黑茶中咖啡因的提取條件的優(yōu)化研究

1、哈爾濱學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目： 黑茶中咖啡因的提取條件的優(yōu)化研究 院（系）理學(xué)院 專 業(yè)化 學(xué) 年 級(jí)2007 級(jí) 姓 名 Xxx 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 XXX 職 稱副教授 2011 年 6 月 13 日 目 錄 摘 要.1 ABSTRACT.2 前 言.3 第一章 文獻(xiàn)綜述.4 1.1 咖啡因的性質(zhì)和結(jié)構(gòu).4 1.2 咖啡因的作用.4 1.2.1 咖啡因的主要作用機(jī)理.4 1.2.2 咖啡因的作用.4 1.3 咖啡因的發(fā)展前景.5 1.4 咖啡因提取原理.6 第二章 實(shí)驗(yàn)部分.6 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器、原料及試劑.6 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器.6 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品.7 2.1.3 實(shí)驗(yàn)原料

2、.7 2.2 實(shí)驗(yàn)方法.8 2.2.1 水提法.8 2.2.2 有機(jī)溶劑法.9 2.2.3 醇提法.9 2.3 方法比較與分析.11 2.3.1 實(shí)驗(yàn)方法的比較.11 2.4 咖啡因提取條件的研究.12 2.4.1 提取時(shí)間的選擇.12 2.4.2 溫度對(duì)升華速度的影響.13 2.5 總結(jié)不同提取方法對(duì)咖啡因提取的影響.14 第三章 咖啡因的鑒定.13 3.1 咖啡因的定性實(shí)驗(yàn).13 3.1.1 與生物堿試劑反應(yīng).13 3.1.2 氧化.13 3.2 咖啡因的紅外吸收光譜測(cè)定.15 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原理.15 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法.15 3.2.3 譜圖分析.15 3.3 咖啡因的含量測(cè)定.1

3、6 3.3.1 吸光度的測(cè)定.16 3.3.2 線性范圍的確定.16 結(jié) 論.18 參考文獻(xiàn).19 致 謝.21 摘 要 咖啡因是茶葉、咖啡豆、可可等植物中含有的主要生物堿，具有較強(qiáng)的興奮中樞系 統(tǒng)作用，廣泛用于醫(yī)藥、食品、化妝等領(lǐng)域。近年來(lái)，人們對(duì)天然咖啡因的需求越來(lái)越 引起關(guān)注。因此，對(duì)咖啡因的提取方法的研究具有重要的意義。 本文對(duì)咖啡因的性能和應(yīng)用進(jìn)行了概述。“茶葉中咖啡因的提取”實(shí)驗(yàn)通常是作為 一個(gè)專業(yè)性實(shí)驗(yàn)開設(shè),實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)、使用試劑毒性大、不易操作，實(shí)驗(yàn)過程有一定難度， 不易在教學(xué)課時(shí)內(nèi)完成 。針對(duì)以上情況，本文采用黑茶為原料在比較三種實(shí)驗(yàn)室常用提 取咖啡因的方法的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)法

4、確定咖啡因的最佳提取條件，選擇浸提溫度、提 取時(shí)間為影響因素，以咖啡因的提取率為指標(biāo),并對(duì)所提咖啡因進(jìn)行了定性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)用 紅外光譜對(duì)咖啡因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，最后使用紫外分光光度計(jì)測(cè)定三種方法所提咖啡因 的含量，并進(jìn)行比較。既為實(shí)驗(yàn)方法提供依據(jù)又為咖啡因的工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)理論參 考。 關(guān)鍵詞： 黑茶；咖啡因；提取方法 Abstract Caffeine is the main alkaloid in the tea, the coffee, the cocoa and other plants, which has a strong role of excitatory central ner

5、vous system, and is used widely in medicine, food, cosmetics and other fields. In recent years, people pay more attention to the growing demand for natural caffeine. Therefore, the report of the methods for recovering caffeine has great significances. In this paper, the performance and application o

6、f caffeine are outlined, “Extraction of caffeine in tea” experiment is usually set up as a professional test, the experiment is time- consuming and handled hardly, the toxicity of servicing analoids is great. The process of the experiment would be difficult and would not be complete in the teaching

7、hours. In this paper, three methods of extracting caffeine have been used, and we make a qualitative test to the recovering caffeine By orthogonal experimental method of determining the best extraction conditions of caffeine: Choice of extraction temperature, extraction time value of impact factors

8、to the extraction rate of caffeine as an index level of design, and the structure of caffeine was characteristed by infrared spectroscopy, at last, these substances caffeine was measured by UV spectrophotometer which recovered in three methods in the experiment, and compared these substances caffein

