普洱茶多酚的提取及提取工藝響應面分析

劉 佳， 丁青霞， 高 菊

(昆明理工大學生命科學與技術學院，云南昆明 650500)

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普洱茶多酚的提取及提取工藝響應面分析

劉 佳， 丁青霞， 高 菊*

(昆明理工大學生命科學與技術學院，云南昆明 650500)

[目的] 優(yōu)化普洱茶中茶多酚的提取工藝條件。[方法]以購自云南省臨滄市的普洱茶為原料，以總多酚提取率為優(yōu)化目標，在單因素試驗基礎上，通過響應面分析法分析乙醇濃度、浸提時間、浸提溫度和料液比對普洱總茶多酚提取的影響。[結果]確認普洱茶中茶多酚提取最佳工藝為浸提時間1 h、浸提溫度90 ℃、料液比1∶25 g/ mL、乙醇濃度75%。實際測得的茶多酚得率為17.048 7%，和模型預測值相符。[結論] 研究可為普洱茶中茶多酚的工業(yè)化提取生產提供參考依據(jù)。

普洱茶多酚；響應面分析；提取工藝

茶多酚(Tea Polyphenols，TP)是茶內多酚類化合物的統(tǒng)稱，有很多成分是茶葉所特有的，這些物質共同組成了茶葉獨特的風味和功效。茶多酚大部分為黃酮類化合物，最主要的是以兒茶素及其衍生物為主體的黃烷醇類，其含量約占茶多酚類的70%～80%，最主要有4種兒茶素組分，分別是表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、表沒食子兒茶素(EGC)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)、表兒茶素(EC)[1]。

茶多酚的提取方法有很多種，一是利用茶多酚在不同有機溶液中溶解度不同的性質采用溶劑提取工藝[3]。二是金屬離子鹽沉淀茶多酚工藝，即把茶葉水溶液或乙醇溶液在堿性環(huán)境下和沉淀劑生成沉淀，從而固定住茶多酚。多數(shù)中性鹽能夠利用靜電作用減弱多酚水中的溶解，讓多酚沉淀下來；同時中性鹽能夠因本身的電解質性質使多酚膠體去電去溶劑化，使得多酚鹽溶液鹽析[4]。絡合后的多酚由于電子軌道躍遷導致光吸收區(qū)出現(xiàn)變化，從而發(fā)生顏色變化，因此多酚類的金屬絡合物都有較鮮艷的顏色[5]。三是過柱層析分離提取茶多酚[6]，包括吸附柱層析、凝膠柱層析、離子交換柱層析等方法，而且過柱層析法提取茶多酚用料少，獲得的茶多酚純度較高，缺點是試驗成本高。四是超臨界流體萃取法提取茶多酚[7]，和以上其他方法對比，超臨界流體萃取法提取茶多酚具有高速高效、溶劑消耗少、無殘留等特點，一般超臨界流體提取茶多酚使用的萃取劑是二氧化碳。

筆者綜合考慮茶多酚的物理化學性質，為了能夠從原料中得到更多的茶多酚，采用的是溶劑提取茶多酚工藝和金屬離子鹽沉淀茶多酚工藝相結合的方法。該方法利用碳酸鈉鹽的電解質屬性，增強茶多酚的析出；同時，利用茶多酚易溶于乙醇溶液和乙酸乙酯，而不溶于氯仿的性質來分離提純茶多酚。茶葉中的咖啡堿易溶于氯仿，也能通過這個方法使茶多酚和咖啡堿分離，得到純度較高的茶多酚。

1　材料與方法

1.1方法原理茶葉粉末中蛋白質等化合物不易溶于乙醇溶液，茶多酚和咖啡堿等都易溶于乙醇溶液，利用這一特性可以從茶葉粉末乙醇浸提液中分離大量茶多酚和咖啡堿，并將蛋白質等去除。茶葉乙醇浸提液中的茶多酚易溶于乙酸乙酯，咖啡堿易溶于氯仿，根據(jù)這一個特性來分離茶多酚和咖啡堿。

1.2材料主要儀器：三口燒瓶、分液漏斗，蜀牛公司；HWS-24型電熱恒溫水浴鍋，上海齊欣科技儀器有限公司；冷凝管、膠管、電動水泵等冷凝設備；真空抽濾機；恒溫水浴旋轉蒸發(fā)儀；電動打粉機；紫外分光光度計。

