各因素对超声辅助提取茶多酚的影响综述

伍 璇，张 媛，刘玉德，石学智

（北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048）

茶多酚，又称茶鞣质或茶单宁，是茶叶中多酚类物质的总称，包括黄烷醇类、花色苷类、黄酮类、黄酮醇类和酚酸类等[1]。茶多酚具有很强的抗氧化性和生理活性，是人体自由基的清除剂，具有延缓衰老、抑制心血管疾病、预防和辅助治疗癌症、美容护肤等优点，在油脂、食品、医药、化妆品、饮料等行业具有广泛的应用前景[2-4]。

近年来茶多酚的提取和应用受到国内外广泛关注[5]。目前应用较多的是溶剂萃取法和离子沉淀法。但是沉淀法中的沉淀剂价格较贵、毒性强，达不到食品和医药工业标准，限制了产品的应用。故国内外的研究报道多着重于溶剂萃取法，但该法的缺点在于高温使产品色泽加深，且提取率较低[6-7]。作为一种高效安全的提取技术，近年来超声辅助提取在植物资源研究中有较多的应用。超声辅助提取茶多酚具有工艺简单、提取温度低、回收率高、氧化损耗小、节时、节能、提取率高等优点，同时避免了有毒溶剂的使用，具有良好的工业推广价值[8-9]。为此，本文主要对超声辅助提取茶多酚过程中，几个重要的影响因素作了综述。在提取茶多酚时，找到不同因素随提取率的变化规律，对提取工艺中参数的设定具有重要意义。

1 超声辅助提取工艺

1.1 辅助提取原理

超声辅助提取茶多酚是对提取过程进行超声波强化处理，利用超声波的机械破碎和空化作用，加剧分子运动，使植物细胞组织更易破碎，释放出胞内物，从而加速茶多酚从茶叶中向溶剂扩散的速度，缩短浸提时间，增加其提取率[10-12]。

1.2 工艺流程

工艺过程为：茶叶—粉碎—超声波处理—提取液—萃取—粗品茶多酚—纯化—精制茶多酚[13-15]。

2 超声提取茶多酚的影响因素

2.1 原料与粒度

根据制造方法不同，茶叶可分为绿茶、黄茶、白茶、青茶、红茶和黑茶六大类。绿茶为不发酵茶（发酵度为零）；其他五种均为发酵茶，且发酵度依次增加[16]。

根据不同茶叶初制过程中发酵程度的不同，得出绿茶、黄茶、黑茶、青茶、白茶、红茶的茶多酚（儿茶素）保留量依次减少，也就是茶多酚氧化程度逐次增大[17]。绿茶初制要经过杀青、揉捻、干燥。杀青是用高温破坏鲜叶中酶的活性，抑制儿茶素的酶促氧化，所以绿茶茶多酚的保留量最大，氧化程度最低，防止了茶叶变红，保证了绿色[18-19]。

不同产地，不同品质的茶叶原料其茶多酚提取率是不等的，即便同一产地的茶叶，品质不同，提取率也不同。但并非档次越高提取率越高，这正是以粗老茶、修剪茶制备茶多酚的经济效益所在[20]。因此，从经济合理、降低成本的角度考虑，可以使用茶叶下脚料如茶叶末、茶叶灰或陈年茶叶。

茶叶粒度的大小对茶多酚提取效果影响也较大。茶叶粒度越细，其内部植物细胞的破碎程度就越高，就越有利于其在溶剂中的溶出；但粒度过细会引起茶多酚氧化加快，且粒度越细，茶叶末的加工越困难，加工成本越高。大量试验表明，过40目的茶叶末浸提效果更好[21-23]。

