茶葉中咖啡因的提取

咖啡因又叫咖啡堿,是一種生物堿,存在于茶葉、咖啡、可可等植物中。例如茶葉中含有1%～5%的咖啡因,同時(shí)還含有單寧酸、色素、纖維素等物質(zhì)?？Х纫蚴侨鯄A性化合物,可溶于氯仿、丙醇、乙醇和熱水中,難溶于乙醚和苯(冷)。純品熔點(diǎn)235～236℃,含結(jié)晶水的咖啡因?yàn)闊o色針狀晶體,在100℃時(shí)失去結(jié)晶水,并開始升華，120℃時(shí)顯著升華，178℃時(shí)迅速升華。利用這一性質(zhì)可純化咖啡因。咖啡因的結(jié)構(gòu)式為:咖啡因（1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤）咖啡因(1,3,7-三甲基-2,6-二氧瞟嶺)咖啡因是一種溫和的興奮劑,具有刺激心臟、興奮中樞神經(jīng)和利尿等作用。提取咖啡因的方法有堿液提取法和索氏提取器提取法。本實(shí)驗(yàn)以乙醇為溶,用索氏提取器提取,再經(jīng)濃縮、中和、升華,得到含結(jié)晶水的咖啡因。工業(yè)上咖啡因主要是通過人工合成制得。它具有刺激心臟、興奮大腦神經(jīng)和利尿等作用。故可以作為中樞神經(jīng)興奮藥，它也是復(fù)方阿司匹林（A.P.C）等藥物的組分之一。實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠觀察到,隨著回流的進(jìn)行,當(dāng)提取筒中回流下的乙醇液的液面稍高于索氏提取器的虹吸管頂端時(shí),提取筒中的乙醇液發(fā)生虹吸并全部流回到燒瓶?jī)?nèi).然后再次回流,虹吸,記錄虹吸次數(shù).虹吸5-6次后,當(dāng)提取筒中提取液顏色變得很淺時(shí),說明被提取物已大部分被提取,停止加熱,移去電熱套,冷卻提取液.拆除索氏提取器(若提取筒中仍有少量提取液,傾斜使其全部流到圓底燒瓶中),安裝冷凝管進(jìn)行蒸餾，至剩余5mL左右時(shí)趁熱傾入盛有生石灰的蒸發(fā)皿中攪拌成糊狀后蒸干成粉狀。然后用升華法獲得其晶體。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)習(xí)生物堿的提取方法；1.2了解咖啡因的性質(zhì)；1.3學(xué)習(xí)脂肪提取器的作用和使用方法。二實(shí)驗(yàn)要求重點(diǎn)掌握茶葉中咖啡因的提取和純化。三實(shí)驗(yàn)原理茶葉中含有咖啡因，約占1~5%，另外還含有11~12%的丹寧酸（鞣酸），0.6%的色素、纖維素、蛋白質(zhì)等。為了提取茶葉中的咖啡因，可用適當(dāng)?shù)娜軇ㄈ缫掖嫉龋┰谥咎崛∑髦羞B續(xù)萃取，然后蒸去溶劑，即得粗咖啡因。粗咖啡因中還含有其它一些生物堿和雜質(zhì)（如單寧酸）等，可利用升華法進(jìn)一步提純。實(shí)驗(yàn)裝置如下：1.提管2.通氣管3.虹吸管4.小燒瓶5.冷凝管索氏提取器是利用溶劑回流和虹吸原理，使固體物質(zhì)連續(xù)不斷地為純?nèi)軇┧腿〉膬x器。