茶叶中茶多酚的提取方法研究

第 28 卷第 1 期2003 年 3 月  广   州   化   学  Guangzhou Chemistry Vol 28， No 1 Mar.， 2003 文章编号 ： 1009-220X(2003)01-0059-05 茶叶中茶多酚的提取方法研究 1 李咏梅     王学松    于艳春  （淮海工学院化工系，  江苏   连云港   222005）  摘   要 ： 综述了从茶叶中提取茶多酚的方法、特点以及改进，重点论述了溶剂萃取法、盐沉淀法、树脂分离法、超临界萃取法这 4 种主要提取方法及其特点。随着研究的深入，综合各种方法 的优点寻找提取高纯度茶多酚的新工艺已成为目前的研究热点。  关键词 ： 茶叶；茶多酚；提取  中图分类号 ： O625.3 文献标识码 ： A 茶多酚（ tea-polyphenols，简称 TP），又名茶单宁、茶鞣质，是从天然植物茶叶中分离提取的多羟基酚类衍生物的混合物，占茶叶干重的 15%30%。茶多酚是一种理想的天然食品抗氧化剂，已被列为食品添加剂 （ GB12493-90） 。此外，它还具有抗癌、抗衰老、抗辐射、清除人体自由基、降低血糖血脂等一系列重要药理功能 1。近年来 , 茶多酚在食品加工、医药保健、日用化工、 农业生产等领域有重要的应用。因此，有效地提取茶多酚，实现茶多酚的综合利用具有十分重要的意义。  1  茶多酚的组成和性质  茶多酚由儿茶素类、黄酮甙类、花青甙类、酚酸等 30 多种化学物质组成 , 其中儿茶素类化合物是茶多酚的主要成分，占茶多酚含量的 80%左右。茶多酚中几种主要儿茶素所占的比例分别为 2: 左旋 -表没食子儿茶素没食子酸酯（ L-EGCG） 50%60%，左旋 表儿茶素没食子酸酯（ L-ECG） 15%20%，左旋 -表没食子儿茶素（ L-EGC） 10%15%，左旋 -表儿茶素（ L-EC） 4%6%。其结构式 可表示为图 1。  O HO HR 1O R 2O HH OO HR = O HO HC OOL-EC:   R1 = R2 = H            L-EGC:  R1 = OH, R2 = H L-ECG:  R1 =H, R2 = R         L-EGCG: R1 = OH, R2 = R 图 1  四种儿茶素的结构（ Fig.1  Structures of catechin and relative compounds）  收稿日期 ： 2002-03-19 基金项目 ：淮海工学院自然科学基金资助项目（ 200108）   60 广   州   化   学  第 28 卷  茶多酚是酚类衍生物 , 呈弱酸性（ pH 6），能使蛋白质凝固或 变性，有杀菌和抑制细菌生长的作用。另外由于茶多酚一般为含有两个以上互为邻位羟基的多元酚，有较强的供氢能力，能捕获过氧基团而显示出抗氧化性 , 其抗氧化性优于丁基羟基茴香醚（ BHA）、二丁基羟基甲苯（ BHT）、叔丁基对苯二酚（ TBHQ）等人工合成的抗氧化剂，并且安全无毒。  2  茶多酚的提取方法  2.1 溶剂萃取法    溶剂萃取法是传统的提取工艺 , 该法利用茶多酚易溶于水、乙醇、甲醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯等溶剂而不溶于氯仿的性质 , 将其从茶叶中分离出来。此法经过浸提、去杂、重结晶等主要工艺过程得到茶多酚。溶剂萃 取法主要有水提取法和有机溶剂萃取法。   水提取法 3以水为溶剂 , 采用水浴加热提取多次 , 合并提取液后用氯仿萃取 , 分出氯仿相后改用乙酸乙酯多次萃取，合并乙酸乙酯相并减压蒸馏浓缩近干 , 将其干燥（真空、冷冻或喷雾干燥）后用去离子水重结晶即得产品。此法有机溶剂使用少，工艺简便，成本低，产品纯度高，但提取率低。  