l u m e h o u r k i l o g r a m m i l l i g r a m m i n u t e m i l l i l i t e r h y d r o g e n - i o nc o n c e n t r a t i o n p e r o x i d ev a l u e r o t a t i o np e rm i n u t e v o l u m e 茶多酚 总几茶素 偶氮二异丁腈 丙烯酰胺 甲基丙烯酸 甲基丙烯酸甲酯 二甲基丙烯酸l - - 醇酯 儿茶素 儿茶素没食子酸酯 表儿茶素 表儿茶素没食子酸酯 表没食子儿茶素没食子酸酯 没食子儿茶素 没食子儿茶素没食子酸酯 咖啡因 柱床体积 小时 千克 毫克 分钟 毫升 酸碱度 过氧化值 转每分 体积 h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y 高效液相色谱 v i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝逛太堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：杨谚已丽 签字日期：切口8 年石月争日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：杨晓丽 导师签名： f 屯托 i 签字日期：切口8 年石月争日 签字日期：口孑年月玉v 日 致谢 本论文是在导师陆建良教授悉心指导下完成的，从论文的选题、设计、实 验和撰写上都倾注了他大量的心血。在两年的研究生求学生涯中，导师以其渊博 的知识、活跃的学术思想、严谨的研究态度指导我在求知的道路上不断前进，带 领我领略学术殿堂的无限奥秘。陆老师在给予我科研精心指导的同时，生活上也 给予了无微不至的关怀，使我顺利完成研究任务。在此向我的恩师表示最诚挚的 感谢! 感谢梁月荣教授两年来对我在学习、科研、生活中的悉心关怀和帮助，梁 月荣教授高瞻远瞩的学术眼光、忘我的工作热情、稳健处事的作风对我的求学之 路产生了深刻影响，同时也对我今后踏上社会，走上岗位产生了深远的影响，使 我终生受益，感激之情难以言表! 感谢本系的龚淑英、屠幼英、何普明、沈生荣、王校常、须海荣、王岳飞、 骆耀平、汤一、朱晓玲、顾志蕾等老师给予我各方面的指导和帮助，他们渊博的 学识和平易近人的作风让我受益匪浅! 感谢叶俭慧师姐，在实验过程、数据处理和论文撰写中给予的宝贵建议和 悉心指导，使我顺利的完成了论文! 同时感谢本实验室的郑新强、孙庆磊、叶倩、 杜颖颖、林晨、潘顺顺、董俊杰、吴亮宇、杨意成、张祯岘、董占波等同学在实 验与生活中的帮助；感谢本系的孙世利、徐懿、胥佰涛、代毅、马圣洲、马军辉、 刘海芳、梅鑫、李磊等同学的关心和帮助，使我的研究生生涯充实和愉快；感谢 同寝室的金冬双、崔峰、李汉美为我营造了愉快、温馨的学 - j 和生活环境! 同时，感谢疼爱我的父母在我求学历程中所给予的理解、支持和鼓励，正 是他们期待及关注的目光让我在求学的道路上不断前行! 最后，感谢所有参加我的论文评阅和答辩的各位专家、教授! 方寸之地，不能一一言谢! 在此，谨向所有关心、帮助和鼓励我的老师、 同学以及朋友表示最真挚的谢意! 杨晓丽 二零零八年五月于杭州华家池 浙江大学硕士学位论文l 引言 1 引言 1 1 茶提取物脱咖啡因研究进展 茶多酚( t e a p o l y p h e n o l s ，简称t p ) 是存在于茶叶中的一类多羟基酚类混合物， 一般约占茶叶干重的2 0 3 5 由于t p 具有多种生理、药理功效【1 1 ，目前已广 泛应用于粮油、食品、药品、精细化工等多个领域【2 1 。但是一般商品t p 中还含有 2 1 0 左右的咖啡因。咖啡因具有利尿，提神醒脑等作用，而过量摄入易引起兴 奋少眠，并可能产生依赖性，一旦停止摄入，可能表现出情绪低落 3 , 4 1 。