主要原料及試劑：普洱茶，購自云南省臨滄市茶葉市場；碳酸鈉(Na2CO3)，各濃度乙醇溶液，氯仿，乙酸乙酯，酒石酸亞鐵溶液，磷酸鹽緩沖液。

1.3普洱茶多酚提取工藝

1.3.1茶葉粉碎。取茶葉若干，稍微搗碎后放入電動打粉機，粉碎時間不宜過長以免打粉機刀片溫度過高使茶葉粉末燒焦，應該短時間打粉(1 min左右)，關機后搖動，再開機打粉。以上步驟重復數(shù)次直至茶葉粉末足夠細。

1.3.2普洱茶多酚浸提。取乙醇溶液加入三口燒瓶內，稱取一定質量粉碎的茶葉，加入20%的碳酸鈉粉末后放入裝有不同濃度的乙醇溶液中，充分搖勻，加上冷凝管放入恒溫水浴鍋中冷凝回流水浴浸提一段時間。

1.3.3普洱茶多酚濃縮。浸提后的提取液傾出，使用真空抽濾抽干殘留的提取液，提取過的茶葉渣使用少量的酒精溶液沖洗，清洗液和之前的提取液一起倒入圓底燒瓶，使用旋轉蒸發(fā)儀50 ℃旋轉蒸發(fā)濃縮提取液體積到原來體積的1/3左右，這時候大部分乙醇溶液被蒸發(fā)出來，提取液中剩下主要成分為水，方便下一步氯仿的萃取分離。

1.3.4普洱茶多酚的萃取分離。將上一步的濃縮提取液冷卻至室溫，倒入分液漏斗中，加入等量的氯仿溶液萃取3次。此步驟中濃縮的提取液必須降溫后再分液，否則會導致氯仿容易乳化，影響分離效果。上層為水層和茶多酚層，萃取時間30 min。將水層加入等體積的乙酸乙酯萃取2次，每次20 min。合并萃取液，旋蒸儀蒸干，回收乙酸乙酯。用藥匙刮下圓底燒瓶內的茶多酚結晶，稱量重量，計算得率，收集在密封袋中避光保存。

1.3.5茶多酚的測定。準確稱取所制得的干燥粉末0.1 g，定容至100 mL水溶液備用。準確吸取1 mL上述備用溶液置于25 mL的容量瓶中，加水4 mL，酒石酸亞鐵溶液5 mL，然后加pH 7.5的磷酸鹽緩沖液稀釋至刻度，用蒸餾水做空白對照，在波長540 nm的條件下，用分光光度計測出其吸光度，計算出茶多酚的含量[5]。

2　結果與分析

2.1影響普洱茶多酚提取的單因素分析

2.1.1浸提時間對普洱茶多酚提取率的影響。精確稱取普洱茶粉末5 g，固定乙醇濃度為60%，料液比為1∶30 g/mL，提取溫度為70 ℃，考察不同的浸提時間0.75、1.00、1.25、1.50、2.00 h對提取普洱茶茶葉總多酚的影響。試驗發(fā)現(xiàn)，在浸提時間1.25 h時茶多酚得率最高，初步認定浸提時間1.25 h可以作為合適的提取時間。

2.1.2浸提溫度對普洱茶多酚提取率的影響。精確稱取普洱茶粉末5 g，固定乙醇濃度為60%，料液比為1∶30 g/mL，提取時間為1.25 h，考察不同的浸提溫度50、60、70、80、90 ℃對提取普洱茶茶葉總多酚的影響。試驗發(fā)現(xiàn)，在浸提溫度為80

℃時普洱茶多酚得率最高，初步認定最佳浸提溫度為80 ℃。

2.1.3料液比對普洱茶多酚提取率的影響。精確稱取普洱茶粉末5 g，固定乙醇濃度為60%，浸提溫度為80 ℃，提取時間為1.25 h，考察不同的料液比1∶5、1∶10、1∶20、1∶30和1∶40 g/mL對提取普洱茶茶葉總多酚的影響。試驗發(fā)現(xiàn)，在料液比為1∶30 g/mL時普洱茶多酚得率最高，初步認定最佳浸提料液比為1∶30 g/mL。

2.1.4乙醇濃度對普洱茶多酚提取率的影響。精確稱取普洱茶粉末5 g，固定浸提時間為1.25 h，料液比為1∶30 g/mL，提取溫度為70 ℃，考察不同的乙醇濃度15%、30%、45%、60%、75%對提取普洱茶茶葉總多酚的影響。試驗發(fā)現(xiàn)，茶多酚在乙醇濃度60%得率最高，初步認定浸提乙醇濃度60%可以作為合適的提取濃度。

