第23卷第3期2001年9月南昌大学学报(工科版)
Jour nal of N anchang U niversity(Engineer ing &T echnology) V ol. 23N o. 3Sept. 2001
文章编号:1006-0456(2001) 03-0092-07
金属盐沉淀法提取茶多酚影响因素的研究
邓泽元, 刘娟, 肖艳玉, 黄新宁, 刘显汶
(南昌大学生命科学与食品工程学院, 江西南昌330047)
摘要:对金属盐沉淀法提取茶多酚进行了研究 探讨了茶叶量、浸提水量、浸提时间、浸提次数、浸提水温度、金属盐及其加入量、酸溶时酸的用量、萃取时间、萃取次数等各因素对茶多酚提取率的影响 研究表明, AlCl 3和ZnSO 4对茶多酚的沉淀具有协同作用 确定了最佳提取工艺条件:10g 茶末, 140mL 水, 100 水中浸提10min, 加入AlCl 3 6H 2O 0. 60g , ZnSO 4 7H 2O 1. 07g, 用乙酸乙脂萃取4次, 其茶多酚的提取率可达18%~20%
关键词:茶多酚; 提取; 金属盐沉淀法; 影响因素中图法分类号:T S 272. 5+1 文献标识码:A
*
*
茶叶中富含一类多羟基的酚性物质 茶多酚(tea-polyphenols, 简称TP) , 它约占茶叶干物质的1/3 茶多酚是一类以儿茶素类为主体的多酚类化合物, 除儿茶素类外, 还有黄烷醇类、黄烷酮类、酚酸类和花色苷及其苷元 TP 是一种新型的天然抗氧化剂, 具有高效的抗氧化、解毒、保鲜除臭、抗射线、调整脂糖代谢、调整肠机能、降压等生理活性作用[1, 2] 在油脂、食品、医药、日化等领域具有广阔的应用前景
国内外提取制备T P 的方法主要有:有机溶剂萃取法[3, 4]、金属盐沉淀法[5]、吸附树脂层析法[6]、超临界萃取法[7]。其中, 超临界萃取法需昂贵的设备, 吸附树脂层析法也需要超滤、减压浓缩、真空干燥等多种设备, 且制得的产物中TP 含量只有80%[7]
有机溶剂萃取的原理是利用TP 易溶于水和C 2H 5OH, CH 3COCH 3, C 2H 5OC 2H 5, CH 3OH 等有机溶剂, 将之从茶叶中提取出来, 或用CH 3COOC 2H 5等有机溶剂将之从水提物中分离出来 该法虽比较简单, 但所提取出的粗品实质上是茶叶的水或乙醇等的浸出物, 其中含有大量的植物多糖、色素、咖啡碱、树脂、氨基酸等, TP 的含量仅为30%~40%, 还需通过进一步精制、纯化、去杂才有实际意义 同时, 该法还存在以下缺点:1) 使用多种有机溶剂, 且有机溶剂用量大; 2) 工序多, 就萃取一步需经三级错流萃取, 工艺繁琐复杂; 3) 需多次蒸馏, 加热时间长; 4) 有效成分含量和提取率较低, 若需制得较高纯度的茶多酚, 还需经过色谱柱精制, 因而不适于工业化生产; 5) 使用氯仿等有毒的有机溶剂, 使产品和操作不够安全; 6) 生产的成本较高
金属盐沉淀法的原理是利用TP 在一定条件下可以和某些无机碱、盐形成沉淀的性质, 用来富集提取T P 与有机溶剂萃取法相比, 金属盐沉淀法具有以下优点[8]:1) 工艺简单易行, 操作安全方便; 2) 大多工序在常温下完成, 勿需反复和长时间加热; 3) 不需使用大量的有机溶剂如氯仿等有毒物质; 4) 选择性强, 因而有效成分含量和提取率均高; 5) 成本低, 产品的色
收稿日期:2000-11-14
作者简介:邓泽元, 男, 1963年生, 教授 *2000届本科毕业生
[8]
第3期邓泽元等:金属盐沉淀法提取茶多酚影响因素的研究 93
泽、水溶性均较好