9、e. Keywords: tea; caffeine; extraction; compare 前 言 早在石器時(shí)代 ，人類已經(jīng)開始使用咖啡因。早期的人們發(fā)現(xiàn)咀嚼特定植物的種子、 樹皮或樹葉有減輕疲勞和提神的功效。直到很多年以后，人們才發(fā)現(xiàn)使用熱水泡一 些植物能夠增加咖啡因的效用。 咖啡因是一種重要的醫(yī)藥工業(yè)原料，具有增加腎臟血流量、強(qiáng)心、利尿、興奮神經(jīng) 中樞、消除疲勞等作用，應(yīng)用前景廣闊。現(xiàn)在，每年咖啡因的國(guó)際銷量已達(dá)到噸，這個(gè) 數(shù)字相當(dāng)于每天每個(gè)人消耗一份咖啡飲品，這也使它成為了世界最流行的影響精神的 物質(zhì)。 茶葉是人類最佳的天然保健飲料，干茶葉中的咖啡因含量按重量計(jì)約可達(dá)2%5%， 另外

10、還含有纖維素及11%12%的單寧。茶葉中含咖啡因雖然較低，但中國(guó)是產(chǎn)茶大國(guó)， 并有悠久的歷史，所以資源豐富。在茶葉的加工過程中產(chǎn)生大量茶末、茶灰、茶梗，加 工1t茶葉產(chǎn)生下腳料2040kg，當(dāng)茶葉生產(chǎn)過剩時(shí)，低檔茶葉大量積壓。如何利用這些廢 茶料和低檔茶提取市場(chǎng)緊銷的天然咖啡因，增值增收，滿足市場(chǎng)需求，在今天具有重要 意義。茶葉中咖啡因的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%4%。多年來(lái)，一直有人用不同方法從茶葉中提 取天然咖啡因。據(jù)資料報(bào)道，咖啡因提取方法的研究已取得顯著進(jìn)步。過去提取咖啡因 的方法有重量法、沉淀法。大多數(shù)實(shí)驗(yàn)采用綠茶，因?yàn)樗话l(fā)酵，咖啡因含量相對(duì)黑茶 高，黑茶采用的很少，報(bào)道的很少。因?yàn)楹诓柙?/p>

11、粗老，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，咖啡因有部分損 失，因此提取率相對(duì)低。本實(shí)驗(yàn)采用黑茶摸索其提取方法優(yōu)缺點(diǎn)以及影響條件并計(jì)算提 取率。目前國(guó)內(nèi)外主要的提取方法有水提法、醇提法、有機(jī)溶劑提取法、升華法及超聲 波震蕩提取法，還有吸附法，超臨界CO2氣提法等。由于茶葉中的單寧及纖維素對(duì)咖啡因 的分離造成一定影響，特別是其中的單寧影響更為嚴(yán)重。單寧或水解生成的沒食子酸易 與咖啡堿生成難溶鹽。因此，通常是用堿性溶液使咖啡因游離出來(lái)，從而達(dá)到提取的目 的。 本文在結(jié)合大學(xué)四年所做化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，介紹實(shí)驗(yàn)室常用提取咖啡因方法中的 水提法、醇提法、有機(jī)溶劑提取法，通過比較探索每種實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)劣，并對(duì)咖啡因結(jié)構(gòu) 鑒定和含量測(cè)定

12、做簡(jiǎn)單介紹。依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌x擇實(shí)驗(yàn)方法，節(jié)省時(shí)間，并為咖啡 因的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的科學(xué)理論參考。 第一章 文獻(xiàn)綜述 1.1 咖啡因的性質(zhì)和結(jié)構(gòu) 茶葉中含有多種生物堿，其中主要成分為咖啡因（ 約占15%）、少量的茶堿和可 可豆堿，還含有鞣酸、色素、纖維素和蛋白質(zhì)等。 咖啡因?yàn)闊o(wú)色針狀晶體，化學(xué)名稱為1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤，分子式為 C8H10N4O2，化學(xué)結(jié)構(gòu)為： N NN N O CH3 H3C O CH3 咖啡因?yàn)槿鯄A性物質(zhì)，味苦，能溶于水、乙醇、氯仿。100時(shí)失去結(jié)晶水，開始升 華，120時(shí)升華相當(dāng)顯著，178時(shí)迅速升華，無(wú)水咖啡因的熔點(diǎn)為 234.5。 1.2 咖啡因

13、的作用 1.2.1 咖啡因的主要作用機(jī)理 咖啡因是一種甲基黃嘌呤，是中樞神經(jīng)刺激劑。其藥物學(xué)作用是對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有 廣泛的興奮作用，首先興奮大腦皮層，增加大腦皮層的興奮過程，能振作精神，減少疲 乏感， 消除睡意，改善思維活動(dòng)。加大劑量或當(dāng)延腦生命中樞處于抑制狀態(tài)時(shí)，它可直 接興奮呼吸中樞和血管運(yùn)動(dòng)中樞，使呼吸加深加快，血壓上升。因此咖啡因是重要的醫(yī) 藥工業(yè)原料，具有增加腎臟血流量、強(qiáng)心、利尿、興奮神經(jīng)中樞、消除疲勞等作用，應(yīng) 用前景廣闊。 1.2.2 咖啡因的作用 咖啡是目前被人類使用最久卻又誤解最多的飲料，許多最新的研究報(bào)告顯示，在許 多方面，咖啡因并沒有像過去想象中對(duì)人們的健康有危害；反之

