绿茶和白茶中茶多酚提取工艺优化及抗氧化活性比较

张媛婷，夏艺菲，何晓琦，刘 畅，张志国

大庆师范学院 生物工程学院，黑龙江 大庆 163712

茶叶在中国已有上千年的历史。茶叶在饮品中拥有崇高地位的原因在于它含有大量的茶多酚[1]。茶多酚具有抗氧化、延缓衰老、降血脂和降血糖等功能，并对人体无毒副作用[2]。中国茶叶物产丰富，种类繁多[3]，科学高效提取茶叶中的茶多酚具有重要意义。

目前，茶多酚常用的提取方法有溶剂萃取法、离子沉淀法和超声波辅助浸提法等[4]。超声波辅助浸提法工艺简单、提取温度低、产品得率高、安全性高[4-5]。超声波辅助提取茶多酚虽然在国内已有大量研究，但各研究所得工艺参数相差很大[6-7]。我国茶叶分为绿茶、白茶、黄茶、青茶、红茶和黑茶等六大类，本文主要探讨超声波提取绿茶和白茶中茶多酚的优化工艺，同时通过羟基自由基清除实验、DPPH自由基清除实验和总抗氧化能力实验测定评价两种茶叶中茶多酚的抗氧化活性，以期为后续的研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

绿茶：浙江浦江，春茶，一级；白茶：福建南平，春茶，一级。

1.2 试剂与仪器

茶多酚，上海源叶生物科技有限公司；TPTZ（三吡啶三吖嗪），sigma-Aldrich公司；DPPH（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼），sigma-Aldrich公司；无水乙醇、硫酸亚铁、酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾均为分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司。

AGBP210S电子天平，Sartorius公司；UV-1700紫外可见分光光度计，上海科学精密仪器厂；SK3310HP型超声波清洗器，上海科导超声仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 茶多酚的提取

绿茶、白茶→粉碎过筛（40目）→加入一定浓度乙醇超声提取→过滤→茶多酚提取液。

1.3.2 茶多酚含量测定

称取0.5 g茶多酚，定容至100 mL。分别取 0.0 mL，0.1 mL，0.2 mL，0.3 mL，0.4 mL和0.5 mL，加水至10 mL，加酒石酸亚铁溶液5 mL，混匀后加磷酸缓冲液至刻度，混匀后放置10 min。550 nm测吸光度，绘制标准曲线。

根据酒石酸亚铁比色法，结合茶多酚标准曲线的回归方程，测定并计算茶多酚提取率[6-8]。

1.3.3 单因素实验

按“1.3.1”实验，考察超声温度（30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃）、料液比（1∶10 g/mL、1∶20 g/mL、1∶30 g/mL、1∶40 g/mL、1∶50 g/mL、1∶60 g/mL）、乙醇浓度（50%、60%、70%、80%、90%、100%）和超声时间（10 min、30 min、50 min、70 min、90 min、110 min）对茶多酚提取率的影响。

1.3.4 正交试验

根据单因素实验的结果，进行L9（34）正交试验（表1、表2）。

表1 绿茶正交试验因素水平设计表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for green tea

表2 白茶正交试验因素水平设计表Table 2 Factors and levels of orthogonal test for white tea

1.3.5 茶多酚抗氧化活性测定

茶多酚清除羟基自由基能力的测定参照谢丹丹的方法进行[10]；清除DPPH自由基能力的测定参照奕志英和陈安徽的方法进行[11-12]；总抗氧化能力的测定参照杨皓彬和黄婷的方法进行[13-14]。

2 结果与分析

2.1 茶多酚标准曲线

得到回归方程为：y = 0.0035x-0.0019，相关系数R2= 0.9991，x为茶多酚浓度，y为吸光度值。茶多酚标准曲线见图1。

图1 茶多酚的标准曲线Figure 1 Standard curve of tea polyphenols

2.2 单因素实验结果

2.2.1 超声温度对茶多酚提取率的影响

由图2可知：当超声温度为70℃时，绿茶和白茶中茶多酚提取率达到峰值，温度再升高提取率下降。这可能是因为随着温度的升高，茶多酚类物质在溶剂中的溶解度增加，从而使得其提取率升高，但是由于茶多酚类物质不耐高温，温度过高会使得茶多酚的结构被破坏，从而最终使茶多酚的提取率降低。因此，提取茶多酚的适宜温度为70℃。

