不同嫩度茶叶纤维素水凝胶的制备及其表征
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1.2.4 扫描电子显微镜观察（SEM）
胶。通过 FTIR、SEM 和 TPA 等表征方法，比较不同
冷冻干燥后的水凝胶样品于 40 ℃烘箱中干燥过
嫩度的茶叶制备的水凝胶的差异。
夜，用电镜胶带固定在圆台上，喷金处理后，TM3000
1 材料与方法 1.1 材料与仪器
扫描电镜观察水凝胶的表面形貌，扫描电压为 10 kV。
0.5 g 茶叶纤维素与 10 g AMIMCl 于油浴锅中 100 ℃搅拌溶解 12 h，冷却至 30 ℃左右。然后，用蒸
离子的离子液体中。溶解得到的再生纤维素溶液可以 馏水充分洗涤胶体，置换出离子液体，冷冻干燥后得
通过乙醇或水将其析出，得到水凝胶。水凝胶是能够 到茶叶纤维素水凝胶。
在水中溶胀却不溶于水的三维网状结构体系，纤维素 1.2.3 红外光谱分析（FT-IR）
溶液的浓度，平衡载药率根据以下公式计算： 平衡载药率(%) = (c0 − ct ) ×V / m0
公司。
式进行计算：
1.2 实验方法
1.2.1 茶叶纤维素的提取
原料采摘为正常生长期的春稍，将其从芽端开始 分成一叶、二叶、三叶、成熟叶和叶梗 5 组样品，分
ESR(%) = (ms − md ) / md × 100 式中，ms 为平衡润胀状态下水凝胶的质量（g）；md 为润 胀前干燥水凝胶的质量（g）。
分，过滤干燥。加入石油醚浸泡 2 h 脱脂，水洗除去 采用紫外可见光分光光度计测量吸光度计算出 NaSA
石油醚，再用丙酮浸泡 2 h 脱色，水洗除去丙酮，烘 干，粉碎过 80 目筛。料水比 1:20，加入与样品等质 量的亚氯酸钠，调节 pH 至 4.0，75 ℃漂白 2 h 去除木 质素，过滤烘干。10%氢氧化钾 55 ℃处理 12 h，除去
Preparation and Characterization of Cellulose Hydrogels from Tea Shoots
of Different Maturity Levels
LIU Zhi-jun1,2, TANG Zhan-yu1, HUANG Hui-hua1 (1.College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)
1.2.6 平衡润胀率测定
参考 Tomić 的方法[9]，采用常规的重量分析法测
限公司通州分公司；HH-4 数显恒温水浴锅：金坛市 定水凝胶干燥后的平衡润胀率（equilibrium swelling
富华仪器有限公司；LGJ-10 冷冻干燥机：北京松源华 ratio, ESR）。于烧杯中准确称量已干燥衡重的水凝胶，
166
积分别为分别达到 189 万 t 和 3869 万亩，位居世界第 一，中国茶叶消费量为 161.32 万 t[1]。与此同时，我 国速溶茶、茶饮料、茶多酚等产业迅猛发展，其中茶 饮料成为第三大饮料[2]，仅次于水与碳酸饮料，每年 都会由于茶饮料及茶叶深加工而产生大量的茶渣，这 些可再生的植物性资源的开发利用引起了人们的极大 兴趣。茶渣的高值化利用的主要途径有作为土壤肥料、 作为培养基、生产饲料、作为吸附剂、提取功能性成 分等[3~5]。虽然茶渣中含量有丰富的纤维素，但是由于 天然纤维素分子间存在氢键力，以及较高结晶度，纤 维素的难溶性及可塑性差，使其在工业应用受到限制， 因此茶纤维水凝胶少见应用。
1-烯丙基-3-甲基咪唑盐酸盐（AMIMCl），购自上 30%，压缩前速度为 5 mm/s，压缩时速度为 1 mm/s，
海成捷化学有限公司，分析纯。亚氯酸钠、氢氧化钠、 压缩后速度为 5 mm/s，每种样品的 TPA 测试均重复
氢氧化钾、氯乙酸钠、无水乙醇、丙酮、石油醚、乙 三 次 。 TPA 参 数 包 括 硬 度 （ hardness ）、 弹 性
现代食品科技
Modern Food Science and Technology
2016, Vol.32, No.4
Swatloski[6]发现，在常温条件下离子液体只能润 湿纤维素，而无法将其溶解，然而当温度加热到 100 ℃ 纤维素就能够缓慢地溶解在含有 SCN－、Cl－、Br－阴
1.2.2 茶叶纤维素水凝胶的制备
1.2.5 质构分析（TPA）
实验条件参考 Hurler 的方法[8]，修整茶叶纤维水 凝胶样品的大小为直径约 2 cm，高约 5 mm，采用圆
实验材料采于华南农业大学教学与科研茶园，茶 柱形不锈钢探头（P5:5mm DIA CYLinDer Stainless），
树品种为金萱品种。
5 g 的力进行一次压缩，压缩量为样品原有高度的
Key words: tea leaf; cellulose, ionic liquid, hydrogel; characterization