美国的 b a r o n e a h 和r o b e r t s 建议成人每日咖啡因的安全摄入量为4m g k g 体重，青少年每 日咖啡因的安全摄入量为lm g k g 体重【5 1 。作为功能食品或药物原料的t p ，要求 e g c g 含量高，而咖啡因等杂质的含量应尽可能低。可见，脱咖啡因儿茶素类抗 氧化剂和脱咖啡因速溶茶市场空间巨大。 1 1 1t p 的化学组成与结构 t p 是茶叶的主要成分，又称单宁、茶鞣酸、茶鞣质，是茶叶中多酚类物质 的总称【6 】。t p 由儿茶素类、黄酮甙、花青甙类、酚酸类、缩酚酸类等3 0 多种化合 物组成，其中儿茶素类化合物是茶多酚的主要成分，约占茶多酚含量的6 5 8 0 左右。儿茶素类物质主要包括儿茶素( c ) 、表儿茶素( e c ) 、表没食子儿茶素 ( e g c ) ，表儿茶素没食子酸酯( e c g ) ，没食子儿茶素没食子酸酯( g c g ) ，表没食 子儿茶素没食子酸酯( e g c g ) ，如图1 1 ，其中e g c g 的含量约占到儿茶素类物 质的4 0 6 0 。 浙江大学硕士学位论文l 引言 ( e c g ) h ( e c ) o h ，( g c g ) h h ( e g c ) 图1 1 儿茶素类化合物的分子结构 f i g1 1m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fc a t e c h i n s 1 1 2t p 的性质及生物活性 o h ( e g c g ) h h t p 为淡黄色至茶褐色的粉末或晶体，易溶于温水、乙醇、甲醇、丙酮和乙 酸乙酯，微溶于油脂，不溶于氯仿及苯等溶剂，有吸湿性，耐热性好。t p 水溶 液呈弱酸性( p h 约为6 ) ，能使蛋白质凝固或变性。在p h 值2 7 范围内性质较稳定， 光照或p h 值大于8 时易氧化聚合。遇f e 3 + 生成绿黑色络合物，遇c a 2 + 易形成沉淀。 由于t p 含有两个以上邻位酚羟基，有较强的供氢能力，能捕获过氧自由基 而显示出抗氧化性，其抗氧化性优于丁基羟基茴香醚( b h a ) 、二丁基羟基甲苯 ( b h t ) 、叔丁基对苯二酚( t b h q ) 等人工合成的抗氧化剂，并且安全无毒f 7 1 。研究 显示，在1 6 0 食用油中添 g t p ，3 0m i n 后t p 含量下降2 5 ，食用油的过氧化值 ( p v 值) 几乎不变，而未添加t p 食用油p v 值则增大一倍，说明t p 具有很强油脂 抗氧化作用。 2 浙江大学硕士学位论文l 引言 研究表明，茶多酚除了具有很强的抗氧化活性外【8 9 1 、还具有抗癌、抗辐射、 抗衰老，抗龋护齿【l o l 、消炎抑菌等作用lz - 2 q 。此外茶多酚还可以减轻吸烟对人 体的毒害【2 2 1 、具有降血脂防治动脉粥样硬化【2 3 , 2 4 1 、助消化2 5 1 、除臭2 6 2 7 1 、降血 糖及抑制h 逆转录酶【2 8 1 等多种功效。随着t p 生物功效研究的深入，茶多酚在生 物医药，功能食品，食品添加剂、化妆品、日用化工、轻化工等领域得到快速推 广应用。 1 1 3 咖啡因的结构、性质及应用 咖啡因亦称咖啡碱，化学名称为1 ，3 ，7 三甲基3 ，7 二氢1 h 嘌呤2 ， 6 二酮水合物，化学式c 8 h l o n 4 0 2 ，相对分子质量为1 9 4 2 ，易溶于水。熔点为 2 3 5 。2 3 7 ，白色结晶粉末，无臭，味苦，有风化性。咖啡因结构中虽含有四个 氮原子( 图1 2 ) ，但受邻位羰基吸电子的影响，呈弱碱性。 图1 2 咖啡因的分子结构 f i g 1 2m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fc a f f e i n e 咖啡因是茶叶中除茶多酚外另一类重要滋味成分，在茶叶中含量约为1 5o f 2 9 1 。 