溶劑沸騰時(shí)，其蒸氣通過側(cè)管上升，被冷凝管冷凝成液體，滴入套筒中，浸潤(rùn)固體物質(zhì)，使之溶于溶劑中，當(dāng)套筒內(nèi)溶劑液面超過虹吸管的最高處時(shí)，即發(fā)生虹吸，流入燒瓶中。通過反復(fù)的回流和虹吸，從而將固體物質(zhì)富集在燒瓶中。索氏提取器為配套儀器，其任一部件損壞將會(huì)導(dǎo)致整套儀器的報(bào)廢，特別是虹吸管極易折斷，所以在安裝儀器和實(shí)驗(yàn)過程中須特別小心。四實(shí)驗(yàn)儀器和試劑試劑：茶葉95%乙醇生石灰儀器：索氏提取器（50mL），燒杯，干燥器，脫脂濾紙，鑷子，分析天平，烘箱，恒溫水浴，脫脂棉。5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟5.1粗提：a、儀器安裝：索氏提取器（50mL），燒杯，干燥器，脫脂濾紙，鑷子，分析天平，烘箱，恒溫水浴，脫脂棉。b、連續(xù)萃?。悍Q取10g茶葉，研細(xì)，用濾紙包好，放入脂肪提取器的套筒中，用75mL95%乙醇水浴加熱連續(xù)萃取2~3h。.將一張濾紙的一端封口，另一端先放入一小團(tuán)棉花，再裝入茶葉末（事先把茶葉放入研缽中研碎，一定要細(xì)?。┎⒃诹硪欢艘卜湃朊藁ǎ饪冢ㄓ檬衷谏厦婺笠粋€(gè)小凹槽以便吸收）,用手搓一搓.用濾紙包茶葉末時(shí)要嚴(yán)實(shí)，防止茶葉末漏出堵塞虹吸管；濾紙包大小要合適，既能緊貼套管內(nèi)壁，又能方便取放，且其高度不能超出虹吸管高度。稱取50g茶葉末，將茶葉裝入濾紙?zhí)淄仓?，把套筒小心地插入索氏提取器中，?50mL95%乙醇加入250mL平底燒瓶中（加入幾粒沸石），安裝好裝置。水浴加熱，連續(xù)提取2~2.5h后，提取液顏色較淡，待溶液剛剛虹吸流回?zé)繒r(shí)，立即停止加熱。c、蒸餾濃縮：待剛好發(fā)生虹吸后，把裝置改為蒸餾裝置，蒸出大部分乙醇。蒸發(fā)濃縮時(shí)不要用坩堝和酒精燈，最好使用水蒸氣浴作為熱源，因?yàn)榭Х纫蛞咨A，溫度稍高就會(huì)損失慘重。安裝好蒸餾裝置，水浴上進(jìn)行蒸餾，蒸出大部分乙醇并回收乙醇。d、加堿中和：趁熱將殘余物傾入蒸發(fā)皿中，拌入3~4g生石灰，使成糊狀。蒸氣浴加熱，不斷攪拌下蒸干。生石灰起中和和吸水作用,以除去部分雜質(zhì).濃縮萃取液時(shí)不可蒸得太干，以防轉(zhuǎn)移損失。否則因殘液很粘而難于轉(zhuǎn)移，造成損失e、焙炒除水：將蒸發(fā)皿放在石棉網(wǎng)上，壓碎塊狀物，小火焙炒，除盡水分。粗咖啡因中的水分必須除完全之后,才能進(jìn)行升華操作,否則留有的少量水分會(huì)在下一步升華開始時(shí)帶來一些煙霧。在玻棒不斷攪拌下蒸汽浴上將溶劑蒸干。再在石棉網(wǎng)上用小火小心地將固體焙炒至干。5.2純化：a、儀器安裝：安裝升華裝置。用濾紙罩在蒸發(fā)皿上，并在濾紙上扎一些小孔，再罩上口徑合適的玻璃漏斗。取一只合適的玻璃漏斗，罩在隔以刺有許多小孔的濾紙（用三層）的蒸發(fā)皿上（圖4-31）。用小火小心加熱升華在里面加一個(gè)溫度計(jì)控溫150~170，若漏斗上有水汽應(yīng)用濾紙擦干。