化学振荡法测定黑茶中茶多酚的含量

阙百超，姜 晓，谭 敏，唐 也，谢 丹

(湖南城市学院 材料与化学工程学院，湖南 益阳 413000)

化学振荡法测定黑茶中茶多酚的含量

阙百超，姜 晓，谭 敏，唐 也，谢 丹*

(湖南城市学院 材料与化学工程学院，湖南 益阳 413000)

本实验建立葡萄糖-丙酮-硫酸锰-溴酸钾-硫酸的B-Z振荡反应体系，考察没食子酸丙酯及黑茶茶多酚提取液对振荡体系的扰动﹒实验结果显示：没食子酸丙酯的浓度在一定范围内与振荡体系振幅的改变量(ΔE)呈现线性关系，其线性方程为ΔE=57.242 59×lnc+295.626 59，线性范围0.025 g/L～0.225 g/L，检出限为6.25×10-3g/L；另外利用该振荡体系对黑茶提取液中的茶多酚进行测定，其结果与紫外-可见分光光度度法测定结果相近；同时分析了茶多酚对葡萄糖振荡体系扰动的振荡机理﹒利用此体系测定黑茶茶多酚含量，成本低、耗时短、操作简单﹒

茶多酚含量；没食子酸丙酯；黑茶；B-Z振荡

茶多酚是黑茶的重要化学组成，是茶叶中多酚类物质的总称，是一类多羟基酚类化合物的混合物，俗名称为茶鞣质或茶单宁[1]﹒其主要成分包括黄烷醇类、花色苷类、黄酮类、黄酮醇类和酚酸类等﹒茶多酚中儿茶素含量占总量的65%～80%左右，茶叶中的儿茶素类又可分为3种游离型态与2种酯化的没食子酸﹒它的作用主要包括抑制心血管疾病、抗癌防癌、抗辐射、抗菌、抗病毒等[2-3]﹒

B-Z型振荡反应是对一类能呈现化学振荡的反应系统的总称，研究重点已逐渐移向与生命现象有密切联系的有机底物参与的振荡反应[4-5]﹒同时，利用振荡反应对天然有机产物的分析测定尚处于起步阶段，其原理是：待测物质对稳定的化学振荡体系会产生扰动，不同浓度待测物引起振荡反应的某些参数(振荡周期、振幅、诱导期等)的改变也会不同，而改变量与待测物浓度之间往往呈现良好的线性关系[6-7]，所以可通过此参数来确定待测物质的浓度﹒

目前比较成熟的测定茶叶中茶多酚含量的方法，主要是以没食子酸为标准物质的紫外可见分光光度法﹒另外，高效液相色谱(HPLC)法、滴定法、原子吸收光谱法等也有所发展[8]﹒本实验以化学振荡法来测定黑茶中茶多酚含量，建立了以维持生命运动的基本物质(葡萄糖)和参与振荡反应的葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮体系，并利用此振荡体系来检测黑茶中茶多酚的含量﹒区别于传统方法，此次研究选取更廉价易得的没食子酸丙酯作为茶多酚标准品进行实验，成本低、耗时短、操作简单﹒

1 实验准备

1.1 仪器

本文在实验中所使用的仪器主要包括：BZOAS-IIS型微机测定 B-Z振荡反应实验系统(南京大学应用物理研究所)；FC-104电子天平(上海精密科学仪器有限公司)；HK-2A超级恒温槽(南京大学应用物理研究所)；DFT-200手提式中药粉碎机(青州天地中药设备厂)；213型铂电极(上海雷磁电极制造厂)；217型甘汞电极(上海雷磁电极制造厂)；UV-2000型紫外可见分光光度计(上海尤尼柯)；RE-52AA型旋转蒸发仪(上海嘉鹏科技有限公司)﹒

1.2 原料和试剂

原料：黑茶(湖南城市学院生物工程实验室)，干燥粉碎过80目筛，备用﹒

试剂：硫酸、丙酮、溴酸钾、硫酸锰、葡萄糖、没食子酸丙酯皆为分析纯﹒

2 实验方法

2.1 B-Z振荡体系的建立

以铂电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极﹒实验在温度为310±0.20 K下进行，反应体系总体积为50 mL，恒定转速﹒在100 mL恒温夹套玻璃反应容器中依次加入硫酸、硫酸锰、丙酮、葡萄糖溶液，恒定温度下搅拌10 min，再加入同温度的溴酸钾溶液﹒同时，利用微机实验系统记录混合电势E随时间t的振荡曲线﹒通过改变各反应物溶液的浓度，分析其对振荡反应的影响，建立适合检测的稳定体系﹒