咖啡因是重要的中枢神经兴奋剂之一，用于中枢性呼吸衰竭，神经衰弱的 治疗以及消除疲乏等3 们。个体对咖啡因的敏感程度差异很大，敏感人群饮用后 易引起心悸、高血压、胃部痉挛、失眠和抑制食物营养吸收t 3 1 1 。此外还有研究 认为，咖啡因能穿越胎盘和血脑屏障，影响胎儿发育，导致胎儿畸形 3 1 。 1 1 4 茶多酚提取方法的研究进展 目前，国内外提取茶多酚的方法大体有四种，即溶剂萃取法、金属离子沉 淀法、树脂吸附法、超临界流体萃取法。 浙江大学硬士学位论文l 引言 1 1 4 1 溶剂萃取法 溶剂萃取法是传统的茶多酚提取法，过程比较简单。常用的溶剂有水、乙 醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等p 2 1 ，其原理是利用茶叶中不同化合物在不同溶剂 中的溶解度差异进行提取分离。溶剂萃取法主要有水提取法和有机溶剂萃取法。 提取的工艺流程如图1 3 所示。 图1 3 溶剂浸提法提取茶多酚 f i g1 3e x t r a c t i o no ft e ap o l y p h e n o l sb ys o l v e n te x t r a c t i o nm e m o d 水提取法【3 3 】以水为溶剂，采用水浴加热，多次分步提取，合并提取液后用 氯仿萃取脱除咖啡因，水相改用乙酸乙酯多次反复萃取，合并乙酸乙酯相并减压 蒸馏浓缩，真空、冷冻或喷雾干燥后，以去离子水溶解并重结晶即得产品。此法 有机溶剂使用少，工艺简便，成本低，产品纯度较高，但提取率低。 有机溶剂萃取法1 3 4 1 是将茶叶用以乙醇或甲醇或丙酮等有机溶剂反复浸提 数次，合并滤液。滤液经减压蒸馏浓缩，加入适量水后以氯仿萃取脱咖啡因和色 素( 可进一步回收咖啡因) 水层用乙酸乙酯进行萃取，乙酸乙酯溶液经浓缩、 干燥，得到茶多酚粗品。该提取方法的优点是茶多酚提取率较高。此法缺点是操 作费时麻烦，生产成本高；所用有机溶剂多，且溶剂回收，溶液浓缩能耗大；操 作过程中温度较高，易使茶多酚氧化变质，产品纯度通常只能达到5 0 7 0 。 1 1 4 2 金属离子沉淀法 金属离子沉淀萃取法【3 5 。3 7 1 是在弱碱性条件下，金属离子与茶多酚络合并产生 沉淀，通过离心或过滤收集沉淀，再以稀酸调节p h ，使茶多酚转溶于水相中， 并以乙酸乙酯等萃取并浓缩和干燥，制得成品( 图1 4 ) 。常用的沉淀剂包括 重金属式盐，如p b ( o h ) a c ，c u ( o h ) a c 等；氢氧化物，如c a ( o h ) 2 4 浙江大学硕士学位论文1 引言 等；其它离子，如m g + 、 a l ”、z n 2 + 、f e 3 + 、m n 2 + 、 b a 2 + 、 s e 2 + 等。离子 沉淀法在碱性条件下沉淀，在酸性条件下转溶。研究表明，离子沉淀茶多酚效果 的顺序为：a 1 3 + + z n 2 + a 1 3 + z n 2 + f e 3 + m n 2 + b a 2 + 。使用离子沉淀时，酸碱度 对沉淀效果有明显影响，不同碱性溶液的作用效果顺序为： n a h c 0 3 n a 2 c 0 3 n h 3 h 2 0 n a o h 。 图1 4 金属离子沉淀法提取茶多酚 f i g1 4e x t r a c t i o no ft e ap o l y p h e n o l sb ym e t a li n o sp r e c i p i t a t i o n 从流程图可见，茶叶经热水浸提后，加入沉淀剂即可得茶多酚与金属离子 的结晶性沉淀物，不必浓缩浸提液，这在一定程度上可降低能耗，同时由于这些 沉淀剂的选择性较高，产品的纯度可达到9 5 以上。该法不足之处是，稀酸转溶 过程中茶多酚损失较多，而且一些沉淀剂如a 1 3 + 具有一定毒性，在弱碱性条件下 茶多酚易发生氧化损失。