超声波辅助浸提对红茶中茶黄素和茶红素浸出率的影响

陈智雄 徐礼羿 张钰玉 谢文钢 谭礼强

(1. 贵阳学院生物与环境工程学院 550005； 2. 四川农业大学园艺学院 611130)

茶黄素(Theaflavins，TF)是多酚类物质氧化形成的一类能溶于乙酸乙酯、具有苯并卓酚酮结构化合物的总称；茶红素(Thearubigins，TR)是一类复杂的红褐色酚类化合物，包括多种相对分子质量差异极大的异源物质，其相对分子质量为700～40 000，甚至更大些[1]。TF、TR具有抗癌、抗氧化、降血脂和预防心脑血管疾病、抗炎杀菌、抗病毒的作用。

茶叶中的品质成分主要通过浸提获得，目前存在的多种浸提方法中，以高温和超声波浸提为主。一般认为高温浸提可提高茶叶中品质成分的浸出率[2]；而超声波由于其具有独特的机械粉碎作用，以及在通过液体时可形成空化效应，当其用于浸提时，可以增大物料分子的运动频率和速度，提高物料分子的浸出速度和浸出数量[3]。因此，将超声波应用于茶叶的浸提过程有助于提高浸提效率和品质成分的浸出率。

肖文军[4]、朱德文[5]等研究发现，采用超声波辅助浸提能够缩短绿茶的浸提时间，具有省时、节能、品质成分得率高的优点。安凤平等[6]研究认为，白茶经粉碎至40目后，采用超声波辅助浸提，其有效成分茶多酚、氨基酸、咖啡碱的提取速率不变，但随超声波功率增加有效成分的提取率提高。王晓勤等[7]研究认为，利用超声波辅助提取乌龙茶茶多糖，以茶多糖对α-淀粉酶活性抑制率为指标，各因素对茶多糖提取率的影响大小顺序为：温度>超声功率>料液比>时间。巩发永等[8]研究认为，利用超声波辅助提取边茶茶多糖，各因素对茶多糖提取率的影响大小顺序为：茶水比>浸提时间>超声波功率>浸提温度。由此可见，超声波辅助提取对茶叶各内含成分的浸出具有不同程度的促进作用，关于其浸提条件的优化也是研究的重点。而对于超声波辅助以提高红茶中茶黄素、茶红素浸出率方面的研究较少。因此，本实验通过设定超声波频率、浸提时间、浸提温度3个试验因素及其相应的水平进行正交试验，对影响红茶TF、TR浸出率的因素进行探讨，并用数学方法对浸提条件进行优化筛选，为提高TF、TR提取率及提取效率提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

川红工夫(中小叶种工夫红茶)， 宜宾川红茶业集团有限公司。

1.2 实验试剂

乙酸乙酯(AR)、饱和的草酸溶液、2.5%碳酸氢钠溶液、95%乙醇(AR)、正丁醇(AR)。

1.3 实验仪器

超声波清洗机KQ300-GDV(40KHz)、分光光度计、电子天平、恒温水浴锅，各种规格的玻璃器皿，分液漏斗等。

1.4 实验方法

1.4.1 单因素实验

取茶叶样品5g，按茶水比1：40加入蒸馏水，设置0W、120W、180W、240W、300W的超声波功率梯度，在50℃的水浴中浸提10min，浸提时不断搅拌，抽滤后测定浸提液中TF、TR的含量。

1.4.2 超声波浸提正交试验设计

取茶叶样品5g，按茶水比1：40加入蒸馏水，按正交试验设计方案利用超声波辅助提取，浸提时不断搅拌，抽滤后测定浸提液中TF、TR的含量。TF、TR的提取条件采用正交试验设计方案(如表1)。

表1 TF、TR提取条件的正交试验因素与水平

1.4.3 茶黄素与茶红素的提取分离方法

茶黄素类是一类苯并卓酚酮的衍生物，包括茶黄素、茶黄素单没食子酸脂、茶黄素双没食子酸脂等。茶黄素具有易溶于水、乙醇和乙酸乙酯的特性，在380nm和460nm处有最大吸收峰[9]。

茶红素类是一类具有异质酚性色素物质，包括多种相对分子质量差异极大的异源物质，至今还未能分离纯化出单体，只能将其层析或溶剂萃取分成

若干部分来进行研究[10]。Ozawa T(1982)用一种新型凝胶Toyo pearl HW-40F 柱层析分离红茶茶汤中的酚型组分得到可溶于乙酸乙酯茶红素、可溶于正丁醇茶红素、不溶于正丁醇可透析性茶红素和非透析性褐色高聚合物。