2.2 溶剂及pH的选择

茶多酚具有极强的极性，可溶解于水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等极性溶剂，不溶于乙醚、石油醚、氯仿等非极性溶剂。并且乙醇的极性强于水，因此茶多酚在乙醇中的溶解度高于水及其它溶剂。实验研究表明，在相同条件下，（含水）乙醇作溶剂时，茶多酚的提取率较高，溶剂为乙酸乙酯、水、甲醇、丙酮时，提取率依次降低，但乙酸乙酯初提物中茶多酚的含量最高，（含水）乙醇次之，水、甲醇、丙酮粗提物中茶多酚纯度较低[24-26]。因此，工业生产时可以根据不同的需求选用不同的溶剂。

茶多酚在偏酸性环境下能较好的保持稳定，在碱性条件下会有明显氧化。研究发现，pH≤4.5时，茶多酚氧化率随时间的变化不明显；4.5＜pH＜7.0时，氧化率随时间的变化较为缓慢，但已有明显氧化；当pH≥7.0，尤其在强碱性介质中，随时间的延长，氧化十分严重[27-28]。

2.3 料液比

茶多酚的溶出量随着料液比的加大而增大，但是，料液比增加到一定程度后，茶多酚溶解于溶剂中接近饱和，茶多酚溶出量增长变得缓慢，因此随着料液比的增加，茶多酚提取率先增加后减少[29-30]。料液比太小，混合物浓度大，萃取时易发生乳化现象，且液体粘度大，空化较难发生；料液比太大对提取后溶剂的回收不利。工业生产时，在保证一定提取率基础并从经济技术角度考虑，溶剂用量越少越好，这样可降低成本，减少提取液体积，减轻后序工作。

2.4 温度

在低温区随着温度升高茶多酚提取率会增加，但温度高过一定值后，提取率反而会降低[31]。因为茶多酚是一种多羟基酚类物质[32]，热稳定性不好，高温下加热时间一长易被氧化，导致一部分茶多酚丢失，另外，随着温度的升高，超声波的空化效应可能减弱，提取率反而会降低。

2.5 提取时间

超声提取初期，茶叶细胞内有效成分含量呈现过饱和状态，浓度为提取温度下茶多酚的饱和浓度。随着提取的进行，茶叶细胞内的茶多酚含量逐渐向非饱和状态过渡，而溶剂中茶多酚含量却逐渐增大。提取后期，茶叶细胞内茶多酚浓度与提取介质中茶多酚的浓度达到动态平衡。此外随着提取时间延长，茶多酚可能被空气中的氧所氧化，或是高温条件造成部分氧化，因此，提取率略有下降[33]。

超声提取能在短时间内把茶叶中大部分的茶多酚提取出来，这是由于超声波所具有的机械粉碎和空化效应等作用，增大了物质分子运动频率和速度，增加了溶剂的穿透力，提高有效成分溶出速度和溶出数量，从而大大缩短了茶多酚的提取时间[34]。

2.6 超声功率与频率

随着超声波功率的增大，茶多酚得率也随之增大，在达到较好的提取效果后继续增大超声功率，提取率逐渐下降[35]。这主要是因为超声功率增大，超声作用增强，使空化泡的运动比较剧烈；但是随着超声功率进一步增大，加速了提取液的流动，从而物料停留在超声场中的时间减少，破壁作用随之减弱，茶多酚溶出速率减小，再加上功率越大产生的热效应越强，可能破坏茶多酚的结构，使得有效的茶多酚含量减少。

由于超声空化的阈值随频率升高而增大，低频超声更接近空化阈值，也就更易发生空化。这是因为随着频率升高会导致声波膨胀相时间变短，空化核来不及增长到可产效应的空化泡，即使有空化泡形成，声波的压缩相时间太短，空化泡可能来不及发生崩溃。因此，高频超声提取效率低于低频超声，所以单频超声提取时应尽量使用低频。

另外，现在研究得较多的是多频超声提取来代替当前的单频超声提取技术。多频超声是利用两束及以上超声同时在溶液中传播，具有协同作用，在单位时间里，多频超声产生的空化崩溃次数多于单频超声，可以增加溶液中空化泡的数量，充分发挥了不同频率超声波的特点，消除了驻场波，使声场更加均匀，提取效果更佳[36-37]。试验研究表明，从茶多酚的溶出角度考虑，低频超声有利；从扩散角度考虑，高频超声有利[38]。因此，多频超声提取茶多酚在浓度、提取率和提取速率三个方面都优于单频超声提取。

