提取溫度、提取時間對綠茶有效成分提取的影響

1、提取溫度、提取時間對綠茶有效成分提取的影響劉曉平(浙江工業(yè)大學(xué) 綠色制藥技術(shù)與裝備教育部重點實驗室 杭州 310014)摘要：以水作溶劑，提取液中各有效成分的濃度為指標(biāo)，通過單因素實驗，研究溫度，浸提時間對綠茶中茶多酚、兒茶素類單體、咖啡堿、茶多糖、蛋白質(zhì)提取率的影響，為茶多酚提取工藝的產(chǎn)業(yè)化提供參考。實驗結(jié)果表明：不同溫度、不同浸提時間下綠茶各有效成分提取率差別很大。兒茶素類化合物對溫度和時間很敏感，提取溫度太高，時間太長，不僅兒茶素類化合物結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，咖啡堿，茶多糖等成分的溶出率也增大，影響茶多酚后續(xù)的分離純化。關(guān)鍵詞：綠茶；有效成分；溫度；時間Effect of temperature

2、 and time on extraction yield of active constituent from green tea ZHU Xing-yi, LIU Xiao-ping, XIE Jie, WANG Ping（College Of Pharmaceutical Science, Zhejiang University Of Technology. Key Laboratory for Green Pharmaceutical Technologies and Related Equipment, Ministry of Education, Hangzhou 310014,

3、China)Abstract: The concentration of active constituents, extracted with water, was taken as the index to study the effect of temperature and time on the extraction yield of tea polyphenol, catechins, caffeine, tea polysaccharide and protein in green tea by single factor. Results showed that differe

4、nt temperature and different time maked a great difference in the yield of green tea constituents. When extracted with high temperature and long time, not only did the structure of catechins transform, but the dissolution rate of caffeine and tea polysaccharide also increased, which affected the sub

5、sequent separation and purification of tea polyphenol.Key words: green tea; active constituent; temperature; time茶葉中含有多種生理活性物質(zhì)，具有很大的開發(fā)利用價值，目前最令人關(guān)注的是從茶葉中提取茶多酚、茶多糖和咖啡因。茶葉中多酚類物質(zhì)約占茶葉干物質(zhì)收稿日期： *通訊聯(lián)系人 E-mail: 584081584 基金項目：國家自然科學(xué)基金（21006097, 21076191, 21276237）作者簡介：含量的15%-25%，現(xiàn)已證明，茶多酚具有清除自由基、抗氧化、抗衰老、抗癌變、防

6、輻射、降血脂及抑菌作用1-4。茶多糖占茶葉干物質(zhì)含量的5-10%，研究發(fā)現(xiàn)茶多糖具有抗輻射，抗凝血及血栓，降血糖、降血壓、降血脂、提高機(jī)體免疫力等功能5-6?？Х纫蛘疾枞~干物質(zhì)含量的2%-5%，是茶葉中含量最高的一類嘌呤堿類化合物，具有興奮、利尿、解毒、強(qiáng)心等功效7-9。茶葉深加工和綜合利用必須把茶葉中有效成分提取出來，且浸提效果直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)、得率和生產(chǎn)效率。目前工業(yè)生產(chǎn)中對于茶葉有效成分的提取主要采用水浸提法，影響茶葉水浸提率的因素很多，溫度、時間是其中最重要的兩個因素。茶多酚是一類還原性較強(qiáng)的化合物，在水溶液中受熱容易發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，而茶多酚目前也是茶葉深加工中研究開發(fā)得最多的物質(zhì)，咖

7、啡堿、茶多糖、茶葉蛋白質(zhì)的提取直接影響茶多酚的后續(xù)分離純化以及產(chǎn)品含量。本實驗通過單因素考察，得到了茶多酚、兒茶素單體、咖啡堿、茶多糖、茶葉蛋白質(zhì)提取的較佳溫度和時間。1材料與方法1.1原料與試劑 綠茶（浙江遂昌利民藥業(yè)有限公司）；表沒食子兒茶素(-)-Epigallocatechin（EGC）、兒茶素catechin（DL-C）、表兒茶素(-)-Epcatechin（EC）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(-)-Epigallocatechingallate（EGCG）、沒食子兒茶素沒食子酸酯(-)-gallocatechingallate（GCG）、表兒茶素沒食子酸酯(-)-Epicatechi

8、ngallate（ECG）、咖啡堿（CAF）標(biāo)準(zhǔn)品（色譜純，阿拉丁試劑公司）；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品、考馬斯亮藍(lán)G450、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉（分析純，華東醫(yī)藥股份有限公司）；無水乙醇、苯酚、硫酸（分析純，高精化學(xué)工業(yè)有限公司)；甲醇、乙腈(色譜純，美國TEDIA天地試劑公司）。1.2儀器 Agilent1100高效液相色譜儀（美國Agilent公司）；756PC紫外分析儀（上海光譜儀器有限公司）；Sartorius BS224S電子天平（德國賽多利斯集團(tuán)）。1.3試驗方法綠茶原料先經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，過40-60目篩，密封保存于陰涼干燥處。取1000g純化水于1L三口燒瓶中，將三口燒

