超声萃取-紫外分光法快速测定茶叶中咖啡因

高海荣，陈秀丽，杨玉珍，金岳恒

（1.郑州师范学院化学化工学院，河南郑州450044；2.郑州师范学院生命科学学院，河南郑州450044）

超声萃取-紫外分光法快速测定茶叶中咖啡因

高海荣1，陈秀丽1，杨玉珍2，金岳恒1

（1.郑州师范学院化学化工学院，河南郑州450044；2.郑州师范学院生命科学学院，河南郑州450044）

采用超声萃取-紫外分光光度法测定五种不同的茶叶中咖啡因的含量，结果表明：最佳超声提取条件：超声功率150 W，温度60℃，时间30 min；5种不同茶叶咖啡因含量顺序为：粗老绿茶＞普洱＞金骏眉＞信阳毛尖＞铁观音。紫外分光光度计法显示：水溶剂咖啡因的最大吸收波长为273 nm，线性回归方程为：A=0.048 55C-0.028 54，r为0.999 2，浓度在0.00～25.00 μg/mL，线性关系良好，平均回收率为96.42%，RSD＜2.0%。该方法简便快速，准确，可用于茶叶中咖啡因含量测定。

茶叶；超声波；萃取；咖啡因；紫外分光光度法

我国茶叶资源丰富，但利用率却极低，大量的为中低档茶均存在不同程度的滞销，在广大农村茶区，粗老茶叶由于价格低廉，大多弃之不采，造成了很大的资源浪费。诸多研究发现茶叶中含有咖啡因、茶多酚和茶多糖等重要的生物活性物质[1]，其中咖啡因是茶叶中最主要的生物碱，它不仅是构成茶汤滋味的重要组分，而且具有强心、利尿、解毒、平喘、提神益思、降三高等药用功效[2-3]，已广泛应用于茶饮料及新型食品的开发[4]。因此快速准确地测定各类茶叶中咖啡因含量成为挑选茶应用的一个重要依据。经典分析法是采用回流抽提法，操作繁长，仅抽提过程就需2 h～3 h。将超声技术应用于茶叶咖啡因的萃取具有快速、价廉、高效等优点[5-7]，另外，超声波提取是一个物理过程，主要是利用了超声波辐射产生的强烈空化效应及击碎和搅拌作用，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促进提取的进行[8-9]，浸提过程无化学反应发生，对浸提物尤其是热敏性材料能很好地保持其原有的性质[10]。

本文采用超声波萃取-紫外分光光度法测定5种茶叶咖啡因含量。该方法具有操作简便、省时快速、准确度高等特点，具有推广价值。对不同品种的茶叶进行分析与研究，为茶叶资源的开发与利用提供科学的理论参考。

1 材料与方法

1.1 主要仪器及试剂

T6新世纪紫外可见分光光度计：北京慧龙环科环境仪器有限公司；超声波仪（KQ-250DE，功率250 W，40 kHz）：昆山市超声仪器公司；咖啡因标准样品（国家试剂中心）；盐酸，0.01 mol/L；浓硫酸（A.R）；50%碱性醋酸铅溶液：称取50 g碱性醋酸铅，加蒸馏水100 mL，经超声溶解后备用；咖啡因标准贮备液：50%碱性醋酸铅溶液：称取50 g碱性醋酸铅，加蒸馏水100 mL，经超声溶解后备用；咖啡因标准贮备液：准确称取10 mg咖啡因标准样品，以蒸馏水定容于100 mL容量瓶中摇匀作为储备液（c=100.0 μg/mL）。

