（应用化学专业论文）茶多酚提取新工艺研究.pdf

堕奎兰壁主堡塞塑l 摘要 本文简要介绍了茶多酚( t e a p o l y p h e n o l s ，t p ) 的组成、结构、性质、应用及其 提取理论，研究了茶多酚新的提取工艺：( 1 ) 确定了非水溶剂浸提t p 的工艺条 件，并对其在水溶液中的抗氧化性进行了初步探讨。h p l c 及紫外光谱分析表明： 乙醇可以抑制茶多酚。尤其是儿茶素的氧化；睬用4 0 ( v v ) 乙醇，在4 0 。c 浸 提三次，每次1 0 m i n ，茶多酚的浸提率为3 2 1 w t ( 以干茶叶计) ，其中e g c g 、 e g c 、c 、e c 、e c g 分别为7 5 、4 1 、0 1 、0 6 、2 ，2 w t ，茶多酚和儿茶 素的浸提率较采用g b 8 31 3 8 7 浸提方法分别提高2 9 4 w t 和1 6 1 w t o ) ( 2 ) 研究 了利用聚酰胺提纯茶多酚的工艺条件：常温下，聚酰胺对茶多酚的饱和吸附量 为7 3 4 m g g ( 树脂) ，吸附一脱附实验确定分离t p 的最佳吸附量为5 0 m g g ( 干树 脂) 。f 实验采用1 2 0 3 0 m m 聚酰胺色谱柱，先用1 2 0 m l 、5 v 0 1 的乙醇溶液在流 速为1 0 m l m i n 的条件下洗脱咖啡因，再用2 8 5 m l 、7 0 v o l 的乙醇复合洗脱液在 流速为1 5 m l m i n 的条件下分离色素与茶多酚，t p 的回收率平均为5 9 4 w t ，咖 啡因的脱除率为9 6 3 w t 。整个提取过程的茶多酚总得率平均为1 9 2 w t ( 以1 9 干茶叶计) ，液相分析各成分的组成为e g c g ：3 3 3 ：e g c ：1 8 8 ：e c g ：8 8 ； e c ：2 6 ；c ：0 5 ；g a ：1 0 w t ：儿茶素总含量为6 5 1 w t ，咖啡因含量仅 为1 0 4 w t o ) ( 3 ) 探讨了流动相组成、酸的种类、流速、p h 及进样量对高效液 相色谱( h p l c ) 分析茶多酚的影响。确定扮析的最佳条件：温度# 3 0 ，检 测波长凡= 2 8 0 h m c 1 8 反相柱( 2 5 0 4 6 m m ，51 1 ) ，流动相为甲醇：水：乙酸 = 2 5 ：7 4 5 ：0 5 ( v v ) ，进样量v = 6 ul ，流速u = 1 0 m l m i n 等度洗脱。此时，实 验的分析时间为4 5 m i n ，分离度为1 4 6 ，回归方程的相关系数为0 9 9 6 ，回收率 为9 6 9 8 。) 关键词：茶叶；茶多酚；儿茶索；浸提；纯化；聚酰胺；液相色谱 ，x 、 、 v 、 第1页 童奎兰堡主堡塞 塑茎 a b s t r a c t o nb a s i so ft h ec o m p o s i t i o n ，s t r u c t u r e ，p r o p e r t i e sa n da p p l i c a t i o no ft e a p o l y - p h e n o l s ( t p ) a n di t se x t r a c t i n gt h e o r y ，t h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f t p e x t r a c t i o nw a si n v e s t i g a t e d ( 1 ) t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so fe x t r a c t i o nf o rt p w i t h o r g a n i c s o l v e n tw a s i n v e s t i g a t e d ；t h e a n t i o x i d a t i o no ft pw a s e l e m e n t a r i l yd i s c u s s e da l s o e x p e r i m e n t a lr e s u l t sb yh p l ca n du vs p e c t r a s h o w ：o x i d a t i o no ft pi nw a t e re s p e c i a l l yc a t e c h i n sc a nb ei n h i b i t e db y e t h a n o la q u e o u s t h ee x t r a c t i o nr a t i oo ft pi s3 2 1w t w h e ne x t r a c t i n gw i t h 4 0 v 0 1 e t h a n o la q u e o u s ，t h r e et i m e sa t4 0 。