茶叶浸提液微波辅助萃取过程中溶剂选择的差异

刘自琴，黄惠华

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)

茶叶浸提液微波辅助萃取过程中溶剂选择的差异

刘自琴，黄惠华*

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)

研究了绿茶中活性成分儿茶素单体在不同性质的溶剂(甲醇、乙醇、水、乙酸乙酯)下，微波辅助萃取的效率和选择性差异。实验结果发现，酯型儿茶素单体(L-EGCG和L-ECG)用甲醇或乙醇萃取较用水萃取效率高，其他三种简单儿茶素单体(L-EGC，D，L-C，L-EC)则是以纯水作为萃取溶剂萃取效率为佳。乙酸乙酯对儿茶素各单体的浸出量相对水、甲醇和乙醇都大幅减少。适当增加萃取溶剂的离子浓度，会有利于微波辅助萃取效率的提高，但溶剂的离子浓度过大时，会降低儿茶素各单体的浸出量。

儿茶素，微波辅助萃取，溶剂，离子浓度

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

英德低档绿茶 购于广州市场;L-表没食子儿茶素(L-EGC)标准品、D，L-儿茶素(D，L-C)标准品、L-表儿茶素(L-EC)标准品、L-表没食子儿茶素没食子酸酯(L-EGCG)标准品、L-表儿茶素没食子酸酯(L-ECG)标准品 均购于Sigma公司;甲醇色谱纯，购于汕头西陇化工厂;冰醋酸 分析纯，购于天津大茂化学试剂厂。

超声波脱气装置 上海超声仪器厂;高效液相色谱系统 Waters中国有限公司;高效液相色谱系统(HPLC)waters 600型高效液相色谱仪、waters 996紫外-可见光吸收检测器、泵控器(PCM)、手动进样器、HP计算机带Millenium32色谱管理系统软件等。

1.2 实验方法

1.2.1 微波辅助萃取方法 实验流程:准确称量2.500g干茶叶，加入50mL萃取试剂，在冷凝回流状态下，按照设计好的微波辐射条件进行萃取，对浸提液抽滤，得茶汤清液。按照HPLC检测要求处理，再进行HPLC的测定。

微波辅助萃取方法:应用不同的有机溶剂微波加热提取，需采用冷凝回流加热，以免溶剂发生“爆沸”现象溢出。在540W微波输出功率下，辐射作用3.5min，萃取溶剂易加热回流，一般保持间歇式的沸腾状态，可认为基本提尽有效成分。

1.2.2 儿茶素单体测定方法 采用高效液相色谱法测定儿茶素单体，条件如下:固定相(色谱柱):Waters μ-Bondapak C18柱(300×3.9mm，5μm);流动相:甲醇∶水∶冰醋酸(26∶74∶0.5，V/V);流速:0.5mL/min;检测波长:278nm;室温;进样体积:10μL。所有流动相及进样液体均经过超声波脱气和0.45μm HA滤膜过滤。

采用儿茶素标准品进行定性分析，采用外标法进行定量分析。标准曲线的绘制:分别精密称取10.0mg的L-EGC、D，L-C、L-EC、L-EGCG和L-ECG标准品，用80%(V/V)乙醇溶液定容于10mL的容量瓶中备用，在0.45μm微孔过滤器中过滤。再分别配制成浓度为0.1、0.3、0.5、0.75、1.0mg/mL的溶液，以微量进样器分别吸取10μL进样，在上述色谱条件下进行HPLC分析。以各组分的进样量X(μg)对峰面积Y进行线性回归。

2 结果与分析

2.1 各种儿茶素单体的tR值及外标法回归

在高效液相色谱的检测条件下，进行五种茶多酚主要单体成分:L-表没食子儿茶素(L-EGC)、D，L-儿茶素(D，L-C)、L-表儿茶素(L-EC)、L-表没食子儿茶素没食子酸酯(L-EGCG)和L-表儿茶素没食子酸酯(L-ECG)的HPLC检测，得各单体HPLC的标准色谱图(图略)，各单体的保留时间tR(见表1)作为定性分析的依据。各单体按外标法进行的定量测定的相关性结果见表1。由表1可知，利用高效液相色谱法定量分析儿茶素各主要单体，通过对被测定单体的峰面积Y对进样量X(μg)进行线性回归，所得线性回归方程的线性相关系数均在0.9996～0.9999的范围内，具有良好的线性关系。

表1 HPLC分析中儿茶素各组分的tR值及线性回归方程和定量系数

2.2 微波辅助萃取中的溶剂比较与选择

微波辅助萃取技术属于溶剂萃取技术的一种。运用溶剂提取法的关键，是选择适当的溶剂。萃取溶剂的选择是微波辅助萃取过程中最重要的一环。一般地，选择萃取溶剂应考虑目标分析物在溶剂中的溶解度，溶剂与基质的相互作用以及溶剂的微波吸收特性还有对后续反应的影响等［3-5］。