14、，咖啡中咖啡因等特殊 成份對(duì)于人體有很多的保健功效，這些功效都慢慢被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。 目前，已知道咖啡的特殊成份對(duì)人體的生理反應(yīng)如下： （1）抗氧化的效果：咖啡因可以有效抗氧化我們身體健康的自由基，而自由基是造 成許多疾病（如心肌病變、動(dòng)脈硬化、中風(fēng)、肺氣腫、巴金森氏癥）的主要原因。 （2）保護(hù)心臟血管的功能：咖啡因還可以增強(qiáng)血管收縮，避免因血管擴(kuò)強(qiáng)而頭痛。 （3）提神醒腦：咖啡因會(huì)刺激腦部的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，延長(zhǎng)腦部清醒的時(shí)間，使思路 清晰、敏銳，且注意力較為集中，可提高工作及學(xué)習(xí)的效率。 （4）抗憂郁：少量的咖啡因可使人精神振奮，心情愉快， 緩解憂郁的現(xiàn)象。 （5）控制體重：咖啡因能提高人體消耗熱

15、量的速率，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)100毫克的咖啡因 （約1杯咖啡） ，可加速脂肪分解，能使人體的新陳代謝率增加百分之三至四，增加熱能 的消耗，適量飲用，有減重效果。 （6）促進(jìn)消化：咖啡因會(huì)刺激交感神經(jīng)，提高胃液分泌，如果在飯后適量飲用，有 助消化。 （7）利尿：咖啡因具利尿作用，可提高排尿量，因而使上廁所次數(shù)增加。 （8）改善便秘：咖啡因可刺激腸胃激素或蠕動(dòng)激素，產(chǎn)生通便作用，可當(dāng)快速通便 劑。 （9）止痛：咖啡因做為一個(gè)藥品時(shí)，可以加強(qiáng)某些止痛劑的效果。 （10）增強(qiáng)身體敏捷度：咖啡因也有助于在運(yùn)動(dòng)時(shí)，使運(yùn)動(dòng)閥值隆低，增加身體的敏 捷度使運(yùn)動(dòng)員締造較好的成績(jī)。 1.3 咖啡因的發(fā)展前景 咖啡因能夠興

16、奮大腦皮層，增加大腦皮層的興奮過程，能振作精神，減少疲乏感， 消除睡意，改善思維活動(dòng)能夠增加腎臟血流量、強(qiáng)心、利尿、興奮神經(jīng)中樞、消除疲勞 等作用，應(yīng)用前景廣闊。咖啡因一直是我國(guó)出口的大宗產(chǎn)品，每年出口量占當(dāng)年產(chǎn)量的 75%。最近以來(lái)，國(guó)際市場(chǎng)咖啡因需求增加，我國(guó)產(chǎn)品出口貨源緊缺，生產(chǎn)廠家紛紛滿負(fù) 荷生產(chǎn)，一些企業(yè)還準(zhǔn)備進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)。預(yù)計(jì)今后我國(guó)咖啡因出口將持續(xù)看好，前景光明。 1.4 咖啡因提取原理 目前人們已知的從茶葉中提取天然咖啡因的主要方法有：水提法、醇提法、升華法、 有機(jī)溶劑提取法及超聲波震蕩提取法等。根據(jù)咖啡因的溶解性能和易升華的特點(diǎn)，通常 采用溶劑法和水提法來(lái)提取茶葉中的咖啡因。以

17、溶劑法最為常用，萃取溶劑多為熱水、 95乙醇或 30丙酮水溶液。由于茶葉中的單寧及纖維素對(duì)咖啡因的分離造成一定影響， 特別是其中的單寧影響更為嚴(yán)重，單寧或水解生成的沒食子酸易與咖啡堿生成難溶鹽， 因此，在溶劑提取時(shí)預(yù)先加入 CaCO3、MgO 等堿性物質(zhì)，以使單寧、五倍子酸等物質(zhì)形 成不溶性鹽沉淀。然后用三氯甲烷等有機(jī)溶劑萃取堿性茶液，使易溶于這些溶劑的咖啡 因、葉綠素進(jìn)入有機(jī)相，從而與其它水溶性雜質(zhì)分離開來(lái)，經(jīng)蒸餾回收溶劑后可得粗產(chǎn) 品，再用丙酮石油醚混合溶劑重結(jié)晶，得到咖啡因的純品，而葉綠素仍留在母液中。此 外，也可以采用升華法純化，把粗產(chǎn)物直接加熱使其升華，收集產(chǎn)物即得純凈的咖啡因。 第

