茶梗中营养成分及茶多酚提取工艺的研究

李 杨 ，何 勇 ，林银娜

（1.漳州科技职业学院 食品科技学院，福建漳州 363200；2.漳州天康检测技术有限公司，福建漳州 363200）

茶多酚，又称茶单宁，简称TP，大量存在于茶叶中。其结构中有酚性羟基，因此易发生氧化、聚合、缩合等反应，因此成为一种较好的消除自由基活性剂和抗氧化剂[1]。由于其能清除自由基和抗衰老，从20世纪80年代开始，茶多酚已在食品保鲜[2]、医药[3]、化妆品[4-5]等方面得到了广泛的应用。

茶叶在加工生产过程中，会产生废弃物，如茶梗、茶渣等。茶梗中含有茶多酚、茶氨酸等活性物质，目前茶梗的普遍用途是制作茶枕和去味使用[6]。500克铁观音毛茶可产约100克茶梗，福建茶叶资源丰富，每年废弃大量茶梗，造成资源的浪费。若可以对茶梗中的茶多酚进行提取并加工利用，既可提高茶叶的附加值，又能变废为宝，使资源得到充分的利用。许雨石[7]从铁观音茶梗中提取茶梗中的茶多酚，提取率为71.73mg/g，纤维素酶浸提的总糖含量最高，可达122.55 mg/g；单宁酶浸提的总游离氨基酸含量为 27.57 mg/g。张婷婷[8]从武夷岩茶茶梗中采用超声波浸提工艺提取茶多酚，提取率为15.46%。

本文对茶梗中营养成分进行分析，对茶梗中茶多酚的提取工艺进行研究，研究料液比、浸提温度、提取时间、茶梗粒径四个因素对茶多酚含量的影响，并进行正交实验，得出茶多酚提取的最佳工艺，为后续茶梗中茶多酚提取物在饮料中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

铁观音茶梗（购于安溪县茶园）；酒石酸钾钠（分析纯）；硫酸亚铁（分析纯）；磷酸氢二钠（分析纯）；磷酸二氢钾（分析纯）；硫酸（分析纯）；盐酸（分析纯）；硼酸（分析纯）；石油醚（分析纯）；95%乙醇（分析纯）；丙酮（分析纯）；蒽酮（分析纯）。

1.2 仪器与设备

T6型紫外分光光度计（北京普析）；CP214电子天平（美国奥豪斯公司）；数显恒温水浴锅；循环水式真空泵；KDN-818全自动凯氏定氮仪（阿尔瓦）；电热鼓风烘干箱；高温马弗炉。

1.3 方法

1.3.1 一般营养成分含量的测定方法

水分含量的测定采用GB5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》[9]中的直接干燥法；粗灰分的测定采用GB5009.4-2016《食品安全国家标准食品中粗灰分的测定》[10]；蛋白质含量的测定采用GB5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》[11]中的凯氏定氮法；脂肪含量的测定采用GB5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》[12]中的索氏抽提法；粗纤维含量的测定采用GB5009.88-2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》[13]；多糖含量的测定采用蒽酮硫酸法测定[14]。

1.3.2 茶梗中总茶多酚的含量的测定[15]

准确吸取茶梗浸提液1.0mL，注入25mL容量瓶中，加水4.0mL，酒石酸铁溶液5.0mL，用缓冲液定容至刻度，混匀。用10mm比色皿，以试剂空白作参比（即于25mL容量瓶中不加茶汤，只加酒石酸铁溶液5.0mL和水5.0mL，用缓冲液定容至刻度，混匀），于波长540nm处测吸光度（A）。

1.3.3 料液比对茶多酚提取率的影响

准确称取3g（精确至±0.1 mg）粉碎过40目筛的茶梗末，按料液比分别为 1∶20，1∶30，1∶40,1∶50，1∶60 的比例加入 80℃的热水，在 80℃恒温水浴锅中，提取30min，快速过滤，得到澄清的茶梗浸提液，定容至250ml容量瓶中备用。