2.7 提取级数

提取次数越多，茶多酚的溶出量就越多。但是有机溶剂的用量增加也就使处理量加大，成本上升。同时大量研究发现，经过二次超声辐射后茶多酚的提取率可达到90%左右，三级提取后茶多酚的提取率已变化不大[39]。

3 结论

超声波能提高茶多酚提取率的主要原因是通过超声波的空化作用，加速茶多酚从茶叶向溶剂扩散速率。从上述分析中可以得到，茶叶原料与粒度、溶剂的选择与pH、料液比、温度、时间、功率、频率、提取级数都对超声辅助提取茶多酚产生影响。茶叶发酵时间越短，粒度越细，溶剂pH越小，超声频数越多，提取级数越大，茶多酚的提取率就越高。而提取率随着料液比、温度、提取时间、超声功率的增大呈现先上升后下降的趋势。另外，研究发现，采用多频超声提取时，超声换能器间的相对位置对提取效果有影响，正交辐射比相向平行辐射效果好，这是今后深化研究的方向。

[1]姜佳星，阮林浩，刘焱，等.茶叶中茶多酚的特性及在食品中的应用[J].茶叶通讯，2013，40（1）：10-13.

[2]张晓梦，倪艳，李先荣.茶多酚的药理作用研究进展[J].药物评价研究，2013，36（2）：157-160.

[3]邓志汇.液氮提取茶鲜叶的茶多酚及其降血脂研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[4]钱红飞.茶多酚在蚕丝染色中的应用与抗紫外线性能[J].纺织学报，2012，33（2）：68-72.

[5]JGupta，Y H Siddique，TBeg，etal.A review on the beneficial effects of tea polyphenols on human health[J].International Journal of Pharmacology，2008，4（6）：314.

[6]付勇，李万林，张哲，等.茶多酚提取方法的研究进展[J].饮料工业，2013，16（5）：15-16.

[7]阮雪莲.离子沉淀法、溶剂萃取法提取茶多酚的比较研究[J].蚕桑茶叶通讯，2010（1）：30-31.

[8]宋传奎，肖斌，王艳丽，等.超声波辅助提取茶多酚工艺条件的优化[J].西北农林科技大学学报，2011，39（5）：133-139.

[9]蒋丽，王雪梅，全学军，等.不同提取方法对茶多酚理化性质的影响[J].食品科学，2010，31（14）：136-139.

[10]Ezzohra N，Valerie T，Hakima E H，et al.Mierovave-assisted water extraction of green tea polyphenols[J].Phyto-chem Anal，2009，209（9）：120-123.

[11]Jianrui Lv，Rongliang Xue，Jing Zhao，et al.An optimal dose of tea polyphenols protects against global cerebral ischemia/ reperfusion injury[J].Neural Regeneration Research，2013，8（9）：783-787.

[12]陶阿丽，孙维矿，杨光，等.茶多酚的提取及应用研究进展[J].现代企业教育，2011（2）：147-149.

[13]王璎珞，李雪蕊，王昕，等.茶多酚提取工艺的方法讨论[J].农业机械，2012（8）：148-151.

[14]付婧，岳田利，袁亚宏，等.真空耦合超声提取茶多酚的工艺研究[J].西北农林科技大学学报，2013，41（3）：172-177.

[15]Hassan Sereshti，Soheila Samadi，Mehdi Jalali-Heravi.Determination of volatile components of green，black，oolong and white tea by optimized ultrasound-assisted extraction-dispersive liquid-liquid microextraction coupled with gas chromatography [J].Journal of Chromatography A，2013，1280（6）：1-8.

[16]邢国凯，张玮，王甜甜，等.茶叶主要组分与发酵度联系的研究[J].河北大学学报，2013，33（1）：26-28.

