机械化学法辅助提取废茶渣中茶多酚工艺研究

袁淑芳，李大刚，沈庆魁，陈珍萍

(黎明职业大学材料与化工学院，福建泉州 362000)

机械化学法辅助提取废茶渣中茶多酚工艺研究

袁淑芳，李大刚，沈庆魁，陈珍萍

(黎明职业大学材料与化工学院，福建泉州 362000)

研究机械化学法辅助提取废茶渣中茶多酚的最佳工艺，分别进行单因素试验和正交试验，从固相试剂配比、研磨时间、洗脱时间、洗脱次数、 pH值等多个方面探讨了提取工艺参数。得出的最佳提取条件为固相试剂配比(茶末与固相试剂质量比)1:0.6、研磨时间5min、洗脱时间5min、洗脱次数3次、pH值为4。

机械化学法；茶多酚；工艺研究

茶多酚是茶叶中多羟基酚类化合物的总称，又名茶单宁、茶鞣质，简称为TP(Tea ployphenols)，含量约占茶叶干物质总量的15%～30%。其主要成份是儿茶素类化合物(包括表儿茶素、表没食子儿茶素、表儿茶素没食子酸酯和没食子儿茶素没食子酸酯)，约占茶多酚总量的65%～80%，除儿茶素类外，还含有黄烷酮类、 酚酸类和花色苷及其苷元等物质[1]。茶多酚因其化学结构带有多个活性羟基，而具有抗氧化、抗辐射、抑菌、抗病毒、降血糖和血脂、预防心血管疾病、防癌、抗肿瘤、抗衰老等多种天然生物活性，现已广泛应用于医药、食品、精细化工等领域中[2-7]。

目前常规的提取茶多酚的方法有：溶剂萃取法、金属离子沉淀法、树脂吸附分离法、超临界流体萃取法、超声波或微波辅助萃取法等[8-14]。这些方法有的要用有毒溶剂或重金属盐，影响其在医药、食品行业中的应用;有的虽不用有毒的化学品，但设备的投资费用以及能耗都相对较大，生产成本较高，制约了茶多酚行业的发展。所以，新型茶多酚提取纯化工艺有待于进一步开发研究。

机械化学法[15-18]是近年来将机械力与化学反应相结合引入到天然生物活性成分提取而形成的一门新技术，该法依靠机械力作用使植物物料达到超微粉碎状态，使有效成分与固相试剂能更充分地发生反应，提高有效物质在特定溶剂中的溶解性，从而实现了在常温下用水作浸提剂就能得到有效物质的高提取率，不但降低了能耗，节省了生产成本，提高了生产效率，而且没有有机溶剂的污染，是一种绿色、环保的提取技术。目前该法用于茶多酚的提取还鲜有报道，本文拟针对机械化学法辅助提取废茶渣中茶多酚的工艺进行探讨。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

实验用茶为福建地产的铁观音废茶渣;四水合酒石酸钾钠、硫酸亚铁、十二水合磷酸氢二钠、碳酸钾、磷酸、乙醇、磷酸二氢钾等均为分析纯。

WFJ 7202B型可见分光光度计(尤尼柯(上海)仪器有限公司)；FE20型实验室PH计(梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司)；SE-2020型电子天平(梅特勒—托利多常州衡器有限公司)；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)；78HW-1型恒温磁力搅拌器(海博迅实业有限公司医疗设备厂)；XQM-04L型变频行星式球磨机(南京大冉科技有限公司)；GZX-9140 MBE型数显鼓风干燥箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)。

1.2 工艺路线

机械化学法辅助提取废茶渣中茶多酚的工艺路线如图1所示。

图1 机械化学法辅助提取废茶渣中茶多酚的工艺路线图

1.3 实验方法

1.3.1 茶叶干物质含量的测定

分别称取混合均匀的茶末1g于10个已洗净烘干做好标记的50mL烧杯中，并记录下每个装有茶末的烧杯的质量，将其放入数显鼓风干燥箱中，将温度控制在103℃，分别在烘干一定时间后，取出测其质量，计算茶叶干物质含量。