9、瓶置于水浴鍋中加熱，水浴鍋溫度設(shè)置到固定溫度T ，當(dāng)純化水溫度達(dá)到T ，往三口燒瓶中加入50 g茶葉，開啟攪拌，計時，當(dāng)時間達(dá)到預(yù)定時間t min，停止攪拌，靜置片刻，取上清液2 g，并開啟攪拌，繼續(xù)提取。取樣得到的提取液加水稀釋5倍至10 g，經(jīng)0.45um微孔膜過濾后，檢測其中各有效成分的含量。設(shè)定提取溫度T為50 ，60 ，70 ，80 ，90 ，提取時間t為20 min，30 min，40 min，50 min，60 min，80 min，100 min，考察提取溫度、提取時間對綠茶有效成分提取的影響。1.4檢測方法1.4.1茶多酚茶葉提取液中茶多酚含量檢測方法參考GB-T8313-2

10、00210，結(jié)果計算公式為：TP%=A*2.884*m*M1/（M2*10）。式中：A-吸光度；m-待測液質(zhì)量（g）；M1-樣品稀釋后質(zhì)量（g）；M2-樣品稀釋前質(zhì)量（g）。1.4.2兒茶素類物質(zhì) 參考國標(biāo)GB-T8313-200811測定茶葉提取液中兒茶素類物質(zhì)的含量。1.4.3茶多糖 采用苯酚-硫酸法12測定茶葉提取液中茶多糖含量。1.4.4蛋白質(zhì) 采用考馬斯亮藍(lán)法13測定茶葉提取液中蛋白質(zhì)含量。2結(jié)果與討論2.1溫度、時間對EGC提取率的影響圖1 不同提取溫度下EGC濃度隨時間變化曲線植物有效成分的提取實際取決于有效成分在溶媒中的溶解速率與分解速率，以V1代表溶解速率，V2代表分解速率，

11、以下類同。各提取溫度下提取液中EGC濃度隨時間變化情況如圖1所示。當(dāng)提取溫度為50 時，提取時間在60 min之前EGC的V1大于V2，60 min之后V1小于V2；當(dāng)提取溫度為60 、70 時，提取時間在30 min之前V1大于V2，30 min之后V1小于V2；當(dāng)溫度大于80 ，在時間考察范圍內(nèi)，V1始終小于V2。實驗結(jié)果說明，EGC是一個對熱和時間很敏感的化合物，高溫下，在水溶液中其結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生破壞。因此，EGC的提取溫度、提取時間宜選用70 、30 min，且提取結(jié)束后溶液要迅速降溫到室溫，以防止其進(jìn)一步被氧化。2.2溫度、時間對CAF提取率的影響圖2 不同提取溫度下CAF濃度隨時間

12、變化曲線圖2表明，提取溫度越高，提取時間越長，CAF的提取率越高，當(dāng)提取時間達(dá)到50 min后，提取液中CAF濃度達(dá)到穩(wěn)定。實驗結(jié)果表明CAF是一個化學(xué)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的物質(zhì)，溫度越高，提取率越高。2.3溫度、時間對DL-C提取率的影響圖3 不同提取溫度下DL-C濃度隨時間變化曲線圖3表明，提取溫度越高，越有利于DL-C的提取。當(dāng)提取溫度為50 、60 時，DL-C的濃度隨提取時間延長變化不明顯；當(dāng)溫度大于70 ，DL-C的濃度隨提取時間延長不斷增大。經(jīng)計算得到50 g茶葉原料中DL-C的質(zhì)量為0.07 g，如果提取液質(zhì)量以1000 g計，則在90 下提取100 min時提取液中DL-C質(zhì)量達(dá)到0

13、.189 g，由此可見，高溫提取時有其他兒茶素類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成了DL-C。如果生產(chǎn)目的僅為得到DL-C，則提取溫度越高，提取時間越長越有利。2.4溫度、時間對EC提取率的影響圖4 不同提取溫度下EC濃度隨時間變化曲線 圖4表明，提取溫度對EC的溶解速率與分解速率影響很大。當(dāng)溫度低于70 ，時間小于40 min時，V1大于V2，EC的濃度不斷增大，時間大于40 min，V1小于V2，EC濃度不斷減??；當(dāng)提取溫度高于80 ，在時間考察范圍內(nèi)，V1始終小于V2，即EC濃度在不斷減小。因此，EC最佳的提取溫度為60 。正常情況下，如果溫度越高，溶解速率也越高，而EC在60 時提取率就達(dá)到最大，這說明高溫時

14、EC從茶葉中溶解進(jìn)水溶液就立刻被氧化分解。EC是一個對熱很敏感的化合物，提取結(jié)束后要立刻降溫到室溫，以防止其進(jìn)一步被氧化。2.5溫度、時間對EGCG提取率的影響圖5 不同提取溫度下EGCG濃度隨時間變化曲線 圖5表明，當(dāng)提取溫度大于60 ，EGCG的溶解速率V1始終小于分解速率V2，即隨著提取時間的延長，EGCG的提取率不斷減小，且溫度越高，V2越大。當(dāng)提取溫度為50 且提取時間少于40 min，V1大于V2，時間大于40 min，V1小于V2。EGCG的較佳提取條件為80 ，30 min。由實驗結(jié)果可知，EGCG對溫度和時間都很敏感，在高溫提取時，EGCG在溶液中很快達(dá)到溶解平衡，隨后不斷被