茶叶（Camellia sinensis）为山茶科、山茶属植物， 分布于热带及亚热带地区，其中我国有 14 属，397 种， 主产地分布在长江以南地区。茶是我国的国饮，与咖 啡、可可并称为世界三大饮料。我国是世界上主要的 产茶国与消费国，2013 年，中国的茶叶产量和茶园面
1-烯丙基-3-甲基咪唑盐酸盐作为溶剂，用加热搅拌方法制备出水凝胶。通过傅立叶红外光谱扫描、扫描式电子显微镜观察与质构分析
等方法对水凝胶进行表征，并研究了水凝胶的平衡润胀率，用水杨酸钠作为模型药物分子的平衡载药率和释放率。实验发现：不同嫩
度的茶叶纤维及其水凝胶在结构上差异较小；水凝胶在制备过程中，对应的纤维素均与离子液体发生了相互作用，产生的水凝胶主要
酸、水杨酸等均为市售，国产分析纯。
（ springiness ）、 内 聚 性 （ cohesiveness ）、 黏 性
JA1003 电子分析天平：上海精科有限公司；SZCL 数显智能控温磁力搅拌器：巩义市予华仪器有限责任 公司；101-1 电热鼓风干燥箱：上海锦屏仪器仪表有
（gumminess）以及回复性（resilience）等。
1.2.7 平衡载药率及释放率的测定
参考 Hu 的方法[10]，于锥形瓶中准确称量已干燥
别进行蒸汽杀青，烘干，粉碎，过 60 目筛。料水质量 衡重的水凝胶，加入 100 mL 0.1 g/mL 水杨酸钠
比 1:30，80 ℃浸泡 20 min，重复三次，去除水溶性成 （NaSA）水溶液。24 h 后，取出 10 mL NaSA 水溶液，
(2.Guangdong Vocational College of Science and Trade, Guangzhou 510430, China)
Abstract: Cellulose samples were prepared from fresh Jinxuan tea shoots by fixing, drying, discoloration, removal of lignin and hemicellulose, grinding, heating, and stirring to prepare hydrogels with 1-allyl-3-methylimidazolium chloride as the solvent. Characterization of the prepared celluloses and hydrogels was performed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), field emission scanning electron microscopy (FESEC), and texture profile analysis (TPA). The equilibrium swelling degree of the hydrogels as well as the equilibrium drug loading and releasing rates were studied with sodium salicylate as the model drug molecule. The results showed slight differences in the structures of celluloses and hydrogels prepared from tea shoots with different maturity levels. During the preparation of hydrogels, the corresponding celluloses reacted with the ionic liquid and the main component of the prepared hydrogels was regenerated cellulose. The hydrogel prepared from the stems showed optimum gel and texture properties among the five groups of samples analyzed. The hydrogel prepared from the second leaf of young buds exhibited the highest equilibrium swelling degree, followed by that prepared from the stem. The highest equilibrium drug loading and releasing rates of sodium salicylate were present in the hydrogel prepared from mature leaves.