1.3.2 供试品溶液制备

称取混合均匀的茶末1g于已洗净烘干的球磨罐中，按照试验方案加入不同量的固相试剂碳酸钾，放入变频行星式球磨机中研磨，按规定研磨时间取出，将茶粉移入100ml的烧杯中，用20ml的无水乙醇搅拌洗脱一定时间，经几次洗脱后抽滤，抽滤后的滤渣用50mL去离子水溶解，同时边搅拌边加入一定量的磷酸将pH调节至规定值，将此溶液做试品溶液，按酒石酸亚铁比色法GB/T 8313-2002测其吸光度，计算茶叶中茶多酚的含量。

1.3.3 单因素试验

分别考察乙醇洗脱次数、洗脱时间、固相试剂配比、研磨时间、pH值对机械化学法辅助提取茶末中茶多酚的提取率的影响。洗脱次数采用1、2、3、4、5次五个水平，洗脱时间采用1、3、5、7、9min 五个水平，固相试剂配比采用1：0.1、 1：0.3、1:0.6、1:0.8、1:1五个水平，研磨时间采用2、5、10、12、15 min五个水平，pH值采用2、3、4、5、6、7六个水平。试验条件： 茶叶1g，无水碳酸钾一定量，研磨一定时间，洗脱用无水乙醇20ml，加磷酸控制pH值。控制其它因素不变，改变其中一因素，探讨其对茶多酚提取率的影响。

1.3.4 正交实验

根据单因素实验结果确定的最佳的洗脱时间、洗脱次数，再选用固相试剂配比、研磨时间、pH值做三因素三水平试验，设计如表1所示的L9(34)正交表。

表1 正交试验因素水平表

1.4 分析方法

采用酒石酸亚铁比色法GB/T 8313-2002测定茶多酚的含量。

准确吸取试液1mL，注人25mL的容量瓶中，加水4mL和酒石酸亚铁溶液5mL，充分混合，再加pH7.5磷酸盐缓冲液至刻度，用10mm比色杯，在波长540nm处，以试剂空白溶液作参比，测定吸光度(A)。

茶多酚质量分数按公式(1)计算。

(1)

式中： L1— 试液的总量，mL； L2— 测定时的用液量，mL； M0— 试样的质量，g；m — 试样的干物质含量，%； A— 试样的吸光度；1.957—用10mm比色杯，当吸光度等于0.50时每毫升浸提液中含茶多酚相当于1.957mg。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 洗脱次数对茶多酚提取率的影响

图2 洗脱次数对茶多酚提取率的影响

图3 洗脱时间对茶多酚提取率的影响

由图2可知，前3次洗脱茶多酚含量下降比较明显，洗脱3次以后下降趋势趋于平缓。这是由于头一两次洗脱，乙醇的量有限且乙醇与茶粉的混合不够充分，不能将茶粉中叶绿素、咖啡因全部洗出，随着洗脱次数的增多，茶粉中叶绿素、咖啡因能更多地被乙醇溶解进入有机相,其对吸光度产生的影响减弱，测得的茶多酚含量就越接近真实值。洗脱3次以后，大部分叶绿素、咖啡因被洗出，再增加洗脱次数，茶多酚含量变化不明显，所以从无水乙醇的用量考虑，最佳的洗脱次数为3次，以下试验均采用3次洗脱。

2.1.2 洗脱时间对茶多酚提取率的影响

由图3可知，洗脱时间为小于5min时茶多酚含量下降的趋势比较明显，洗脱时间大于5min时下降趋势趋于平缓。这是由于在洗脱的前5min考察时间范围内，洗脱时间是一个控制因素，洗脱时间短，茶粉还不能充分地被乙醇浸泡，茶粉中的可溶于乙醇的成分如叶绿素、咖啡因等在较短的时间内来不及浸出，随时间延长，不断被洗脱出来。洗脱5min后，茶粉已得到充分的浸泡，大多数的叶绿素、咖啡因等物质已被洗脱，再增加浸泡时间已没有意义，故最佳洗脱时间为5min,以下试验均采用5min洗脱。

