超高壓提取茶葉內(nèi)含物工藝優(yōu)化

曾 亮，羅理勇，官興麗

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2. 重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715；3.西南大學(xué)茶葉研究所，重慶 400715)

超高壓提取茶葉內(nèi)含物工藝優(yōu)化

曾 亮1,2,3，羅理勇1,2,3，官興麗1

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2. 重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715；3.西南大學(xué)茶葉研究所，重慶 400715)

采用超高壓技術(shù)常溫下提取茶葉內(nèi)含物，以茶多酚浸提率為依據(jù)，通過單因素試驗(yàn)確定溶劑體積分?jǐn)?shù)、料液比、壓強(qiáng)、保壓時(shí)間的選擇范圍，再通過正交試驗(yàn)確定最佳工藝；在最佳工藝下測(cè)定茶葉內(nèi)含物茶多酚、咖啡堿、可溶性糖、氨基酸的浸提率，并與常規(guī)的熱水浸提法進(jìn)行比較。結(jié)果表明：超高壓提取茶多酚的優(yōu)化工藝條件為溶劑70%乙醇、料液比1:40(g/mL)、壓強(qiáng)200MPa、保壓時(shí)間10min，在此條件下進(jìn)行超高壓浸提測(cè)得水浸出物含量40.25%、茶多酚浸提率26.61%、氨基酸浸提率3.87%、可溶性糖浸提率4.76%、咖啡堿浸提率2.95%，均高于熱水浸提法。較之傳統(tǒng)熱水浸提工藝，采用超高壓技術(shù)提取茶葉內(nèi)含物不僅具有提高水浸出物、茶多酚、氨基酸、可溶性糖、咖啡堿含量，并且具有提取時(shí)不需要加熱、提取液澄清、提取時(shí)間短的特點(diǎn)。

超高壓；浸提率；茶葉內(nèi)含物

茶葉的浸提是指將茶葉加入溶劑中，使茶葉中各種可溶性化學(xué)成分溶出，從而使茶葉中可溶物與不可溶物達(dá)到完全分離的過程，也稱為茶葉的提取[1]。茶葉中含有多種成分，主要有茶多酚、咖啡堿、茶多糖、茶色素、維生素、氨基酸、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)功能物質(zhì)[2]，浸提效果直接影響茶葉深加工或綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量。研究顯示，影響茶葉浸提效果的因素很多，主要有浸提溫度、浸提時(shí)間、浸提溶劑濃度和溶劑用量等[3]。

目前，茶葉浸提方法主要有水浴浸提法、超聲波浸提法、超高壓浸提法、微波浸提法、超臨界CO2流體萃取法[4-8]。其中，超高壓技術(shù)近年來被應(yīng)用于小分子有效物質(zhì)的提取，可以大大縮短提取時(shí)間、降低能耗、減少雜質(zhì)成分的溶出，提高有效成分的收率，避免了因熱效應(yīng)引起的有效成分結(jié)構(gòu)變化、損失以及生理活性的降低[9-15]。本實(shí)驗(yàn)采用超高壓技術(shù)，以提高茶多酚、茶多糖等內(nèi)含物的浸提率為目標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)確立各因素最佳選擇范圍，然后進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝。考察壓強(qiáng)、浸提時(shí)間、溶劑體積分?jǐn)?shù)、溶劑用量等因素對(duì)茶葉內(nèi)含物浸出率的影響，為進(jìn)一步優(yōu)化高壓浸提茶葉內(nèi)含物工藝提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠茶茶末 重慶市二圣茶廠；茚三酮、蒽酮、酒石酸鉀鈉、硫酸亞鐵、無水葡萄糖、氯化亞錫、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、乙醇、濃硫酸、鹽酸、堿式乙酸鉛(均為分析純)。

1.2 儀器與設(shè)備

微型植物粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；HPP-L3型超高壓處理設(shè)備 天津市華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司；紫外-可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器責(zé)任有限公司。

1.3 方法

1.3.1 茶葉主要內(nèi)含成分的測(cè)定方法

采用GB/T 8304—2002《茶：水分測(cè)定》測(cè)定茶葉水分含量；GB/T 8305—2002《茶：水浸出物測(cè)定》測(cè)定茶葉水浸出物含量；GB/T 8313—2008《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測(cè)方法》測(cè)定茶多酚；GB/T 8312—2002《茶：咖啡堿測(cè)定》測(cè)定咖啡堿；GB/T 8314—2002《茶：游離氨基酸總量測(cè)定》測(cè)定游離氨基酸；蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖。