c ，1o m i ne a c ht i m e ，e g c g ，e g c ， c ，e ca n de c gi s7 5 ，4 1 ，0 1 ，o 6 a n d2 2 w t r e s p e c t i v e l y t h e y i e l d so ft pa n dc a t e c h i n si n c r e a s e sb y2 9 4 a n d 16 1w t c o m p a r e dw i t h e x t r a c t s b yg b 8 3 1 3 - 8 7 ( 2 ) t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s o f p u r i f i c a t i o n w a s c o m p l e t e db yc h r o m a t o g r a p h i cc o l u m np a c k e dw i t h3 0 - 4 0m e s hp o l y a m i d e e m p l o y i n gi2 0 3 0 m mc o l u m n ，t h es a t u r a t e da d s o r p t i o na m o u n td e t e r m i n e d b yd y n a m i ce x p e r i m e n t so f t p i s7 3 4 m g g ( d r yr e s i n ) t h eo p t i m u ma d s o r p t i o n a m o u n tb y a d s o r p t i o n d e s o r p t i o ne x p e r i m e n tf o rt ps e p a r a t i o ni s5 0 m g g ( d r y r e s i n ) ；a tt h i sc o n d i t i o n ，p u r i f i c a t i o nw a sc a r r i e do u tf i r s tb y12 0 m 1 5 v o l e t h a n o la q u e o u sa tt h ef l o wr a t e1 0 m l m i nt oe l u t ec a f f e i n e t h e np i g m e n tb y 2 8 5 m l7 0 v 0 1 r a t e de t h a n o la q u e o u sa t1 0 m l m i n t h er e c o v e r yr a t i oo ft p i nt h ep r o c e s so f p u r i f i c a t i o ni s5 9 4 w t o na v e r a g e a n dd e s o r b i n gr a t i oo f c a f f e i n e9 6 3 w t t h et o t a ly i e l d so ft pi s 19 2 w t ( 1 9d r yt e al e a v e s ) t h e c o n t e n t so fc a t e c h i n sa n a l y z e db yh p l ci nt h ep r o d u c ti s6 5 1w t i nw h i c h e g c g 3 3 3 ，e g c l 8 8 ，e c g 8 8 ，e c 2 6 ，c o 5 a n dg a l o w l 【 r e s p e c t i v e l y ，e s p e c i a l l y ，t h ec o n t e n to fc a f f e i n ei s a sl o wa s1 0 4 w t f 3 1 e f f e c t so fm o b i l ep h a s e ，a c i d ，f l o wr a t e ，p h ，a n di n j e c t i o nv o l u m e o na n a l y s i s o ft pb yh i g h - p 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 hw e r ed i s c u s s e da s w e l l t h ec o n t e n t so fc a t e c h i n so ft pw e r ed e t e r m i n e db y2 5 0 4 6 m mr e v e r s e d p h a s ec o l u m np a c k e dw i t h5 b i nc l8m o d i f i e ds i l i c a ，t h ea n a l y s i sc o n d i t i o ni s a sf o l l o w s ：m o b i l ep h a s ei s a q u e o u sr a t e db ye t h a n o l ：w a t e r ：a c e t i ca c i d 。