茶多酚的离子沉淀法提取及其成分分析_蒋建平

第18卷第5期2004年9月株　洲　工　学　院　学　报J o urnal of Zhuzhou Institute o f Technolog yV ol.18　N o.5Sep.2004茶多酚的离子沉淀法提取及其成分分析蒋建平1,陈　洪1,2,汪秋安3,周晓媛1(1.株洲工学院包装新材料与技术重点实验室,湖南株洲412008;2.中南林学院生命科学院,湖南长沙410075;3.湖南大学化学化工学院,湖南长沙410082) 摘　要:探讨了离子沉淀法提取茶多酚的最佳工艺条件,并运用高效液相色谱对茶多酚产品进行了成分分析。

通过正交实验确定了最佳浸提方案,即用60%乙醇-水溶液在70℃浸提茶叶2次,投料比为1:25,茶多酚的最终浸出量可达茶叶的22.5%。

选用(Al3++Zn2+)为复合沉淀剂,以Na HCO3溶液调节pH值= 5.5～ 6.5,进而以HCl溶液转溶沉淀,结果表明,茶多酚的产率提高到11.8%,纯度达到99.5%。

关键词:茶多酚;离子沉淀;提取中图分类号:TS202.3 文献标识码:A 文章编号:1008-2611(2004)05-0053-04 茶多酚的提取方法按其化学过程的不同,大致可以划分为三种类型:有机溶剂萃取法、离子沉淀法、柱层析吸附分离法[1-3]。

有机溶剂萃取法大量使用有毒有机溶剂,需多次蒸馏,加热时间过长,有效成分含量和提取率较低,不适于工业化生产;柱层析吸附分离法因柱材料价格昂贵且难求,柱材料的再生也存在一定问题而无法实现大规模工业化生产;离子沉淀法是茶多酚三种提取方法中较优的一种,但也还存在不少问题,关键在于如何选择适合的沉淀剂。

本文通过正交实验确定最佳浸提方案,并采用以(Al3++Zn2+)为复合沉淀剂的离子沉淀法,从普通绿茶中提取茶多酚,进而对其成分进行了分析。

1　材料与方法1.1　材料与仪器市售普通绿茶,产自湖南岳阳;可溶性金属离子盐、酒石酸钾钠、硫酸亚铁、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、无水乙醇、乙酸乙酯、碳酸氢钠、盐酸,均为分析纯。

UV-3000紫外可见光分光光度计;722型光栅分光光度计;SHB-III型循环水式多用真空泵;Dio nex分析型高效液相色谱仪,P850A四元泵,340S DAD紫外检测仪。

1.2　试验方法用市售绿茶经粉碎机适当粉碎,过30目筛。

茶叶末用沸水浸提,通过正交实验确定最佳浸提方案,并最终获取茶汁。

在调整浸提液的pH值后加入复合型沉淀剂,固相沉淀物经过分离,加入盐酸进行转溶,再用乙酸乙酯萃取溶液中的茶多酚,经过真空干燥制取茶多酚产品。

1.3　茶多酚含量分析采用酒石酸亚铁分光光度法[4]。

1.4　茶多酚成分分析采用高效液相色谱(HPLC)分析法对茶多酚样品进行HPLC分析,所选用的色谱条件为:Diamo nsil C18色谱柱;流动相组成:A=0.15%乙酸水溶液(pH= 3.2～ 3.5),B=甲醇;线性梯度:20%B(0～10 min),20%～30%B(10～12min),30%B(12～27 min),30%～50%B(27～42min),50%～20%B(42～50min)和20%B(50～60min);流动相流速1.0ml/ min,进样量20μl。

使用色谱仪的3D field功能选择检测波长为280nm。

2　结果与讨论2.1　浸提正交实验的设计与结果分析在溶剂种类(乙醇-水)、茶叶粒度(30目)和浸提次数(2次)一定的情况下,对浸提过程的影响因素——浸提溶剂浓度(乙醇浓度)、茶叶质量与溶剂体积的比率(料液比)、浸提温度、浸提时间进行单因子实验,在此基础上设计正交实验的方案,并通过正交试验确定最适宜的浸提工艺条件。

