微波辅助萃取红茶中咖啡碱的研究

咖啡碱亦称咖啡因（1，3，3一三甲基 一2，6一氧嘌呤 ，属黄嘌呤生物碱，分子式 c。Hl。No2），咖啡碱属兴奋剂，在一定范围内，对人体有强心、利尿、解毒等生理作用和保健作用 ，因此一直是一种紧俏的医药原料，也作为饮料的添加剂。茶叶中咖啡碱的质量分数约为 2％ 一5％，是医用咖啡碱的重要来源。我国茶资源十分丰富，从茶中提取咖啡碱技术的研究也一直倍受重视。

咖啡碱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（简称 SFE法）四类。目前，溶剂法存在产品纯度低、安全性差（常用有毒试剂作萃取剂），工艺复杂等缺点；升华法存在升华的咖啡碱定向定位富集困难，收集时损耗较大等缺点；吸附法存在洗脱剂用量多或有毒洗脱剂的使用；SFE法生产成本较高，尚处在实验室研究阶段。

近年来，微波因促进反应的高效性和强选择性 ，操作简便，副产物少，产率高及产物易提纯等优点被广泛应用。本实验为了避免使用有毒试剂、提高提取率，以水作为溶剂，采用微波辅助萃取法，以咖啡碱得率为考察指标， 采用正交实验方法优化红 茶中咖啡碱的微波辅助浸提工艺。

1 材料与仪器

1 .1 材料

市售红茶，咖啡碱标准品， 其他试剂均为分析纯。

1 .2 仪器

岛津 U V一7 2 0型紫外分光光度计， 格兰仕 WD 900E S L 2 3 -3微波炉， H H-S 2数显恒温水浴 锅，A CCULAB ALC一210.4型电子天平，2XZ一0 .5型旋片式真空泵。

2 方法

2 .1 咖啡碱测定方法

按国标G B 8 3 1 2 -8 7的方法测定。

测定红茶中咖啡碱含量 准确吸取试液20mL 移入250mL容量瓶中，加入l0m L0 .01 mol/L盐酸和2m L0 .5 g ／m L碱性乙酸铅，用水准确稀至刻度，混匀，离心取上清液，准确吸取上清5 0 m L注入100 m L容量瓶中，加入 0 .2 m L 9 mol/L硫酸溶液， 加水准确稀释至刻度， 混匀， 离心取上液， 用10mnl 比色杯在波长274nm 处， 以试剂空作参比， 测定吸光度。 咖啡碱的含量按下面公式算：

其中： c为根据试样测得的吸光度（ A） ，从咖啡碱标准曲线查得的咖啡碱相应质量浓度， m g／m L ； L 1为试液总量， m L ； M为试样的质量，g ；为试样中干物质的百分含量， ％； L ： 为测定时的用液量，mL 。

咖啡碱标准曲线绘制 准确称取质量分数不低于99％的咖啡碱100m g ， 溶于 100 m L水中作为母液，准确吸取母液各 5 mL加水至100 m L作为工作液。分别吸取 0 、5 、l 0 、 l 5 、2 0 、2 5 、3 0 m L 咖啡碱工作液于 一组100 m L容量瓶中， 各加入 4 .0 m L盐酸溶液， 用水稀释至刻度，混匀 .用 1 0mm石英比色杯在紫外分光光度仪上选择波长2 7 4 mm处， 以试剂空白 溶液作参比，测定吸光度（ A） ， 以吸光度为轴 ， 咖啡碱含量为 Y轴绘制成标准曲线，得回归直线方程为： Y=0 .0 2 09 x ， y=0 . 9 9 9 1 2 .

图 l 咖啡碱标准 曲线

2.2 试验方法

2.2.1 浸提工艺

茶叶一粉碎一微波处理一恒温水浴一过滤、分离一测定

2.2.2 单因素实验

准确称量茶叶 5g（精确到 0.0001g），选定其余条件，分别考察粉碎度、料液质量比、浸提温度、浸提时间、提取液 pH值、微波功率、微波作用时1甸等各因素的影响之变化。

2.2.3 结果与分析

2.2.3.1 茶叶的粉碎度对浸出率的影响

粉碎度对咖啡碱的浸出率影响较小，未粉碎的茶叶的浸取率最大，粉碎后的茶叶的浸取率反而降低，可能是在粉碎过程中咖啡碱有所损失。因此，本实验选用未粉碎的茶叶进行实验。

图 2 粉碎度对浸出率的影响

2.2.3.2 料液质量比对浸出率的影响

料液质量比对咖啡碱的浸出率有较大影响，随着料液质量比的增大，咖啡碱浸出率增加，但料液质量比达到一定比例后，浸出率不再增加。在保证一定浸出率基础上，从经济技术角度考虑，溶剂用量越少越好 ，这样可降低成本，减少提取液体积，减轻后序工艺的负荷，因此本实验选用料液质量比为 1：30.