1.3.4 温度对茶多酚提取率的影响

准确称取3g（精确至±0.1 mg）粉碎过40目筛的茶梗末，加入体积为 120ml温度分别为 50℃，60℃，70℃，80℃，90℃的热水在相应温度的恒温水浴锅中提取30min后快速过滤，得到澄清的茶梗浸提液，定容至250ml容量瓶中备用。

1.3.5 时间对茶多酚提取率的影响

准确称取3g（精确至±0.1 mg）粉碎过40目筛的茶梗末，加入体积为120ml温度为80℃的热水，放在80℃的水浴锅中分别提取20min、30min、40min、50min、60min 后快速过滤，得到澄清的茶梗浸提液，定容至250ml容量瓶中备用。

1.3.6 茶梗粒径对茶多酚提取率的影响

准确称取3g（精确至±0.1 mg）粉碎过分别过16目、40目、80目、100目、140目、200目筛的茶梗末，加入体积为120ml80℃的热水，在80℃恒温水浴锅中，提取30min后快速过滤，得到澄清的茶梗浸提液，定容至250ml容量瓶中备用。

1.3.7 正交试验设计

根据上述单因素试验结果，选用L9（34）正交实验表设计实验，选取料液比（A）1∶40、1∶50、1∶60；温度（B）70℃、80℃、90℃；时间（C）20min、30min、40min；茶梗粒径（D）80目、100目、140目四个因素的 3个最佳水平来建立正交因素水平表，以茶多酚含量为评价指标，确定茶多酚提取的最佳工艺。

2 结果与分析

2.1 茶梗中一般营养成分的分析

本文对茶梗中的水分、粗灰分、蛋白质、脂肪、粗纤维、粗多糖、茶多酚等一般成分进行分析检测，从表1可看出，茶梗中粗纤维的含量为37.39%，茶多酚含量为8.07%，蛋白质含量为8.15%，粗脂肪含量为1.85%，茶多糖含量1.10%。其中蛋白质主要是以茶氨酸形式存在，膳食纤维含量占比很高，膳食纤维是现代健康饮食不可缺少的一部分，可以促进消化，可以添加到食品中，成为一种很好的原料。茶多酚是具有抗氧化功能的活性成分，可以消除人体自由基，可以制成保健品，保护人身体健康；以上结果表明，茶梗富含粗纤维，茶多酚、茶氨酸等营养成分，是一种可以利用的资源。

表1 茶梗中一般营养成分检测结果（n=3）

2.2 料液比对茶多酚含量的影响

图1 液料比对茶多酚浸提含量的影响

该实验比较了不同料液比对茶梗中茶多酚的提取率的影响，由图1可知：随着料液比从1：20增大到1：50，茶多酚的提取率不断升高，料液比在1：60-1：70范围内时，茶多酚的含量基本恒定。这是因为溶剂用量达到一定比例时茶梗中的的茶多酚已经基本提取出，即使增加水的用量，提取率提高的幅度会随着料液比的增大而减小，还给后续的提取工艺增加难度。因此选取料液比为 1：40、1：50、1：60作为正交试验的三个水平。

2.3 浸提温度对茶多酚含量的影响

该实验比较了不同温度对茶梗中茶多酚提取率的影响，由图2可知：当温度在50℃-90℃之间时，随着温度的升高，茶多酚的提取率不断提高，当温度达到90℃时达到最大，之后随着温度的升高，茶多酚的提取率反而下降。温度会加快茶多酚的提取速率，在一定范围内，随着温度的升高，提取时溶剂推动力加强，从而使茶多酚从茶梗中溶出扩散到水中的速度加快,使其提取率增大，所以在一定范围内，浸提温度的升高加快茶多酚的提取。当温度达到90℃时，已经达到的溶解度的高峰，温度在升高，反而使茶多酚被氧化降解,在高温下不能长时间稳定的存在，从而降低茶多酚的提取率。因此选取70℃、80℃、90℃作为正交实验的三个水平。