⒇收稿日期:2004-02-23作者简介:蒋建平(1976-),女,湖南祁阳人,株洲工学院教师,硕士,主要从事食品化学与包装材料方面的研究.2.1.1　正交实验因素水平的选择①乙醇浓度的影响配制体积百分比分别为30%、40%、50%、60%、70%的五种乙醇-水浸提溶剂,进行浸提实验。

结果表明,当乙醇体积百分数从30%增大至60%时,茶多酚的浸提率逐渐增大并达到最大值;当乙醇体百分数超过60%时,茶多酚的浸提率呈现下降的趋势;此外,乙醇浓度越高,茶叶浸出液的颜色就越深,说明有更多的色素杂质(叶绿素等)被浸出,这对后续茶多酚的精制很不利。

因此,本实验选择40%、50%、60%三个水平。

②料液比的影响在其它浸提条件相同的条件下,按1/5、1/10、1/15、1/20和1/25五种不同的料液比进行实验。

结果表明,随着浸提溶剂用量的增加,茶多酚浸出率呈上升趋势;在料液比为1∶20和1∶25的情况下,茶多酚的浸出率差别不大。

考虑到料液比为1∶25浸提液的体积要大得较多,将会给后处理带来一定的困难,因此,选择1/15、1/20和1/25三个水平。

③浸提温度的影响保持其它条件相同,分别在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃进行浸提实验。

结果表明,在温度低于70℃时,茶多酚浸出率随着温度的升高而升高;超过70℃后,茶多酚浸出率随着温度的升高反而呈现下降的趋势。

因此,实验选择60℃、70℃、80℃三个水平。

④浸提时间的选择在0～45min时间范围内进行浸提实验,结果表明,0～20min时,浸提率随着时间的延长而迅速增加;20～35min时,浸提率基本趋于稳定;超过30min 后,浸提率不但不随时间的延长而增加,反而呈现出下降的趋势。

因此,实验选择20min、20min、30min三个水平。

综上所述,本实验选择四因素三水平,因此水平如表1所示。

表1　正交实验因素水平表考察因素水 平123A浓度(%)A140A250A360B温度(℃)B160B270B380C时间(min)C120C225C330D料液比(g∶m l)D11∶15D21∶20D31∶252.1.2　正交实验结果分析本实验的指标为茶多酚的浸提效果,其定义为浸提液中茶多酚的含量占干茶末质量的百分比。

正交实验方案及结果分析如表2所示。

从表2可知,各因素对T P浸出率影响的主次顺序为:BDAC,即温度对TP 浸出率影响最大,其次是料液比和乙醇-水浸提剂的浓度,再次的因素是浸提时间。

最优水平组合为A3、B2、C1、D3,既乙醇体积百分比为60%,浸提温度为70℃,浸提20min,料液比为1:25,在此工艺条件下茶多酚的浸出率可达22.5%。

表2　正交实验方案及结果分析实验编号A B C D浸提效果1111116.32122221.63133318.94212317.25223121.26231218.77313216.98321322.59332118.5K156.850.457.556　K257.165.357.357.2K357.956.157　58.6k118.918.119.218.7k219　21.819.119.1∑=171.8 k319.318.719　19.5极差R0.4 3.10.20.8较优水平A3B2C1D3因素主次B>D>A>C2.2　离子沉淀法提取茶多酚实验的设计与结果分析2.2.1　离子沉淀剂种类的影响提取茶多酚常用的沉淀剂有:Al3+、Fe3+、Zn2+、Mg2+、Ba2+、Ca2+以及Al3++Zn2+复合离子等。