2 5 ：7 4 5 ：0 5 ( v v ) ，f l o wr a t e1 0 m l m i n ，t e m p e r a t u r e3 0 c ，j n i e c t i o nv o l u m e 6 1 d ，u vd e t e c t o ra t2 8 0 n m ，i s o c r a t i c a le l u t i o n a c c o r d i n gt ot h e s ec o n d i t i o n s t h ee x p e r i m e n t a ls e p a r a t i n gt i m ei s 4 5 m i n ；t h er e s o l u t i o n1 4 6 ，t h ev a l u eo f r e l a t i v ec o e f f i c i e n c yo ft h er e g r e s s i o n e q u a t i o ni so 9 9 6a n dr e c o v e r yr a t i o 9 6 。9 8 w t k e y w o r d s ：t e a ；t p ；c a t e c h i n s ；e x t r a c t i o n ；p u r i f i c a t i o n ；p o l y a r n i d e ；l c 第1 i页 中南大学硕士论文 序言 序言 茶多酚( t e a p o l y p h e n o l s ，t p ) 是存在于茶叶中的多羟基酚类化合物，约占 茶叶干基的1 5 3 5 ，其组成随品种、季节、采摘期及气候条件等多方面的影响 而变化，将其综合分类可分为黄烷醇类( f l a v a n o l s ) 、羟基一【4 】黄烷醇类、花色苷 类( g l y c o s i d sa n d t h e i ra g l y c o n so f p l a n t p i g m e n t s ) 、黄酮醇类( f h v a n o n e s ) 和酚酸类 ( p h e n o l i ca c i d s ) ，其中以黄烷醇类( 主要为儿茶素类) 最为重要，最高含量占多 酚类总量的8 0 * 左右f l l 。现有研究表明，茶多酚是一种性能卓越的天然抗氧剂， 其抗氧能力超过b h a 、b h t 、t b h q 等，而且安全无毒，被国家认定为食品添 加剂和油脂抗氧剂啦 。同时，茶多酚还具有高效的抗癌、抗衰老、抗药理辐射、 清除人体自由基、降血糖血脂等系列药理功效，在食品、医药、日化等领域 具有广阔的应用前景1 2 - 3 1 。 我国是茶叶生产大国，中低档茶叶的滞销达5 万吨以上，并且在茶叶加工 过程中产生的大量的茶叶末、修剪叶往往被废弃，在这些中低档茶叶及“废料” 中。如果从保健、防病治病的功能来说并不比高档茶叶差，而价格又比高档茶 叶低廉，来源又极其丰富，因此，开展茶叶的综合利用研究，无论从经济效益 方面还是从社会效益方面都具有重要意义。 传统的t p 提取工艺大多采用离子沉淀法和溶剂萃取法，由于离子沉淀法易 带来重金属离子的残留，而溶剂萃取法往往采用氯仿等有毒溶剂，限制了t p 作 为天然抗氧剂在食品、医药等领域的应用。同时，由于这些方法提取率和所得 产品的有效成分含量偏低，从另个方面限制了茶多酚产品的普及。九十年代 以来，随着人们对茶叶的生理药理功效的进一步认识，茶饮料已成为国际上增 长最快的饮料之一，有关茶多酚的提取技术也得到了进一步的发展，开发了 些较为理想的茶多酚提取技术 9 - 1 1 】，然而这些方法提取工艺流程长、工艺复杂， 设备投资较大，不利于大规模的工业化生产。 “茶多酚提取新工艺研究”这一课题是“茶多酚综合利用”的一部分，是 周春山老师经过多年来调查研究提出的，其目的一方面是为了解决中低档茶叶 滞销的问题，另一方面也是为了解决目前茶多酚提取工艺存在的某些缺陷，为 茶叶的综合利用提供一条有效的途径，从丽提高茶叶生产的经济效益。 ! 塑奎堂堡圭笙茎 笙二墨奎堕! 窒生 第一章文献综述 茶叶在我国具有丰富的自然资源，饮茶以及茶文化也有数千年的历 史。茶不仅具有提神解渴的功效，而且富含具有保健、药效功能的茶多酚 ( r e ap o l y p h e n o l s ) 和咖啡因( c a f f e i n e ) 。现代科学研究表明，茶多酚的 主体化合物一儿茶素既是理想的天然抗氧剂，又是一类极有价值的天然药 物原料。它的开发应用前景十分美好：首先，儿茶素的提取原料丰富且成 本低廉；其次，茶多酚在茶叶中含量较其它天然抗氧剂，例如比在愈创木 脂，生育酚，芝麻油酚，香辛料中的黄酮类物质要高得多，生产上也便于 提取精制【1 】。 我国是产茶大国，茶叶资源十分丰富，但在茶叶生产过程中产生的大 量茶末、修剪叶，甚至滞销的粗老茶没有进一步的加工而全部当作废料处 理。因此深入开展茶叶的深加工处理，不仅能够开发出防治肿瘤、心血管 疾病等一系列的具有医疗和保健作用的药品、饮料、食品，而且可以创造 出巨大的社会效益和经济效益。 1 1 茶叶的化学组成 茶叶的化学组成十分复杂，粗略估计，经过分离和鉴别的化合物约有 4 5 0 种以上，无机矿物元素不少于1 5 种【1 】。