故本实验选取金属盐沉淀法提取TP 为研究内容
1 材料与方法
1 1 试剂与设备
低档绿茶末、碳酸氢钠溶液、乙酸乙脂、盐酸、氯化铝、硫酸锌、高锰酸钾、硝酸 pH -2型酸度计、离心分离机、电子天平、蒸馏设备、水浴锅、萃取设备 1 2 金属盐沉淀法提取TP 的工艺流程
茶末 热水浸提 过滤 滤液 加金属离子 调节pH 值 沉淀 离心分离 沉淀酸溶 乙酸乙脂萃取 分液 加蒸馏水萃取 茶多酚水溶液 真空浓缩 真空干燥
1 3 茶多酚提取的操作方法
称取一定量的低档茶末, 加入一定量的适当温度的蒸馏水中, 搅拌浸提一段时间后, 过滤; 将滤渣再次浸提, 过滤, 合并滤液 在合并后的滤液中加入一定量的金属离子; 用1mol/L 的碳酸氢钠调节pH 值至5. 1~5. 4, 静置10min 若溶液pH 值无变化, 则茶多酚沉淀完全(亦可通过取上层清液2~3mL, 加入1滴碳酸氢钠溶液后无黄色浑浊现象, 判断茶多酚沉淀完全) 离心分离后, 将沉淀用一定量的盐酸溶解, 再用等量的乙酸乙脂萃取 分液后在上层液中加入适量蒸馏水萃取, 即可得到茶多酚的水溶液; 乙酸乙脂可蒸馏回收 1 4 金属盐的选择
本研究选择铝离子、锌离子以及这两种离子复合作为沉淀剂, 从中选择TP 提取率最高的沉淀剂
1 5 金属盐离子的回收
在T P 的提取过程中, 在离心分离的上层液和乙酸乙脂萃取的下层液中均含有大量的金属盐离子 若将其直接排出, 不仅会造成金属盐离子的浪费, 而且可能造成环境污染 所以, 本研究对其进行了回收, 回收的金属盐可重复使用, 这不仅可降低生产成本, 而且可减少对环境的污染 金属盐离子回收的方法是将离心分离的上层液和乙酸乙脂萃取的下层液经热烘干, 便得固体 取一定量的该固体, 进行灰化, 通过EDTA 反滴定测定铝和火焰法原子吸收测定锌元素的含量, 以测得金属离子的回收率 1 6 各因素对T P 提取率的影响
影响TP 提取率的因素主要是茶叶量、浸提水量、浸提时间、浸提次数、浸提水温度、金属盐及其加入量、萃取时间、萃取次数等, 因此我们对这些因素进行了试验
首先选用铝离子作为沉淀金属离子(AlCl 3 6H 2O 为0. 5g) , 控制茶叶量为10g, 浸提水量为160mL, 萃取时间为15m in, 萃取次数为1次; 浸提水温度分别为80 , 90 , 100 ; 浸提次数分别为1, 2, 3次; 浸提总时间分别为5min, 10min, 15m in 做一个三因素三水平正交试验, 以分析以上各因素对TP 提取率的影响
以茶叶加入量为1g, 3g , 5g; AlCl 3 6H 2O 加入量为0. 05g, 0. 15g, 0. 25g; 水加入量为10
94 南昌大学学报(工科版) 2001年
次, 浸提总时间为10min, 萃取时间为15min, 萃取次数为1次, 以分析以上各因素对TP 提取率的影响
控制茶叶加入量为5g, 浸提水温度为100 , 浸提水量为100mL, 浸提次数为2次, 萃取次数为1次, 萃取时间为5min; 以浸提时间为5min, 10m in, AlCl 3 6H 2O 加入量为0. 6g, 0. 8g 做一个二因素二水平的正交试验, 以分析以上各因素对TP 提取率的影响
金属盐沉淀TP 后, 用盐酸酸溶, 因此我们也以盐酸加入量为1m L, 2mL, 萃取次数为4, 5次, 萃取时间为5min, 10min 做一个三因素两水平的正交试验, 以分析此三因素对T P 提取率的影响 同时控制茶叶加入量为5g, 浸提水温度为100 , 浸提时间为5min, 浸提次数为1次, 以水加入量为50mL, AlCl 3 6H 2O 加入量为0. 6g