15、氧化，分解，異構(gòu)化。溫度較低時（小于50 ），EGCG氧化分解速率較慢，因此EGCG在提取出來后要迅速降溫，防止其進(jìn)一步被氧化分解。2.6溫度、時間對GCG提取率的影響圖6 不同提取溫度下GCG濃度隨時間變化曲線圖6表明，提取溫度小于60 ，提取液中GCG濃度隨時間變化較??；當(dāng)提取溫度大于70 ，GCG濃度不斷增大。茶葉原料中GCG含量為0.183%，即50 g茶葉含GCG0.0915 g，如果提取液質(zhì)量以1000 g計，則在90 下提取100 min時提取液中GCG質(zhì)量達(dá)到0.687 g，GCG質(zhì)量增加很多，與圖5中90 提取時EGCG含量迅速下降相吻合，這說明高溫提取時可能有大量EGCG轉(zhuǎn)

16、化成了GCG。2.7溫度、時間對ECG提取率的影響圖7 不同提取溫度下EGC濃度隨提取時間變化曲線圖7表明，在溫度考察范圍內(nèi)，提取時間小于50 min，EGC的溶解速率V1大于分解速率V2；提取時間大于50 min，V1小于V2，且溫度越高，V1和V2越大。實驗結(jié)果表明，ECG受熱結(jié)構(gòu)容易破壞，而在溫度較低時結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，因此EGC在提取結(jié)束后要迅速降溫。2.8溫度、時間對TP提取率的影響圖8 不同提取溫度下TP濃度隨時間的變化曲線圖8表明，溫度越高，茶多酚的提取率越高。當(dāng)提取溫度為50 、60 ，在時間考察范圍內(nèi)，提取率不斷增大；當(dāng)提取溫度大于70 ，提取時間到30 min，提取率趨于穩(wěn)定，提

17、取時間超過60 min，提取率開始下降，說明溫度較高時，茶多酚結(jié)構(gòu)容易遭到破壞。2.9溫度、時間對茶多糖提取率的影響圖9 不同提取溫度下茶多糖濃度隨時間變化曲線圖9表明，溫度越高，時間越長，茶多糖的提取率越高。提取時間超過30 min后，茶多糖提取率趨于穩(wěn)定。2.10溫度、時間對蛋白質(zhì)提取率的影響圖10 不同提取溫度下蛋白質(zhì)濃度隨時間變化曲線 圖10表明，隨著提取溫度的提高，蛋白質(zhì)提取率先增大后減小。當(dāng)溫度到60 時提取率達(dá)到最大。提取溫度超過60 ，蛋白質(zhì)可能因為變性，發(fā)生凝結(jié)，沉淀，難以從細(xì)胞中溶解出來，導(dǎo)致提取率低。 3結(jié)論 本文通過單因素實驗，考察了溫度，時間對綠茶有效成分提取率的影響

18、。實驗結(jié)果表明，兒茶素類化合物的提取受溫度影響較大，表型（順式）兒茶素EGC、EC、EGCG、ECG在提取過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，且溫度越高，時間越長，破壞得越厲害；非表型兒茶素（反式）DL-C、GCG隨著提取溫度升高，提取時間延長，提取率不斷增大，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原料含量，這說明在提取過程中，不斷有表型（順式）兒茶素轉(zhuǎn)化成非表型（反式）兒茶素DL-C和GCG。實驗結(jié)果還說明非酯型兒茶素EGC、EC比酯型兒茶素EGCG、ECG對熱更敏感?？Х葔A、茶多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，隨提取溫度升高、時間延長，提取率不斷增大。茶蛋白的較優(yōu)提取溫度為60 ，提取時間30 min。EGCG，CAF是茶多酚產(chǎn)品最主要的

19、兩個品質(zhì)指標(biāo)，EGCG越高越好，CAF越低越好。綜合各方面因素，茶多酚的最佳提取溫度為80，提取時間為30min。參考文獻(xiàn)1 Raza H., John A. Green tea polyphenol epigallocatechin-3-gallate differentially modulates oxidative stress in PC12 cell compartmentsJ. Toxicology and Applied Pharmacology, 2005, 207(3): 212-220 2 楊賢強(qiáng), 曹明富, 沈生榮. 茶多酚生物學(xué)活性的研究J. 茶葉科學(xué), 1993, 13(1): 51-593 沈生榮, 楊賢強(qiáng), 趙保路, 等. 茶多酚復(fù)合體及(-)EGCG對氧自由基的清除作用J. 茶葉科學(xué), 1992, 12(1): 61-664 Harold N., Graham Ph.D. Green tea composition, consumption and polyphenol chemistryJ. Preventive Medicine, 199