1.3.2 超高壓浸提法

稱取1.5g茶樣，加入60%乙醇50mL，密封后用超高壓設(shè)備加壓300MPa，提取5min，過濾后定容至250mL，按前述方法測(cè)定茶多酚吸光度，以茶多酚浸提率為依據(jù)，確定溶劑體積分?jǐn)?shù)、料液比、壓強(qiáng)、保壓時(shí)間的選擇范圍，再通過正交試驗(yàn)，確定最佳工藝。在最佳工藝下，測(cè)定出茶多酚、咖啡堿、可溶性糖、氨基酸的浸提率。

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)

溶劑體積分?jǐn)?shù)的選擇：加入30%、40%、50%、60%、70%、80%乙醇，測(cè)定茶多酚吸光度。

料液比的選擇：按1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70(g/mL)的比例加入60%乙醇，測(cè)定茶多酚吸光度。

壓強(qiáng)的選擇：加壓100、200、300、400、500MPa，測(cè)定茶多酚吸光度。

保壓時(shí)間的選擇：選取10s、1min、3min、5min、10min、20min，測(cè)定茶多酚吸光度。

1.3.2.2 超高壓浸工藝正交試驗(yàn)

以影響茶多酚浸提率的劑體積分?jǐn)?shù)、料液比、壓強(qiáng)、保壓時(shí)間4個(gè)因素設(shè)計(jì)超高壓浸工藝正交試驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 超高壓浸工藝正交試驗(yàn)因素及水平Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.3.3 熱水浸提法

稱取1.5g茶樣于250mL三角瓶中，加沸蒸餾水2000mL在沸水浴中浸提60min(每隔10min搖動(dòng)一次)，趁熱抽濾，殘?jiān)蒙倭繜嵴麴s水洗滌2～3次，合并濾液于250mL容量瓶中，冷卻后用蒸餾水定容。將浸提液保存于冰箱內(nèi)，分別按前述方法測(cè)定茶多酚、咖啡堿、可溶性糖、氨基酸浸提率。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 溶劑體積分?jǐn)?shù)的選擇

提取溶劑乙醇體積分?jǐn)?shù)與茶多酚浸提率的關(guān)系，見圖1。溶劑體積會(huì)影響茶葉細(xì)胞的滲透性，從而影響內(nèi)含物的浸提率。增大乙醇的體積分?jǐn)?shù)可以提高茶多酚的浸提率，但是當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到70%時(shí)，浸提率開始緩慢下降。因此，選擇乙醇最佳體積分?jǐn)?shù)為50%～70%。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)與茶多酚浸提率的關(guān)系Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of tea polyphenols

2.1.2 料液比的選擇

料液比與茶多酚浸提率的關(guān)系，見圖2。隨著溶劑用量的增大，茶多酚浸提率明顯上升，當(dāng)料液比超過1:30，浸提率上升不明顯。從浸提率和經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮，料液比的最佳選擇范圍在1:30～1:50之間。

圖2 料液比與茶多酚浸提率的關(guān)系Fig.2 Effect of material/liquid ration on extraction rate of tea polyphenols

2.1.3 壓強(qiáng)的選擇

圖3 壓強(qiáng)大小與茶多酚浸提率的關(guān)系Fig.3 Effect of extraction pressure on extraction rate of tea polyphenols

壓強(qiáng)大小與茶多酚浸提率的關(guān)系，見圖3。壓強(qiáng)是超高壓浸提過程中一個(gè)非常重要的影響因素，其大小直接影響到細(xì)胞壁的破碎程度及細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓差，從而影響多酚等的浸提率。從圖3可以看出，茶多酚浸提率隨壓強(qiáng)升高而增加，壓強(qiáng)達(dá)到400MPa之后浸提率增加平緩。故選擇200～400MPa的壓強(qiáng)范圍進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.4 保壓時(shí)間選擇

圖4 保壓時(shí)間與茶多酚浸提率的關(guān)系Fig.4 Effect of pressure-holding time on extraction rate of tea polyphenols

保壓時(shí)間與茶多酚浸提率的關(guān)系，見圖4。時(shí)間大于1min后對(duì)浸提率的影響相對(duì)較小，隨時(shí)間延長(zhǎng)浸提率增加不明顯。這可能是因?yàn)楦邏鹤饔孟?，乙醇易滲入茶葉細(xì)胞內(nèi)部，茶多酚等在較短時(shí)間內(nèi)可達(dá)到溶解平衡，延長(zhǎng)時(shí)間并不能有效增加浸提率。故選擇3～10min作為最佳保壓時(shí)間選擇范圍。