當(dāng)濾紙上出現(xiàn)白色針狀物時(shí)，可暫停加熱，稍冷后仔細(xì)收集濾紙正反面的咖啡因晶體。殘?jiān)?jīng)拌和后可用略大的火再次升華，控溫200~210，合并b、初次升華：220℃砂浴升華。刮下咖啡因?？Х纫蛞兹苡诼确拢?2.5%），水（2%）及乙醇（2%）等。含結(jié)晶水的咖啡因?yàn)闊o色針狀晶體，在100℃時(shí)即失去結(jié)晶水，并開始升華，在120℃升華顯著，178℃升很快。注：因?yàn)榇蠡鸺訜釙r(shí)溫度會(huì)過高，茶葉中的一些色素也會(huì)被帶出加熱溫度是升華操作成功的關(guān)鍵,升華過程中始終都應(yīng)嚴(yán)格控制加熱溫度,溫度太高,會(huì)發(fā)生炭化,影響結(jié)晶顏色,升華溫度一定要控制在固體化合物熔點(diǎn)以下升華時(shí)用表面積稍大的容器，如蒸發(fā)皿，使得咖啡因能充分升華，溫度可以高到210~230攝氏度，重復(fù)兩到三次升華過程。每次升華后待溫度降到100°以下再收集咖啡因晶體。濾紙上可以用牙簽多鉆點(diǎn)小洞，把粗糙面朝下，漏斗一定要壓嚴(yán)實(shí)。以防咖啡因跑掉，當(dāng)然不要忘了在漏斗口塞棉花。C、再次升華：殘?jiān)?jīng)拌和后升高砂浴溫度升華。合并咖啡因。再升華是為了使升華完全,再升華過程也要嚴(yán)格控制加熱溫度。升華過程中要控制好溫度。若溫度太低，升華速度較慢，若溫度太高，會(huì)使產(chǎn)物發(fā)黃5.3檢驗(yàn)：稱重后測(cè)定熔點(diǎn)。純凈咖啡因熔點(diǎn)為234.5℃。6實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、脂肪提取器是利用溶劑回流和虹吸原理，使固體物質(zhì)連續(xù)不斷地為純?nèi)軇┧腿〉膬x器。溶劑沸騰時(shí)，其蒸氣通過側(cè)管上升，被冷凝管冷凝成液體，滴入套筒中，浸潤(rùn)固體物質(zhì)，使之溶于溶劑中，當(dāng)套筒內(nèi)溶劑液面超過虹吸管的最高處時(shí)，即發(fā)生虹吸，流入燒瓶中。通過反復(fù)的回流和虹吸，從而將固體物質(zhì)富集在燒瓶中。脂肪提取器為配套儀器，其任一部件損壞將會(huì)導(dǎo)致整套儀器的報(bào)廢，特別是虹吸管極易折斷，所以在安裝儀器和實(shí)驗(yàn)過程中須特別小心。2、用濾紙包茶葉末時(shí)要嚴(yán)實(shí)，防止茶葉末漏出堵塞虹吸管；濾紙包大小要合適，既能緊貼套管內(nèi)壁，又能方便取放，且其高度不能超出虹吸管高度。3、若套筒內(nèi)萃取液色淺，即可停止萃取。4、濃縮萃取液時(shí)不可蒸得太干，以防轉(zhuǎn)移損失。否則因殘液很粘而難于轉(zhuǎn)移，造成損失。5、拌入生石灰要均勻，生石灰的作用除吸水外，還可中和除去部分酸性雜質(zhì)（如鞣酸）。6、升華過程中要控制好溫度。若溫度太低，升華速度較慢，若溫度太高，會(huì)使產(chǎn)物發(fā)黃（分解）。7、刮下咖啡因時(shí)要小心操作，防止混入雜質(zhì)。.