1.2 茶叶材料

茶叶为市售常见的五种茶叶，分别为信阳毛尖：河南信阳；普洱：云南普洱；金骏眉（属乌龙茶）：福建武夷山；铁观音：福建安溪；粗老绿茶：河南信阳。

1.3 方法

1.3.1 茶叶中咖啡因的超声萃取法

准确称取0.5 g（准确至0.000 1 g）干燥的茶叶粉末，转移至100 mL三角烧瓶中，加对应提取温度的蒸馏水50 mL，置于超声仪中，设置超声功率、提取时间、提取温度等参数超声萃取。待超声萃取后，趁热将样品溶液抽滤并将滤液转移至100 mL容量瓶并定容。准确吸取滤液10 mL于50 mL容量瓶中，加1 mL 50%碱性醋酸铅溶液，5 mL 0.01 mol/L盐酸，加水定容，静置、过滤，在滤液中加入4滴浓硫酸，静置、过滤，准确吸取25 mL滤液于50 mL容量瓶定容待测。在波长273 nm处，以蒸馏水作参比，测定溶液中咖啡因含量。1.3.2 咖啡因水溶液标准曲线的制作

分别移取上述咖啡因储备液（c=100.0 μg/mL）0.00、2.50、5.00、7.50、10.00、12.50 mL于6个50 mL容量瓶中用蒸馏水定容，得到浓度为0.00、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00 μg/mL的系列标准溶液。通过紫外分光光度计对咖啡因标准溶液的光谱扫描图（见图1）可知，在273 nm波长处有最大吸收。通过测定标准样品得标准曲线（如图2），其线性方程为：A=0.048 55C-0.028 54，r为0.999 2，说明在0.00～25.00 μg/mL范围内，线性关系良好。

图1 咖啡因在水溶剂中的吸收光谱Fig.1 The absorption spectrum of caffeine in water solvent

图2 水溶剂中咖啡因标准曲线Fig.2 The standard curves of caffeine in water solvent

2 结果与讨论

2.1 超声功率对咖啡因收率的影响

称取0.5 g粗老绿茶于100 mL三角烧瓶中，加入已预热至40℃恒温水50 mL作溶剂，超声时间设置为30 min，温度设置为40℃，依次改变辐射功率，探讨超声功率对咖啡因收率的影响，结果见表1。

表1 超声辐射功率对咖啡因收率的影响Table 1 The influencing of ultrasonic power on the yield of caffeine

据表1结果可知：超声辐射功率对咖啡因收率有较大影响。总体看来，大功率收率明显大于小功率，但在150 W以上，收率变化不明显，且随着功率增大，茶叶中其它杂质成分提取增多，增加了检测前纯化的难度，故150 W功率符合要求，后续试验中无特殊说明均在150 W功率下进行。

2.2 超声时间对咖啡因收率的影响

设定超声功率150 W，温度40℃，改变超声辐射时间，探讨其对收率的影响，结果见表2。

表2 超声辐射时间对咖啡因收率的影响Table 2 The influencing of ultrasonic time on the yield of caffeine

萃取时间是保证萃取是否完全的一个重要因素，结果发现随萃取时间的延长，收率呈现先快速升高后缓慢降低的趋势。在超声辐射时间为30 min时，收率最高，随着时间的延长，收率反而降低，因此选定最佳超声萃取时间为30 min。

2.3 萃取温度对咖啡因收率的影响

设定超声功率150 W，时间30 min，改变超声辐射温度设置，探讨其对收率的影响，结果见表3。

表3 超声辐射温度对咖啡因收率的影响Table 3 The influencing of temperature on the yield of caffeine

实验表明：随着超声水浴温度的升高，咖啡因收率随之升高。显然在实验条件下，60℃为最佳超声萃取温度。

2.4 五种不同茶叶中咖啡因含量分析

通过上述以粗老绿茶为研究对象，对超声波萃取茶汤中咖啡因含量进行了测定，并探讨了超声功率、萃取温度、萃取时间等单因素对咖啡因收率的影响，测定结果表明，超声工艺的最佳条件为：超声功率150 W，温度60℃，时间30 min。在此优化工艺条件下，又分别对信阳毛尖（河南信阳）、普洱（云南普洱）、金骏眉（福建武夷山）、铁观音（福建安溪）四种名茶进行了咖啡因含量的测定，结果见表4。

表4 五种不同茶叶超声萃取及紫外检测结果Table 4 The results of five different types of tea by ultrasonic extraction and and uv spectrophotometry