[17]Fang Yu，Jianchun Sheng，Juan Xu，et al.Antioxidant activities of crude tea polyphenols，polysaccharides and proteins of selenium-enriched tea and regular green tea[J].European Food Research and Technology，2007，225（6）：843-848.

[18]Baruch Narotzki，Abraham Z Reznick，Dror Aizenbud，et al.Green tea：A promising natural product in oral health[J].Archives of Oral Biology，2012，57（6）：429-435.

[19]张天英，支春翔，张浩，等.茶叶发酵过程中多酚变化规律及抗氧化性研究[J].湖北农业科学，2011，50（15）：3146-3147.

[20]张银仓.废茶叶综合利用工业化生产工艺研究[D].西安：西北大学，2011.

[21]施郁荫，刘宝林.茶叶原料对速溶茶粉茶多酚含量的影响[J].广东农业科学，2013，39（2）：90-92.

[22]黄少漫，冯婉莹，李洪燕.不同制茶工艺与时间对茶叶中茶多酚含量影响的研究[J].饮料工业，2013（3）：26-27.

[23]袁海波，邓余良，陈根生.不同杀青工艺原料茶加工饮料品质稳定性的研究[J].茶叶科学，2012，32（3）：236-240.

[24]Xin Zhang，FeiXu，Yuan Gao，etal.Optimising the extraction of tea polyphenols-epigallocatechin gallate and theanine from summer green tea by using response surface methodology[J].International Journal of Food Science&Technology，2012，47（6）：2151-2157.

[25]Vijay S Thakur，Karishma Gupta，Sanjay Gupta.The Chemopreventive and Chemotherapeutic Potentials of Tea Polyphenols[J].Current Pharmaceutical Biotechnology，2012，13（1）：679-680.

[26]Jianhui Ye，Fangyuan Fan，Xinqing Xu，et al.Interactions of black and green tea polyphenolswithwholemilk[J].Food Research International，2013，53（1）：449-455.

[27]R Jayabalan，S Marimuthu，K Swaminathan.Changes in content of organic acids and tea polyphenols during kombucha tea fermentation[J].Food Chemistry，2006，102（1）：392-398.

[28]Di-Cai Li，Jian-Guo Jiang.Optimization of themicrowaveassisted extraction conditions of tea polyphenols from green tea [J].International Journal of Food Sciences and Nutrition，2010，61（8）：837-845.

[29]赵敏，唐美华，张之翼，等.茶多酚的加速溶剂萃取与分析[J].南京工业大学学报，2012，34（4）：123-124.

[30]李忠岐，刘小乔，高静.茶多酚提取预处理工艺[J].陕西师范大学学报，2012，40（4）：61-64.

[31]朱德文，岳鹏翔，袁弟顺，等.超声波辅助浸提茶鲜叶中茶多酚的工艺研究[J].中国农机化，2011（1）：112-115.

[32]卢聪聪.茶多酚的化学改性和脂溶性茶多酚分离分析[D].上海：上海交通大学，2008.

[33]吕远平，姚开，何强，等.树脂法纯化茶多酚的研究[J].中国油脂，2003（10）：64-66.

[34]王昕，廖克俭.铁观音绿茶茶多酚提取工艺研究[J].当代化工，2012，41（9）：916-918.

[35]林硕.超声-微波协同逆流提取的工艺及设备研究[D].合肥：安徽农业大学，2009.

[36]曹雁平，刘佐才，徐小丽，等.红茶氨基酸、茶多酚、咖啡因的低强度多频超声浸取特性[J].精细化工，2006，23（11）：1078-1080.

[37]陈维楚.超声协同静电场强化提取过程机理研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[38]S Mostafa Siadatmousavi，F Jose，G W Stone.On the importance of high frequency tail in third generation wave models[J].Coastal Engineering，2011，60（10）：248-260.

[39]王芳，董乐，林娈.蓬蘽叶中茶多酚的微波提取[J].广东农业科学，2009（11）：120-123.