虽然每种茶叶中化学物质的含 量随茶叶品种、产地、采摘期不同有较大的差别，但归纳起来有如下几类： 1多酚类：是一种以儿茶素为主体的的酚性化合物，含量占茶叶干 基的1 5 - 3 5 w t ，是决定茶汤滋味、颜色的主体成分，是形成毛茶品质的 关键性物质。 2 氨基酸和蛋白质：茶叶中的氨基酸共有3 0 种以上。其中以谷氨酰 已胺，即茶氨酸( t e a n i n e ) 含量最高，含量约为0 5 1 2 ，在茶叶滋味、 品质上具有重要作用：茶叶中的蛋白质主要有谷蛋白、白蛋白、球蛋白和 精蛋白等，其中大部分难溶于水，只有约4 0 白蛋白溶于水中，这些可溶 的蛋白质对茶汤滋味起重要作用。 3 芳香类物质：是一类含量少而种类多的挥发性混合体。按化合物 的结构分为醇、酚、醛、酮、酸、酯、内酯、含氮类物质、碳氢化合物、 氧化物及酚酸类化合物等约3 0 0 种左右。茶叶的香气主要由芳香物质的组 合和浓度起决定作用。芳香物质大多数不溶于水而易溶于有机溶剂，其成分 非常复杂，虽然其含量少，但对茶叶品质有着重要的影响。 4 、生物碱：茶叶中含有多种嘌呤碱，其中主要为咖啡碱，其结构如式 ( i ) 。咖啡碱对人体的生理效应有强心、兴奋、利尿等药理功效，茶之 所以成为普遍饮料，咖啡碱的生理和药理效应是因素之一。咖啡碱在茶叶 中的含量为1 5 ，是具有绢丝光泽的无色针状晶体，昧苦，能溶于酒精。 第1 页 中南大学硕士论文 第一章文献综述 乙醚、氯仿，易溶于热水，8 0 。c 水温即能溶解，具有弱碱性。咖啡碱与某 些试剂反应生成特殊的颜色，可用于咖啡碱的定性检验。紫外分光光度法在 2 7 2 2 7 4 n m 范围内有最大吸收值。 o l 早“c h ：r h # i 嫩c h 2 c h 3 莨艮叱9 h 21 * o i2 lc l o m p h y l 7 、其他化学成分：茶叶中还含有少量的游离有机酸，维生素，酶及 无机元素等多种物质。其中酶对茶叶的代谢与储存过程中茶多酚的含量起 重要影响。茶树嫩梢各部位叶片的化学成分见表1 1 【1 1 从表1 可以看出，茶叶中的化学成分极为复杂，即使不同叶片的化学 成分变化较大，如第一叶多酚类和儿茶素的含量为2 4 3 8 和1 4 7 3 7 m g g ， 而第四叶仅为1 7 , 5 和1 0 5 2 6 m g g ，其他物质的含量也或多或少的有所降 低。由于茶叶的各部位都存在多酚氧化酶和过氧化氢酶，因此，新鲜茶叶 中多酚类物质的含量要高于成品茶。同时，由于茶叶中1 左右的胶类物 质，3 5 左右的色素及咖啡因等物质的存在将给茶多酚的提取带来不利的 第2 页 、， ! 塑查兰堡圭笙壅 星二兰苎堕堡垄 影响，而咖啡因与色素均具有提取利用价值，因此，了解茶叶的化学组成 具有重要意义。在茶叶的各种成分中，呈味成分主要是儿茶素、氨基酸、 糖及咖啡碱；香气主要是芳香物质的浓度起作用；色泽则受加工后存在的 茶色素影响：干红茶的色泽主要是儿茶素的氧化产物( 包括茶红素、难 表1 1 茶树嫩梢各部位叶片化学成分( 一) 化学成分芽 第1第2 第3 第4 第5 茎梗资料来源 叶叶叶叶叶 x 为芽及第1 叶的分析数据 为红茶芳香油分析数据 为第4 叶及第5 叶的分析数据 第3 页 ! 壹查堂堡主堡茎 篁二：熏苎坚堡堕 壅! 二! 茎塑燮塑鱼塑焦堕丛坐兰堕坌! 三! 一 化学成分 i f -第1 叶第2 叶第3 叶第4 1 f f 第5 叶茎梗 资料来源 淀粉 o l lo t 9 0 3 0一一一 一c i l h a r l e r 还原糖 蔗糖 夸果皎 可溶性果胶 叶绿素g ，g 胡萝h 素p 以 叶黄索u 以 有机酸 苹果酸 琥珀酸 柠檬酸 维生素cm g 维生素a 原m 5 0 0 9 维生紊b ，n v ：5 0 0 9 维生素b 2m 5 0 0 9 维生素p pm 5 0 0 9 泛酸m 1 0 0 s 维生素p 维生素kl u ，g 肌醇咄 多酚氧化酶活性 过氧化物酶活性 总灰分 水溶性灰分 p 2 q o c a o f e p p m m n p p i i l n i p p m z n p p m c p p m 0 9 91 1 51 4 0一 一 0 6 408 5 16 6一一 2 4 53 3 13 8 0 43 145 1 0 9 805 9 0 7 10 7 902 7 0 9 0 81 2 3 01 3 0 0 i 4 5 一 2 n 38 1 f n ) 函p e 6 a 阻 e h x a p e 6 a n a 中林敏郎等 中林敏郎等 庄雪岚等 h 阿捷农山维利 h h 阿捷农山维利 安徽农学院 e 1 4 x a p e 6 a b a i ”痂m f h x 印e 6 a 】j a 39 85 1 55 1 5 5 1 9 2 0 5c m m r i i c k 中央卫生研究院 中央卫生研究院 中央卫生研究院 中央卫生研究院 h a e r q c x * i i k y l x ：a x m o b 等 p 1 w 等 a 几k 矾0 c a i o b 等 0 ，2 8 3 00 2 5 9 60 2 4 4 10 2 2 1 20 2 4 1 30 2 7 1 1b eb o 口0 i l 叩 0 5 5 2 80 3 5 8 00 2 4 4 10 2 0 0 70 2 7 7 60 2 8 0 2 b e b o p o 阿i o b 55 95 4 65 4 85 4 4 6 0 2 卢世昌 3 3 63 3 33 3 23 0 3 37 4卢世昌 7 6 l a y c o c k 2 0 l a y z o c k 1 , 3 l a y c o c k 一1 2 8一 一l a y c o c k 1 2 4 6 l a y c o c k 5layccck 一4 5一 一l a y c o c k 一1 0 0一 一l a y c o c k 些鲤巴望：!