有机溶剂萃取法 4是将茶叶用有机溶剂（如乙醇、甲醇、丙酮、乙醚等）浸提数次，合并滤液。滤液经减压蒸馏浓缩，加入适量水后用氯仿萃取 , 脱除其中的咖啡因和色素等，并回收咖啡因。水层用乙酸乙酯进行萃取 , 得到含有茶多酚的乙酸乙酯溶液，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相应提高，色素、咖啡因分别脱除，便于对茶叶进行综合利用。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；并由于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 50%70%。  按照水提取法，用乙酸乙酯直接从提取液萃取茶多酚生产成本较高，曾振宇等 5采用降膜式真空浓缩装置 , 将 1 体积的提取液浓缩至 0.25 体积左右，这样便于后续操作 , 并减少有机溶剂用量 , 降低生产成 本。  对于有机溶剂萃取法，利用酶先对茶叶进行处理后再用有机溶剂萃取，可使茶多酚损失少，提取率显著提高。潘丽军等 6采用果胶酶对茶中的果胶类物质酵解处理后，可显著改善茶多酚萃取体系的溶液性质，从而成倍增加萃取体系的萃取速率和传质系数，提高茶多酚提取率。  对于溶剂萃取法乙酸乙酯萃取茶多酚这一操作，宜采用多级逆流萃取工艺 7, 使每一级萃取都获得较大的传质推动力，单位体积萃取溶剂对茶多酚的夹带量上升 , 减少了溶剂使用量，茶多酚提取率高，产品的品质稳定。经研究发现，提取率随着逆流萃取级数的增加而增大 , 但三级逆 流萃取后 , 茶多酚提取率趋于稳定值。  萃取路线、萃取溶剂的选择对茶叶中提取茶多酚和咖啡因的提取率、纯度、工时等有很大影响 , 阿有梅等 8采用 30%（体积分数）丙酮水溶液作为提取溶剂 , 多种溶剂萃取分离可同时得到茶多酚（提取率 10.8%、纯度 94.6 %）和咖啡因（提取率 3.4%、纯度 86.2%）两种产品。  袁华等 9综合考虑浸提剂品种、浸提次数、浸提时间、浸提温度、浸提液的浓缩比、萃取剂的选择及配比、洗脱咖啡因溶液的选择及配比等工艺条件，经优化组合后得出提取制备   第 1 期  李咏梅等：  茶叶中茶多酚的提 取方法研究进展  61 医药保健用茶多酚产品的新方法。茶多酚提取率在 8%11%之间，含量在 95%以上（其中儿茶素含量大于 70%，咖啡因含量小于 1%）。  袁珂 10在传统工艺的基础上加以改进，采用真空薄膜浓缩法收到较好的效果。该工艺与传统工艺相比有以下优点：（ 1）在工艺中除色素是加水将其沉淀 , 冷冻过夜后将上清液转移出即可 , 避免使用氯仿多次萃取。该法无毒、无污染 , 且快速简便。（ 2）自始至终温度不超过 60 , 茶多酚不会因受热温度高而氧化变质。（ 3）茶多酚产品外观好 , 提取率提高到16.25%。  2. 2 盐沉淀提取法   盐沉淀提取法根据茶多酚能与无机盐中的金属离子反应生成沉淀的特性来生产茶多酚，是一种廉价的生产高纯度茶多酚的方法。此法将茶叶用热水或乙醇溶液浸提过滤，调节滤液的 pH值为碱性，在滤液中加入沉淀剂使茶多酚沉淀，过滤后滤液用于提取咖啡因，沉淀用稀  H2SO4 溶解后用乙酸乙酯萃取 , 得到含茶多酚的乙酸乙酯溶液，再经减压蒸馏浓缩、干燥得到茶多酚 11。该法的优点是使用的有机溶剂较少，工艺比较简单 , 成本低 , 选择性强，所得产品无毒且纯度好（茶多酚含量高达 95%，含咖啡因 0.7% 1.5%） , 产品色泽、水溶性也较好，因而易被食品工业和医药工业接受，适合中、小规模生产。此法的缺点是在制备过程中需调节酸碱度 , 造成部分酚类物质因氧化而被破坏，在沉淀过滤、溶解过程中茶多酚损失大，工艺操作控制比较严格 , 废渣、废液处理量较大。  