超高压提取茶叶内含物工艺优化

曾 亮，罗理勇，官兴丽

(1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2. 重庆市农产品加工技术重点实验室，重庆 400715；3.西南大学茶叶研究所，重庆 400715)

超高压提取茶叶内含物工艺优化

曾 亮1,2,3，罗理勇1,2,3，官兴丽1

(1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2. 重庆市农产品加工技术重点实验室，重庆 400715；3.西南大学茶叶研究所，重庆 400715)

采用超高压技术常温下提取茶叶内含物，以茶多酚浸提率为依据，通过单因素试验确定溶剂体积分数、料液比、压强、保压时间的选择范围，再通过正交试验确定最佳工艺；在最佳工艺下测定茶叶内含物茶多酚、咖啡碱、可溶性糖、氨基酸的浸提率，并与常规的热水浸提法进行比较。结果表明：超高压提取茶多酚的优化工艺条件为溶剂70%乙醇、料液比1:40(g/mL)、压强200MPa、保压时间10min，在此条件下进行超高压浸提测得水浸出物含量40.25%、茶多酚浸提率26.61%、氨基酸浸提率3.87%、可溶性糖浸提率4.76%、咖啡碱浸提率2.95%，均高于热水浸提法。较之传统热水浸提工艺，采用超高压技术提取茶叶内含物不仅具有提高水浸出物、茶多酚、氨基酸、可溶性糖、咖啡碱含量，并且具有提取时不需要加热、提取液澄清、提取时间短的特点。

超高压；浸提率；茶叶内含物

茶叶的浸提是指将茶叶加入溶剂中，使茶叶中各种可溶性化学成分溶出，从而使茶叶中可溶物与不可溶物达到完全分离的过程，也称为茶叶的提取[1]。茶叶中含有多种成分，主要有茶多酚、咖啡碱、茶多糖、茶色素、维生素、氨基酸、矿物质等营养功能物质[2]，浸提效果直接影响茶叶深加工或综合利用的经济效益和产品质量。研究显示，影响茶叶浸提效果的因素很多，主要有浸提温度、浸提时间、浸提溶剂浓度和溶剂用量等[3]。

目前，茶叶浸提方法主要有水浴浸提法、超声波浸提法、超高压浸提法、微波浸提法、超临界CO2流体萃取法[4-8]。其中，超高压技术近年来被应用于小分子有效物质的提取，可以大大缩短提取时间、降低能耗、减少杂质成分的溶出，提高有效成分的收率，避免了因热效应引起的有效成分结构变化、损失以及生理活性的降低[9-15]。本实验采用超高压技术，以提高茶多酚、茶多糖等内含物的浸提率为目标，通过单因素试验确立各因素最佳选择范围，然后进行正交试验优化提取工艺。考察压强、浸提时间、溶剂体积分数、溶剂用量等因素对茶叶内含物浸出率的影响，为进一步优化高压浸提茶叶内含物工艺提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

绿茶茶末 重庆市二圣茶厂；茚三酮、蒽酮、酒石酸钾钠、硫酸亚铁、无水葡萄糖、氯化亚锡、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、乙醇、浓硫酸、盐酸、碱式乙酸铅(均为分析纯)。

1.2 仪器与设备

微型植物粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅 金坛市富华仪器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱 上海跃进医疗器械厂；HPP-L3型超高压处理设备 天津市华泰森淼生物工程技术有限公司；紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器责任有限公司。

1.3 方法

1.3.1 茶叶主要内含成分的测定方法

采用GB/T 8304—2002《茶：水分测定》测定茶叶水分含量；GB/T 8305—2002《茶：水浸出物测定》测定茶叶水浸出物含量；GB/T 8313—2008《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》测定茶多酚；GB/T 8312—2002《茶：咖啡碱测定》测定咖啡碱；GB/T 8314—2002《茶：游离氨基酸总量测定》测定游离氨基酸；蒽酮比色法测定可溶性糖。