图2 浸提温度对茶多酚浸提含量的影响

2.4 浸提时间对茶多酚含量的影响

该实验比较了不同时间对茶多酚提取率的影响，从图3可以看出：20-40min内，随着时间的延长，茶多酚提取率增加，在40min时达到最大值。在50min-60min内，茶多酚含量趋于平衡。随着时间的增加，水溶液中的茶多酚含量较高，茶梗中的其他成分也随之浸提出来，不利于茶多酚的浸提；同时，茶多酚的热稳定性差，长时间在高温环境中，容易被氧化分解，从而降低其含量。时间过长，降低了浸提效率，时间过短，茶梗浸提不充分，造成原料浪费；因此选取30min、40min、50min作为正交实验的三个水平。

图3 提取时间对茶多酚含量的影响

2.5 茶梗粒径对茶多酚含量的影响

图4 茶梗粒径对茶多酚浸提含量的影响

该实验比较了不同茶梗粒径对茶多酚提取率的影响。由图3可知：在16目-100目范围时，随着茶梗粒径的不断减小，茶梗中茶多酚的含量不断增加。在过筛目数为100时，提取率达到最大值。在100目-200目时，茶多酚含量随着茶梗粒径的减小而增加。导致这种现象的原因是：一定范围内，茶梗粒径减小，其溶剂与茶梗的接触面积增大，从而增大茶多酚的提取率。当粒径大小达到一定范围时，茶多酚已可以较完全地溶出，再减小粒径对茶多酚含量几乎不产生影响。同时粒径过小，会导致茶梗中果胶等杂质大量溶出，从而增加了茶汤的粘稠度，使可溶性物质不易溶出，从而加大了后续加工工艺如过滤的困难性。因此选取过筛孔数为80目、100目、140目作为正交试验的三个水平。

2.6 正交设计试验结果

表3 正交实验结果以及结果分析

由表3的极差值可知，四个因素对茶多酚的提取率影响顺序为：温度（B）〉料液比（C）〉时间（A）〉过筛孔径（D），即温度对茶多酚的浸提取率影响最大，其次料液比、时间，过筛目数对茶多酚的提取率影响最小。从k值大小可知，茶多酚提取的最佳优化组合为A2B3C3D2即：提取时间30min，温度为90℃，料液比为 1：60，过筛孔径为100目。通过重复性试验验证了最佳工艺条件下的茶多酚的提取率为8.682%。

2 结论

本文对茶梗中营养成分进行分析，得出茶梗中的水分含量为9.57%，蛋白质含量为8.15%，粗灰分含量为3.14%，粗脂肪含量为1.85%，粗纤维含量为37.39%，茶多酚含量为8.07%，茶多糖含量为1.10%。茶梗富含粗纤维、粗蛋白、茶多酚，是可利用资源。

水提法提取铁观音茶梗中茶多酚含量，对其提取工艺进行了研究，选取料液比、浸提温度、浸提时间、过筛目数四个单因素进行单因素实验，根据单因素实验选取三个水平做正交试验，对结果进行分析得出影响茶多酚提取率的主次顺序依次为：温度（B）〉料液比（C）〉时间（A）〉过筛孔径（D），即温度对茶多酚的浸提取率影响最大，其次料液比、时间，过筛目数对茶多酚的提取率影响最小。通过正交实验得出茶多酚提取的最佳工艺为：提取时间30min，温度为90℃，料液比为1∶60，过筛孔径为100目。通过重复性试验验证了最佳工艺条件下的茶多酚的提取率为8.682%。

福建安溪铁观音每年都会产生大量的茶梗，这些茶梗都会被丢弃，因此造成资源浪费，本文以铁观音茶梗为研究对象来考察不同提取工艺对茶梗中的茶多酚含量的影响，得到最佳提取工艺，为后续茶梗中的茶多酚的应用提供理论依据。