从茶叶中提取咖啡因研究方法的新进展

徐小岚　朱秀丽　安然

【摘 要】咖啡因约占茶叶干重的2%-5%，具有重要的生理作用，从茶叶中提取的咖啡因是医用咖啡因的重要来源。目前咖啡因提取方法多且差异大，本文从四个方面对咖啡因提取方法和工艺的研究进展做一介绍。

【关键词】咖啡因；微波；Soxhlet提取法

咖啡因（Caffeine）[1]是茶叶、咖啡豆、可可、可拉果等植物体中的主要生物碱，因其具有较强的兴奋中枢系统作用而广泛用于医药、食品、化妆品等领域。咖啡因在生理上能刺激人体中枢神经系统引起兴奋[2]，使人的头脑清醒，有助于思维，提高劳动效率。此外，咖啡因能增强心脏和胃肠道功能[3]、调节脂肪代谢[4]，同时还可起到解毒的功效[5]。然而，高剂量摄入咖啡因会刺激中枢神经、影响睡眠、增加血压、提高类风湿关节炎的患病率、致突变以及引起婴儿早产[6-7]等。

显然，从茶叶中提取咖啡因对人类的生活、生产具有重要意义。自20世纪90年代以来，有关如何高效率地从茶叶中提取咖啡因以及如何绿色地从茶叶中脱除咖啡因，国内外研究者报道了许多新的方法和辅助技术，大致可分为以下四类。

1 水提取-升华法

水提取-升华法[8-12]从茶叶中的提取咖啡因是利用咖啡因在水（特别是热水）中具有一定的溶解性进行提取。一般先用水萃取茶叶中的咖啡因，然后再用溶剂萃取或其它方法提取水溶液中的咖啡因。

水作溶剂，在保证将茶叶中大部分的咖啡因提出的前提下，又不溶解其他杂质，价廉、无毒，不会对环境造成危害；并且水提取-升华法使用仪器均为常规仪器，操作成本低。

李沿飞等[9]将水洗-三氯甲烷萃取-真空升华三者融为一体，得到纯度为99.9%的天然咖啡因，生产成本低，产品收率高，该法于1994年取得专利保护。方德国等[10]用热水浸泡鲜茶叶提取咖啡因，以温度、浸泡时问和茶水比为影响因素进行三因素三水平的正交实验，确定最佳提取条件为l：20（质量比）的茶水比在100℃浸泡3min，可提取茶叶中83%的咖啡因，同时鲜叶中保留了95%的儿茶素。

2010年，刁晓菊等[11]利用5g茶叶在140ml纯水中浸泡、煮沸15分钟后，浓缩、升华可得37mg咖啡因。

水提法只适合于鲜叶和杀青叶，而不适合于揉捻叶和干燥叶。从食品学角度来说，虽然热水浸泡可以有效提取咖啡因，但是由于浸泡过程中会将茶叶中其它一些易溶于水的成分（如茶多酚、氨基酸等）浸出，故对成品茶的风味有较大的影响[12]。

总体说来，水提法提取得到的咖啡因产量不高，通过增加溶剂量和提取时间，可以略微提高咖啡因的提取量。不过，从饮用茶的角度来看，水提法在茶叶中脱咖啡因技术的应用还是很绿色环保的。

2 有机溶剂提取-升华法

该法过去使用的有机溶剂有乙醇、氯仿或者二氯甲烷，Tetsuo等用水-氯仿混合物直接浸泡绿茶末，用结晶法获取有机相中的咖啡因，2g茶提取了40.7mg咖啡因，但氯仿和二氯甲烷皆有很大毒性，二者作为提取剂有着很大的限制。

目前从环保的角度，多数使用95%的乙醇作为提取剂，采取Soxhlet提取法，5g茶叶回流40分钟可以提取74.7mg咖啡因[13]。杨兵[14]等将Soxhlet提取法、超声波法与微波法进行比较，结果表明，Soxhlet提取法效果最好。目前，Soxhlet提取法是实验室最常用方法，在学生实验中广为采用。

最新研究表明，将Soxhlet提取法中的索式提取器改为恒压漏斗连续回流，可以得到更高的提取效率[15-17]。2014年，徐帅[15]等采用1：1的EtOH-H2O作为提取剂，利用恒压漏斗连续提取40min，收率比索式提取法提高20%，色谱分析产物纯度可达98.5%，并且，利用此种方法，红茶更适合进行咖啡因的提取，提取效率高于绿茶[15-16]。用恒压漏斗代替索式提取器，很好地避免了虹吸不完全导致萃取液不能完全流入蒸馏烧瓶，因此，回流效率明显提高。这一改进将会为高校本科生实验提供更好的操作方法指引。