将ZnSO 4 7H 2O, AlCl 3 6H 2O 以及它们的复合沉淀剂做一个对比试验, 从而比较使用各种沉淀剂对TP 提取率的影响 并最后测定不同沉淀剂的回收率 同时控制茶叶加入量为5g , 水加入量为140mL, 浸提水温度为100 , 浸提时间为10min, 浸提2次, 乙酸乙脂萃取4次, 每次萃取时间为5m in
以上TP 提取率均用高锰酸钾滴定法测得
2 结果与分析
2 1 浸提温度、浸提次数和浸提时间对茶多酚提取率的影响
其结果见表1
表1 浸提温度、浸提次数和浸提时间对茶多酚提取率的影响
试验号1
23456789K 1K 2K 3K 1K 2K 3R
温度/ [***********]10013. 5418. 0332. 934. 516. 0110. 986. 47
浸提次数/次
[1**********]. 4620. 6723. 376. 826. 897. 790. 97
浸提时间/min
[**************]20. 3723. 7520. 386. 797. 926. 791. 13
T P 提取率/%
3. 263. 736. 196. 285. 666. 0910. 5611. 2811. 09
由以上数据可作如下方差分析(表2)
第3期邓泽元等:金属盐沉淀法提取茶多酚影响因素的研究 95
表2 方差分析表
变量来源温 度浸提次数时 间误 差总 数
平方和68. 811. 762. 550. 2673. 38
自由度22228
均方34. 400. 881. 280. 139. 17
F 值264. 626. 779. 85
由表2可知温度的F 值大于F(2, 2) 0. 01(=99) , 故温度对茶多酚的提取率有极显著的差异, 而浸提时间、浸提次数对茶多酚的提取率则无显著的影响 考虑到工艺条件的实用性, 拟选择的工艺条件为温度100 , 浸提时间10m in, 浸提次数2次 2 2 茶叶量、AlCl 3 6H 2O 加入量和水加入量对茶多酚提取率的影响
其结果见表3
表3 茶叶量、A lCl 3 6H 2O 加入量和水加入量对茶多酚提取率的影响
试验号123456789K 1K 2K 3K 1K 2K 3R
茶叶量/g
[1**********]. 179. 444. 148. 723. 151. 387. 34
AlCl 3 6H 2O 加入量/g
0. 050. 150. 250. 050. 150. 250. 050. 150. 251. 8514. 1823. 720. 624. 737. 917. 29
水加入量/mL
[***********]7. 6713. 5618. 522. 564. 526. 173. 61
T P 提取率/%
0. 7110. 2315. 230. 712. 865. 780. 431. 092. 62
由以上数据可得出如下方差分析(表4)
表4 方差分析表
变量来源茶叶量氯化铝加水量误 差总 数
平方和88. 0280. 1619. 5925. 5212. 92
自由度22228
均方44. 0140. 089. 7912. 58
F 值3. 503. 190. 78
F , 2) . 05=
96 南昌大学学报(工科版) 2001年
过极差分析确定各因素对茶多酚提取得率影响大小的顺序, 即:茶叶量>AlCl 3 6H 2O 加入量>加水量 所以茶多酚提取时, 提取1g 茶叶加0. 25g AlCl 3 6H 2O 来沉淀较好, 加水量则以后续的工艺和经济来考虑