图3 料液质量比对浸出率的影响

2.2.3.3 浸提温度对浸出率的影响

由图4中可以看出，随着浸提温度的增加，咖啡碱的浸出率增大，但当温度大到一定程度后，咖啡碱的缦出率开始下降，可能是温度太高时将茶叶中的鞣质和无机物等杂质浸提出来，这些杂质难与咖啡碱分离，影响咖啡碱的浸出率，因此，浸提温度不宜过高。

图4 浸握温度对浸出率的影响

2.2.3.4 浸提时间对浸出率的影响

由图 5中可以看出，随着浸提时间的增加，咖啡碱的浸出率增大，但浸提时间达到一定程度后，浸出率又有所下降，这是因为在提取初期，茶叶细胞内的咖啡碱质量浓度很大，而提取溶剂中的咖啡碱质量浓度很低，因此在传质推动力的作用下，茶叶细胞内的咖啡碱不断向溶剂中扩散，使溶剂中咖啡碱的含量不断上升，但提取一定时间后，茶叶细胞内的咖啡碱质量浓度和溶剂中的咖啡碱质量浓度达到动态平衡，此时溶剂中的咖啡碱含量不再增加，而随着提取时间的增长，茶叶中的杂质被浸提出来，反而使咖啡碱的浸出率略有降低。

2.2.3.5 提取液 pH值对浸出率的影响

由图6可以看出，提取液的 pH值对咖啡碱的浸出率影响不大。

图5 浸提时间对浸出率的影响

图 6 提取液 pH值对浸出率的影响

2.2.3.6 微波功率对浸出率的影响

由图 7可以看出，微波功率对咖啡碱的浸出率有较大影响，微波功率较小时，咖啡碱浸出率较大，但随着功率增大，浸出率反而下降。微波功率对浸出率的影响和时间相似，功率不够，提取不充分，功率过大，微波透人基质内部形成内热源过于强烈，使细胞内各细胞器升压，细胞壁破裂后水分蒸发迅速，咖啡碱来不及从细胞中释放出来。

图7 微波功率对浸出率的影响

2.2.3.7 微波作用时间对浸出率的影响

由图 8可以看出，微波作用时间对咖啡碱的浸出率有很大影响，作用时间太短，微波来不及发挥作用，微波作用时间太长，可能使微波透人基质内部形成内热源过于强烈，使细胞内各细胞器升压。细胞壁破裂后水分蒸发迅速，咖啡碱来不及从细胞中释放出来。

图8 微波作用时间对浸出率的影响

2.2.4 正交试验

1）实验设计及数据处理

通过单因子试验后，称取 9份未粉碎红茶，每份 5g（精确到0.0oo1g），料液质量比定为 1：30，提取液 pH值定为 6，微波作用时间定为20s，按微波功率，浸提温度，浸提时间设计正交试验因素水平表2、试验按表3进行，浸提液按国标 GB83l2-87的方法，测定咖啡碱的浸出率，方差分析见表4

表2 因素与水平

表3 正交试验结果

表4 方差分析

2）最佳工艺条件的确定

从以上的结果可以得出，C（浸提时间）是影响咖啡碱浸出率的最主要因素，在F0.05水平上，A（微波功率）和 B（浸提温度）的影响也是显着的，最佳工艺条件为C3B2A2，即：微波功率为350w在 9o℃水中提取 30min.重复试验验证，该条件下的浸出率最高。

3 结 论

1）从单因素实验结果知影响提取率最大的因素是料液比、浸提时间、微波功率，较大的因素是浸提温度、微波作用时间，影响不明显的是茶叶粉碎度、提取液 pH值。

2）微波辅助萃取红茶中的咖啡碱的最佳工艺条件为：茶叶不经粉碎，料液质量比为 l：30，提取液的 pH值为 6，微波功率固定在 350w，作用 20s，90℃恒温水浴，浸提 30min.可使咖啡碱的浸出率达 3.9％左右。

3）微波技术应用于茶叶咖啡碱的浸提具有短、时、高效、节能等优点。与其他提取方法相比，微波联合水浴提取，不仅咖啡碱浸出率高，而且降低了成本、减少了污染；微波联合水浴提取法有效地弥补有机溶剂提取成本高、沸水提取时间长，有效成分损失大的不足。