18、二章 實(shí)驗(yàn)部分 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器、原料及試劑 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器 Magna550 傅立葉變換紅光譜儀 （上海亞容生化儀器廠） TU-1201 紫外-可見分光光度計(jì) （北京譜析通用儀器有限責(zé)任公司） AIC210.2 型電子天平 （上海分析儀器廠） SHZ-D()予華牌循環(huán)水真空泵 （鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司） 電子恒溫電熱套 （天津市泰斯特儀器有限公司） 索氏提取器 濾紙筒 圓底燒瓶球形冷凝管, 蒸發(fā)皿 玻璃漏斗 15ml 移液管 升降臺(tái) 直型冷凝管 溫度計(jì) 尾接管 錐形瓶 濾紙 石棉網(wǎng) 酒精燈 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品 生石灰 （分析純） (上海敦煌化工廠) 粉狀碳酸鈣 （化學(xué)純） (天津

19、化學(xué)試劑一廠) 95乙醇 （工業(yè)級(jí)） (天津化學(xué)試劑一廠) 三氯甲烷 （分析純） (天津化學(xué)試劑一廠) 丙酮 (分析純） (上海試劑二廠) 石油醚 (青島海洋化工廠) 2.1.3 實(shí)驗(yàn)原料 產(chǎn)地：湖北蒲圻等地 黑茶 (茗源茶葉有限公司，市售) 2.2 實(shí)驗(yàn)方法 2.2.1 水提法 在燒杯中加入 150mL 水和適量的咖啡因游離堿，再稱取 12.5g 干茶葉放入燒杯中， 用小火煮沸一定時(shí)間（20 分鐘最宜），并不斷攪拌，趁熱減壓過濾，濾液轉(zhuǎn)入另一燒杯 中濃縮至 10mL 左右，把殘液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，加入 4g 生石灰粉進(jìn)行吸水中和，用酒精燈 隔著石棉網(wǎng)小心加熱，焙炒，直至完全成干粉狀，使水份全部除

20、去。冷卻后，把焙干的 泥土樣粉末集中于蒸發(fā)皿中間，上面覆蓋一張刺有許多小孔且孔刺向上的濾紙，再在濾 紙上罩一個(gè)大小合適的玻璃漏斗，漏斗頸部塞一小團(tuán)疏松的棉花，用酒精燈隔著石棉網(wǎng) 小心加熱，使咖啡因升華。當(dāng)濾紙上出現(xiàn)白色針狀結(jié)晶時(shí)，要適當(dāng)調(diào)節(jié)火焰使升華速度 放慢。若發(fā)現(xiàn)有棕色煙霧時(shí)，應(yīng)立即停止加熱。冷卻后揭開漏斗和濾紙，用藥匙小心地 把附在紙上及器皿周圍的咖啡因刮在表面皿上，收集所得咖啡因并稱重。 實(shí)驗(yàn)流程如下所示： 茶葉煮沸減壓過濾濾液 加入 CaO 吸水中和 焙炒 冷卻 升華產(chǎn)品 實(shí)驗(yàn)后 12.5g 茶葉下腳料可制得 180 mg 咖啡因，得率 1.44%。 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：不但避免引入有毒有害試

21、劑，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間而且產(chǎn) 量高，純度好。 2.2.2 有機(jī)溶劑法 取茶葉 12.5g 于 250mL 圓底燒杯中，加入 100120mL 水。加熱至 90，保持 45min，稍冷后用 23 層紗布代替濾紙用布氏漏斗進(jìn)行抽濾。濾液中加入 1/7 濾液體積的 5%氫氧化鈉溶液，混合溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗中，用三氯甲烷分 4 次(15、15、10、10mL)進(jìn) 行萃取。收集有機(jī)相及乳化相于分液漏斗中，加入適量飽和食鹽水，振搖，靜止分層。 收集有機(jī)相于圓底燒瓶中，水浴回收三氯甲烷。粗產(chǎn)物用盡可能少的丙酮溶解，緩慢向 其加入石油醚(6090)到溶液渾濁，冷卻結(jié)晶，用布氏漏斗抽濾收集產(chǎn)物，干燥后

22、稱重。 實(shí)驗(yàn)流程如下所示： 茶葉 加水 熱加稍冷卻抽濾 濾液 5%NaOH 萃取 飽和食鹽水 靜置 回收三氯甲烷 粗產(chǎn)品溶解 重結(jié)晶 產(chǎn)品 本操作方法，得到的咖啡因?yàn)?152mg，提取率為 1.22。 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：時(shí)間比升華法短。 2.2.3 醇提法 (1)索氏提取法 稱取12.5g茶葉，用一支比索氏提取器內(nèi)徑紙邊緣剪去一截，濾紙筒上端不封口，細(xì) 的試管封口端頂在圓形濾紙的中間，然后用試管將濾紙推入到索氏提取器內(nèi)，這樣濾紙 在索氏提取器內(nèi)就自然成圓柱狀，如果濾紙筒在索氏提取器內(nèi)的高度太高，則可在濾紙 推入前將濾紙邊緣剪去一截，濾紙筒上端不封口，然后在250mL圓底燒瓶里加入120mL 95%的乙