组成属于再生纤维；叶梗水凝胶的凝胶特性、质构特性在 5 组样品中最优；二叶纤维所制备的水凝胶的平衡润胀率最高；而对水杨酸
钠的平衡载药率与释放率则以成熟叶纤维制备的水凝胶最高。
关键词：茶叶；纤维素；离子液体；水凝胶；表征
文章篇号：1673-9078(2016)4-166-170
DOI: 10.13982/j.mfst.1673-9078.2016.4.027
基水凝胶符合绿色化学要求，具备良好的溶胀、吸附
取一定量的干燥粉末状样品与光谱纯溴化钾混
和缓释特性，在生物医学和生物质能源开发利用有重 合压片，置于红外光谱仪中进行扫描，扫描范围是
要作用[7]。因此，本文以不同嫩度的茶叶作为原料提 取纤维素，并且以离子液体为溶剂，制备出茶叶水凝
4000 cm-1~400 cm-1，分辨率为 2 cm-1。
现代食品科技
Modern Food Science and Technology
2016, Vol.32, No.4
不同嫩度茶叶纤维素水凝胶的制备及其表征
刘智钧 1,2，谭展榆 1，黄惠华 1
（1.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640）（2.广东科Байду номын сангаас职业学院，广东广州 510430）
摘要：以茶树品种金萱的鲜叶新梢为原料，通过杀青、烘干、脱色、去除木质素与半纤维素，干燥粉碎后制得纤维素，然后用
兴科技发展有限公司；Vector 33 傅立叶红外光谱仪： 加入大量去离子水，室温下浸泡 3 d 使之达到润胀平
德国 Bruker 公司；TM3000 扫描电镜：日本 HITACHI 衡状态。然后，水中取出样品并用滤纸拭干胶体的表
公司；TA-XT2i 质构分析仪：英国 Stable Microsystems 面水分，称重。润胀实验重复三次。ESR 根据以下公
收稿日期：2015-06-11 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20120172110017）； 国家自然科学基金资助项目（31471673，31271978） 作者简介：刘智钧（1983-），男，在读博士研究生，讲师，研究方向农产品 资源及加工新技术 通讯作者：黄惠华（1959-），男，博士，教授，博士生导师，研究方向农产 品加工与贮藏
胶。通过 FTIR、SEM 和 TPA 等表征方法，比较不同
冷冻干燥后的水凝胶样品于 40 ℃烘箱中干燥过
嫩度的茶叶制备的水凝胶的差异。
夜，用电镜胶带固定在圆台上，喷金处理后，TM3000
1 材料与方法 1.1 材料与仪器
扫描电镜观察水凝胶的表面形貌，扫描电压为 10 kV。
0.5 g 茶叶纤维素与 10 g AMIMCl 于油浴锅中 100 ℃搅拌溶解 12 h，冷却至 30 ℃左右。然后，用蒸
离子的离子液体中。溶解得到的再生纤维素溶液可以 馏水充分洗涤胶体，置换出离子液体，冷冻干燥后得
通过乙醇或水将其析出，得到水凝胶。水凝胶是能够 到茶叶纤维素水凝胶。
在水中溶胀却不溶于水的三维网状结构体系，纤维素 1.2.3 红外光谱分析（FT-IR）
溶液的浓度，平衡载药率根据以下公式计算： 平衡载药率(%) = (c0 − ct ) ×V / m0
公司。
式进行计算：
1.2 实验方法
1.2.1 茶叶纤维素的提取
原料采摘为正常生长期的春稍，将其从芽端开始 分成一叶、二叶、三叶、成熟叶和叶梗 5 组样品，分
ESR(%) = (ms − md ) / md × 100 式中，ms 为平衡润胀状态下水凝胶的质量（g）；md 为润 胀前干燥水凝胶的质量（g）。
分，过滤干燥。加入石油醚浸泡 2 h 脱脂，水洗除去 采用紫外可见光分光光度计测量吸光度计算出 NaSA
石油醚，再用丙酮浸泡 2 h 脱色，水洗除去丙酮，烘 干，粉碎过 80 目筛。料水比 1:20，加入与样品等质 量的亚氯酸钠，调节 pH 至 4.0，75 ℃漂白 2 h 去除木 质素，过滤烘干。10%氢氧化钾 55 ℃处理 12 h，除去
Preparation and Characterization of Cellulose Hydrogels from Tea Shoots
of Different Maturity Levels
LIU Zhi-jun1,2, TANG Zhan-yu1, HUANG Hui-hua1 (1.College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)
1.2.6 平衡润胀率测定
参考 Tomić 的方法[9]，采用常规的重量分析法测
限公司通州分公司；HH-4 数显恒温水浴锅：金坛市 定水凝胶干燥后的平衡润胀率（equilibrium swelling