图2 超声温度对茶多酚提取率的影响Figure 2 Effect of ultrasonic temperature on the extraction rate of tea polyphenols

2.2.2 料液比对茶多酚提取率的影响

由图3可知：当料液比小于1∶50 g/mL时，绿茶和白茶中茶多酚的提取率随着料液比的增大逐渐升高，当料液比大于1∶50 g/mL时，绿茶和白茶中茶多酚的提取率随着料液比的增大而有所下降。分析可知，在适当的范围内，料液比的增加有利于茶叶中茶多酚的溶出，使茶多酚溶解度增大，但当料液比到达一定数值后，溶剂中蛋白质与果胶等杂质的含量也增加，从而抑制茶叶中茶多酚的溶出，最终使得茶叶中茶多酚的提取率降低。可见，提取绿茶和白茶中茶多酚适宜料液比均为1∶50 g/mL。

图3 料液比对茶多酚提取率的影响Figure 3 Effect of solid-liquid ratio on the extraction rate of tea polyphenols

2.2.3 乙醇浓度对茶多酚提取率的影响

由图4可知：当乙醇浓度为80%和90%时，绿茶和白茶茶多酚提取率分别达峰值。再增加乙醇浓度，提取率降低，可能是由于溶剂与多酚物质的极性相似程度降低[15]。因此，提取绿茶和白茶中茶多酚的适宜乙醇浓度分别为80%和90%。

图4 乙醇浓度对茶多酚提取率的影响Figure 4 Effect of ethanol concentration on the extraction rate of tea polyphenols

2.2.4 超声时间对茶多酚提取率的影响

由图5可知：当超声时间为90 min时，绿茶茶多酚提取率达到峰值；当超声时间为70 min时，白茶茶多酚提取率达到峰值。上述现象主要是因为超声时间越长茶叶中的茶多酚溶出的越多，但是茶多酚不稳定，随着超声时间的延长茶多酚会被逐渐破坏，从而使其提取率降低。可见，提取绿茶和白茶中茶多酚的适宜超声时间分别为90 min和70 min。

图5 超声时间对茶多酚提取率的影响Figure 5 Effect of ultrasonic time on the extraction rate of tea polyphenols

2.3 正交试验结果

由表3可知，绿茶茶多酚的最佳提取条件为：超声温度60℃，料液比1∶50 g/mL，乙醇浓度70%，超声时间110 min。

表3 绿茶正交试验结果Table 3 Orthogonal test results of green tea

由表4可知，白茶茶多酚的最佳提取因素为：超声温度为70℃，料液比为1∶60 g/mL，乙醇浓度80%，超声时间90 min。

表4 白茶正交试验结果Table 4 Orthogonal test results of white tea

以超声温度为误差项进行方差分析。由表5可知，各因素对绿茶茶多酚提取率影响的主次顺序为超声时间、乙醇浓度、料液比、超声温度，与极差结果相符，其中超声时间对绿茶茶多酚提取率具有显著影响。

表5 绿茶正交试验方差分析表Table 5 Analysis of variance of green tea orthogonal test

以超声温度为误差项进行方差分析。由表6可知，各因素对白茶茶多酚提取率影响的主次顺序为乙醇浓度、料液比、超声时间、超声温度与极差结果相符，其中乙醇浓度对白茶茶多酚提取率具有显著影响。