3 微波辅助提取法

微波辅助提取法[18-22]是指在微波场中，茶叶中的咖啡因组分被选择性加热，从茶叶中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中。与传统溶剂提取法相比，微波提取技术具有作用时间短、速度快、提取效率高、节能等显著特点。

2004年，张燕瑜等[18]采用微波辐射法，微波功率为“高火”、提取剂80%（v/v）乙醇/水，辐射时间乌龙茶，4min和红茶3min，乌龙茶和红茶最高提取率分别为1.322%，1.128%。

2007年，李楠等[19]采用微波提取法，在微波功率500W，50%乙醇作为溶剂，料液比1：8，180℃微波温度，微波加热14min，提取率高达3.82/%。2008年，黄攀豪[20]采用微波辅助，以95%乙醇为溶剂，NaAc为沉淀剂，代替传统的石灰石，间断辐射5次，1min/次，继续90℃水浴30min，提取率高达3.25%。

2010年，刘晓庚[21]等利用微波辅助，微波功率200W、提取剂80%（v/v）乙醇/水、料液比为1：16（m/V）、浸提时间9min（间隙式提取）、温度83±5℃、连续提取3次，并且，通过使用自制复合中和沉淀剂，咖啡因提取率平均达到217.5mg/10g茶样，比Soxhlet法的148.8mg/10g茶样高49.1%。

2011年，李程等[22]采用微波辐射法，95%乙醇与水体积比为4：1，用量125ml，辐射时间3min，得到较高提取率。同年，黄金成[23]等利用连续微波场，从绿茶中提取天然咖啡因，设定微波辅助加热温度90℃、浸提时间15 min、微波功率250w、配制料液比l：16，80%乙醇做浸取剂，最大可提取87.35%的咖啡因，纯度最高为99.6%。

总的来说，微波法提取茶叶中咖啡因提取率的重要因素是微波辐射时间和功率。若萃取时间太短，辐射功率过低，则咖啡因溶解尚未达成平衡，溶解量少，提取率低；若萃取时间太短，辐射功率过高，咖啡因易发生分解及其他损失，提取率同样低，而且其他杂质也会增多，不利于咖啡因的提取纯化。

4 超临界二氧化碳提取法

超临界萃取法（SFE）是近20年发展起来的一种新型的分离技术，该法利用超临界状态下的流体作溶剂，在超出临界温度与压力的区域下进行萃取。用超临界二氧化碳流体作为溶剂更显优势，因为二氧化碳的临界值低，压力与温度的较小变化会引起流体密度的较大改变，并极易渗透到原料基质中，使萃取组分通过分配扩散作用而充分溶解，从而达到萃取的目的。

利用超临界CO2提取茶叶中咖啡因在国内外有许多专利[24-28]，不同专利的主要区别在于原料预处理和萃取条件的不同。研究发现，超临界提取过程中添加水或乙醇作为夹带剂可以有效提高咖啡因的提取率。

早在1996年，柯昌强[24]等报道了超临界CO2流体萃取及其在茶叶中的应用。2005年，于华忠[27]等将微波技术与超临界CO2萃取技术相结合，茶叶经微波预处理后，超临界CO2脱除绿茶中咖啡因的脱除率有明显提高。

2007年，马卫华[28]等报道了超临界CO2萃取茶叶中咖啡因的影响因素，各因素的影响按大小排序依次为压力>流量>温度>时间，适宜的萃取条件为：压力45MPa，温度65℃，时间240min，CO2流量16kg/h，夹带剂采用体积分数为50%的乙醇溶液， 适宜的夹带剂添加量为120mL。

利用超临界CO2提取茶叶中咖啡因的优点是超临界二氧化碳对咖啡因选择性高，同时具有溶解性大、无毒安全、工艺过程简单。但是，因为该法设备和生产成本较高，其工业化应用还不理想。

5 结语

咖啡因对人类疾病的预防和救治具有很大的作用，从茶叶中提取咖啡因是比较常用的方法。今后，咖啡因提取研究的重点在于提取方法的创新，并且随着绿色环保理念的贯彻，咖啡因提取工艺势必要更加的节约能源、减少污染[29-30]。

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[责任编辑：杨玉洁]