23、醇和幾粒沸石，水浴然后改裝成蒸餾裝置，回收抽提液中的大部分乙醇，將殘液 趁熱傾入索式提取器蒸發(fā)皿中，拌入3g研細(xì)的氧化鈣，用酒精燈隔石棉網(wǎng)加熱蒸干并焙 炒片刻，冷卻后，擦去沾在蒸發(fā)皿上的粉末，用酒精燈加熱升華操作是關(guān)鍵，咖啡因約 在178升華較快，千萬(wàn)不可加熱溫度太高，否則會(huì)使產(chǎn)物碳化，影響產(chǎn)物收率，然后收 集得到咖啡因并稱重。 索式提取器 咖啡因升華裝置 實(shí)驗(yàn)流程如下所示： 茶葉水浴加熱抽提 回收乙醇 殘液 培炒 加入 CaO 升華產(chǎn)品 95%乙醇 本實(shí)驗(yàn)收集得到的咖啡因的質(zhì)量為203mg，咖啡因的產(chǎn)率為1.62%。 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)率高。 (2)恒壓滴液漏斗代替索氏提取器 如果在無(wú)索氏提取器的

24、情況下，可以采用恒壓滴液漏斗代替索氏提取器，實(shí)現(xiàn)平衡 狀態(tài)下的萃取，進(jìn)而提取茶葉中的咖啡因。 如圖用恒壓滴液漏斗代替索氏提取器，在往恒壓滴液漏斗中放入12.5g茶葉末前，先 在其底部墊上少量棉花，以免恒壓滴液漏斗的活塞孔被茶葉末堵住，將裝好茶葉的恒壓 滴液漏斗安裝在燒瓶上，再在恒壓滴液漏斗上安裝球形冷凝管，接冷卻水，完成用恒壓 滴液漏斗代替索氏提取器的回流萃取裝置。取80mL95%乙醇自恒壓滴液漏斗上口加入， 同時(shí)打開活塞，讓乙醇浸過茶葉后進(jìn)入燒瓶中，然后關(guān)閉活塞，開始水浴加熱。蒸氣自 恒壓滴液漏斗的側(cè)管進(jìn)入恒壓滴液漏斗的上部并繼續(xù)上升至球形冷凝管，經(jīng)冷凝管冷凝 回浸茶葉直至將其完全浸沒。根據(jù)

25、蒸氣冷凝速度，適度打開活塞，使蒸氣冷凝速度與萃 取液進(jìn)入燒瓶速度相等，維持萃取液浸沒茶葉高度的平衡，實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)下的連續(xù)萃取， 萃取時(shí)間為1小時(shí)。將回流裝置改為蒸餾裝置，回收乙醇，濃縮至約1015mL，轉(zhuǎn)移到蒸 發(fā)皿中，加生石灰4g，在水浴加熱利用蒸氣烘炒，邊炒邊碾，至固體變?yōu)榧?xì)小粉末。將 實(shí)驗(yàn)裝置改為升華裝置，小火加熱，至開始產(chǎn)生棕色煙霧止?；厥债a(chǎn)品，稱重。 本實(shí)驗(yàn)收集得到的咖啡因的質(zhì)量為210mg，咖啡因的產(chǎn)率為1.68% 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)率高，無(wú)污染。 恒壓滴液漏斗代替索氏提取器 2.3 方法比較與分析 2.3.1 實(shí)驗(yàn)方法的比較 - 三種方法提取咖啡因的產(chǎn)率、實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較 方法原料/g咖啡

26、因產(chǎn)/mg時(shí)間/h 水提法12.515256 有機(jī)溶劑法12.518034 醇提法（索氏提取器）12.52032.153 醇提法（恒壓滴液漏斗）12.52101.52 依據(jù)上述三種方法，從茶葉中提取咖啡因的實(shí)驗(yàn)操作工序的比較見表 2-2 表 22 三種提取方法工序比較 有機(jī)溶劑法水提法醇提法(索氏提取法)醇提法(恒壓滴液) 工序情況操作較容易， 但耗是較長(zhǎng) 操作簡(jiǎn)單、提 取時(shí)間短 工序簡(jiǎn)單、時(shí)間較 長(zhǎng) 溶劑使用量小,提取 速度快，產(chǎn)率高 提取率（%）1.521.82.032.10 溶劑用量較大一般一般較少 環(huán)境污染提取劑毒性大避免污染遵循綠色化學(xué)遵循綠色化學(xué) 醇提法是一種比較經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)提取方法