=墨；二二望坚堕 + 为芽及第l 叶、第2 叶分析数据 实验区曾喷射波尔多液，含c l l 量可能比正常高 。 为嫩梢芽叶分析数据 为比色数值。多酚氧化酶为4 0 f 唱丙酮制备酶，1 2 m l 水1 m 1 1 单宁制备液，1 2 小时后的光电比色 计比色值。过氧化物酶为4 0 i l 鸣丙酮制备酶，l o m l 水，2 r n l h 2 q 和l m l l 的邻苯二酚溶液，3 0 分钟后的光 电比色计比色值。 第4 页 馏彬舻舻解坩傩珊舻舻删舻沁舻憎一一m j沁渤啪好沁w加删删懈删删删擒删峭神=蚕钟妒钟一童锄”坩瑚蝴”如，弘m 生堕盔堂堡主堡壅 笙二里塞鳖堡堕 溶的与蛋白质结合的色素) 和非酶性反应产物一类黑色素类物质，红茶汤 的色泽则由茶红素类( t r s ) 和茶黄素类( t f s ) 组成：而绿茶由于加工过 程中排除了酶促反应，其色泽除儿茶素非酶促氧化产物外，类黄酮色素是 茶汤黄绿色的主要成分。 1 2 茶多酚的组成及结构 茶多酚是茶叶呈味的主要成分，在树梢和其它器官都含有不同的酚类及其 衍生物，其在茶叶中的含量为1 5 3 5 ，将其综合分类可以分为黄烷醇类、羟基一 ( 4 ) 黄烷醇类、花色苷类、黄酮醇类和酚酸类，其中以黄烷醇类( 主要为儿茶 素类) 最为重要，其含量最高可占多酚类总量的8 0 左右。 茶叶中的儿茶素属于黄烷醇类化合物，其结构至少含有a 、b 、cj 个环核 ( 如式3 、4 ) h o r l - h ，一0 h r 2 = h r 3 = r 。 式3 茶多酚的结构图 h oh 式4 儿茶素的结构通式 在式4 中：当r 1 = r 2 = h 时，b 环是儿茶素基，式4 即为儿茶素。 当r i = o h 、r 2 = h 时，b 环为焦没食子基，式4 即为没食 予基儿茶素。 当r 2 = 一g l e c g l e g c l e c ；按等重量的抗氧活性秩序是：l e g c l e c l e c g l e g c g 。 这表明儿茶素类物质抗氧能力与其结构有关，据赵保路 2 t l 用量子化学计算 得知，没食子儿茶素清除自由基的供氧中心在b 环，而非没食子儿茶素在 a 环上。其抗氧化能力与b 环的羟基数目和空间位阻有关，羟基数目越多， 抗氧化能力越强。由于儿茶素的结构中具有连苯酚基或邻苯酚基，其抗氧 活性高于一般的非酚性或单酚羟基类抗氧性。研究证实茶多酚的抗氧能力 比b h a 、b h t 、v e 都强，并且与v c 及有机酸等具有协同作用【2 “。 2 清除自由基效果 由于茶多酚具有供氢能力，h + 与自由基结合，使之还原为惰性化合物 或较稳定的自由基。杨贤强【23 】等根据清除动力学研究结果表明，每分子 酯型儿茶素可清除6 分子自由基，由此说明酯型没食子儿茶素具有较强的 清除能力。沈生荣1 2 5 等用e s r 和化学发光技术，研究了( 一) 一e g c g ， ( 一) 一e c g ，( 一) 一e c ，( 一) 一e g c4 种儿茶素及其不同组合对超氧 阴离子自由基( o2 ) 清除作用。l e g c g 的活性中心在b 环或d 环上， 因此清除超氧阴离子自由基的反应中心也可能在b 环或d 环七，这与l 一表儿茶素( l - e c ) 的反应中心在a 环上不同( 反应过程见式1 1 1 ) 。 e c ：r 2 = h e g c g ： r 2 = o l 一o h 1 - 1 2 0 2 2 l h2 h 2 0 式1 1 1 儿茶素还原自由基示意图 所以，没食予儿茶素与非没食子儿茶素的反应中心是不同的，清除超氧阴 离子自由基的能力也不同，造成l - e g c g 的抗氧化能力强于l - e c 。结果 表唰2 “，单一儿茶素以( 一) - - e g c g 的清除能力最强，二二组合以( ) 第l o 页 中南大学硕士论文 第一章文献综述 一e g c g + ( 一) 一e c g 效果最佳，三三组合以( 一) 一e g c g + ( ) 一e c g + ( 一卜一e c 组合效果最佳，4 种儿茶素组合最佳，且组合比例以近似于茶叶 中天然组成的比例时效果最好。体外研究表明【25 j ：茶多酚的复合体及l e g c g 对0 2 的清除能力强于v e 和v c ，并随着浓度增加而加强( 在一一 定浓度范围内) ，至6 1 03 m g m l 时清除率达到最高( 9 7 ) ，对于f e t o n 反应产生的o h ，在最适浓度( o 0 4 3 0 1 0 0 m g m 1 ) 内清除率可达9 9 。 