1.3.2 超高压浸提法

称取1.5g茶样，加入60%乙醇50mL，密封后用超高压设备加压300MPa，提取5min，过滤后定容至250mL，按前述方法测定茶多酚吸光度，以茶多酚浸提率为依据，确定溶剂体积分数、料液比、压强、保压时间的选择范围，再通过正交试验，确定最佳工艺。在最佳工艺下，测定出茶多酚、咖啡碱、可溶性糖、氨基酸的浸提率。

1.3.2.1 单因素试验

溶剂体积分数的选择：加入30%、40%、50%、60%、70%、80%乙醇，测定茶多酚吸光度。

料液比的选择：按1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70(g/mL)的比例加入60%乙醇，测定茶多酚吸光度。

压强的选择：加压100、200、300、400、500MPa，测定茶多酚吸光度。

保压时间的选择：选取10s、1min、3min、5min、10min、20min，测定茶多酚吸光度。

1.3.2.2 超高压浸工艺正交试验

以影响茶多酚浸提率的剂体积分数、料液比、压强、保压时间4个因素设计超高压浸工艺正交试验，因素水平见表1。

表1 超高压浸工艺正交试验因素及水平Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.3.3 热水浸提法

称取1.5g茶样于250mL三角瓶中，加沸蒸馏水2000mL在沸水浴中浸提60min(每隔10min摇动一次)，趁热抽滤，残渣用少量热蒸馏水洗涤2～3次，合并滤液于250mL容量瓶中，冷却后用蒸馏水定容。将浸提液保存于冰箱内，分别按前述方法测定茶多酚、咖啡碱、可溶性糖、氨基酸浸提率。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 溶剂体积分数的选择

提取溶剂乙醇体积分数与茶多酚浸提率的关系，见图1。溶剂体积会影响茶叶细胞的渗透性，从而影响内含物的浸提率。增大乙醇的体积分数可以提高茶多酚的浸提率，但是当乙醇体积分数达到70%时，浸提率开始缓慢下降。因此，选择乙醇最佳体积分数为50%～70%。

图1 乙醇体积分数与茶多酚浸提率的关系Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of tea polyphenols

2.1.2 料液比的选择

料液比与茶多酚浸提率的关系，见图2。随着溶剂用量的增大，茶多酚浸提率明显上升，当料液比超过1:30，浸提率上升不明显。从浸提率和经济性两方面考虑，料液比的最佳选择范围在1:30～1:50之间。

图2 料液比与茶多酚浸提率的关系Fig.2 Effect of material/liquid ration on extraction rate of tea polyphenols

2.1.3 压强的选择

图3 压强大小与茶多酚浸提率的关系Fig.3 Effect of extraction pressure on extraction rate of tea polyphenols

压强大小与茶多酚浸提率的关系，见图3。压强是超高压浸提过程中一个非常重要的影响因素，其大小直接影响到细胞壁的破碎程度及细胞内外的渗透压差，从而影响多酚等的浸提率。从图3可以看出，茶多酚浸提率随压强升高而增加，压强达到400MPa之后浸提率增加平缓。故选择200～400MPa的压强范围进行正交试验。

2.1.4 保压时间选择

图4 保压时间与茶多酚浸提率的关系Fig.4 Effect of pressure-holding time on extraction rate of tea polyphenols

保压时间与茶多酚浸提率的关系，见图4。时间大于1min后对浸提率的影响相对较小，随时间延长浸提率增加不明显。这可能是因为高压作用下，乙醇易渗入茶叶细胞内部，茶多酚等在较短时间内可达到溶解平衡，延长时间并不能有效增加浸提率。故选择3～10min作为最佳保压时间选择范围。

2.2 超高压浸提最佳工艺确定

超高压浸提工艺正交试验结果，见表2。在已选定的溶剂、料液比、压强、时间最佳范围内超高压浸取茶多酚，对浸提效果有显著影响的是乙醇体积分数，影响茶多酚浸提效果的因素顺序为乙醇体积分数＞压强＞保压时间＞料液比，保压时间和料液比差异不显著。比较第8第9组水平下浸提率差异不是很大，而增加100MPa压强成本会提升很多，且对超高压设备损耗较大，综合考虑选择的最佳工艺为乙醇体积分数70%、压强200MPa、保压时间10min、料液比1:40。