研究表明[5],相同条件下它们对茶多酚的沉淀顺序是: Al3++Zn2+>Al3+>Zn2+>Fe3+>M g2+>Ba2+> Ca2+。

加之Al3+过量可能会引发老年痴呆症,不宜单独作为沉淀剂使用,因此,选用Al3++Zn2+复合沉淀剂对TP进行沉淀。

2.2.2　沉淀剂用量的影响按正交实验所确定的最佳浸提工艺条件浸提后,将滤液分别以不同量AlCl3+ZnCl2复合沉淀剂(按质量比AlCl3∶ZnCl2=1∶2的比例充分混合)进行沉淀,测定每次的沉淀率,结果见图1所示。

由图1可知,随着沉淀剂用量的增加,T P的沉淀率逐渐上升,当加入沉淀剂0.15g时(即m沉淀剂∶m茶叶=3∶20),T P的沉淀率最高,再加入沉淀剂,淀率不再增加。

所以,在保证TP沉淀率的前提下,为避免使用过量沉淀剂造成浪费,选择m沉淀剂∶m茶叶=3∶20的质量比最为适宜。

54株　洲　工　学　院　学　报2004年　2.2.3　浸提液p H 值的影响向浸提液中加入AlCl 3+ZnCl 2复合沉淀剂,加入图1　沉淀剂用量对沉淀率的影响量为m 沉淀剂∶m TP =3∶20,在常温下进行茶多酚沉淀。

用0.1mo l /L 的Na 2CO 3调节p H 值。

在不同的pH 值下,测定TP 的沉淀率,结果见图2所示。

从图2可知,当 4.0<p H ≤6.0时,随着p H 值增大,TP 沉淀率随之升高;当pH 值在 5.5<pH ≤6.5时,TP 沉淀率最高,且沉淀率波动不大;但当p H > 6.5后,随着pH 值增加,TP 沉淀率反而下降。

这是因为p H 值过低会使沉淀不完全,而p H 值过高又会引起T P 氧化,因此,最佳p H 值范围宜选在 5.5～ 6.5之间。

图2　pH 值对TP 沉淀率的影响2.2.4　沉淀时间的影响在其它条件一定,pH =6的介质条件下,TP 与AlCl 3+ZnCl 2复合沉淀剂反应完全后,于不同的时间间隔测定T P 的沉淀率,结果如图3所示。

由图3可知,当TP 完全沉淀后,随着沉淀时间的延长,沉淀率反而下降。

这可能是因为随着时间延长,TP 的局部氧化加剧造成。

因此,在调p H 沉淀TP 时,当T P 沉淀完全后应该迅速分离。

2.3　茶多酚产品分析按照实验确定的最佳浸提工艺和离子沉淀工艺,并选择以 3.0m ol /L 盐酸转溶沉淀,以乙酸乙脂与茶多酚酸溶液以1∶1的体积比进行连续3次萃取,所图3　沉淀率与时间的关系图得茶多酚经真空干燥后,为带有浓郁茶香的深黄色有光泽的晶体。

经测定,茶多酚的产率为11.8,纯度为99.5%。

对所得茶多酚产品进行高效液相色谱(HPLC)分析,结果如图4所示。

从图4可知,茶多酚产品中三种儿茶素+C 、EGCG 、EC 均有检出。

采用外标法对茶多酚中三种儿茶素的含量进行定量测定,结果表明,EGCG 含量最高,EC 次之,+C 最低。

图4　茶多酚产品的HPLC 分析图谱3　结论1)通过正交实验确定了最佳浸提方案,即乙醇体积百分比为60%,浸提温度为70℃,浸提20min,料55　第5期蒋建平,陈　洪,汪秋安,等 茶多酚的离子沉淀法提取及其成分分析液比为1∶25,茶多酚的最终浸出量可达茶叶的22.5%。

2)选用(Al3++Zn2+)为复合沉淀剂,以Na HCO3溶液调节pH值= 5.5～ 6.5,进而以HCl溶液转溶沉淀,结果表明,茶多酚的产率提高到11.8%,纯度达到99.5%。