升華裝置：具有較高蒸氣壓的固體物質(zhì)，在加熱到熔點(diǎn)以下，不經(jīng)過熔融而直接變成蒸氣，蒸氣遇冷再凝結(jié)成固體的過程稱為升華。用升華法可制得純度較高的產(chǎn)品，但此法損失較大。

在蒸發(fā)皿中加入已充分干燥（在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中干燥變得特別重要。）的待升華物質(zhì)，蒸發(fā)皿上蓋一張帶有密集小孔的濾紙，再倒扣一個(gè)口徑比蒸發(fā)皿略小的玻璃漏斗。為避免蒸氣逸出，在漏斗頸部塞一小團(tuán)棉花．注意蒸餾時(shí)，燒瓶?jī)?nèi)不能裝得太滿，以防爆溢。焙炒時(shí)，水份要除盡,但又不能炒焦。濾紙刺孔，孔徑大，排列緊密、均勻。用時(shí)，孔刺朝上。升華裝置：蒸發(fā)皿要貼近鍋底，防漏氣，不能揭開漏斗觀看結(jié)晶；升華時(shí)，從室溫開始，維持在~210℃至少30

分鐘。升華時(shí)，溫度計(jì)位置要準(zhǔn)確。

2.

升華前加入生石灰起什么作用？

除去鞣酸，使之留在廢棄物里。

3.

升華操作的原理是什么？

咖啡堿在100℃時(shí)即失去結(jié)晶水，并開始升華，在120℃升華顯著，178℃升華很快，其他物質(zhì)不升華

4.

為什么在升華操作中，加熱溫度一定要控制在被升華物熔點(diǎn)以下？

導(dǎo)致不能完全被提取，導(dǎo)致?lián)p失。

5.

為什么升華前要將水分除盡？

會(huì)影響純度（水會(huì)使咖啡堿變黃）

6.

除了升華還可以用何方法提取咖啡因？

可以用氯仿萃取，加熱蒸發(fā)并抽濾。

7．茶葉中有鞣酸11~12%、色素0.6%、蛋白質(zhì)27%、生物堿1~5%其余是纖維素?？Х葔A（1-5%）溶于水、乙醇、乙醚、氯仿等，生物堿可可豆堿（0.05%）

難溶于冷水和乙醇。（堿性）

茶堿（極少）

微溶于冷水，易溶于氯仿。?鞣酸：酸性，用生石灰除去。?色素：不升華?纖維素：不溶于乙醇。?蛋白質(zhì)：加熱變性。

A

用乙醇提取，加熱，蒸餾————除去纖維素，引入水和乙醇；

B加生石灰，蒸氣浴蒸干，培炒————除去乙醇和水：

C

升華————除去鞣酸鹽,得到晶體。

第一，如果條件允許的話，你可以采用滴液漏斗來代替，因?yàn)榈我郝┒纺苁棺鳛槿軇┑木凭磸?fù)被利用，能夠使茶葉中的咖啡因充分溶解。而且你得到的是茶葉浸出液，過濾的步驟就省了。第二，你提取茶葉浸出液的時(shí)間不夠長(zhǎng)，這會(huì)影響收率，及使用滴液漏斗也最好能在一個(gè)半小時(shí)以上，何況你用的是錐形瓶。第三，試著將生石灰的量加大點(diǎn)，加到四克，因?yàn)槟愕玫降牟枞~浸出液里有除了有生物堿外還有大量的有機(jī)酸，必須用足夠的生石灰才能中和有機(jī)酸，使得咖啡因這種生物堿得以盡可能多地保留。1.咖啡因產(chǎn)率應(yīng)在1.25%以上，產(chǎn)率的計(jì)算方法如下：咖啡因產(chǎn)率=咖啡因晶體總質(zhì)量/茶葉質(zhì)量（8g）2.蒸發(fā)皿中玫瑰紅色殘?jiān)?滴加1滴濃氨水后，顏色為紫色。解釋：咖啡因可被過氧化氫等氧化劑氧化，生成四甲基偶嘌呤（將其用水浴蒸干，呈玫瑰紅色），后者與氨作用即成一紫色的紫脲酸銨。該反應(yīng)是嘌呤類生物堿的特征反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)流程圖稱取10克茶葉→放入索氏提取器→加入100ml95％的乙醇→水浴加熱回流1.5~2h（待虹吸管中的顏色變淺時(shí)停止加熱）→改為蒸餾裝