不同茶叶中咖啡因的提取

李凡姝，张焕丽，马　慧，崔晓彤，王　霞，刘　娣，肖志刚

（沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳　110034）

不同茶叶中咖啡因的提取

李凡姝，张焕丽，马慧，崔晓彤，王霞，刘娣，*肖志刚

（沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳110034）

采用索氏抽提法提取茶叶中的咖啡因，以95%乙醇为提取剂，利用生石灰中和乙醇提取液中含有的单宁酸，使咖啡因从提取液中游离出来，然后采用升华法使咖啡因结晶，对提取出的咖啡因样品用红外光谱进行结构鉴定，确定其成分。主要测定了市售各类不同产地茶叶中咖啡因含量，并对其中一种茶叶——铁观音不同加工方法（以其价位或等级作为参考）的咖啡因含量进行粗略评价。在试验过程中，对相关试验条件（如提取剂体积、升华时间等）作了初步探讨。

茶叶；索氏抽提法；提取剂；升华法；咖啡因

咖啡因是一种可以使大脑神经中枢兴奋的物质，具有舒张血管、促进血液循环、预防高血压、预防心肌梗塞等药理作用和生理作用，是非常重要的医用工业原料，历来为食品界、医学界人士所重视，具有较广泛地应用前景。

从茶叶中提取咖啡因的研究，早在1927年Oudry就从茶叶中分离出咖啡因，接着对其进行提取、纯化等研究［1］。咖啡因的提取方法主要有溶剂法、升华法、吸附法和超临界二氧化碳提取法（SFE法）等4种，其中的试验方法包括浸提法、微波提取法、索式提取法、超声波提取法等［2］。还有一些其他方法用于咖啡因的测定，如原子吸收法［3］、近红外分光光度法［4］等，随着对咖啡因研究的不断深入，尤其是咖啡因作为两大世界性饮品茶叶和咖啡的主要成分，拥有广阔的应用前景，一定还会有一些新的测定方法出现。

本次试验样品均从同一家超市购买，品质处于中上等，挑选合理的茶叶作为试验材料，尽可能减少由实验者带来的系统误差。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

铁观音（福建安溪）A，B，C，D；绿毛峰（安徽黄山）；龙井（浙江杭州）；毛尖（河南信阳）；95%乙醇（分析纯）；生石灰（分析纯）；蒸馏水（实验室自制）；咖啡因标准样品（分析纯）。

1.2仪器与设备

索氏提取器；ZDHW型电热套，郑州博科仪器设备有限公司产品；FA2004型电子天平，上海衡平仪器有限公司产品；FA1204B型分析天平，北京中仪友信科技有限公司产品；蒸发皿（100 mL）；研钵；玻璃棒；玻璃漏斗（75 mL）。

1.3试验步骤

（1） 抽提。将茶叶研成粉末状，称取5.00 g装入滤纸套筒内，并用脱脂棉线系好放在抽提筒中，延长一端线头伸至抽提筒外，滤纸筒高度要低于虹吸管。用量筒量取70～90 mL乙醇加入烧瓶内，安装好装置，用电热套加热，连续抽提1.5 h［5］。

（2）浓缩。关闭电热套开关，待乙醇冷却至无冷凝液滴下时，将滤纸筒拿出继续加热，蒸发大部分乙醇，待烧瓶中提取液浓缩至10 mL左右停止加热，待圆底烧瓶冷却后进行过滤［6］，将抽提筒内乙醇倒入回收瓶内。

（3）蒸发。将提取液倒入蒸发皿中，加入3.00 g研细的生石灰，用电热套小火加热至蒸干，不断搅拌压碎块状物，用小铁匙刮下边缘粉末并翻炒片刻，除去水分。

（4）升华。用铁架台固定蒸发皿，在蒸发皿上盖1张刺有许多小孔且孔刺向上的滤纸，将漏斗颈部塞一小团疏松棉花倒扣在滤纸上方并压紧滤纸，将滤纸边缘折起防止气体溢出。用电热套加热，升华结晶［7］。