2.2 黑茶中茶多酚的提取

称取5.0 g黑茶研磨至粉末，用滤纸包好置于索氏提取器中，加入150 mL体积分数为60%的乙醇，加热提取 2 h，然后将提取液旋转蒸发至15 mL，再用等体积石油醚萃取3次，合并有机相并置于旋转蒸发仪中，再加入20 mL蒸馏水，旋蒸至10 mL，最后定容至100 mL容量瓶中，所得溶液即为茶多酚提取液﹒

2.3 标准曲线的建立及黑茶提取液中茶多酚含量的检测

分别在诱导期(加入溴酸钾后立即进样)、第7波峰、第7波谷加入没食子酸丙酯溶液，考察其扰动情况，选择合适进样位置，加入系列浓度没食子酸丙酯溶液，建立浓度与某一参数改变量关系的标准曲线﹒在同一位置加入已知稀释倍数的提取液(保证提取液浓度在检测区间)，根据某一参数改变量，用标准曲线计算出茶多酚的含量﹒

3 结果与讨论

3.1 葡萄糖-BrO3--Mn2+-H+-丙酮体系的振荡

在c丙酮=0.048 mol/L；c溴酸钾=0.030 mol/L；c硫酸锰=0.005 mol/L；c葡萄糖=0.010 g/L；c硫酸=0.901 mol/L；T=310±0.20 K，总体积为50 mL的条件下，反应得该体系的典型振荡曲线，见图1﹒

图1 葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮体系的振荡图谱

葡萄糖体系的振荡情况与中间产物Br2和Br-有较大关系，只有当体系中 Br2浓度维持在一定范围，振荡才能发生[6]﹒Mn2+作为催化剂，不加入时振荡不发生，随着Mn2+浓度增加，诱导过程中间产物 Br2加快积累，使诱导期缩短；而振荡过程中只增加Br2的生成量，不影响Br2的消耗﹒故而周期变长，振幅略微升高﹒丙酮作为有机底物，主要与Br2发生取代反应，使Br2维持在一定浓度﹒丙酮浓度增加，诱导过程 Br2积累变慢，所以诱导期延长，但对振荡过程影响不大﹒葡萄糖作为还原剂，既与Br2的消耗有关，又能使Mn3+转化为Mn2+﹒当其浓度低时，Mn3+的还原缓慢，使诱导期变长，而浓度过高时，大量消耗 Br2，抑制振荡反应的发生，寿命大大减短﹒KBrO3作为氧化剂，浓度低时振荡难以发生﹒随着浓度增加，Br2加快生成，诱导期减短，周期变长，振幅变大﹒硫酸浓度影响体系pH，与各基元反应都有关系，同时促进 Br2的生成和消耗，但对生成的影响大于对消耗的影响，所以诱导期变短，周期变短，对振幅影响不大﹒综合分析，得到各反应物浓度稳定振荡范围见表1﹒

表1 葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮体系中可产生振荡的各物质浓度范围

图2 没食子酸丙酯对B-Z振荡体系的影响

3.2 反应温度的影响

温度主要影响振荡反应的诱导期和振荡周期，对振幅的影响不明显﹒各反应物浓度相同的条件下，反应温度升高，振荡反应的诱导期、振荡周期、振荡寿命均缩短﹒这可能是由于升高温度，基元反应的速率加快，中间产物加速积累﹒温度过高，振荡不稳定，影响检测准确性；温度过低，诱导期过长，影响检测效率﹒根据实际实验情况，考虑研究的现实指导意义，本文中反应温度选择人体正常温度310±0.20 K﹒

3.3 没食子酸丙酯对葡萄糖-BrO3--Mn2+-H+-丙酮振荡体系的影响

在葡萄糖振荡体系的基础上分别在诱导期、第7波峰、第7波谷加入没食子酸丙酯溶液，得到了没食子酸丙脂对葡萄糖振荡体系的扰动图谱如图2所示﹒

显然没食子酸丙酯对振荡体系有明显扰动﹒当在体系开始建立时进样，主要影响了诱导期时长(延长600 s左右)，而对振幅、周期几乎没有影响﹒当选择在第7波峰、第7波谷进样，振荡体系的振幅有了较大的改变，并且缩短了体系的振荡寿命，这表明在振荡过程中加入没食子酸丙酯能与某中间产物作用进而参与振荡反应[6]﹒

