茶多酚提取技术研究进展

张欣然

(南京农业大学，江苏 南京 210095)

茶多酚(Tea polyphenols，TP)又称为抗氧灵、维多酚、防哈灵，是茶叶中多羟基酚类化合物及其衍生物的总称，约占茶叶干重的 20%～30%，是茶叶中最重要的组成成分[1]。茶多酚于常温下呈淡黄至茶褐色略带茶香的水溶液、粉状固体或结晶，易溶于水和甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂，不溶于苯、氯仿和石油醚[2]。依照其结构不同，茶多酚主要分为儿茶素类、花青素类、黄酮及黄酮醇类、酚酸及缩酚酸类等四大类[3]。其中，儿茶素类含量最高，约占茶多酚含量的65%～80%[4]。儿茶素类主要包括6种多酚类化合物：儿茶素(Catechin，C)、表儿茶素(Epicatechin,EC)、表没食子儿茶素(Epigallocatechin,EGC)、表儿茶素没食子酸酯(Epicatechin gallate,ECG)、表没食子儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin gallate,EGCG)和没食子儿茶素没食子酸酯(Gallocatechin gallate,GCG)[3]。

研究表明，茶多酚具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、抗病毒、抗辐射等功效，还有降血脂、抗血小板聚集、抑制心血管疾病等功能[5]。同时，茶多酚可被用作食品抗氧化剂、保鲜剂、保色剂、除臭剂等，在日化行业中还可作为增白剂、防腐剂被用于护肤品、洗护用品等产品中。由此可见，茶多酚具备广泛的用途和广阔的开发利用前景。

我国自20世纪80年代初开始对茶多酚进行提取和开发利用研究，历经多年的研究、探索，发展出丰富多样的提取技术。目前茶多酚提取方法主要分为化学提取法、物理提取法、生物工程提取法和协同提取法四类。

1 化学提取法

1.1 溶剂萃取法

溶剂萃取法主要基于茶多酚具有溶于水、醇类、醚类、酮类和酯类等特性，利用相似相溶原理提取茶多酚。根据浸提液的不同，溶剂萃取法又可分为水提取法和有机溶剂萃取法两种。水提取法的提取率一般为5%～6%，产物纯度低，含有大量杂质(如植物多糖、色素、咖啡碱和树脂等)，且氧化程度高。有机溶剂萃取法提取率为7%～8%，其提取产物氧化程度较低，但同样存在咖啡因、茶碱等杂质含量较高的缺点[6]。杨金伟等[7]以70%的甲醇水溶液浸提茶叶中多酚类物质，浸提温度为70℃，浸提时间为60 min时，茶多酚含量最高达19%。马红青和王朝瑾[8]采用乙醇从茶汤中萃取茶多酚粗品后，再用乙酸乙酯和氯仿萃取，最后旋转蒸发干燥得到的茶多酚制品中儿茶素的含量可高达24.19%。此外，较低萃取温度(60℃)有利于保证儿茶素的形态和提取效率。

溶剂提取法优点为生产成本低、操作简单、生产条件易控制。但该方法茶多酚提取率低、杂质多，后期精制工艺复杂，需多次蒸馏，且溶剂消耗量大、回收困难、溶剂残留多，易构成环境威胁。近年来发展起一种低毒低污染的低共熔溶液提取法，该溶液是通过有机化合物和离子型化合物以氢键形式结合形成，无毒性、可生物降解[9]。阮怿航等[10]采用响应面法优化得出乳酸-甜菜碱的低共熔溶液体系，当提取时间46.79 min、温度62.48℃、溶液含水率32.15%时茶多酚提取率为15.42%。

1.2 金属离子沉淀法

金属离子沉淀法是利用茶多酚在一定条件下易与一些金属离子形成络合物沉淀，然后通过离心、酸转溶、萃取等流程提取茶多酚[11-12]。常用的沉淀剂主要分为三类：重金属碱式盐(Pb(OH)Ac、Cu(OH)Ac等)、氢氧化物(Ca(OH)2等)和金属离子(Ca2+、Mg2+、Al3+和Zn2+等)。胡拥军等[13]以Zn2+为沉淀剂分离安化黑茶浸提液中的茶多酚，当茶样ZnSO4(按固体计算)为1.6∶0.5，体系pH为6.5时，茶多酚沉淀率为96.47%。孙志栋等[14]采用复合沉淀剂AlCl3·6H2O和ZnSO4·7H2O提取茶多酚的得率最高达21.4%。董文宾等[15]用正交试验法确定了选用七倍于茶末质量的80%乙醇作浸提溶剂，调pH值为3，在70℃～80℃浸提两次，每次30 min，选定Zn作为沉淀剂，在此条件下茶多酚提取率可达21.72%，纯度达76.40%。