超过一定的条件和浓度时，l e g c g 就有可能产生自由基助氧化作用而 发生毒副作用| 2 6 1 。利用单一皮素进行体内代谢观察，发现其生物半衰期 ( t l 2b ) 为8 8 土1 2 m i n ( 静注) 、2 4 士0 4 h ( 口服) ，血浆蛋白结合率约9 8 阶 2 ”。茶多酚参与体内代谢，除了直接清除自由基外，还能够与蛋白进行沉 淀和与多种金属络合的作用，使其能抑制某些氧化酶的活性，起到了间接 清除生物体内自由基的作用。 1 4 茶多酚的分离与制备 茶多酚易溶于热水、甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯等极性溶剂， 而不溶于氯仿、石油醚、己烷、正丁烷等非极性溶剂，故用溶剂萃取法较 多。同时茶多酚在一定条件下易与金属离子生成沉淀，能达到分离的目的。 许多学者研究了茶多酚的提取方法，到目前为止已开发出许多工艺，但大 多大同小异，主要为溶剂萃取法，沉淀法，树脂法等三类。 1 4 1 溶剂萃取法 溶剂萃取法是最传统的提取工艺，先后开发出十多种提取工艺。其工 序一般为：有机溶剂浸提茶叶，过滤，滤液用有机溶剂脱色素及咖啡因， 再用乙酸乙酯萃取，浓缩干燥得茶多酚2 9 3 。 茶叶萃取溶液中，除茶多酚外，还含有咖啡因、色素、有机酸、酯质、 胶质、糖类、蛋白质及悬浮物，茶多酚含量仅为3 0 - - 4 0 ，所以多数工 艺还用乙酸乙酯、氯仿等有机溶剂反复萃取的方法进一步去杂，纯化，精 制，其工艺流程如图1 2 t 2 0 1 。 图中的茶多酚a 纯度最低，色泽最差，b 相对a 来讲纯度和色泽均有 较大的提高；c 的纯度和色泽较好，但由于在提取的过程中采用了氯仿脱 除色素和咖啡因，从而限制了其在食品等工业中的应用。 第1 1 页 中南大学硕士论文 第一章文献综述 溶剂萃取法的缺点：( 1 ) 有效成分含量和提取率较低。通过以上工艺 获得的茶多酚含量通常只能达到5 0 一7 0 ，即使采用由我国农科院茶叶 研究所开发的专利方法一冷冻静置除杂，使茶多酚含量提高到8 5 ，还是 难以满足对纯度要求极高的医药和日化等行业的要求。( 2 ) 使用多种有 机溶剂，且用量大，有些甚至是有害溶剂( 如氯仿) ，难为食品和医药等 行业所接受。( 3 ) 需多次加热，蒸馏，提取工序多，操作步骤复杂，乍产 成本高。 茶叶 残r 且鼍 减压蒸馏，回收乙醇 浓缩回收上乙酸乙酯 浓缩液 茶多酚提取物b l 乙酸乙酯萃取 辐r 盈酯层 a 土浓缩，回收乙酸乙酯 浓缩液 i 干燥 茶多酚提取物c 图l 一2茶多酚提取工艺流程图 1 4 2 离子沉淀法 为了解决溶剂萃取法存在的问题，九十年代以来，人们开展了沉淀法 提取茶多酚的研究。这方面，我国的科技工作者走在前面。其一般工序为： 用水浸泡茶叶并过滤，滤液用无机离子沉淀，用酸溶解沉淀，酸化液用有 机溶剂萃取浓缩，干燥得茶多酚【”1 3 割。 煤炭科学研究总院合肥研究所在这方面取得了好成绩，获得了国家 专利。他们系统研究了c a 2 + m g “，b a ”，f e ”，z n ”，a 1 3 + ，六种可溶 金属离子提取茶多酚的条件，确定了最佳工艺与参数。研究表明：这些离 第1 2 页 童奎堂堡主堡塞 塑二里壅坚堡堕 子均可作为茶多酚的沉淀剂，但以z n 2 + 和a l ”最好。由于茶多酚在碱性条 件下极不稳定，在酸性介质中比较稳定。采用在酸性和中性条件下提取， 无氧化损失，提取率可达1 0 5 ，有效成分 9 9 5 。 该法具有如下的优点：( 1 ) 选择性强，因而有效成分含量和提取率 都较高，有效成分的含量 9 5 ，有的高达9 9 5 ：( 2 ) 使用有机溶剂较少， 工艺比较简单，成本低；( 3 ) 产品色泽好，水溶性好。 1 4 3 树脂法 树脂法提取茶多酚的研究1 9 9 8 年以后才有文献报道，其分离原理是用 吸附树脂对多酚类有机物有选择性吸附的特性。其一般工序如图l 一3 p 。“j 。 茶叶一匝随对一图 一滤液一匮囝j 雯逦耍圃 至稠嘶脱液 川壁亟圃一多酚 图l 一3 吸附分离法提取茶多酚工艺流程 树脂法提取茶多酚有以下优点：( 1 ) 工艺简单，能耗少；( 2 ) 提取方 法无污染；( 3 ) 树脂再生容易，可反复利用，提取效率高。目前该方法已 被人们所认同，可进一步完善为工业化提取的方法。在未来几年，树脂法 提取必将成为茶多酚提取的主要方法。 通过以上各方法制得茶多酚复合体，再利用色谱法分离出各种单体 化合物。由于大多数方法使用多种有机溶剂，有些甚至是有害的溶剂( 如 氯仿) ；操作步骤复杂，加热次数多，生产成本高：产品纯度不高，不能 全脱咖啡碱，甚至使用重金属盐，难以为食品和医药业所接受。如何以较 低的成本生产出高品位的儿茶素制品以满足各个应用领域高标准的要求 是人们正在探索的课题。 由于儿茶素各个组分的化学结构和性质十分相近，采用一般的分离方 法很难实现儿茶素各个组分的分离。