2.2 超高壓浸提最佳工藝確定

超高壓浸提工藝正交試驗(yàn)結(jié)果，見表2。在已選定的溶劑、料液比、壓強(qiáng)、時(shí)間最佳范圍內(nèi)超高壓浸取茶多酚，對(duì)浸提效果有顯著影響的是乙醇體積分?jǐn)?shù)，影響茶多酚浸提效果的因素順序?yàn)橐掖俭w積分?jǐn)?shù)＞壓強(qiáng)＞保壓時(shí)間＞料液比，保壓時(shí)間和料液比差異不顯著。比較第8第9組水平下浸提率差異不是很大，而增加100MPa壓強(qiáng)成本會(huì)提升很多，且對(duì)超高壓設(shè)備損耗較大，綜合考慮選擇的最佳工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、壓強(qiáng)200MPa、保壓時(shí)間10min、料液比1:40。

表2 超高壓浸工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Orthogonal array design layout and experimental results

2.3 超高壓浸提工藝與熱水浸提工藝比較

按照上述的優(yōu)化工藝進(jìn)行超高壓浸提，分別測(cè)定水浸出物、茶多酚、咖啡堿、可溶性糖、氨基酸的浸提率分別為40.25%、26.61%、2.95%、4.76%、3.87%。按試驗(yàn)方法中的熱水浸提法，分別測(cè)定水浸出物、茶多酚、咖啡堿、可溶性糖、氨基酸的浸提率分別為38.45%、21.87%、3.02%、4.28%、2.33%。

表3 超高壓浸提工藝和熱水浸提工藝比較Table 3 Comparison between ultra-high pressure extraction and hot water extraction

由表3可知，不管是水浸出物，還是茶多酚等茶葉內(nèi)含物的浸提率，超高壓浸提法均要高于熱水浸提法，并且所耗時(shí)間要短，這可能是在高壓和乙醇水溶液作用下使一些不能在熱水中溶出的成分得以釋放出來。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)探討超高壓技術(shù)在茶葉浸提中的具體應(yīng)用，通過正交試驗(yàn)選擇出最佳的高壓浸提工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、壓強(qiáng)200MPa、保壓時(shí)間10min、料液比1:40(g/mL)，與常規(guī)的熱水浸提法相比較，充分顯現(xiàn)出了高壓浸提法的優(yōu)勢(shì)。

3.1 超高壓提取是在常溫狀態(tài)下進(jìn)行的，由于不需要加熱，避免了茶多酚變性；提取液澄清，容易過濾去除固體雜質(zhì)；而且提取茶多酚的時(shí)間只需要幾分鐘，效率高。

3.2 熱水浸提法茶葉在高溫狀態(tài)下會(huì)變質(zhì)糊化，影響茶多酚的收率；其提取液混濁，黏度高，不易過濾，過濾后的溶液放置一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)沉淀。

3.3 以優(yōu)化工藝進(jìn)行超高壓浸提測(cè)得：水浸出物含量40.25%，茶多酚浸提率26.61%，氨基酸浸提率3.87%，可溶性糖浸提率4.76%，咖啡堿浸提率2.95%，均高于熱水浸提法。

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Process Optimization for Ultra-high Pressure Extraction of Tea Polyphenols

ZENG Liang1,2,3，LUO Li-yong1,2,3，GUAN Xing-li1
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China；2. Chongqing Key Laboratory of Agricultural Products Processing, Chongqing 400715, China；3. Tea Research Institute, Southwest University, Chongqing 400715, China)

In this paper, ultra-high pressure technique was applied for the extraction of tea polyphenols. On the basis of single factor experiments, the optimal extraction process for tea was investigated to explore the effects of solvent concentration, material/liquid ratio, extraction pressure and pressure treatment time on the extraction rate of tea polyphenols. Meanwhile, the extraction rates of tea polyphenols, caffeine, soluble sugars and amino acids between ultra-high pressure extraction and normal high temperature extraction were compared. The results indicated that the optimal extraction processing parameters were 70%ethanol, material/liquid ratio of 1: 40, extraction pressure of 200 MPa, and pressure treatment time of 10 min. Under the optimal extraction conditions, the extraction rates of tea polyphenols, amino acids, soluble sugars and caffeine were 26.61%, 3.87%,4.76% and 2.95%, respectively, which were higher than those of hot water extraction. Therefore, ultra-high pressure extraction has the advantages of clear supernatant as well as short time and non-thermal extraction.

ultra-high pressure；extraction rate；tea components

TS272

A

1002-6630(2011)06-0085-04

2010-05-30

重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(CSTC, 2009BB1132)；西南大學(xué)科研基金資助項(xiàng)目(SWUB2008005)

曾亮(1980—)，女，副教授，博士，研究方向?yàn)椴杓疤烊划a(chǎn)物。E-mail：zengliangbaby@126.com