27、，經(jīng)過試驗(yàn)可知其優(yōu)點(diǎn)也是該法的特點(diǎn)：即 操作比簡(jiǎn)單，時(shí)間較長(zhǎng)，溶劑使用量小，產(chǎn)率高，而且污染小。 有機(jī)溶劑法特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，但時(shí)間長(zhǎng)，而且實(shí)驗(yàn)藥品有毒。 水提法操作簡(jiǎn)單，用時(shí)較少，而且無(wú)污染但是產(chǎn)率不是很高。 通過以上的分析可知醇提法更好。 2.4 咖啡因提取條件的研究 2.4.1 提取時(shí)間的選擇 表 2-3不同提取時(shí)間的對(duì)咖啡因收率的影響 提取時(shí)間(min)茶汁顏色咖啡因收率(mg) 10淡黃35 20棕黃80 25棕黃64 30深棕58 40褐色45 10152025303540 30 40 50 60 70 80 提取量/mg 時(shí)間/min 從上表可以看出,并不是提取時(shí)間越長(zhǎng)越好，提取時(shí)

28、間在 20 min 咖啡因收率最高，時(shí) 間太短茶葉中咖啡因溶解不充分，時(shí)間太長(zhǎng)，咖啡因在 100時(shí)就會(huì)失去結(jié)晶水開始升華 收率也不高，因此水提時(shí)間以 20 min 最佳。 2.4.2 溫度對(duì)升華速度的影響 稱取 4 份 4g 質(zhì)量相等的茶葉粗產(chǎn)品，分別放置于 100,120，140，160， 180，200，220砂浴中結(jié)果如表 2-4 表-4 溫度對(duì)咖啡因升華量的影響 溫度（）100120140160180200220 咖啡因浸提量 （mg/g） 50707880827570 100120140160180200220 45 50 55 60 65 70 75 80 85 升華量/mg 溫度

29、/ 從上表可以看出，以水作提取劑，選用強(qiáng)堿或中強(qiáng)堿游離咖啡因，茶汁濃厚、濾液 與殘?jiān)茈y分離，又容易造成咖啡因的損失，選用強(qiáng)度較弱的CaCO3，茶汁顏色較淡、稀 薄透明，而且碳酸鈣與茶葉中的單寧或沒食子酸生成不溶性的鈣鹽，使咖啡因作為可溶 性的生物堿留在水溶液中，易于分離和最后的提純。 2.5 總結(jié)不同提取方法對(duì)咖啡因提取的影響 含結(jié)晶水的咖啡因可溶于水、丙酮和乙醇，易溶于氯仿、二氯甲烷等溶劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 證明，傳統(tǒng)工藝如有機(jī)溶劑法、大多存在一些缺點(diǎn)：產(chǎn)品純度低、工藝煩瑣，提取率低， 用有毒物質(zhì)（如氯仿、氧化鉛）作萃取劑或助劑。水提法是一個(gè)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器要求低、實(shí) 驗(yàn)時(shí)間短、并且較經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的

30、方法，但提取收率相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低,而經(jīng)改進(jìn)的索 氏提取水浸提效果好，所需時(shí)間較短，溫度高。使用改進(jìn)的索氏提取器提取法，即“索 氏提取器提取石灰石升華法”；當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件不夠時(shí)，可選擇“乙醇回流浸取 生石灰升華法”，但實(shí)驗(yàn)效果要差得多；“水溶浸取醋酸鉛氯仿萃取” 則由于方法落后，使用試劑對(duì)環(huán)境有污染，與當(dāng)今大力提倡的“綠色化學(xué)”是不相符合 的。經(jīng)過總結(jié)與分析采用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置恒壓滴液漏斗既節(jié)省了時(shí)間，節(jié)約了藥品， 提高了產(chǎn)率同時(shí)又符合“綠色化學(xué)”的要求。 第三章 咖啡因的鑒定 咖啡因是存在于茶葉中的一種生物堿（1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤），為弱堿性 化合物，無(wú)色針狀晶體，味苦，能溶于水、乙

31、醇、乙醚和氯仿。100時(shí)失去結(jié)晶水開始 升華，在120可升華為針狀體。本實(shí)驗(yàn)利用三種方法提取咖啡因，比較三種提取方法的 提取率，并對(duì)所提取咖啡因進(jìn)行了定性實(shí)驗(yàn)，用紅外光譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，紫外測(cè)定咖啡 因的含量。 3.1 咖啡因的定性實(shí)驗(yàn) 3.1.1 與生物堿試劑 取咖啡因結(jié)晶的一半于小試管中，加 4mL 水微熱，使固體溶解。分裝于 2 支試管中， 一支加入 12 滴 5%鞣酸溶液，記錄現(xiàn)象。另一支加 12 滴 10%鹽酸(或 10%硫酸)，再 加入 12 滴碘化鉀試劑，記錄現(xiàn)象。 現(xiàn)象 1：咖啡因?qū)儆卩堰恃苌?，可被生物堿試劑鞣酸生成白色沉淀。 現(xiàn)象 2：生成紅褐色的沉淀。 3.1.2 氧化 在