大量实验显示不同的没食子酸丙酯浓度对诱导期的影响较大，但是诱导期的该变量与没食子酸丙酯的浓度不成线性关系﹒在第7波谷进样时，波形比较稳定，振幅改变较大，并且振幅的改变量与没食子酸丙酯的浓度成线性关系，因此选择在第7波谷加入不同浓度的没食子酸丙酯溶液﹒

3.4 没食子酸丙酯标准曲线的建立

配制一系列不同浓度的没食子酸丙酯溶液，在最优条件下，于第7个波谷加入没食子酸丙酯进行实验，考察不同浓度的没食子酸丙酯溶液对B-Z振荡体系的扰动情况﹒

通过对实验数据分析可知：当没食子酸丙酯的浓度在0.025 g/L～0.225 g/L内，其浓度与进样时振荡体系振幅的改变量(ΔE)有良好的线性关系，即ΔE=57.242 59×lnc+295.626 59，其线性相关度R=0.996，没食子酸丙酯检出限为 6.3×10-3g/L﹒没食子酸丙酯的标准曲线见图3﹒

图3 没食子酸丙酯的标准曲线

为证明实验的准确性和重现性，在相同条件下，重复进行了6组实验，实验数据见表2﹒计算相对标准偏差(RSD)为1.6%，该数值小于5%，保证了分析测定茶多酚具有较高的准确度﹒

表2 化学振荡法测定没食子酸丙酯含量

3.5 葡萄糖振荡体系测定黑茶中茶多酚的实用性探讨

本实验运用化学振荡法对提取的黑茶溶液中的茶多酚含量进行了测定﹒将黑茶提取液稀释不同倍数，分别进行试验，并在振荡图谱上读取进样时电位下降量ΔE，运用公式

即可求得茶多酚的含量，测定5次，得其平均值为0.753 5 g/L﹒

为验证用没食子酸丙酯为标准品的葡萄糖振荡体系检测黑茶中茶多酚含量的准确性，笔者利用常规方法紫外可见分光光度法对同一样品进行测定，比较结果见表3﹒

实验表明振荡法的检测结果接近紫外可见分光光度法﹒用葡萄糖-丙酮-硫酸锰-溴酸钾-硫酸体系测得黑茶中的茶多酚的含量，其样品加标回收率如表4所示，其加标回收率分别为99.0%和101.0%，说明该方法可用于茶多酚的定量测定﹒

表3 紫外-可见分光光度法和化学振荡法测定结果比较

表4 回收率测定结果

3.6 没食子酸丙酯对 B-Z振荡反应产生影响的可能机理

葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮体系在一定范围内能产生稳定的振荡图谱，振荡过程中涉及一系列基元反应，Br2是最关键的中间产物，直接影响振荡反应的质量，Br2过多或过少都会限制反应的发生，而体系中每一种底物的浓度都与 Br2的产生或消耗有关系﹒因为没食子酸丙酯具有多种活性官能团，将其加入葡萄糖-BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮体系一定会对振荡参数产生影响﹒当没食子酸丙酯被引入振荡体系后，振荡的诱导期变长，原因可能有3个方面﹒

(1)没食子酸丙酯是常见的还原剂，体系中加入没食子酸丙酯可产生反应，该反应消耗了氧化剂，因此反应速率减慢，从而使诱导期变长，即没食子酸丙酯+Mn3++5H+→Mn2++还原产物a；

(2)没食子酸丙酯中邻 2羟基结构与 Mn3+发生配位反应，[Mn3+]/[Mn2+]的比值发生改变，根据电极电位的Nernst方程，没食子酸丙酯加入使振幅对应的电位降低，但振荡波形基本保持不变；

(3)没食子酸丙酯可能易与Br2发生亲电加成，影响 Br2的积累，使周期变长，其可能的机理为诱导期：BrO3-+Mn2++5H+→Mn3++HOBr+2H2O没食子酸丙酯+Mn3++5H+→Mn2++还原产物a Mn3++葡萄糖→Mn2++氧化产物b Br2+CH3COCH3→BrCH2COCH3+Br-+H+﹒

