正交优化石阡苔茶咖啡碱提取工艺

鲁道旺，梁成艾，唐帮成，姚元勇（.铜仁学院材料与化学工程学院，贵州铜仁554300；.铜仁学院继续教育部，贵州铜仁554300）

正交优化石阡苔茶咖啡碱提取工艺

鲁道旺1，梁成艾2，唐帮成1，姚元勇1
（1.铜仁学院材料与化学工程学院，贵州铜仁554300；2.铜仁学院继续教育部，贵州铜仁554300）

摘要：为了综合利用好石阡苔茶资源，优化石阡苔茶咖啡碱的工艺条件，试验以咖啡碱提取率为考察指标，考察煮沸时间、茶汤比、沉淀剂浓度、萃取次数对咖啡碱提取的单因素试验和正交试验。结果表明，石阡苔茶水提正交试验最佳工艺条件为萃取2次，沉淀剂浓度为0.2mol/L，茶汤比为1∶60 g/mL，煮沸15min。优选得到的工艺条件简便、安全、稳定和可行。在此条件下，测得石阡苔茶咖啡碱水提的得率为1.92%。

关键词：石阡苔茶；咖啡碱；提取工艺；正交试验

茶叶为山茶科植物茶的芽叶，其药用价值历史悠久。《神农本草经》记载了久服茶叶能“安心益气，轻身耐老”[1]。迄今已在茶叶中鉴定出450种以上的有机成分和15种以上的无机元素[2]。茶叶的化学成分不仅决定着茶叶的质量，而且与饮茶的某些药理功效也有着密切的关系。咖啡碱为茶叶的主要活性成分之一，具有抗癌、抗氧化、促进血液循环、降血脂、强心、利尿、兴奋中枢、消除疲劳等作用，应用前景广阔[1-3]。

“石阡苔茶”贵州三大名茶之一，是石阡县支柱产业之一，已从一种饮料的植物升华为一种地理的象征，是贵州多彩文化的一部分[4-5]。咖啡碱是茶叶重要滋味物质，是影响茶叶品质的一个重要因素，同时也是一种重要的医药工业原料。咖啡碱易溶于水，在普通的茶叶中，一般占茶叶干物质总量的2%～5%[6]，而工业提取率在0.5%～3%[1]。通过查阅文献，对石阡苔茶中咖啡碱的定性、定量研究报道极少，没有对其提取工艺进行深入研究[5]。为了综合开发利用好石阡苔茶资源，特进行石阡苔茶的工业化水提工艺最优条件研究。这将对开发石阡苔茶具有一定的理论参考价值。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1茶叶样品

石阡苔茶，特级，2012年购于铜仁地区武陵山植物保健茶厂。

1.1.2仪器与试剂

电子可调电炉：郑州博科仪器设备有限公司；AL204型电子天平：梅特勒-托利多仪器有限公司；沙浴锅：江苏省金坛市成辉仪器厂；分液漏斗；醋酸铅：重庆川江化学试剂厂；氯仿：天津市福晨化学试剂厂；试剂均为分析纯。

1.2方法

1.2.1技术路线

精称一定量茶叶→加入烧杯→加入一定量蒸馏水→煮沸一定时间→加入一定浓度沉淀剂→趁热过滤→煮沸蒸发滤液至一定量→冷却→加入氯仿→充分搅拌→移至分液漏斗进行萃取→过滤氯仿相→沙浴进行加热→并对产品进行定性鉴定→根据产品质量求出咖啡碱的产率。

1.2.2咖啡碱的提取方法[6-7]

准确称取茶叶5.000 0g与500mL烧杯中，加入一定量蒸馏水煮沸一定时间，加入醋酸铅沉淀剂20m L，趁热过滤，滤液蒸发至剩余25mL，加25mL氯仿进行萃取，再过滤氯仿相，将氯仿过滤液沙浴加热蒸干，即可得咖啡碱产品。