2.2影響普洱茶多酚提取的響應面試驗設計根據(jù)以上單因素試驗獲得最佳的提取條件為基礎，選取浸提時間(A)、浸提溫度(B)、料液比(C)、乙醇濃度(D)幾個工藝因素，通過應用Box-Behnken中心組合進行4因素3水平的試驗設計。其中，響應面的因素水平編碼見表1，Box-Behnken試驗設計及結果見表2。

表1　響應面因素水平編碼

表2　Box-Behnken試驗設計及結果

接下表

2.4最優(yōu)工藝條件的確定根據(jù)回歸模型繪制響應曲面圖，并分析各提取因素對茶多酚提取率的影響，見圖1。研究發(fā)現(xiàn)，B、D、BC、A2、D2之間存在相互影響。

注：浸提時間1.25 h,乙醇濃度60%。 Note: Extraction time is 1.25 h,ethanol concentration 60%.圖1　不同因素對茶多酚得率的響應面Fig.1　Response surface of different factors on the yield of tea polyphenols

通過回歸方程分析可知，茶多酚得率達到最高時的最優(yōu)工藝條件如圖2所示：浸提時間0.97 h、浸提溫度89.42 ℃、料液比1∶25.44 g/mL、乙醇濃度74.52%，預測茶多酚的得率為17.463 3%。為了進一步檢驗回歸模型的可靠性，采用接近上述茶多酚得率最優(yōu)工藝條件進行6次試驗，并取其平均值。實際試驗條件為浸提時間1.00 h、浸提溫度90 ℃、料液比1∶25 g/mL、乙醇濃度75%,實際測得的茶多酚得率為(17.048 7±1.12)%，和預測得率十分接近。

注：乙醇濃度74.52%。Note: Ethanol concentration is 74.52%.圖2　最佳工藝條件立方圖Fig.2　Cube of the optimal technological conditions

3　結論與討論

茶多酚具有高效抗氧化能力，對人體有明顯的保健作用，也是一種比較常見的食品添加劑。茶多酚能夠抑制絡氨酸酶活性，減少黑色素生成[9]，還能對骨質疏松癥有一定的預防和輔助治療的效果[10]，更具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗輻射、抗高血脂等功效[11]。該研究利用茶葉乙醇浸提液中的茶多酚易溶于乙酸乙酯，咖啡堿易溶于氯仿的原理，通過試驗確認普洱茶多酚提取實際條件下最佳工藝為浸提時間1.00 h、浸提溫度90 ℃、料液比1∶25 g/mL、乙醇濃度75%。實際測得的茶多酚得率為17.048 7%，和模型預測值相符。該試驗中茶多酚得率比謝貞建等使用微波輔助提取茶多酚的方法要高[12]。該研究第一次得到臨滄茶區(qū)普洱茶茶多酚提取不同因素的響應面分析圖，根據(jù)分析圖得到茶多酚優(yōu)化提取方案，對工業(yè)生產具有一定的指導意義。

[1] 朱斌,盧濤,蘭先秋,等.不同工藝對茶多酚提取效率和質量的影響研究[J].四川職業(yè)技術學院學報,2008，18(1):126-128.

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Extraction of Polyphenols from Pu’er Tea and Analysis of Extraction Process Response Surface

LIU Jia,DING Qing-xia,GAO Ju*

(Faculty of Life Science and Technology,Kunming University of Science and Technology,Kunming,Yunnan 650500)

[Objective] The aim was to optimize conditions for extracting polyphenols from Pu’er tea.[Method] With Pu’er tea from Lincang City,Yunnan Province as raw materials, total polyphenol extraction rate as the optimization objective,on the basis of single factor experiment,effects of ethanol concentration,extraction time,extraction temperature and ratio of material to liquid on extraction of total polyphenols from Pu’er tea were analyzed by response surface analysis.[Result] The optimal conditions were as following: extraction time 1 h,extraction temperature 90 ℃,solid-liquid ratio 1∶25 g/mL,ethanol concentration 75%.The actual yield of polyphenol was 17.048 7%,which was in agreement with the predicted values.[Conclusion] The study can provide reference basis for industrial extraction and production of polyphenol in Pu’er tea.

Pu’er tea polyphenol; Response surface analysis; Extraction process

劉佳(1991- )，男，江西贛州人 ，碩士研究生，研究方向：茶次級代謝產物。*通訊作者，講師，博士，從事茶次級代謝產物研究。

2016-05-31

S 571.1

A

0517-6611(2016)24-088-03