超声波辅助提取竹叶茶多酚工艺研究

潘文洁,郭雯

(安徽工程大学生物化学工程学院,安徽 芜湖 241000)

茶多酚(Tea Polyphenols),又称茶鞣质或茶单宁,是茶叶中多酚类物质的总称。茶多酚具有高效的抗衰老、抗辐射、消除人体过剩的自由基、去脂减肥、降低血糖、血脂和胆固醇、预防心血管疾病及抑制肿瘤细胞等多种保健和药理功能[1]。因而用途非常广泛,涉及到医药、食品、日化等行业[2]。

竹叶,为禾本科植物竹叶的干燥茎叶,具有清热除烦、利尿的功效。竹叶中含有大量的黄酮和多糖类成分、内酯、叶绿素、氨基酸、维生素、微量元素等,都具有很高的生物活性作用[3],且还含有较丰富的茶多酚[4]。近年来,人们对竹叶的营养成分、保健价值以及研制竹叶保健食品进行了许多研究,并取得进展。随着我国茶叶国内外市场的扩大,成品茶叶的价格日趋上涨,采用成品茶提取茶多酚的原料成本也在上升,因此研究竹叶中茶多酚的含量及提取工艺将对今后茶多酚的大规模生产具有重要意义,竹叶也将成为茶多酚提取原料的一个重要来源。本研究对超声波辅助提取竹叶茶多酚的工艺进行了研究,为竹叶茶多酚的提取及进一步开发利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

竹叶:采集于安徽省泾县;七水合硫酸亚铁、四水合酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、无水乙醇、三氯甲烷、乙酸乙酯等均为分析纯。

RE-52旋转蒸发仪、DHG-9143BS-3电热恒温鼓风干燥箱、723 N可见分光光度计、JK-400CDB超声波萃取仪、JFSD-100-Ⅱ粉粹机等。

1.2 实验方法

将经采集、洗涤、自然晾干的竹叶用高速粉碎机粉碎过100目筛,准确称取一定量竹叶粉置于具塞锥形瓶中,按比例加入一定体积分数的乙醇溶液,摇匀后置于超声波萃取仪中,调节功率进行超声提取一段时间。趁热抽滤,将提取液经旋转蒸发仪浓缩,回收乙醇。浓缩液再加等量氯仿萃取2次,得到水层液加等量乙酸乙酯萃取2次。取所得酯层加20mL蒸馏水,减压浓缩,回收乙酸乙酯,干燥即得到固体茶多酚,计算得率。

茶多酚含量的测定:酒石酸铁比色法[5]。

2 结果与分析

2.1 超声波辅助提取竹叶茶多酚的单因素实验

茶多酚是中等极性强度的分子,易溶于水和乙醇,由于用水提取茶多酚的得率低于用乙醇提取茶多酚的得率[6],故选择乙醇作为提取溶剂。

2.1.1 乙醇浓度对茶多酚得率的影响

准确称取五份竹叶粉,分别加入浓度为50%、60%、70%、80%和 90%的乙醇溶液,在 55℃、超声波功率320W条件下提取40 min,所得实验结果见图1。由图1可知乙醇浓度在60%时提取效果较好,当乙醇浓度低于60%时,由于水分较多,茶多酚得率较低;当乙醇浓度高于60%时,因乙醇含量较高,提取液温度上升高,茶多酚可能在高温下易氧化损失,得率反而降低。故选择乙醇浓度为60%进行提取。

图1 乙醇浓度对茶多酚得率的影响

2.1.2 浸提时间对茶多酚得率的影响

准确称取五份竹叶粉,加入60%乙醇溶液,在55℃、功率 320w 条件下分别提取 20、30、40、50、60 min,所得实验结果见图2。由图2可知,超声浸提时间为30 min时茶多酚得率较高,当超过30 min后茶多酚得率下降。因为茶多酚是一种多羟基酚类物质,热稳定性不好,高温下加热时间长易被氧氧化,导致一部分茶多酚丢失。故选择超声浸提时间为30～40 min为宜。

图2 时间对茶多酚得率的影响

2.1.3 提取温度对茶多酚得率的影响

准确称取五份竹叶粉,加入60%乙醇溶液,在超声波功率 320W 条件下,分别在 35、45、55、65、75℃提取30 min,所得实验结果见图3。由图3可知,浸提温度在65℃以下时,随着温度升高,茶多酚得率增大;当到达65℃时,茶多酚得率最大,超过65℃时茶多酚得率开始下降。这是由于在过高温度下茶多酚易氧化,故选择适宜的浸提温度为65℃。