MAE使用的溶剂可分为水、亲水性有机溶剂及亲脂性有机溶剂，被溶解物质也有亲水性及亲脂性的不同。由于非极性溶剂介电参数小，对微波透明或部分透明，无法进行萃取分离，必须加入一定比例的极性有机溶剂，因此在微波萃取时，要求溶剂必须具有一定的极性，对目标组分有较强的溶解能力，对后续测定的干扰较少［6］。常见的提取溶剂可分为三类:水;亲水性的有机溶剂，如乙醇、甲醇等，以乙醇最常用;亲脂性的有机溶剂，如石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯等。

水分子呈极强的极性，是吸收微波能的最好介质，能吸收绝大多数的微波能，升温快，易产生溶剂爆沸现象。乙醇和甲醇也是吸收微波能的良好介质，能吸收微波产生升温。而乙酸乙酯是极性较低的介质，吸收微波能力差，仅能吸收极少量的微波能，升温效果差。一般地，溶剂的介电常数越大即极性越大，对微波的吸收能力越强。

本实验分别选取了水、甲醇、乙醇和乙酸乙酯作为实验萃取溶剂进行比较，这四种萃取溶剂介电性差异较大，具有代表性。如以纯水的介电常数为基准，甲醇、乙醇和乙酸乙酯的介电常数分别是纯水的41.7%、31.03%和7.69%，即可量化推知它们吸收微波能力的差异。

在微波输出功率为540W时，以水、乙醇、甲醇和乙酸乙酯作为萃取溶剂浸提3.5min，采用HPLC作为检测手段检测浸提液中儿茶素单体含量，同时可以检出其中的咖啡碱的组分峰(与廖旭辉等报道的现象相似［7］)。各儿茶素各单体的得率见表2，各萃取溶剂的HPLC谱图见图1～图4。

表2 微波场中不同萃取溶剂的儿茶素各单体浸出效果比较

图1 微波场中以水作为萃取溶剂的儿茶素各单体及咖啡碱的HPLC图谱注:1.L-EGC;2.D，L-C;3.咖啡碱;4.L-EC; 5.L-EGCG;6.L-ECG;图2～图4同。

一般来说，萃取溶剂的介电常数越大，其吸收微波转化为热能而产生的热效应就越大，其浸出得率也就会越大;反之就越小。甲醇的介电常数只是纯水的41.7%，可认为甲醇吸收的微波能产生的热效应比纯水少。而且纯水和甲醇浸提时，都产生爆沸现象，说明这两种溶剂都已达到它们的沸点。微波场中，甲醇产生的热效应也可认为是比纯水少，但由表2可以看出，甲醇浸提儿茶素的浸取率却比纯水浸提还要高5.15%，说明甲醇对儿茶素的浸提不是只按热效应的浸提效能进行浸提，还与微波对极性溶剂甲醇和极性分子儿茶素的共同作用和微波对儿茶素在甲醇里的选择性加热萃取有关，存在着一定的选择性萃取现象。

图2 微波场中以甲醇作为萃取溶剂的儿茶素各单体及咖啡碱的HPLC图谱

图3 微波场中以乙醇作为萃取溶剂的儿茶素各单体及咖啡碱的HPLC图谱

图4 微波场中以乙酸乙酯作为萃取溶剂的儿茶素各单体及咖啡碱的HPLC图谱

以乙醇作为萃取溶剂，其介电常数比甲醇低，所以总体的萃取效率略低于甲醇。以乙酸乙酯作为萃取溶剂，由于其极性低，溶剂极性分子少，同时对茶叶浸润率差，微波对浸提得率的贡献不明显，故其萃取率低。另外用有机溶剂甲醇和乙醇提取，产品的纯度和得率提高。

由表2可看出，酯型儿茶素单体(L-EGCG和L-ECG)用甲醇和乙醇萃取较用水萃取效果理想，浸出量较大，萃取效率较高。其他三种简单儿茶素单体则以纯水作萃取溶剂萃取效率最优。而极性低的乙酸乙酯作萃取溶剂时儿茶素各单体浸出量都大幅减少。

对于极性溶剂的MAE，在微波场中，萃取溶剂分子和萃取目标组分中的极性分子存在着吸收微波能力的差异以及两者之间都会存在相互的作用，从而使被萃取目标物质从基体中分离，溶解到溶剂中的效果存在差异。本研究中，酯型儿茶素单体(L-EGCG和L-ECG)用甲醇和乙醇作为溶剂萃取比用水萃取的浸出得率高。甲醇的萃取结果与乙醇相似，但因甲醇的介电常数较大，极性较强，故其吸收微波的能量较多，萃取效率较乙醇高。但乙醇为有机溶剂，毒性小，价格便宜，来源方便，有一定设备即可回收反复使用，且乙醇的提取液不易发霉变质。由于这些原因，用乙醇提取的方法在微波辅助萃取过程中是较为理想的溶剂。

比较而言，在MAE过程中，乙酸乙酯的浸出率大大低于水、甲醇和乙醇，一方面是由于这种非极性溶剂吸收微波能少;另一方面是茶叶经过干燥，本身水分含量低，乙酸乙酯对茶叶的浸润效果也很差，茶多酚单体难以均匀分散在低极性的溶剂中，故不能有效地被提取出来。