1.2.3咖啡碱的提取率

咖啡碱产率W/%=咖啡碱产量/茶叶质量×100

1.2.4醋酸铅沉淀剂的配制

配制0.1mol/L的醋酸铅溶液：准确称取1.897 6 g醋酸铅晶体，加入适量蒸馏水及2滴无水乙酸进行溶解，定容于50m L容量瓶。其他浓度的醋酸铅溶液按比例类似配置。

2　试验结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1煮沸时间对咖啡碱提取率的影响

精确称取5.000 0 g茶样品4份，分别用150mL蒸馏水分别煮沸5、10、15、20min，加入0.2mol/L的醋酸铅沉淀剂20 m L，沉淀，过滤，蒸发，再用氯仿萃取1次，萃取液于90℃沙浴下蒸干即可，结果见图1。

图1　煮沸时间对咖啡碱提取率的影响Fig.1　Effectsof boiling tim eon extraction rateof caffeine

试验表明：在煮沸时间10min时，咖啡碱的含量达到最高。

2.1.2料液比对咖啡碱提取率的影响

精确称取5.0000g茶样品6份，分别用50、100、150、200、250、300m L蒸馏水煮沸10min，加入0.2mol/L的醋酸铅沉淀剂20mL，沉淀，过滤，蒸发，再用氯仿萃取1次，萃取液于90℃沙浴下蒸干即可，结果见图2。

图2　料液比对咖啡碱提取率的影响Fig.2　Effectsofm aterial to liquid on extraction rateof caffeine

试验表明：在料液比1∶50（g/mL）时，咖啡碱的含量达到最高。

2.1.3沉淀剂浓度对咖啡碱提取率的影响

精确称取5.000 0 g茶样品5份，用150mL蒸馏水分别煮沸10min，分别用0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mol/L的醋酸铅沉淀剂20mL沉淀，过滤，再蒸发，其次用氯仿萃取1次，萃取液于90℃沙浴下蒸干即可，结果见图3。

图3　沉淀剂浓度对咖啡碱提取率的影响Fig.3　Effectsof Precipitantconcentration on extraction rateof caffeine

试验表明：在沉淀剂浓度为0.2mol/L时，咖啡碱的含量较高。

2.1.4萃取次数对咖啡碱提取率的影响

分别精确称取5.000 0 g茶样品用150m蒸馏水分别煮沸10min、并于0.2mol/L的沉淀剂20mL沉淀，过滤，蒸发，再用氯仿萃取1次、2次、3次，萃取液于90℃沙浴下蒸干即可，结果见图4。

图4　萃取次数对咖啡碱提取率的影响Fig.4　Effectsofextraction timeson extraction rateof caffeine

试验表明：在提取次数2次时，咖啡碱的含量达到最高。

2.2正交试验

为了优选水提咖啡碱的最佳提取工艺参数，根据单因素试验结果，确定煮沸时间、料液比、沉淀剂浓度和萃取次数4个因素进行正交试验，正交试验因素水平表设计见表1,结果见表2。

表1 因素及水平Table1　Factorsand levels

表2　咖啡碱提取工艺正交试验L（934）结果Table 2　Result oforthogonal testm ethod L（934）of caffeine extraction process

由表2可知，经过极差分析与比较，对咖啡碱提取率影响因素大小顺序为：萃取次数＞沉淀剂浓度＞料液比＞煮沸时间。由正交试验可以得出咖啡碱提取的较好浸提条件为A3B2C2D3，即萃取次数2次，沉淀剂浓度0.2mol/L，料液比1∶60（g/mL），煮沸15min。

为了检验正交试验结果的有效性，对表2的结果进行方差分析，分析结果见表3。

表3 正交试验方差分析表Table 3　Resultsof varianceanalysisof orthogonal test

2.3验证性试验

根据正交试验所得咖啡碱最优组合提取方案为：A3B2C2D3，而正交试验的9个方案中没有该方案。为验证该方案A3B2C2D3是否为最佳方案，按照提取条件，通过3组平行试验来验证，平行3次试验，所得结果见表4。