表2 超高压浸工艺正交试验设计及结果Table 2 Orthogonal array design layout and experimental results

2.3 超高压浸提工艺与热水浸提工艺比较

按照上述的优化工艺进行超高压浸提，分别测定水浸出物、茶多酚、咖啡碱、可溶性糖、氨基酸的浸提率分别为40.25%、26.61%、2.95%、4.76%、3.87%。按试验方法中的热水浸提法，分别测定水浸出物、茶多酚、咖啡碱、可溶性糖、氨基酸的浸提率分别为38.45%、21.87%、3.02%、4.28%、2.33%。

表3 超高压浸提工艺和热水浸提工艺比较Table 3 Comparison between ultra-high pressure extraction and hot water extraction

由表3可知，不管是水浸出物，还是茶多酚等茶叶内含物的浸提率，超高压浸提法均要高于热水浸提法，并且所耗时间要短，这可能是在高压和乙醇水溶液作用下使一些不能在热水中溶出的成分得以释放出来。

3 结 论

本实验探讨超高压技术在茶叶浸提中的具体应用，通过正交试验选择出最佳的高压浸提工艺为乙醇体积分数70%、压强200MPa、保压时间10min、料液比1:40(g/mL)，与常规的热水浸提法相比较，充分显现出了高压浸提法的优势。

3.1 超高压提取是在常温状态下进行的，由于不需要加热，避免了茶多酚变性；提取液澄清，容易过滤去除固体杂质；而且提取茶多酚的时间只需要几分钟，效率高。

3.2 热水浸提法茶叶在高温状态下会变质糊化，影响茶多酚的收率；其提取液混浊，黏度高，不易过滤，过滤后的溶液放置一段时间后就会出现沉淀。

3.3 以优化工艺进行超高压浸提测得：水浸出物含量40.25%，茶多酚浸提率26.61%，氨基酸浸提率3.87%，可溶性糖浸提率4.76%，咖啡碱浸提率2.95%，均高于热水浸提法。

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Process Optimization for Ultra-high Pressure Extraction of Tea Polyphenols

ZENG Liang1,2,3，LUO Li-yong1,2,3，GUAN Xing-li1
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China；2. Chongqing Key Laboratory of Agricultural Products Processing, Chongqing 400715, China；3. Tea Research Institute, Southwest University, Chongqing 400715, China)

In this paper, ultra-high pressure technique was applied for the extraction of tea polyphenols. On the basis of single factor experiments, the optimal extraction process for tea was investigated to explore the effects of solvent concentration, material/liquid ratio, extraction pressure and pressure treatment time on the extraction rate of tea polyphenols. Meanwhile, the extraction rates of tea polyphenols, caffeine, soluble sugars and amino acids between ultra-high pressure extraction and normal high temperature extraction were compared. The results indicated that the optimal extraction processing parameters were 70%ethanol, material/liquid ratio of 1: 40, extraction pressure of 200 MPa, and pressure treatment time of 10 min. Under the optimal extraction conditions, the extraction rates of tea polyphenols, amino acids, soluble sugars and caffeine were 26.61%, 3.87%,4.76% and 2.95%, respectively, which were higher than those of hot water extraction. Therefore, ultra-high pressure extraction has the advantages of clear supernatant as well as short time and non-thermal extraction.

ultra-high pressure；extraction rate；tea components

TS272

A

1002-6630(2011)06-0085-04

2010-05-30

重庆市自然科学基金项目(CSTC, 2009BB1132)；西南大学科研基金资助项目(SWUB2008005)

曾亮(1980—)，女，副教授，博士，研究方向为茶及天然产物。E-mail：zengliangbaby@126.com