4 结论

(1)本文研究了没食子酸丙酯和茶多酚对葡萄糖振荡体系的影响，建立了一种检测黑茶中茶多酚的新方法﹒利用没食子酸丙酯浓度与振荡体系振幅的改变量(ΔE)有良好的线性关系，即ΔE=57.242 59×lnc(没食子酸丙酯)+295.626 59，线性范围0.025 g/L～0.225 g/L，检出限为6.3×10-3g/L，可以较为准确的测定黑茶中的茶多酚含量，与其他方法相比，该方法具有仪器设备简单、操作简便、灵敏度高和稳定性好的特点﹒

(2)酸性条件下，茶多酚可与体系中存在的氧化性成分发生氧化作用，与Mn3+发生络合反应及与Br2发生亲电加成，必然对原振荡体系的振荡参数产生影响﹒

(3)葡萄糖是维持生命运动的基本物质，本文以葡萄糖为有机底物研究茶多酚对振荡反应的影响，能加深对茶多酚作用与人体机理的理解，对茶多酚相关食品、药品的开发与应用具有一定指导意义﹒

[1]张妙芬. 茶叶中茶多酚含量测定方法的研究[J]. 化学工程与装备, 2012(5): 152-155.

[2]李睿, 帅建军. 茶多酚的分离提取及其性质研究[J]. 江苏教育学院学报: 自然科学版, 2008, 25(4): 26-29.

[3]赖红伟, 曹宏梅, 王宇卓, 等. 化学振荡法测定绿茶中茶多酚的含量[J]. 食品研究与开发, 2015, 36(21): 139-142.

[4]谢丹, 王姣亮, 龙立平, 等. 一种检测加碘黑茶中碘含量的新方法[J]. 湖南城市学院学报: 自然科学版, 2015, 24(1): 70-73.

[5]王姣亮, 龙立平, 李旺英, 等. 葡萄糖振荡体系及检测Cr(Ⅵ)方法[J]. 应用化学, 2009, 26(2): 214-218.

[6]杨富巍. 化学振荡在分析化学中的应用及化学振荡新体系的发现[D]. 兰州: 西北师范大学, 2005.

[7]王姣亮, 李旺英, 龙立平, 等. 关于黄柏(川)电化学指纹图谱的研究[J]. 化学试剂, 2011, 33(1): 25-29.

[8]雷存喜, 吴德燕. 益阳黑茶中茶多酚含量测定研究[J]. 湖南城市学院学报: 自然科学版, 2009, 18(4): 45-47.

(责任编校：龚伦峰)

Determination of Tea Polyphonels in Dark Tea by Using Chemical Oscillation Method

QUE Baichao, JIANG Xiao, TAN Min, TANG Ye, XIE Dan*
(School of Material Science and Chemical Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China)

The B-Z oscillating system of glucose-BrO3--Mn2+-H2SO4-Acetone was established in experiment. The disturbance of propyl gallate and dark tea polyphenol extract on the oscillating system were investigated. The results indicated that a well linear relationship existed between the concentration of propyl gallate and the change of oscillating amplitude(ΔE), the regression equation is as follows: ΔE=57.242 59×lnc+295.626 59 and the range was 0.025 g/L～0.225 g/L, which with a detection limit of 6.25×10-3 g/L, in addition, we make a measurement of tea polyphenols extract use the oscillating system. The result is close to the UV-vis spectrophotometry's. Meanwhile, we analysed the oscillation mechanism of perturbation of tea polyphenols on glucose oscillation system. The concentration of polyphenols in dark tea can be determined simply, quickly and cheaply by this method.

tea polyphenols content; propyl gallate; dark tea; B-Z oscillation

O646

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.05.0016

1672–7304(2017)05–0074–05

2017-08-21

黑茶金花湖南省重点实验室开放基金项目(2016TP1022)；湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目(湘教通[2016]283号)

阙百超(1996- )，男，湖南益阳人，湖南城市学院在校本科学生，主要从事电化学传感研究﹒E-mail: 2075683918@qq.com.*通讯作者简介：谢丹(1984- )，女，湖南益阳人，讲师，硕士，主要从事物理化学研究﹒E-mail: dan.xie@csu.edu.cn