（5）收集。冷却后，轻轻取下漏斗，将漏斗内壁及滤纸上的白色晶体用刮刀轻轻刮下，残渣经搅拌后，用较大火再次升华，待有棕色气体出现时停止加热，收集2次咖啡因结晶称量，并记录数据。

2　结果与分析

试验用5.00 g茶叶与乙醇反应，虹吸时间为1.5 h，浓缩后加3.00 g生石灰吸水，结晶时间为1～2 h。测定3组平行试验结果，取其平均值。由于系统误差，浓缩时间为30～40 min、蒸干时间为30～40 min，但这2个因素对试验结果没有很大影响，试验结果如下表所示。

2.1不同提取剂添加量提取咖啡因结果

不同提取剂添加量提取铁观音A的咖啡因试验结果记录见表1，不同提取剂添加量提取铁观音B的咖啡因试验结果记录见表2，不同提取剂添加量提取铁观音C的咖啡因试验结果记录见表3，不同提取剂添加量提取铁观音D的咖啡因试验结果记录见表4。

表1　不同提取剂添加量提取铁观音A的咖啡因试验结果记录

由表1～表4可知，由于铁观音中咖啡因含量较少，晶体含量很少，提取率较低，但80 mL乙醇提取咖啡因的提取率优于70，90 mL，且差异较明显。本次试验结果以80 mL乙醇作为最优提取剂添加量，其最优提取剂含量需进一步优化梯度试验证明。

表2　不同提取剂添加量提取铁观音B的咖啡因试验结果记录

表3　不同提取剂添加量提取铁观音C的咖啡因试验结果记录

表4　不同提取剂添加量提取铁观音D的咖啡因试验结果记录

2.2不同结晶时间提取咖啡因结果

结晶时间对铁观音D中咖啡因影响结果记录见表5，结晶时间对绿毛峰中咖啡因影响结果记录见表6，结晶时间对龙井中咖啡因影响结果记录见表7，结晶时间对毛尖中咖啡因影响结果记录见表8。

表5　结晶时间对铁观音D中咖啡因影响结果记录

表6　结晶时间对绿毛峰中咖啡因影响结果记录

表7　结晶时间对龙井中咖啡因影响结果记录

表8　结晶时间对毛尖中咖啡因影响结果记录

本次试验测定结晶时间对试验结果的影响程度，其中干粉的颜色也会随结晶时间长短变化。由表5～表8可知，若结晶时间较短，则结晶不完全，干粉颜色较浅，晶体含量少；结晶时间延长，干粉颜色变化明显，但晶体在2 h之后由于已结晶出大部分咖啡因，因而变化不太明显。本次试验基本以2 h结晶时间作为最优条件，2～2.5 h之间的最优方案需作进一步优化试验。

2.3不同地区茶叶提取咖啡因结果

不同地区茶叶提取咖啡因试验结果记录见表9。

表9　不同地区茶叶提取咖啡因试验结果记录

由表9可知，不同地区茶叶咖啡因含量差异较大，本试验中绿毛峰（安徽黄山）咖啡因含量明显高于其他各类名茶，铁观音（福建安溪）位居第二，龙井（浙江杭州）及毛尖（河南信阳）含量较低。

3　结论

本试验利用索氏抽提法测定茶叶中的咖啡因含量，对不同地区、不同品种、不同等级的茶叶中含有咖啡因量进行测定及分析。结果显示，以95%乙醇80 mL抽提1.5 h，升华2 h为最优试验条件；从5.00 g干茶叶粉末中提取咖啡因，绿毛峰所含咖啡因含量最高，提取率为1.41%。