因此用该方法提取茶多酚，在产品得率、成本及安全性 上仍不能完全令人满意 1 i 4 3 超临界流体萃取法 超临界萃取法【3 8 堤利用超临界流体作溶剂进行萃取分离的方法( 图1 5 ) 。 利用温度和压力略超过或靠近临界温度和临界压力介于气体或液体间的流体作 为萃取剂，可以萃取一些高沸点和热敏性成分。c 0 2 是最常用的流体介质，超临 界c 0 2 流体萃取儿茶素类物质的一般条件为，c 0 2 源压力2 0m p a ，温度5 0 ，分 离压力5m p a ，分离温度4 0 ，c 0 2 流量2 5lh 1 ，萃取时间5h 。c 0 2 萃取茶多 酚得率一般在9 左右。 c 0 2 超临界萃取方法安全无毒，且产品纯度高，经简单精制纯度可达9 5 ， 产品适用于医药、食品添加剂等方面应用。其缺点是一次性投资大，运行成本较 高，而且目前还存在一定的技术障碍，如提取温度、压力、时间、流速等因素的 浙江大学硕士学位论文i 引言 变化常引起提取率的变化，产量不够稳定。 图1 5 超临界流体萃取法提取茶多酚的工艺流程 f i g1 5e x t r a c t i o no ft e ap o l y p h e n o l sb ys u p e r c r i t i c a lf l u i d 1 1 4 4 树脂吸附法 树脂吸附法是利用某些树脂对茶多酚特异性吸附的特性来实现茶多酚与 其他浸提物组分之间的分离【3 2 1 ( 图1 6 ) 。根据所采用的树脂类型不同，可分为 吸附柱分离法、离子交换柱分离法和凝胶柱分离法，这三种方法虽然原理不同， 但操作方法上较类似，大孔树脂、聚酰胺是常用的吸附柱填料，葡聚糖是常用的 凝胶柱填料。 图1 6 树脂吸附法提取荼多酚工艺流程 f i g1 6e x t r a c t i o no f t e ap o l y p h e n o lb yr e s i na b s o r p t i o nm e t h o d ( 1 ) 大孔树脂吸附 大孔吸附树脂的吸附性能与活性炭相似，溶质与填充料之间互作主要为范德 6 浙江大学硕士学位论文1 引言 华力和氢键 3 9 1 。同时填充料的网状结构和高比表面积，又使大孔吸附树脂具有 筛选性能 4 0 “1 l ，使不同的溶质在一定的溶剂洗脱条件下，因吸附和解吸附性能 的差异而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的口9 1 。 徐向群4 2 1 研究指出，国产的9 2 2 和9 2 3 吸附树脂对茶多酚的分离提取效果 较好，吸附率在9 3 以上，洗脱率在9 2 以上。 陈海霞等【4 3 1 对1 5 种树脂静态吸附、动态吸附和解吸性能进行了比较，获得 了从茶叶中提取茶多糖、茶多酚和咖啡因3 种有效成份的方法，其过程为茶浸提 液先后经聚酰胺柱层析、吸附树脂2 号柱层析和d 3 9 6 树脂柱层析，收集含有不 同组分的解吸液，得到茶多糖、茶多酚和咖啡因3 种产品，得率分别为1 o 、 4 9 、1 7 。 虽然大孔树脂吸附法的优点明显，能耗低，纯度高，操作简单，但选择吸 附性不佳，不能有效去除咖啡因。 ( 2 ) 聚酰胺吸附 聚酰胺分子的酰胺基是吸附茶多酚分子的活性基团，其作用驱动力是氢键。 对咖啡因分子吸附作用弱，因而聚酰胺吸附可有效去除咖啡因m 】。 唐课文等1 4 5 1 研究了聚酰胺树脂对茶多酚和咖啡因的吸附性能，结果表明聚 酰胺可选择性吸附茶多酚，得到的茶多酚产品含量高于9 6 ，其中e g c g 含量高 于8 0 ，而咖啡因含量则小于2 8 。 虽然聚酰胺分离效果好，其价格较高，重复利用后，变硬变脆，机械强度变 兰 在o ( 3 ) 凝胶层析 凝胶层析分离机理类似于分子筛，样品中大分子物质不能进入凝胶颗粒内 部，只能在颗粒间移动，阻力小，移动快，小分子化合物能自由扩散到凝胶内部， 透过层析柱时