目前常用的金属盐离子有 Al3 +、 Zn2 +、 Fe3 +、 Mg2 +、 Ba2 +、 Ca2 + 等，其中 Al3 +、 Zn2 +、Ca2 + 较为理想。杨贤强等 11采用成本低廉的 Ca(OH)2沉淀茶多酚，但因在强碱性介质条件下茶多酚氧化严重、 Ca2+对咖啡因具有吸附共沉 淀效应而使产品杂质含量增加。余兆祥等 12采用 Zn2+-Al3+ 复合沉淀剂，在最佳工艺条件下能获得纯度大于 96%的淡黄色茶多酚晶体 , 产品提取率为 10.4%。该工艺易沉淀、易萃取、试剂用量少、成本低。杨晓林等 13采用铝盐（如AlCl3）作沉淀剂，提取率为 10 % 11%，  纯度达 99.5%，但因 Al3 +会引发老年痴呆症而不宜采用。朱勤艳等 14采用 Zn2 +作沉淀剂，最佳工艺条件下的提取率为 10.5%。  在沉淀法基础上，尹莲 15采用超声提取法，利用超声波的机械粉碎和空化作用提取茶多酚，此 法提取率高，且省时、节能，避免茶多酚的高温氧化。魏振枢等 16对传统的沉淀法进行改进，采用超滤膜离子沉淀法成功得到了纯度较高的茶多酚。实验表明，超滤过程操作压力、转子转速和操作时间等对膜通量影响较大，经过优化组合得到了最佳操作参数。他们还采用 NaOH 溶液浸泡和超声波震荡清洗相结合的方法对膜进行处理，使膜的分离能力得到恢复。  2.3  树脂法  树脂法是利用树脂具有吸附解吸作用的特性来分离提纯茶叶中的茶多酚。此法 17将茶叶用热水浸提数次，提取液通过树脂进行吸附 , 然后用乙醇洗脱 , 使树脂上吸附的茶多酚脱附在乙醇中，减压蒸馏浓缩后干燥得到茶多酚。树脂法根据其操作方法的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三种。  树脂法工艺简单、操作方便、能耗低，不用控制酸碱性 , 减少氧化发生；同时提取方法无污染，可提高产品质量；另外树脂再生容易 , 可反复利用 , 提取效率高，可进一步完善为   62 广   州   化   学  第 28 卷  工业化提取茶多酚的方法。但是树脂法投资较大，因此选择一种价廉易得、对茶多酚具有较大的平衡吸附量和较高选择性的树脂类型至关重要。目前，国产的 92-2 树脂和 92-3 树脂对茶多酚的分离提取效果较好 , 吸附率在 93 %以上 , 脱附率在 92 %以上。   王梅等 18借鉴工业生产中利用大孔吸附树脂处理含酚废水的原理 , 将吸附树脂用于对茶多酚的选择性吸附。实验表明 , 选用 NK-S3 号树脂对茶多酚吸附量可高达 81.57 mg/g, 在最佳工艺条件下 , 脱附率接近 100%, 吸附解吸过程均在常温下进行。此工艺条件下的树脂可反复使用 , 且工作性能稳定。李新生等 4使用乙酸乙酯作主提取剂 , 40%丙酮溶液为助提取剂，并使用廉价易得的吸附剂 AA 代替昂贵的葡聚糖凝胶进行分离提纯，产品纯度为 90% , 已能够满足食品添加剂的要求。  2.4  超临界萃取法  超临界萃取法 19是利用超临界流体作溶剂进行萃取分离的方法。超临界流体是物质处于其临界点 （ TC, PC） 以上状态时所呈现的一种高压、高密度流体。超临界流体的密度对温度与压力的变化很敏感，特别是在临界点附近 T、 P 的微小变化可导致溶质溶解度发生几个数量级的突变，因此它能对物质有效地进行萃取分离。目前研究较多的体系包括 CO2、水、氨、甲醇、乙醇、氙、戊烷、乙烷、乙烯等。  现在人们利用超临界流体代替有毒的有机溶剂来进行高效萃取分离。具体方法是在高压条件下使之与茶叶接触，控制体系的压力和温度使茶多酚溶解在其中，然后通过降压或升温的方法，降低超临界流体的密度 , 待茶多酚析出便完成了萃取过程。  超临界流体萃取具有如下优点 : 超临界流体的萃取能力取决于流体密度 , 因而可通过调节温度和压力来加以控制，并可较快地达到萃取平衡 ; 避免了使用有毒溶剂，溶剂回收简单方便 , 节省能源，通过等温降压或等压升温茶多酚就可与萃取剂分离；由于该工艺可在较低温度下操作 , 避免茶多酚高温氧化，使产品质量得以保证。