文献报道【3 5 】：通常用硅胶、，三氧化 二铝、聚酰胺、葡聚糖凝胶及亲水性多孔聚合物t o y o p e a r l 为柱填料来分 第1 3 页 中南大学硕士论文 第一章文献综述 离儿茶素。 柱填料不问，应用的分离原理就不同。聚酰胺用作填料时，其分离原 理是吸附色谱，是利用混合物各组分对吸附剂的吸附能力不同，而将各组 分分离。而葡聚糖凝胶属于排除色谱，它是利用混合物各组分分子大小和 形状的差别来进行分离。用硅胶、聚酰胺、三氧化二铝等来分离提取儿茶 素早有文献报道，面葡聚糖凝胶分离儿茶素则很少有文献报道。葡聚糖凝 胶作排除色谱时，具有突出的优点：( 1 ) ：样品峰的保留时间短，分离周 期短。( 2 ) ：在柱内的峰扩展比其他分离方法小，峰窄、高，有利于检测。 ( 3 ) ： 操作简单。 关于葡聚糖凝胶色谱柱洗提剂的选择，文献报道一般为四种：( 1 ) 甲 醇：乙烷：乙酸乙酯：水( 1 0 0 ：3 0 ：2 5 ：5 ，v v ) 【”】( 2 ) 丙酮( 4 0 8 0 ) 3 5 1 ( 3 ) 乙醇【3 5 1( 4 ) 水( 4 l ) 十1 5 丙酮( 3 l ) + 3 0 丙酮( 3 l ) 十6 0 丙酮( 3 l ) 【”j 。 1 5 茶多酚及儿茶素的测定与分析 1 s 1 紫外吸收光谱法 多酚类物质由于含有苯环结构，对其进行检涣0 通常可以利用紫外吸收 光谱。由于茶叶中具有双键结构的物质较多( 芳香类、色素多酚类、生物 碱等) ，直接利用紫外进行检测时干扰较大，且对于经过提取后的多酚类 物质中，紫外吸收峰的位置随双键系统的延长而向长波方向移动，黄酮类 化合物及其结构比较复杂的二聚物往往有较多的吸收峰且常受环上取代 基的影响。因此，对多酚类物质的检测通常先将其与某些金属离子络合， 在一定的检测波长下检测，g b 8 3 1 3 8 7 即采用与亚铁离子络合后在5 4 0 n m 的条件下测定茶多酚的含量。另外，王吉德等利用原子吸收法间接测定了 茶多酚的含量【38 】：用甲基异丁酮和丁醇的混合溶剂萃取茶多酚，加入碱性 磷酸铜，离心分离未反应物，原子吸收法测定铜的含量，从而求出茶多酚 的含量，其方法偏差为5 ，回收率为9 4 一1 0 4 。 1 s 2 高效液相色谱法( h p l c ) 紫外吸收光谱法只能测定茶多酚的总量，目前，儿茶素的分析方法以 商效液相色谱( h p l c ) 为主【”q ”，h p l c 由于兼备液相和气相两种色谱 第1 4 页 中南大学硕士论文第一章文献综述 分析方法的优点，在短短的几年时间内，被广泛应用于茶叶中儿茶素成分 的分离测定。据文献报道，色谱分析般采用c i8 柱为色谱柱，如 肚b o n d a p a kc l8 柱【4 ”，z o x b o x 。o d s 柱4 “，或n u c l e o s i lo d s ( 1 0 u m ) 柱4 5 1 等： 流动相有甲醇，乙醇，乙腈，t h f 或其它多种比例组合：洗脱系统为等度 洗脱系统或梯度洗脱系统；采用紫外检测器检测，一般以2 8 0 n m 为检测波 长：流速在1 0 2 0 m 1 m i n 。之间，各种分析方法都能实现对儿茶素组分的 定量测定。现将文献上已报道的几种分析方法列于表1 1 。 表1 1 咿l c 分析方法一览裹 在j e w k u n l i n 等用h p l c 分析几茶素的研究中49 1 ，梯度洗脱耗时比 等度洗脱耗时长，但洗脱能力却比等度洗脱强得多，去除了残留的c g 对 f 次分析的干扰。等度洗脱具有耗时短，操作简单的优点，因此，如果能 够选择适当的流动相，使等度洗脱能力与梯度洗脱相当，则优先考虑等度 洗脱。 第1 5 页 中南大学硕士论文 第一章文献综述 1 5 3 纸色谱法 纸色谱法是根据斑点显色的强弱及相对位置来确定待测物质的组分 和含量的。根据文献报道【5 ，儿茶素用纸色谱法分析，分析时间长( 3 0 4 0 小时) ，灵敏度低，准确性差，且分析手段繁琐。 1 5 4 薄层色谱法 薄层色谱法是一种利用涂平板上的薄层固相进行色谱分离的方法。比 纸上色谱法快速，展开时间短和分析时间短。但是自动化程度低，分离效 果不如高效液相色谱。 1 6 儿茶素的应用 茶多酚研究发展于8 0 年代，进入九十年代形成高潮和热门，我国的 应用研究开始子抗氧剂，在1 9 9 0 年已我国已经将将其列入国家食品添加 剂抗氧化剂标准【5 ”。随着研究的深入，开拓了化妆品、日化、轻化、精化、 医药和保健等多方面的应用。儿茶素有效成份的提纯和应用研究仍处于方 兴未艾阶段，拥有广阔的应用研究前景。 1 ：在医药保健上具有防止癌症等多种疾病和增强免疫的功能 e g c g 对抗癌突变的机理，国内外已有大量研究报导，e g c g 的生物 学效应，主要有抗突变、抗肿瘤形成、抗炎等作用【52 1 。研究表明，绿茶或 其组分茶多酚对肿瘤的形成的各个阶段都有预防和抑制作用【5 3 “1 。茶多 酚可以抑制体外培养的h e l a 、k b 和b a l b 3 t 3 细胞的生长”1 ，抑制肝癌 细胞s m m o l l c - - 7 7 2 l 的增殖和分裂，并对其细胞周期中的各期进程有 阻滞作用p “。