2.3 添加离子提高MAE效果及分析

关于离子迁移机制，一般认为是通过离子的电泳产生热能的。如:NaCl在水溶液中将会解离成Na+和Cl-，在电场存在的情况下，正离子沿着电场负极方向移动，负离子沿着电场正极方向移动。由于微波场中电场方向是变化的，因此离子将会做来回的振荡，使之与相邻的离子碰撞，这种碰撞将会产生能量，并以热量的形式释放出来，表现为物料的温度升高，从而达到将微波转化成热能的目的。

实验中，在微波输出功率为540W时，以水作为萃取溶剂浸提3.5min，在溶剂中分别添加了0.1、0.3、0.5mol/L的NaCl，增加离子浓度来进行微波辅助浸提，得样品液，再采用高效液相色谱法(HPLC)测定各萃取溶剂的儿茶素各单体的浸出量，见表3。

表3 微波场中不同离子浓度对儿茶素单体浸出得率(%)的影响

从表3可以看出，当添加NaCl浓度为0.1mol/L时，儿茶素各单体的得率比纯水略增加了，说明适当增加萃取溶剂的离子浓度有利于微波辅助萃取效率的提高。但溶剂的离子浓度进一步增加时，儿茶素各单体的浸出量反而下降，这可能是离子浓度过大会削弱微波能量对基质的作用，造成微波对溶剂体系辐射效能的下降，导致各单体浸出量的下降，有待进一步深入研究探讨。

3 结论

微波对甲醇浸提茶多酚各种儿茶素单体有强化效果。酯型儿茶素单体(L-EGCG和L-ECG)用甲醇或乙醇萃取较用水萃取效率高，而其他三种简单儿茶素单体(L-EGC、D，L-C、L-EC)则是以纯水作为萃取溶剂萃取效率为佳。乙酸乙酯对儿茶素各单体的浸出量相对水、甲醇和乙醇都大幅减少。适当增加萃取溶剂的离子浓度，有利于微波辅助萃取效率的提高。但溶剂的离子浓度进一步增加时，儿茶素各单体的浸出量反而下降。

［1］李健.微波萃取技术在中药方面的应用［J］.贵阳中医学院学报，2002，24(4):38-39.

［2］K Ganzler.Microwave extraction-a novel sample preparation method for chromatography［J］.J Chromatography，1986，371: 299-306.

［3］聂金媛，张梦军.微波辅助提取方法和技术在中药与天然产物研究与开发中的应用［J］.长沙大学学报，2003，17(4): 40-42.

［4］李里特.微波在食品加工中应用的原理和特点［J］.食品工业科技，1991(6):3-7.

［5］张卫国，郝志亮，陈永泉.微波技术及其在食品工业上的应用［J］.湛江海洋大学学报，2003，23(3):71-76.

［6］RenoeB.Microwaveassisted extraction［J］.American Laboratory，1994(8):34-39.

［7］廖旭辉，嵌耀京.高效液相色谱法测定茶叶儿茶素［J］.广西热作科技，1992(3):16，21.

Differences between different solvents in microwave-assisted extraction of green tea extract

LIU Zi-qin，HUANG Hui-hua*
(Department of Food Science and Technology，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

Research was carried out on the differences between different solvents in microwave-assisted extraction of green tea extract.The results showed that the extraction yields of the main two catechin monomers， epigallocatectin gallate(L-EGCG)and epicatectin gallate(L-ECG)were higher in the cases of methanol and ethanol as solvent than purified water.Compared with purified water，methanol and ethanol，ethyl acetate showed the lowest extraction yields of catechins as solvent.Appropriate addition of NaCl in water could improve the efficiency of microwave-assisted extraction.

catechin;microwave-assisted extraction;solvent;ionic concentration

TS201.1

A

1002-0306(2011)03-0100-04

传统的固-液萃取过程中，萃取的选择性很差，有限的选择性只能通过改变溶剂的性质或延长溶剂萃取的时间来获得，前者由于同时受溶解能力和扩散系数的限制，选择面很窄;后者则降低了萃取效率和速度［1］。微波萃取技术 (Microwave-Assisted Extraction，MAE)是Ganzler［2］于1986年提出的利用微波能进行萃取的方法，由于微波能对萃取体系中的不同组分进行选择性加热，因而成为能使目标组分直接从基体分离的萃取过程，提高了选择性;另一方面，微波加热利用分子和离子的极化效应直接对物质进行加热，因此热效率高，升温快速均匀，大大缩短了萃取时间，提高了萃取效率［1］。本实验主要探讨了绿茶茶叶中活性成分儿茶素单体在不同性质的溶剂下，微波辅助萃取的效率和选择性差异，以利用微波提高萃取目标成分的萃取效率。

2010-02-22 *通讯联系人

刘自琴(1986-)，女，硕士研究生，研究方向:农产品加工及贮藏工程。

国家“863”计划项目(2007AA100404);广东省科技计划项目(2010B020312005)。