根据上述说明的茶黄素与茶红素的特性，因而本实验采用乙酸乙酯、正丁醇做萃取剂，从而将茶汤中茶黄素、茶红素SⅠ型、茶红素SⅡ型、茶褐素分离出来，进一步用分光光度计在380nm的波长下进行比色测定[11]。具体实验步骤如图1。

1.4.4 茶黄素、茶红素的测定

茶黄素、茶红素含量测定采用380nm分光光度法[12]，用分光光度计在380nm下分别测定溶液A、B、C、D的吸光度。用公式统计出TF、TR的含量。

1.5 数据统计分析

使用DPS、Excel等软件统计正交试验结果，并进行方差分析和多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 超声波处理对TF和TR浸出率的影响

超声波功率对TF、TR浸出率的影响如图2、图3所示。在0～300W的超声波功率梯度范围内，TF的浸出率随超声波功率的提高呈先增加(0～180W)后降低(180～300W)的趋势(图2)；而TR的浸出率则随超声波功率的提高呈现持续增加的趋势，其中0～120W范围内浸出率的增速较缓，120～300W范围内浸出率的增速较快(图3)。

2.2 超声波辅助浸提条件优化

在上述试验的基础上，以TF、TR的浸出率为目标，采用L16(43)正交试验进一步研究超声波功率、时间、温度三因素对TF、TR浸出率的影响，并优化浸提工艺参数。

2.2.1 正交试验结果

正交试验方案的结果见表2，从表2可以看出，A4B2C3组合的TF值最小，A2B4C1组合的TF值最大；A1B1C1组合的TR值最小，A4B4C1组合的TR值最大。

由表2中极差大小可知，影响TF浸出率的因素按影响大小依次为超声波功率>浸提时间>浸提温度；而影响TR浸出率的因素按影响大小依次为浸提温度>浸提时间>超声波功率。

表2 正交试验方案结果

2.2.2 方差分析

TF和TR浸出率的方差分析结果如表3所示：对TF浸出率有显著影响的因素是超声波功率和浸提时间，且超声波功率对TF浸出率的影响达到极显著水平，而浸提温度对TF浸出率无显著影响；对TR浸出率有显著影响的因素是超声波功率、浸提时间和浸提温度，其中浸提时间和浸提温度对TR浸出率影响均达到极显著水平。

2.2.3 多重比较

TF提取超声功率和时间两因素不同水平均值的多重比较(SSR)分析结果如表4所示，当超声波功率达到180W之后，继续提高功率会导致TF浸出率的迅速降低；而浸提时间为25min和10min的两个处理之间无显著差异。加之浸提温度对TF的浸出率无显著影响，故从节能高效的角度出发可以判断出TF的最优提取组合为A2B1C1。

TR提取超声功率、时间和温度各因素不同水平均值的多重比较(SSR)分析结果如表5所示，当超声波功率达到240W，时间达到20min后，继续提高超声波功率或延长浸提时间均对TR的浸出率无显著影响；加之升高温度可显著提高TR的浸出率，故可以判断出提取TR的最优组合为A3B3C4。

3 结论与讨论

3.1 超声波单因素试验分析

在一定的浸提温度和时间条件下，低功率的超声波对于提高TF、TR的浸出率无显著影响；而随着超声波功率的提高，当超声波功率大于120W时，可显著提高TF、TR的浸出率；但当超声波功率大于180W之后，过高的超声波功率可能会增加溶液内分子的运动速度，进而加速茶黄素氧化成茶红素，导致TF浸出率降低和TR浸出率的增加。

表3 TF、TR浸出率的方差分析

表4 TF提取各因素水平多重比较(SSR)

表5 TR提取各因素水平多重比较(SSR)

3.2 各因素对TF、TR浸提效果分析

超声波功率对TF浸出率影响达到极显著水平，浸提时间对TF浸出率影响达到显著水平，浸提温度对TF浸出率的影响不显著，影响作用主次为超声波功率>浸提时间>浸提温度；超声波功率对TR浸出率影响达到显著水平，浸提时间和浸提温度对TR浸出率影响均达到极显著水平，影响作用主次为浸提温度>浸提时间>超声波功率。曹雁平[13]等研究认为，在单频超声波提取中，温度对茶多酚、咖啡因这些分子量大的物质影响较大。由此我们推测，造成超声波功率与温度对TF、TR的浸出率产生不同影响的原因，可能在于TR的相对分子质量远大于TF。

3.3 TF、TR浸提的优化方案

综合考虑产物得率、提取效率、能耗各方面影响，得出优化的浸提方案：A2B1C1即180W、10min、40℃为提取红茶茶黄素的最优方案；A3B3C4即240W、20min、70℃为提取红茶茶红素的最优方案。