e g c g 能抑制急性原粒白血瘸( a m l ) 细胞的增殖，可能是 通过抑制某些细胞因子而起作用1 5 7 。用绿茶水的提取物处理大肠l o v o 细 胞可诱导其凋亡1 5 8 。用茶多酚作用与胃癌m g c - - 8 0 3 细胞能引起凋亡【5 ， 几种儿茶素单体如e g c g 、e g c 和e c g 能诱发人淋巴细胞性白血病m o l t 4 b 细胞的凋亡【5 0 6 。 儿茶素能引起c - l o s 、c m y c 、c r a f 和c - h r a s 等多种癌基因表达的改 变m ”，此外，儿茶素还能抑制蛋白激酶的活性6 ”。 其主要的功能有：( 1 ) 消除自由基；调整引发物的代谢过程；( 2 ) 抑 制乌氨酸脱羧酶( o d c ) 活性和脂氧化酶活性；( 3 ) 抑制致癌基因和d n a 第1 6 页 中南大学硕士论文第一章文献综述 的共价结合；( 4 ) 抑制亚硝化过程：( 5 ) 抑制细胞增殖过程；( 6 ) 提高谷 胱甘肽一s 一转移酶，过氧化酶，n a p p ( h ) ，醌还原酶( q r ) ，超歧氧化酶 ( s o d ) 等有益酶的活性。 在拥有上述功能同时，e g c g 还具有抗衰老，降血脂作用，改善低密度 脂蛋白，防止动脉粥样硬化，增强免疫功能作用【6 ”。同时能抑制肾小球膜 细胞的增殖，改善肾功能。e g c g 能有效抑制透明质酸酶，减轻炎症和变 态反应。茶多酚脂溶性乳化液具有很强的清除自由基效能，对氧化应激下 的细胞膜有明锃的保护作用，同时对人体没有副作用 6 5 1 。利用儿茶素为主 要原料制成的药物并不多见，主要是停留在体外或动物实验阶段，如陈瑞 峰等人利用类黄烷醇类化合物制成的防治动脉粥样硬化的药物已通过鉴 定；日本学者s h i m a m u r a t 申报了利用儿茶素及其衍生物制成防止类菌原 体感染的药物专利。相信在不久的将来会有更多的利用儿茶素制造的药物 问世。 2 ：在日化产品上作特殊功能的保质剂，护肤( 发) 剂和香烟解毒剂。 在常温、低浓度下，几茶素具有很强的抗氧化、消除自由基、杀菌、 去异味等功能，因此添加少量的儿茶素即可防止化妆品的变质【6 “。儿茶素 作为化妆品的天然生化原料与其它生化原料比较具有以下特点”j ：( i ) 分 子量小，茶叶中多酚类物质分子量一般在5 0 0 3 0 0 0 之间，因此极易被人 体皮肤吸收，具有较好的透皮吸收性能；( 2 ) 活性极为稳定，温度对其活 性的变化影响极微，在酸性和闭光条件下，活性长期保持不变；( 3 ) 安全 可靠，经有关专业机构检验，其毒理测定和微核试验表明，儿茶素属无毒、 无刺激性物质，符合日化产品质量标准；( 4 ) 用量小，作用强；具有很强 的抗氧化活性，其抗氧能力是b h a 和b h t 的2 4 倍，在低浓度f ( o 0 2 0 0 5 ) 下即有效。 儿茶素在化妆品中的作用概括如下：( 1 ) 抗衰老作用；( 2 ) 防晒消斑 作用；( 3 ) 解除重金属毒害作用；( 4 ) 抗菌消炎作用：( 5 ) 促进皮肤微循 环作用。 国外已开发利用儿茶素加入香烟过滤层中的解毒害香烟新产品，由于 儿茶素具有极强的还原性和消除自由基作用，可以使烟碱和烟雾诱变，降解 有害物质，且不影响香烟昧和兴奋作用。以微量茶多酚为原料制作的牙膏、 第1 7 页 中南大学硕士论文 第一章文献综述 含片具有抑制i 臭、保护牙齿的功能【6 。 3 ：在食品工业上可作抗氧，保鲜，祛臭剂” 儿茶素在动、植物中抗氧化性十分优异，强于b h a 、b h t 、v e 、v c ， 对过氧化值，酸价的抑制率可达9 0 以上。由于儿茶素是多羟基的强极 性化合物，它极易溶于水、酸等极性溶液中，因此，在使用上极为方便。 儿茶素有很强的抗菌、抑菌性能，对于自然界中1 9 类群的近百种细菌均 有优异的抗菌活性，显示出抗菌的广谱性，其抗菌活性比黄芩素强，抗菌 广谱性也比黄芩素广【6 。还对a 淀粉酶，蔗糖酶均有良好的抑制能力， 可以减缓采摘后的水果、蔬菜、饮料、畜牧、水产品深加工、果菜等的腐 败，是理想的保鲜剂：且儿茶素具有强还原性，可防止上述色素氧化褪色， 保持其色泽鲜艳稳定。同时儿茶素可有效去除肉类、粮、油作物及其制品 的异昧，如大豆制品的豆腥味，小麦异味，添加儿茶素可起抗菌去臭作用。 4 ：在农业上可作独特的农药、生长激素 儿茶素对农作物的细菌性病原有独特抑制作用，其中没食子型儿茶素 抑制效果最强。因此是一种新型生化激素农药。 第1 8 页 中南大学硕士论文 第二章茶多酚的浸提 2 1 前言 第二章茶多酚的浸提 茶叶中含有多种化学成分，目前分离鉴定的成分达4 5 0 种以上，将其 综合分类可分为酸性、维生素、茶色素、嘌呤碱( 主要为咖啡因) 、多糖 及蛋白质等多种物质，这些物质的存在将对茶多酚的提取工艺产生极大的 影响。茶多酚与这些物质的分离，将牵涉到机械加工、物理加工、化学加 工和生物化学加工、综合技术加工技术等方面的理论。 目前，茶多酚的浸提过程有热水浸提和非水浸提，虽然有关茶多酚提 取的文献较多 2 9 - 3 4 1 ，但大多注重茶多酚后处理阶段，专门针对非水溶剂浸 提工艺的报道较少。并且，在各种提取工艺过程中，采用热