富华仪器有限公司；LGJ-10 冷冻干燥机：北京松源华 ratio, ESR）。于烧杯中准确称量已干燥衡重的水凝胶，
166
积分别为分别达到 189 万 t 和 3869 万亩，位居世界第 一，中国茶叶消费量为 161.32 万 t[1]。与此同时，我 国速溶茶、茶饮料、茶多酚等产业迅猛发展，其中茶 饮料成为第三大饮料[2]，仅次于水与碳酸饮料，每年 都会由于茶饮料及茶叶深加工而产生大量的茶渣，这 些可再生的植物性资源的开发利用引起了人们的极大 兴趣。茶渣的高值化利用的主要途径有作为土壤肥料、 作为培养基、生产饲料、作为吸附剂、提取功能性成 分等[3~5]。虽然茶渣中含量有丰富的纤维素，但是由于 天然纤维素分子间存在氢键力，以及较高结晶度，纤 维素的难溶性及可塑性差，使其在工业应用受到限制， 因此茶纤维水凝胶少见应用。
1-烯丙基-3-甲基咪唑盐酸盐（AMIMCl），购自上 30%，压缩前速度为 5 mm/s，压缩时速度为 1 mm/s，
海成捷化学有限公司，分析纯。亚氯酸钠、氢氧化钠、 压缩后速度为 5 mm/s，每种样品的 TPA 测试均重复
氢氧化钾、氯乙酸钠、无水乙醇、丙酮、石油醚、乙 三 次 。 TPA 参 数 包 括 硬 度 （ hardness ）、 弹 性
现代食品科技
Modern Food Science and Technology
2016, Vol.32, No.4
Swatloski[6]发现，在常温条件下离子液体只能润 湿纤维素，而无法将其溶解，然而当温度加热到 100 ℃ 纤维素就能够缓慢地溶解在含有 SCN－、Cl－、Br－阴
1.2.2 茶叶纤维素水凝胶的制备
1.2.5 质构分析（TPA）
实验条件参考 Hurler 的方法[8]，修整茶叶纤维水 凝胶样品的大小为直径约 2 cm，高约 5 mm，采用圆
实验材料采于华南农业大学教学与科研茶园，茶 柱形不锈钢探头（P5:5mm DIA CYLinDer Stainless），
树品种为金萱品种。
5 g 的力进行一次压缩，压缩量为样品原有高度的
Key words: tea leaf; cellulose, ionic liquid, hydrogel; characterization
茶叶（Camellia sinensis）为山茶科、山茶属植物， 分布于热带及亚热带地区，其中我国有 14 属，397 种， 主产地分布在长江以南地区。茶是我国的国饮，与咖 啡、可可并称为世界三大饮料。我国是世界上主要的 产茶国与消费国，2013 年，中国的茶叶产量和茶园面
1-烯丙基-3-甲基咪唑盐酸盐作为溶剂，用加热搅拌方法制备出水凝胶。通过傅立叶红外光谱扫描、扫描式电子显微镜观察与质构分析
等方法对水凝胶进行表征，并研究了水凝胶的平衡润胀率，用水杨酸钠作为模型药物分子的平衡载药率和释放率。实验发现：不同嫩
度的茶叶纤维及其水凝胶在结构上差异较小；水凝胶在制备过程中，对应的纤维素均与离子液体发生了相互作用，产生的水凝胶主要
酸、水杨酸等均为市售，国产分析纯。
（ springiness ）、 内 聚 性 （ cohesiveness ）、 黏 性
JA1003 电子分析天平：上海精科有限公司；SZCL 数显智能控温磁力搅拌器：巩义市予华仪器有限责任 公司；101-1 电热鼓风干燥箱：上海锦屏仪器仪表有
（gumminess）以及回复性（resilience）等。
1.2.7 平衡载药率及释放率的测定
参考 Hu 的方法[10]，于锥形瓶中准确称量已干燥
别进行蒸汽杀青，烘干，粉碎，过 60 目筛。料水质量 衡重的水凝胶，加入 100 mL 0.1 g/mL 水杨酸钠
比 1:30，80 ℃浸泡 20 min，重复三次，去除水溶性成 （NaSA）水溶液。24 h 后，取出 10 mL NaSA 水溶液，
(2.Guangdong Vocational College of Science and Trade, Guangzhou 510430, China)
Abstract: Cellulose samples were prepared from fresh Jinxuan tea shoots by fixing, drying, discoloration, removal of lignin and hemicellulose, grinding, heating, and stirring to prepare hydrogels with 1-allyl-3-methylimidazolium chloride as the solvent. Characterization of the prepared celluloses and hydrogels was