茶叶中咖啡因提取技术研究

2020-01-07王船英

生物化工 2020年4期

王船英

（安徽医学高等专科学校，安徽合肥 230601）

咖啡因是一种生物碱，临床研究证明，其具有缓解疲劳、兴奋神经中枢、促进血液循环和利尿等作用[1-4]；但过量摄入，会让人出现头晕、心跳加速等副作用[5]。茶叶中咖啡因含量在1%～5%，是医用咖啡因的重要来源[6-8]。咖啡因在热水、三氯甲烷中易溶，在水、乙醇、丙酮中微溶，在乙醚中微溶[9]。从茶叶中提取咖啡因有多种方法，现对各种提取方法进行总结，并对其优缺点进行梳理评价。

1 水提法

水提法是利用咖啡因在水(特别是热水)中具有一定的溶解性进行提取。张䶮等[10]通过对比实验，分别称取10 g茶叶末，一份选择索氏提取器，用150 mL水连续提取2 h后，浓缩提取液干燥升华得到咖啡因晶体称重为45 mg。另一份采用直接水提法，连续操作8次。合并8次提取液后浓缩并称重得到89 mg咖啡因晶体。通过实验可以看出，以水为提取液，溶剂成本低、绿色环保，仪器简单，操作方便，有一定的实用性；但水提法咖啡因产率不高，且在浓缩提取液时，去除其中的水比较费时。

2 有机溶剂提取法

实验室提取咖啡因，通常采用索氏提取器，以乙醇为提取剂对茶叶末进行连续提取，浓缩升华得到晶体。刘立增等[11]以铁观音碎茶为原料，以95%乙醇为提取剂，在250 mL圆底烧瓶中加入80 mL 95%乙醇和少量沸石，在索氏提取器中连续提取10次，去除提取液中的乙醇，加入生石灰，焙炒至粉状后升华得白色针状咖啡因晶体,产率为108mg/10g。邵建群等[12]以不同浓度的乙醇为提取剂，考察提取时间、料液比等对咖啡因产率的影响，得出最优提取工艺是乙醇浓度65%、料液比1∶25（g∶mL）、提取时间30 min。总体来看，醇提法简单易行，在学生实验中采用较多。醇提法提取出的咖啡因比水提法产率高，浓缩时间也比水提法快，蒸馏出来的乙醇还可回收利用。石刚[13]利用丙酮为提取溶剂，称取茶叶50 g，装入滤纸筒中，轻轻压实，在索氏提取器上盖放一张滤纸。将圆底烧瓶中放入30%的丙酮100 mL。向提取完成的水相中加入4%的硫酸钠，用氯仿萃取2次，合并有机相，浓缩干燥升华获得白色晶体并称重，提取率为2.6%，纯度为85%。采用丙酮提取的纯度和产量较高，一般工业生产时倾向用丙酮进行提取。很多研究中，也利用了甲醇、氯仿、乙醚等作为提取溶剂。由于这些有机溶剂易挥发，毒性较大，会对环境造成污染，考虑到绿色环保、安全的原则，在学生实验时，利用这些有机溶剂提取使用较少。。

3 升华法

升华是物质由固态在加热的条件下直接转变为气态的现象。实验室里常利用升华操作来提纯固体有机化合物，从而达到去除杂质的目的。叶春园等[14]把茶叶末投入升华罐中，用加热管将升华罐夹层中的机油加热至130 ℃左右，用真空泵对升华罐抽气，保持罐内真空度为50.66 kPa，处理2 h，冷却操作后得到咖啡因晶体，得率为1.8%。张玉竹等[15]以茶叶末为原料，设计单因素实验研究直接升华法从茶叶中提取咖啡因。称取10 g茶叶细粉，加适量蒸馏水搅拌均匀，加入一定量固化剂搅拌均匀后，放入恒温干燥箱中加热干燥，得到绿色块状固体，碾成细粉。焙炒后升华得白色咖啡因晶体。直接升华法减少了传统的溶剂提取法中繁琐的步骤，避免了有机溶剂的大量使用，工艺简单，节约成本，节能环保。

4 超声波提取法

王芳等[16]将0.3 g茶叶末置于50 mL容量瓶中，用甲醇-水溶液（9∶1）稀释至刻度，超声功率600 W， 25 ℃条件下超声萃取10 min，静置过夜。利用高效液相色谱法测得咖啡因含量为4.1%～4.8%。超声波提取法不仅操作简单、耗时短、无污染，咖啡因产量和纯度也高。

5 超临界二氧化碳提取法

超临界流体萃取是利用处于临界温度和临界压力的超临界流体具有溶解许多物质的能力的性质，并从液体或固体中萃取分离出特定成分的新型分离技术。它具有低能耗、无污染和适合于处理易热分解和易氧化物质的特性[17]。汪小钢等[18]采取超临界二氧化碳法萃取茶叶中的咖啡因，再用二氯甲烷进行萃取，最终得到咖啡因的纯度为95.16%。赵旭壮等[19]以茶叶为原料,采用超临界CO2萃取技术提取咖啡碱，设计正交试验考察压力、温度、时间、夹带剂种类对咖啡因提取率的影响，得出最优工艺条件：以30%乙醇作夹带剂、萃取温度为40 ℃、萃取压力为25 MPa、萃取4 h的工艺条件下，咖啡因的得率为3.95%。超临界二氧化碳法萃取能力强，萃取率高，产品中无残留溶剂，安全性高，但萃取时间长，压力不好控制。