金属离子沉淀法具有选择性强、纯度高，能耗和生产成本低等优点，但是也存在易氧化、废液废渣多等缺陷。近年来在金属离子沉淀法基础上发展出一种固相络合反应法，将茶叶原料与某些盐类混合，通过机械外力作用使茶多酚与盐形成络合物，然后于溶剂中分离络合物与其他物质，再通过酸液转溶出茶多酚[16]。李大刚等[17]研究得出采用固相络合反应法提取茶多酚的最佳工艺条件：络合剂CaCO3质量分数为25%，固相物料粒度D95为50 μm～55 μm，水∶固相物料=120∶1(质量比)，浸取时间20 min，茶多酚综合提取率可达15.4%～15.8%。该方法可以实现常温提取茶多酚，有效避免了茶多酚因热而氧化，是一种绿色提取工艺。

2 物理提取方法

2.1 膜分离法

膜分离法是以选择性透过膜为分离介质，利用膜两侧的电位差、浓度差或压力，使溶剂通过膜，实现组分的分离[2]。该技术应用于茶多酚提取时，主要是利用超滤膜和微滤膜进行除杂和澄清，然后用反渗透膜和纳滤膜进行浓缩得到茶多酚产品。孙艳娟等[17]研究表明，反渗透膜对茶多酚的截留率比纳滤膜高10%左右。在实际应用中常选择不同的膜材料孔径和多重膜组合，并结合其他分离纯化技术手段以提高茶多酚纯度、收率及品质。膜分离过程不需要采用有机溶剂和加热处理，分离得到的茶多酚活性较高，但存在过滤效率低、膜成本高等缺点。

2.2 超临界流体萃取法

温度与压力都接近或者超过临界点的介于气体和液体之间的物质状态称为超临界流体。超临界流体萃取法是利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而将基质和萃取物有效分离、提取和纯化[18]。萃取过程主要采用超临界CO2作为萃取溶剂，超临界CO2溶解能力强、萃取能力高，分离工艺简单，且CO2低廉、无毒、惰性、无残留，最具应用前景[19]。近年来，此方法在茶多酚提取中的应用日益增多。李林[20]研究表明，当工艺条件为CO2压力25 MPa，萃取温度80℃，萃取时间2.5 h时，茶多酚提取率可达47.5%。李文婷等[21]通过正交试验优化得到超临界CO2提取绿茶中茶多酚的工艺条件：压力27 MPa，萃取时间50 min，萃取温度55℃。尹志芳等[22]研究得出超临界CO2萃取黑茶中茶多酚的最佳条件：萃取温度50℃、萃取压力20 MPa、茶多酚得率为(0.190 ± 0.004)%。

超临界流体萃取法不使用有机溶剂，不会造成环境污染，操作简便，适合应用于医药、食品添加剂等卫生标准要求高的行业。但该方法提取率低、仪器成本高等缺点限制了其在工业生产中的推广应用。

2.3 树脂吸附分离法

树脂吸附分离法是利用大孔树脂优良的选择分离特性，实现吸附、分离茶多酚的目的。根据树脂类型的不同，树脂吸附分离法又分为凝胶柱分离法、吸附柱分离法和离子交换柱分离法[2]。张斌等[23]研究了不同类型的树脂对速溶茶茶多酚的提取效果，结果表明：当吸附分离的工艺参数为上样流速0.8 mL/min、上样液温度60℃、pH 5，解析工艺参数为洗脱流速0.9 mL/min、乙醇浓度80%、洗脱剂用量3 BV时，NKA-9树脂对茶多酚吸附分离的最高含量为58.7%。

树脂吸附分离法的优点是工艺简单、能耗较低、茶多酚纯度高，且无毒无污染。但该方法的树脂用量大且易堵塞、易失活，大规模连续性生产的设备缺乏，目前还无法进行规模化工业生产。

2.4 超声波辅助浸提法

超声波浸提法是利用超声波的机械粉碎和空化作用产生的冲击波和剪切力促使细胞破碎，提高多酚类物质的溶出速度和数量，增加有效成分溶出[2]。杨天友等[24]设计了Box-Behnken 响应面试验优化了超声波法提取藤茶多酚的工艺，结果表明：当超声功率300 W、超声温度50℃、超声时间25 min、乙醇体积浓度60%时，茶多酚得率最高为614.64 mg/100g。张素霞[25]利用超声波法辅助提取茶多酚，结果表明：以80%乙醇为溶剂，超声波功率260 W、时间25 min、料液比1∶8、提取级数2次，茶多酚粗品提取率最高为11.13%，茶多酚含量为70.57%。