索氏抽提法提取茶叶中咖啡因，操作简单、成本低、易于学生掌握，但耗时较长，所得咖啡因纯度不高，需经过更进一步的重结晶或其他纯化步骤。

不同品种、不同地区的茶叶中，其咖啡因的含量是不同。对于消费者而言，饮茶虽有助于身体健康，但也不是饮用越多越好，针对不同的茶叶，适量饮用，才更有利于身体健康。

4　应用前景

由于茶叶中所含的咖啡因会使人体中枢神经系统兴奋，影响人们睡眠、增加血压等不利影响，不利于对神经衰弱者、孕妇、老人、儿童的长期饮用。所以，提取出茶叶中的咖啡因，可制出既保持茶叶独特风味和有效营养成分且含咖啡因量较低的茶及茶制品，在市场上受到特殊消费者的欢迎。另一方面，提取出的咖啡因可以广泛应用于医药工业或其他行业，满足其越来越紧俏的市场需求，增值增收。同时，咖啡因可由人工合成和天然提取。由于人工合成的咖啡因容易含有原料残留，若长期接触会产生残毒作用，对机体产生有害影响。因此，有些国家已经禁止在饮料中使用人工合成的咖啡因，由此天然咖啡的身价倍增。而我国拥有的咖啡、可可豆等咖啡因含量高的天然产物资源有限，虽然茶叶含有的咖啡因含量较低，但是我国是产茶大国，资源丰富。在茶叶生产过程中产生大量下脚料，当茶叶生产过剩时，低档茶叶大量积压［8］，可作为生产咖啡因的潜在有效资源，同时实现资源的再生利用，延长产业链。

目前，我国虽然尚未生产脱咖啡因茶，但我国已经有足够能力制造大型萃取装置供于工厂生产，并在不断的完善当中，完全能够工业化地生产出较好的脱咖啡因茶，满足老人、儿童等特殊人群的饮茶习惯及需求，使这些消费者既能享受到饮茶的乐趣，又尽可能减少因茶叶中含有的咖啡因会对睡眠和心脏功能等带来的不利影响。从茶叶中提取咖啡因是近年来研究的热点，提取咖啡因的技术会越来越先进，预计今后我国茶叶和咖啡因的出口将持续看好，前景光明［8］。

［1］安徽农学院主编.茶叶生物化学 ［M］.第2版.北京：北京农业出版社，1982：265-276.

［2］盛贻林.茶叶中咖啡因提取实验方法的比较及改进 ［J］.生物学杂志，2007，24（1）：75-76.

［3］吉川聪一郎，下门九.茶叶研究报告（日）［J］.1997，85（增刊）：88-89.

［4］丁宁，夏贤明，刘宝发.绿茶咖啡碱的近红外测定 ［J］.中国茶叶，1989（2）：18-19.

［5］刘亚红.茶叶中咖啡因的提取 ［J］.化工时刊，2016，30（2）：29-32.

［6］江蓉，王艳芳，殷丽娟.不同茶叶中咖啡因的提取及其测定 ［J］.黄山学院学报，2011，13（3）：32-35.

［7］魏金芳，张相平.茶叶中咖啡因的提取研究 ［J］.唐山师范学院学报，2011，33（2）：18-20.

［8］刘俊武，谢培铭.从茶叶中提取天然咖啡因技术综述 ［J］.云南化工，1998（4）：10-14.◇

Extraction of Caffeine from Different Tea

LI Fanshu，ZHANG Huanli，MA Hui，CUI Xiaotong，WANG Xia，LIU Di，*XIAO Zhigang
（Grain College，Shenyang Normal University，Shenyang，Liaoning 110034，China）

The experiment of Soxhlet extraction in the extraction of tea caffeine，experiment with 95%ethanol as the extraction agent，using lime neutralization ethanol extract contains tannic acid，that caffeine free from the extract，then using the sublimation method makes caffeine crystallization，to extract caffeine samples with the structure identification of infrared spectra，determine its composition.Mainly determine the market all kinds of different origin caffeine content in tea，and one of the tea：tieguanyin the different processing methods（with its price or level as a reference） makes a rough evaluation of caffeine content.During the experiment，the related experimental conditions such as extracting agent volume，sublimation time are simply discussed.Improved some issues encountered in the process of the experiment of solution.

tea；Soxhlet；extraction agent；sublimation method；caffeine

TS272.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.038

1671-9646（2016）08b-0033-03

2016-07-25

辽宁省“百千万人才工程”资助项目（2013921038）；沈阳市科技创新专项资金项目（F14-104-3-00）；辽宁省高等学校优秀科技人才支持计划（第一层次）资助专项（LR2015062）。

李凡姝（1991— ），女，在读硕士，研究方向为生物化工。

肖志刚（1972— ），男，博士，教授，研究方向为粮食油脂及植物蛋白工程。