表6 白茶正交试验方差分析表Table 6 Analysis of variance of white tea orthogonal test

2.4 茶多酚的抗氧化活性

2.4.1 清除羟基自由基能力

由图6可知：绿茶茶多酚、白茶茶多酚以及Vc对羟基自由基最高清除率分别为：绿茶94.74%、白茶78.95%和Vc 57.90%。绿茶茶多酚、白茶茶多酚以及Vc对羟基自由基的清除率随着浓度的增加而逐渐升高，当绿茶茶多酚浓度达到150.00 μg/mL时，清除率增加逐渐变缓；白茶茶多酚浓度达到125.00 μg/mL时，清除率增加逐渐变缓；Vc对羟基自由基的清除率远小于绿茶和白茶中茶多酚对羟基自由基的清除率，即茶多酚的抗氧化能力强于Vc。根据清除率拟合曲线，得到绿茶茶多酚、白茶茶多酚以及Vc对羟基自由基的IC50分别为76.76 μg/mL、101.29 μg/mL 和 145.17 μg/mL。比较可知，对羟基自由基的IC50大小顺序为：绿茶茶多酚<白茶茶多酚

图6 茶多酚清除羟基自由基能力Figure 6 Hydroxyl radical scavenging ability of tea polyphenols

2.4.2 清除DPPH自由基能力

由图7可知：绿茶茶多酚、白茶茶多酚以及Vc对DPPH最高清除率分别为：绿茶97.96%、白茶86.28%和Vc 36.17%。绿茶茶多酚、白茶茶多酚以及Vc对DPPH自由基清除率随着浓度的增加而逐渐升高，当绿茶茶多酚浓度达到75.00 μg/mL时，清除率增加逐渐变缓；白茶茶多酚浓度达100.00 μg/mL时，清除率增加而逐渐变缓；Vc的最大清除率远小于绿茶和白茶中茶多酚清除率，即茶多酚的抗氧化能力强于Vc。根据清除率拟合曲线，得到绿茶茶多酚、白茶茶多酚以及Vc对DPPH自由基的IC50分别为 47.53 μg/mL、69.55 μg/mL 和 156.12 μg/mL。比较可知，DPPH自由基的IC50大小顺序为：绿茶茶多酚<白茶茶多酚

图7 茶多酚清除DPPH自由基能力Figure 7 DPPH radical scavenging ability of tea polyphenols

2.4.3 总抗氧化能力

由图8可知：在一定范围内，FRAP值随茶多酚浓度增加而增大，样品浓度与FRAP值呈正相关。相同浓度时，FRAP值越大代表物质的总抗氧化能力越强。可见，绿茶和白茶中茶多酚的FRAP值远高于阳性对照Vc。因此，茶多酚的总抗氧化能力远强于Vc，并且绿茶总抗氧化能力强于白茶总抗氧化能力。

图8 茶多酚总抗氧化能力Figure 8 Total antioxidant ability of tea polyphenols

3 结论与讨论

本试验采用超声波辅助提取技术，通过单因素试验和正交试验，得到绿茶和白茶中茶多酚的最佳提取工艺为：绿茶超声温度60℃、料液比1∶50 g/mL、乙醇浓度70%、超声时间110 min，白茶超声温度70℃、料液比1∶60 g/mL、乙醇浓度80%、超声时间90 min。两种茶叶中茶多酚的提取率分别为：绿茶19.68%，白茶12.07%。张素霞等利用超声波辅助提取技术得到绿茶茶多酚的提取率为11.13%[16]。杨皓彬等采用水提法提取白茶中茶多酚，提取率为5.65%[13]。与张素霞、杨皓彬的提取工艺相比较，本试验得出的最佳提取工艺均可更高效的提取出绿茶和白茶中的茶多酚。

抗氧化试验中，对羟基自由基的IC50值分别为：绿茶茶多酚76.76 μg/mL、白茶茶多酚101.29 μg/mL 和 Vc 145.17 μg/mL；对 DPPH 自由基的IC50值分别为：绿茶茶多酚47.53 μg/mL、白茶茶多酚 69.55 μg/mL 和 Vc 156.12 μg/mL。比较可知，对羟基自由基和DPPH自由基的IC50值：绿茶茶多酚<白茶茶多酚