图3 浸提温度对茶多酚得率的影响

2.1.4 料液比对茶多酚得率的影响

准确称取五份竹叶粉,按料液比 1︰6、1︰8、1︰10、1︰12、1︰14 加入 60%乙醇溶液,在65 ℃、超声波功率320W条件下提取30 min,所得实验结果见图4。由图4可知,茶多酚得率随着乙醇用量的加大而增大,在料液比1︰8后茶多酚得率增加较为缓慢。因此为了节约溶剂,减少回收的难度,在生产上可减少料液比,故选取1︰8～1︰10的60%乙醇较合适。

图4 料液比对茶多酚得率的影响

2.1.5 超声波功率对茶多酚得率的影响

准确称取五份竹叶粉,按料液比1∶8加入60%乙醇溶液,在 65℃下分别用 240W、280W、320W、360W、4000W功率处理30min,所得实验结果见图5。由图5可知,茶多酚在不同超声波功率下的得率不同。超声波是通过空化作用、热效应、机械作用、湍动效应、微搅动效应、界面效应和聚能效应等在液体中形成有效的搅动与流动,这些作用均可产生击碎、切割及凝聚等效果,从而加速茶多酚等浸提物从竹叶向溶剂的扩散速率,缩短浸提时间。因此随着超声波功率的增大茶多酚得率也随之增大,在320W时达到较好的提取效果。但功率过大时,容器内会发生局部瞬时升温现象,温度升高快而使茶多酚损失,导致得率降低。

图5 超声波功率对茶多酚得率的影响

2.2 正交试验优化竹叶茶多酚的提取工艺

在单因素实验基础上,将超声波功率定为320W,选取对竹叶茶多酚提取影响较大的四

个因素即乙醇浓度、料液比、提取温度和时间进行L9(34)正交试验,见表 1、表2。

表1 竹叶茶多酚提取正交试验因素水平表

由表2可以看出,影响得率效果的因素顺序为:B＞A＞D＞C,即提取温度的影响最大,料液比的影响最小。综合各因素K值看出茶多酚提取的较佳组合为A1B1C2D3,这与实验结果中较好的试验组合A1B1C1D1不吻合。为了确定最佳组合条件,本研究分别对其做了 3次平行试验,取平均值。由组合A1B1C1D1所得得率为1.78%,组合A1B1C2D3所得得率为1.63%。因此确定最佳组合为A1B1C1D1,即乙醇浓度60%,提取时间为30 min,提取温度65℃,料液比1︰10。

表2 竹叶茶多酚提取正交试验结果

3 结论

本实验采用超声波辅助提取竹叶中的茶多酚,确定了最佳的提取条件是:乙醇浓度60%,温度65℃,超声提取时间30min,料液比 1︰10,超声波功率320W,在此条件下茶多酚得率达到了1.78%。与传统的提取方法相比,超声波辅助提取茶多酚提高了得率,缩短了提取时间。

竹叶是一种资源量大且廉价的林业资源,基本处于未开发利用状态,随着对竹叶活性成分功能性和营养性的深入研究,以及提取工艺的不断完善,竹叶的有效化学成分将在医药、保健品、食品、饮料其它行业得到越来越广泛的应用,具有广阔的开发前景。

[1]曾磊,张玉军,邹正.茶多酚的功能特性及应用[J].郑州工程学院学报,2002(6):90-94.

[2]陈为钓,万圣勤.茶叶中多酚类物质的研究进展[J].天然产物研究与开发,1994,6(3):74-80.

[3]黄文,王益.竹叶的化学成分及应用进展[J].中国林副特产,2002(3):65-66.

[4]毛燕,王学利,杨彤.毛竹叶、枝茶多酚提取及含量的测定[J].竹子研究汇刊,2000,19(2):49-51.

[5]中国标准出版社第一编辑室.茶叶标准汇编[S].北京:中国标准出版社,2005:131-132,166-167.

[6]罗金岳,陈小燕.从箬竹叶中提取茶多酚的研究[J].林产化工通讯,2003,37(6):15-19.