2.1.3 固相试剂配比对茶多酚提取率的影响

图4 固相试剂配比对茶多酚提取率的影响

图5 研磨时间对茶多酚提取率的影响

图6 pH值对茶多酚提取率的影响

由图4可知，当固相试剂配比为1：0.6时，茶多酚提取率开始趋于平衡，这表明这种情况下碳酸钾与茶叶中的茶多酚能够充分作用，再多加碳酸钾已无必要，过多反而会造成茶多酚氧化，且导致用酸浸取茶多酚时耗酸过多。故最佳固相试剂配比为1：0.6，以下试验均采用1：0.6的固相试剂配比。

2.1.4 研磨时间对茶多酚提取率的影响

由图5可知，研磨时间从2min增加到5min，茶多酚的提取率提高了68%，而后茶多酚的提取率随研磨时间的增长反而逐步降低。原因是研磨时间不到5min，混合物料粒度研磨得不够细，颗粒较粗，茶多酚不能与碳酸钾充分接触，不能完全反应，部分仍以茶多酚的形式存在，用乙醇洗脱时会与咖啡因和叶绿素一并被洗掉而损失，致使茶多酚提取率不高。当研磨时间为5min时，研磨的粒度已足够细，使茶多酚与碳酸钾能充分接触，完全反应，茶多酚的提取率比较高，这时如果再增加研磨时间，只会加大摩擦，造成茶多酚氧化损失。因此最佳研磨时间取5min,以下的试验采用5min的研磨时间。

2.1.5 pH值对茶多酚提取率的影响

试验结果如图6所示。

由图6可知，pH值为4时，茶多酚的提取率最高，所以最佳的pH值取4。

2.2 正交实验

本试验考察了固相试剂配比、研磨时间、pH值对机械化学法提取茶多酚的影响，实验结果见表2。

表2 正交试验结果

从极差分析得出，机械化学法辅助提取茶多酚的最佳工艺条件为X3Z3Y1，即固相试剂配比(茶末与固相试剂的质量比)为1:0.6、pH值为4、研磨时间为5min。各因素所起作用的主次顺序为：固相试剂配比>pH值>研磨时间。在优化的提取工艺条件下提取得到茶多酚的含量为6.36%。

3 结论

本研究采用机械化学法辅助提取茶末中茶多酚，在单因素试验的基础上进行了正交试验，从固相试剂配比、研磨时间、洗脱时间、洗脱次数、pH值等多个方面探讨了提取工艺参数，得出的最佳提取条件为固相试剂配比(茶末与固相试剂质量比)1:0.6、研磨时间5min、洗脱时间5min，洗脱次数3次、pH值为4。

机械化学辅助提取实现用水作溶剂，具有提取率高、耗时少、工艺简单、绿色环保等特点，是茶多酚提取的一种有效方法。

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On the Mechanochemical Process Assisted Extraction of Tea Polyphenol from Tea Waste

YUAN Shu-fang, LI Da-gang, SHEN Qing-kui, CHEN Zheng-ping

(College of Material and Chemical Engineering, Liming Vocational University, Quanzhou Fujian 362000, China)

The mechanochemical process assisted extraction of tea polyphenol from tea waste was researched, single factor experiment and orthogonal experiment were carried out, and extraction process parameters were studied from the perspectives of the solid reagent ratio, milling time, elution time, elution times, pH value. The best conditions of extraction are attained: the solid reagent ratio is 1:0.6; the milling time is 5 minutes; the elution time is 5 minutes; the elution times are 3; pH value is 4.

mechanochemical process; tea polyphenol; technical study

2013-10-18

福建省教育厅A类科技项目(JA11328)。

袁淑芳(1965- )，女，安徽临泉人，黎明职业大学材料与化工学院副教授，从事天然活性物质的提取与应用研究。

TS201.1

A

1008-178X(2014)01-0064-05