32、表面皿剩余的咖啡因中，加入 30% H2O2 810 滴，置于水浴上蒸干，記錄殘?jiān)?色。再加一滴濃氨水于殘?jiān)希^察并記錄顏色有何變化。 現(xiàn)象：咖啡因可被過氧化氫、氯酸鉀等氧化劑氧化，生成四甲基偶嘌呤（將其用水 浴蒸干，呈玫瑰色），后者與氨作用即生成紫色的紫脲銨。該反應(yīng)是嘌呤類生物堿的特 性反應(yīng)。 3.2 咖啡因的紅外吸收光譜測(cè)定 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原理 紅外吸收光譜是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定的重要方法之一，它主要能提供有機(jī)物中所含 有官能團(tuán)等信息。測(cè)定紅外光譜時(shí)，不同類型的樣品須采用不同的制樣方法。固態(tài)樣品 一般可采用壓片法和糊狀法制樣。壓片法是將樣品與溴化鉀粉末混合研磨細(xì)和勻后，壓 制成厚度約為

33、 1mm 的透明薄片；糊狀法是將樣片研磨成足細(xì)的粉末，然后用液體石蠟或 四氯化碳調(diào)成糊狀，然后將糊狀物薄薄地均勻涂布在溴化鉀晶片上。由于石蠟或四氯化 碳本身在紅外光譜中有吸收，所以在解析譜圖時(shí)要將它們產(chǎn)生的吸收峰扣除測(cè)繪樣品的 紅外光譜圖僅僅是化合物結(jié)構(gòu)堅(jiān)定工作的第一步，更重要的是對(duì)紅外光譜圖進(jìn)行解析。 紅外光譜圖中有很多吸收峰，含有豐富的結(jié)構(gòu)信息，但其中有許多還不能準(zhǔn)確地解釋。 現(xiàn)階段，主要應(yīng)掌握 40001500 1 cm 官能團(tuán)特征頻率區(qū)的吸收峰，對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)中咖啡 因的鑒定主要采用壓片法。 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 （1）開啟儀器：?jiǎn)?dòng)計(jì)算機(jī)并進(jìn)入 OMNIC 窗口。 （2）壓片法制樣：取

34、 12mg 干燥試樣放入瑪瑙研缽中，加入 100mg 左右的溴化鉀 粉末，磨細(xì)研勻。然后，將研磨好的含試樣的溴化鉀粉末小心放入壓片機(jī)加壓 5min 左右， 即可得到透明的錠片。 （3）繪制試樣咖啡因的紅外光譜圖并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索： 設(shè)定收集參數(shù)； 收集背景； 收集樣品圖； 對(duì)所得試樣譜圖進(jìn)行基線校正，標(biāo)峰等處理； 標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索； 打印譜圖。 3.2.3 譜圖分析 圖 3-1 為咖啡因標(biāo)準(zhǔn)樣品的紅外譜圖，圖 3-2 為實(shí)驗(yàn)中所提取的咖啡因的紅外譜圖。 先對(duì)譜圖做如下分析： 圖 3-1 咖啡因標(biāo)準(zhǔn)的紅外光譜圖 圖3-2 提取咖啡因的紅外光譜圖 在咖啡因標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖中，3112 cm-1為芳香環(huán)C

35、H的伸縮振動(dòng)峰，2953 cm-1為 NCH3的CH伸縮振動(dòng)峰，1700 cm-1為2位碳原子上羰基C=O的伸縮振動(dòng)峰，1657 cm-1 為6位碳原子上C=O的伸縮振動(dòng)，1487 cm-1為CH的彎曲峰，1359 cm-1 為O=CN中C N的伸縮振動(dòng)峰，l026 cm-1為N3C4的伸縮振動(dòng)峰。 實(shí)驗(yàn)中所提咖啡因的紅外光譜中，3112.89 cm-1為芳香環(huán)CH的伸縮振動(dòng)峰，2952.81 cm-1為NCH3的CH伸縮振動(dòng)峰，1703.03 cm-1為2位碳原子上羰基C=O的伸縮振動(dòng)峰， 1658.67 cm-1為6位碳原子上C=O的伸縮振動(dòng)，1485.09 cm-1為CH的彎曲峰，135