续表4 五种不同茶叶超声萃取及紫外检测结果Continue table 4 The results of five different types of tea by ultrasonic extraction and and uv spectrophotometry

以上数据表明，5种不同茶叶中咖啡因含量大小关系：粗老绿茶＞普洱＞金骏眉＞信阳毛尖＞铁观音。粗老绿茶中咖啡因含量高于四种名茶中咖啡因含量，说明茶叶市场价及品质与茶叶中咖啡因含量没有直接关系。其中信阳毛尖和铁观音绿茶系列咖啡因含量低于金骏眉（红茶）和普洱（黑茶），这说明发酵茶的咖啡因含量高于未发酵茶（信阳毛尖）或半发酵茶（铁观音）。从信阳毛尖和信阳粗老绿茶的对比结果看来，老茶的咖啡因含量高于嫩茶。

咖啡因标准品和茶叶样品提取的咖啡因紫外光谱扫描一致（见图3～图4），测定数据的相对标准偏差（RSD）为0.028%～1.064%，均低于2.0%，回收率为92.90%～102.4%，平均回收率为96.42%，符合仪器分析要求。

图3 咖啡因标准样品紫外光谱扫描曲线Fig.3 The UV spectral scanning curves of the caffeine in standard sample

3 结论

1）本研究对超声波萃取茶叶中咖啡因工艺参数进行了探究，结果发现：超声波最佳浸提工艺为：功率150 W，温度60℃、浸提时间30 min。

图4 茶叶样品咖啡因紫外光谱扫描曲线Fig.4 The UV spectral scanning curves of caffeine in tea sample

2）五种不同茶叶中咖啡因含量大小关系：粗老绿茶＞普洱＞金骏眉＞信阳毛尖＞铁观音。显然，价格低廉的信阳粗老绿茶却有高含量的生物活性物质咖啡因，因此可作为工业及医药上咖啡因提取的重要茶源。

3）紫外光谱扫描所得的曲线与标准样对照，峰值均为272 nm～274 nm，在主吸收峰附近无杂峰，说明干扰杂质已基本除去，不影响峰形，保证了检测结果的准确性；标准曲线线性方程为：A=0.048 55C-0.028 54，r为0.999 2，平均回收率为96.42%，RSD＜2.0%，测定结果符合仪器分析要求。

综上所述，与传统高温浸提方式相比，超声波萃取-紫外分光光度法具有低温、高效快速的特点，测定结果准确，适用于各类茶叶中咖啡因含量的测定，具有推广价值。

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The Rapid Detection of Caffeine in Tea by Ultrasonic Extraction and UV Spectrophotometry

GAO Hai-rong1，CHEN Xiu-li1，YANG Yu-zhen2，JIN Yue-heng1
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Zhengzhou Normal University，Zhengzhou 450044，Henan，China；2.School of Life Sciences，Zhengzhou Normal University，Zhengzhou 450044，Henan，China）

By ultrasonic extraction and UV spectrophotometry detection the caffeine contents in five different types of tea were detected.The results showed the optimum ultrasonic extraction conditions：power 150 W，temperature 60℃，time of 30 min；the contentions of caffeine in five different tea are coarse old green tea＞Pu 'er tea＞Jinjunmei＞Xingyang maojian＞Tie Guanyin.The max absorbance of caffeine was detected by ultraviolet spectrophotometry at wavelength 273 nm.The relationship of the absorbance （A）and the concentration（C）was linear from 0.00 to 25.00 μg/mL（r=0.999 2），The linear equation was A=0.048 55C-0.028 54.The average recovery was 95.46%，the relative standard deviations were less than 2.0%.This method can he used for the determination of caffeine in tea because of its its simple，rapid and accurate characteristics.

tea；ultrasound；extraction；caffeine；ultraviolet spectrophotometry

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.020

河南省高等学校重点科研项目（15A150084）

高海荣（1973—），女（汉），讲师，硕士，主要从事食品分析方向的研究。

2014-01-06