超声波辅助浸提法工艺简单、提取温度低，且茶多酚氧化损耗低，产品得率高。同时，提取过程不采用有毒溶剂，安全性高。但超声波的衰减导致其有效作用面积呈圆形，易因提取罐直径过大而形成超声空白区。此外，该方法设备成本高昂也限制了其大规模工业化推广应用。

2.5 微波辅助提取法

微波辅助提取法主要是利用微波来加快分子的运动频率，使茶叶中茶多酚的扩散速度加快，进而达到快速提取的目的[26]。汪兴平等[27]将水作为溶剂，利用微波处理3 min，浸提2次，可以提取绿茶中茶多酚达到90.55%。谢小花等[28]研究了微波辅助提取绿茶中茶多酚的工艺条件，结果发现采用50%乙醇溶液为提取剂，料液比(g/mL)为1∶9，提取功率320 W，提取时间18 s，微波浸提2次，茶多酚提取率可达23.4%。

微波辅助浸提法的优点是操控简单、能耗低、提取率高且产品安全等，是一种较为理想的提取方式。但由于微波加热易导致茶叶中热敏性物质变性或失活，故微波辅助浸提法技术还未在工业化生产中普及应用。

2.6 色谱法

色谱法主要用于纯化提取物质，目前以色谱分离为主，分为柱色谱法[29]、高效液相色谱法[30]和高速逆流色谱法[31]三种。段联勃等[30]运用超高效液相色谱-串联质谱检测法测定、纯化茶多酚中的儿茶素，其优点在分析时间短、选择性强，且具有很好的抗干扰能力，灵敏度高，结果准确可靠。陈理等[31]利用高速逆流色谱法对茶多酚进行分离纯化，最终得到表没食子儿茶素没食子酸酯与没食子儿茶素没食子酸酯，纯度高达98%。

3 生物工程提取方法

生物工程提取方法主要指酶工程技术，即利用果胶酶、细胞分离酶、纤维素酶等分解或软化植物细胞壁，促进胞内成分流出，有效提高生物活性成分的提取率[32]。李堆淑[33]采用1∶1(质量比)的纤维素酶和果胶酶辅助提取绿茶中茶多酚，当复合酶添加量为2.0 mL，酶解温度48℃，pH 4.8，乙醇浓度50%时，茶多酚得率为24.59%，接近预测值24.68%。李映等[32]同样采用1∶1(质量比)的纤维素酶和果胶酶辅助提取绿茶中茶多酚，得到最佳提取条件为复合酶用量2.4%，料液比1∶10 g/mL，酶解pH 5. 6，提取温度 60℃，提取时间75 min，最终茶多酚的提取率为23.36%。

酶工程提取技术具有快速、高效、高度专一性且无生物毒性、无污染等优点，在安全食品、绿色工业等生产上具有广阔的应用前景。但目前该提取仍不成熟，且成本较高，还无法达到大规模生产应用的要求。

4 协同提取法

长期、大量的实践应用证明，单一的提取方法在提取效率、茶多酚纯度、产品得率等方面并不理想。目前越来越多的研究将多种提取技术联合应用于茶多酚提取，并取得了不错的提取效果。李洋等[34]采用微波-超声辅助双水相体系对绿茶末中的茶多酚进行提取，得出最佳工艺条件为：固液比1∶60，提取温度 63℃，微波时间4 min，微波功率400 W，超声时间7 min，超声功率400 W，茶多酚提取率为17.43%。韩伟和邓祥[35]采用酶法、β-环糊精协同超声提取茶多酚，研究得到最佳提取工艺参数：纤维素酶用量为0.57 mL，13-环糊精0.69 g，液料比37，超声时间60 min，超声温度60℃，此时茶多酚提取得率达13.87%，比传统水提取2次的得率高6.86%。李石敬敏等[36]采用超声-离子沉淀法提取绿茶中茶多酚，研究表明当超声温度40℃、食用酒精浓度70%、茶末/食用酒精固液比为l∶12、超声时间40 min、锌离子沉淀剂ZnCl2/茶末质量比为1∶2时，茶多酚纯度最高达到99.80%。

综上所述，国内外学者对茶多酚提取技术进行了大量研究，但鉴于茶多酚的化学成分复杂，目前的技术方法仍有很多方面需要不断探索完善和深入研究。本研究对现有的茶多酚提取技术归纳为四类，并分别对其技术特点、优势和不足进行了概述，以期为茶多酚资源的开发利用和研究提供理论参考。