但是工艺中必须确保整个系统处于超临界状态下才能有萃取分离的效果；对设备 要求高，一次性投资大。  超临界技术虽然兴起仅 20 多年，但在化工生产中已经得到了应用，它避免了使用有毒的有机溶剂，为绿色化学提供了全新的溶剂体系。随着化学工业研究的不断深入，该技术必将会得到更广泛的应用。  3  结语  （ 1） 我国是茶叶的故乡，茶叶资源丰富 , 在市场供大于求的情况下，开发茶叶的新用途，尤其利用低档茶叶或茶叶加工的下脚料来生产茶多酚等精细化学品 , 具有较大的经济价值和社会效益。  （ 2）茶多酚的提取工艺各有特点，采用哪种方法应视当地具体情况而定。  （ 3）在提取茶多酚的同时应尽可能地提取茶叶中的咖啡因 、茶多糖和茶色素等，以实现茶叶的综合利用 , 获得更好的经济效益。  （ 4）茶多酚作为一种新型抗氧化剂 , 广泛应用于食品工业、日用化学品  、医疗保健、农业生产等方面 ,  随着科学研究的深入 , 其应用领域还将进一步扩大。   第 1 期  李咏梅等：  茶叶中茶多酚的提取方法研究进展  63 参    考    文    献  1 程书均 , 王志远 , 何其傥等 . 绿茶提取物抑制茶多酚 A 促癌作用及其机制研究 . 中国医学科学院学报，1989， 11（ 4） :259 2 陈为钧 , 万圣勤 . 茶多酚药效研究概况  .中草药， 1993, 24（ 9） :493499 3 黄德丰 , 黄灿梁 , 王梅雪等编著 . 化工小商品生产法 . 长沙：湖南科学技术出版社， 1989: 105106 4 李新生 , 喻龙 . 从莲花绿茶中提取茶多酚 . 化学世界， 1997（ 5） :255258 5 曾振宇 , 郑为完 . 从茶叶中提取茶多酚和咖啡因的工艺研究 . 南昌大学学报， 1997, 19（ 4） :3133 6 潘丽军，姜绍通 , 汪国庭等 . 果胶酶对茶多酚萃取体系传质效果的影响 . 食品科学， 1999（ 12） :2528 7 姜绍通 , 潘丽军 , 黄树新 . 醋酸乙酯逆流萃取绿茶茶多酚的研究 . 农业 工程学报， 1997（ 4） :202206 8 阿有梅 , 吕双喜 , 贾陆等 . 从茶叶中同时提取茶多酚和咖啡因工艺探讨 . 河南医科大学学报， 2001, 36（ 1） :8082 9 袁华 , 荣容滨 , 曹海田等 . 低咖啡因茶多酚提取新工艺研究 . 湖北化工， 2000（ 3） :1213 10 袁珂 . 从绿茶叶中提取茶多酚的工艺方法 . 林产化学与工业， 1997， 17（ 1） :5660 11 杨贤强 , 叶立扬 , 贾之慎 . 一种从茶叶中提取天然抗氧化剂的方法 . 中国专利， CN1043 730 A. 1990 12 余兆祥 , 王筱平 . 复合型沉淀剂提取 茶多酚的研究 . 食品工业科技， 2001， 22（ 3） :3234 13 杨晓林，万圣勤 . 沉淀法提取茶多酚的技术研究 . 现代化工， 1996（ 5） :2426 14 朱勤艳，陈振宇 . 茶中茶多酚的高效液相色谱法分离分析 . 分析试验室， 1999,18（ 4） :7072 15 尹莲 . 超声法提取茶多酚的实验研究 . 食品工业， 1999（ 3） :10 16 魏振枢 , 齐兵建 , 蒋元力 . 超滤膜法提取茶叶中茶多酚的研究 . 郑州粮食学院学报， 1998, 19（ 4） :7679 17 徐向群 , 陈瑞锋等 . 吸附色谱法用于茶多酚的分离提取 . 中国茶叶， 1996, 18（ 1） :1819   18 王梅 , 张笠 , 李慕玲等 . 树脂法提取茶多酚的研究 . 离子交换与吸附， 1998, 14（ 5） :428433 19 阎立峰