表4　A3B2C2D3方案的验证试验Table4　Confirmatory test scheme of A3B2C2D3

由表3可知，所得咖啡碱提取率均大于正交表中9个方案的提取率，试验结果与正交试验结果相符。因此确定A3B2C2D3为石阡苔茶咖啡碱水提的最佳提取方案。

3　结论与讨论

1）通过以上试验，可以得出初步结论：一是对于石阡苔茶中咖啡碱的水提取最佳条件为：煮沸15min，沉淀剂浓度0.2 mol/L，料液比1∶60（g/mL），萃取次数2次。该方案具有简便、经济、安全等特点。二是石阡苔茶中咖啡碱含量较普通茶叶含量较低，水提平均含量为1.92%，说明石阡苔茶内涵品质较好。

2）茶叶中咖啡碱含量与茶叶品质的关系。茶叶中咖啡碱的含量与许多因素有关，不同种类和产地茶叶中的咖啡碱含量不同。在普通的茶叶中，咖啡碱的含量一般为2%～5%。咖啡碱含量的高低在一定程度上反映了茶叶质量的好坏，如果茶叶中的咖啡碱含量越低，茶口味就越清纯[8]。从试验结果看出，石阡苔茶咖啡碱含量较低，品种较好。同时，茶叶的质量与气候、光照、生长环境、采收时期、加工工艺等因素有关。

参考文献：

[1]于新蕊,曲军,丛月珠.茶叶的化学成分及药理作用研究进展[J].中草药,1995,26(4):219-221

[2]陈睿.茶叶功能性成分的化学组成及应用[J].安徽农业科学,2004, 32(5):1031-1033

[3] 颜亭祥,张文高.茶多酚防治心脑血管病的研究进展[J].山东中医药大学报,2000(4):314-316

[4]曹雨.石阡苔茶资源调查及保护对策[J].贵州农业科学,2010,38 (1):17-20

[5]鲁道旺,沈正雄,李鑫.石阡苔茶茶多酚提取工艺条件的优化[J].贵州农业科学,2012,40(1):132-134

[6] 刁晓菊,高峰.从茶叶中提取咖啡因不同实验方法对照研究[J].徐州医学院学报,2010,30(3):165-166

[7]张帅.苦丁茶中咖啡碱的提取[J].安徽农业科学,2007,35(16):4930

[8]吴汉福.六盘水4种茶叶咖啡碱含量的比较[J].贵州农业科学, 2009,37(9):46-47

DO I：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.19.014

收稿日期：2014-08-12

基金项目：贵州省教育厅优秀科研创新团队项目（黔教合人才团队字[2013]24号）；铜仁市科学技术研究项目（铜市科研[2012]63号-19）；贵州省高等学校重点学科项目（黔教合重支学科字[2011]232号）

作者简介：鲁道旺（1983—），男（土家），副教授，硕士，从事药、食分析研究。

Op tim ization of Extraction Process in Shiqian Moss Tea Caffeine by Orthogonal Method

LUDao-wang1，LIANGCheng-ai2，TANGBang-cheng1，YAOYuan-yong1
（1.College ofMaterialsand Chemical Engineering，Tongren University，Tongren 554300，Guizhou，China；2.Division ofContinuing Education，Tongren University，Tongren 554300，Guizhou，China）

Abstract：To better comprehensive utilization Shiqian moss tea resources，optimize extraction process conditions in Shiqian moss tea caffeine，the yield of caffeine as index in experiment.Assay determination is conducted by apply of extraction time，solid-liquid ratio，precipitator concentration，extract times on caffeine extraction rate is determined through single factor and orthogonal experiment.It turned out that，the optimal extraction condition of Shiqianmoss tea is twice extract，precipitator concentration 0.2mol/L，solid-liquid ratio 1∶60 g/mL，extraction time 15min.Theprocessconditionsby optimizewassimple，safe，stable and feasible.In this conditions，the extraction rate ofShiqianmoss tea caffeine can reach to about1.92%.

Keywords：Shiqianmoss tea；caffeine；technology research；orthogonal test