36、7.79 cm-1 為O=CN中CN的伸縮振動(dòng)峰，l026.06 cm-1為N3C4的伸縮振動(dòng)峰。 可以看出實(shí)驗(yàn)中所提咖啡因的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖基本一致，可初步確定此化學(xué)組成為 咖啡因，但是仍有一定的誤差，此誤差可能是實(shí)驗(yàn)過程引入一定雜質(zhì)而引起的。從整體 看實(shí)驗(yàn)還是很成功的。 由以上 IR 數(shù)據(jù)確認(rèn)由實(shí)驗(yàn)提取咖啡因結(jié)構(gòu)為： N NN N O CH3 H3C O CH3 3.3 咖啡因的含量測(cè)定 3.3.1 吸光度的測(cè)定 準(zhǔn)確稱取咖啡因標(biāo)樣 2.5mg，用 25mL 氯仿定容，制成標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，把標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配 制成質(zhì)量濃度為 5，10，15，20，25mg/L，標(biāo)準(zhǔn)工作液，在最大吸收波長(zhǎng) 276.5n

37、m，測(cè)得 吸光度，如圖 3-1。 表 3-1 質(zhì)量濃度與吸光度的關(guān)系 質(zhì)量濃度 mg/L 5 10 15 20 25 吸光度 0.057 0.073 0.116 0.127 0.148 圖 3-2 紫外測(cè)得咖啡因的最大波長(zhǎng) 3.3.2 線性范圍的確定 以咖啡因濃度和吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。如圖 3-3，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吸光度 A 與咖啡因濃度 C 在 525 mg/L 范圍內(nèi)成良性線性關(guān)系。其線性回歸方程為：A = 0.00472 C + 0.0334。 準(zhǔn)確移取三種方法提取液于容量瓶中，用氯仿溶解定容，以氯仿為參比，在相同條件下， 測(cè)其吸光度，測(cè)其濃度見表 3-1。 圖3-3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線 表 3-4

38、 三種方法提取咖啡因含量比較 方法吸光度含量(mg/L) 水提法0.17830.63 醇提法（索氏）0.20436.14 有機(jī)溶劑提取法0.15425.55 從含量上可見，三種方法中醇提法所提取咖啡因含量較高，其次是水提法，有機(jī)溶 劑提取法提取含量較少。 結(jié) 論 咖啡因是重要的醫(yī)藥原料，而天然咖啡因是醫(yī)用咖啡因的重要來(lái)源。我國(guó)是產(chǎn)茶大 國(guó)，資源豐富，但由于茶葉中咖啡因含量較低，所以要找到一種高效節(jié)能的提取方法一 直是茶葉研究的一個(gè)重要課題。 茶葉中除咖啡因外，尚含有其它天然產(chǎn)物，使得提取物中常會(huì)帶入可可堿、茶堿等 雜質(zhì)。黑茶中咖啡因的含量?jī)H 3.2%，因此，如何提高產(chǎn)率，得到純品，是其分離的關(guān)

39、鍵。 本文研究和探討黑茶中咖啡因提取的實(shí)驗(yàn)流程和條件，在索氏提取法的基礎(chǔ)上，從不同 方面對(duì)咖啡因的提取，分離，純化條件進(jìn)行優(yōu)化研究。通過正交實(shí)驗(yàn)法確定咖啡因的最 佳提取條件：提取溫度 80、提取時(shí)間 90 min。 索氏提取方法的缺點(diǎn)是：提取時(shí)間長(zhǎng)。制作一個(gè)嚴(yán)密的濾紙袋比較困難，若濾紙袋 不嚴(yán)密，樣品易外漏堵塞側(cè)面的虹吸管，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。同時(shí)，由于每次虹吸必須待 提取器裝滿溶劑后才能進(jìn)行，導(dǎo)致溶劑使用量大，提取時(shí)間長(zhǎng)。優(yōu)點(diǎn)：索氏提取器是利 用溶劑的回流及虹吸原理，使固體物質(zhì)每次都被純的熱溶劑所萃取，減少了溶劑用量， 因而效率較高。該實(shí)驗(yàn)中升華操作是成敗的關(guān)鍵，升華過程中，始終都需用小火間接加

40、 熱。如溫度太高，將導(dǎo)致被烘物和濾紙?zhí)炕?，一些有色物質(zhì)也會(huì)被帶出來(lái)，影響產(chǎn)品的 質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)過程中必須除凈水分，如留有少量水分，升華開始時(shí)，將產(chǎn)生一些煙霧，污 染器皿和產(chǎn)品。 參考文獻(xiàn) 1 高職高?；瘜W(xué)教材編寫組：“有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)” ，高等教育出版社，2000年。 2 柯銘清：“中草藥有效成分理化與藥理特性” ，湖南科學(xué)技術(shù)第44頁(yè)，1982年。 3 程嘉豪，張萍 ：“茶葉副產(chǎn)品綜合利用” ，化工時(shí)刊，第 22 頁(yè)，1994 年第 4 期。 4 劉俊武：“從茶葉中提取天然咖啡因技術(shù)綜述” ，云南化工，第54頁(yè)，1998年第2期。 5 阿有梅：“從茶葉中同時(shí)提取茶多酚和咖啡因工藝探討” ，河南醫(yī)科大

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