performed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), field emission scanning electron microscopy (FESEC), and texture profile analysis (TPA). The equilibrium swelling degree of the hydrogels as well as the equilibrium drug loading and releasing rates were studied with sodium salicylate as the model drug molecule. The results showed slight differences in the structures of celluloses and hydrogels prepared from tea shoots with different maturity levels. During the preparation of hydrogels, the corresponding celluloses reacted with the ionic liquid and the main component of the prepared hydrogels was regenerated cellulose. The hydrogel prepared from the stems showed optimum gel and texture properties among the five groups of samples analyzed. The hydrogel prepared from the second leaf of young buds exhibited the highest equilibrium swelling degree, followed by that prepared from the stem. The highest equilibrium drug loading and releasing rates of sodium salicylate were present in the hydrogel prepared from mature leaves.
组成属于再生纤维；叶梗水凝胶的凝胶特性、质构特性在 5 组样品中最优；二叶纤维所制备的水凝胶的平衡润胀率最高；而对水杨酸
钠的平衡载药率与释放率则以成熟叶纤维制备的水凝胶最高。
关键词：茶叶；纤维素；离子液体；水凝胶；表征
文章篇号：1673-9078(2016)4-166-170
DOI: 10.13982/j.mfst.1673-9078.2016.4.027
基水凝胶符合绿色化学要求，具备良好的溶胀、吸附
取一定量的干燥粉末状样品与光谱纯溴化钾混
和缓释特性，在生物医学和生物质能源开发利用有重 合压片，置于红外光谱仪中进行扫描，扫描范围是
要作用[7]。因此，本文以不同嫩度的茶叶作为原料提 取纤维素，并且以离子液体为溶剂，制备出茶叶水凝
4000 cm-1~400 cm-1，分辨率为 2 cm-1。
现代食品科技
Modern Food Science and Technology
2016, Vol.32, No.4
不同嫩度茶叶纤维素水凝胶的制备及其表征
刘智钧 1,2，谭展榆 1，黄惠华 1
（1.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640）（2.广东科Байду номын сангаас职业学院，广东广州 510430）
摘要：以茶树品种金萱的鲜叶新梢为原料，通过杀青、烘干、脱色、去除木质素与半纤维素，干燥粉碎后制得纤维素，然后用
兴科技发展有限公司；Vector 33 傅立叶红外光谱仪： 加入大量去离子水，室温下浸泡 3 d 使之达到润胀平
德国 Bruker 公司；TM3000 扫描电镜：日本 HITACHI 衡状态。然后，水中取出样品并用滤纸拭干胶体的表
公司；TA-XT2i 质构分析仪：英国 Stable Microsystems 面水分，称重。润胀实验重复三次。ESR 根据以下公
收稿日期：2015-06-11 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20120172110017）； 国家自然科学基金资助项目（31471673，31271978） 作者简介：刘智钧（1983-），男，在读博士研究生，讲师，研究方向农产品 资源及加工新技术 通讯作者：黄惠华（1959-），男，博士，教授，博士生导师，研究方向农产 品加工与贮藏