2 3 浸提时间和AlCl 3 6H 2O 加入量对茶多酚的提取率的影响
其结果见表5
表5 浸提时间和A lCl 3 6H 2O 加入量对茶多酚的提取率的影响试验号1234K 1K 2R
A lCl 3 6H 2O 加入量/g
0. 60. 60. 80. 812. 1811. 041. 14
浸提时间/min
51010510. 8512. 371. 52
T P 提取率/%
5. 526. 665. 715. 33
经方差分析, 在茶叶加入量为5g 时, 以上二因素对茶多酚提取率无显著的差异; 但由表5可知, 其对茶多酚提取率的影响大小为:浸提时间>AlCl 3 6H 2O 加入量 所以工艺条件应选:浸提10min 而AlCl 3 6H 2O 加入量在0. 6~0. 8g 均可 2 4 盐酸加入量、萃取次数和萃取时间对茶多酚提取率的影响
其结果见表6
表6 盐酸加入量、萃取次数和萃取时间对茶多酚提取率的影响试验号12
34K 1K 2R
盐酸加入量/mL
112221. 6021. 420. 09
萃取次数/次
454520. 9622. 060. 55
萃取时间/min
51010521. 6021. 420. 18
T P 提取率/%
10. 5711. 0310. 3911. 03
由表6可知, 以上三因素对茶多酚提取率无显著的影响 说明1mL 的盐酸便可溶解从5g 茶叶中提取的茶多酚, 萃取次数为4次和5次均可, 萃取时间不宜太长, 5min 便可 2 5 不同沉淀剂对茶多酚提取率的影响
其结果见表7
表7 不同沉淀剂对茶多酚提取率的影响
试验号123沉淀剂
ZnSO 4 7H 2O 5. 00g ZnSO 4 7H 2O 2. 14g AlCl 3 6H 2O 1. 25g
T P 提取率/%
17. 4218. 4817. 10
由表7可知, 锌离子和铝离子的沉淀效果基本一致, 但使用ZnSO 4 7H 2O 和AlCl 3 6H 2O 的复合沉淀剂提取效果最好, 其TP 提取率达19. 79% 其后我们多次用复合沉淀剂沉淀提取T P, 最后的提取率为20. 0%~20. 7% 说明锌离子和铝离子可能有协同作用 2 6 不同沉淀剂的回收率
其结果见表8
表8 不同沉淀剂的回收率
试验号123
沉淀剂
AlCl 3 6H 2O 1. 20g
ZnSO 4 7H 2O 1. 72g
AlCl 3 6H 2O 1. 20g+ZnSO 4 7H 2O 1. 70g
回收率/%
9488
90(A l 3+) , 85(Zn 2+)
3 讨论
3 1 提取条件对茶多酚提取率的影响
本研究确定了金属盐提取茶多酚的最佳工艺条件:5g 茶末, 在100 水中浸提2次, 每次10m in, 总加水量为140mL(考虑到茶多酚的提取量、水浓缩量及经济原因) , 加入AlCl 3 6H 2O 0. 60g, ZnSO 4 7H 2O 1. 07g, 用乙酸乙脂萃取4次, 每次萃取5m in, 茶多酚的提取率可高达18%~20% 这比目前报道的金属盐沉淀法茶多酚提取率10%左右高出许多 葛宜掌等(1994) [5]用氯化铝沉淀, 乙酸乙脂萃取, 经浓缩、真空干燥得白色茶多酚粉末, 其提取率为10 5% 本研究的提取率较之高出很多, 主要原因可能是本研究的浸提水量较之多导致浸出率高, 浸提时间较之短而大大减少茶多酚的氧化 而且本研究采用了AlCl 3 6H 2O 和ZnSO 4 7H 2O 的复合沉淀剂促使茶多酚完全沉淀; 同时采用乙酸乙脂多次萃取, 并控制了萃取时间, 萃取出了大部分的茶多酚
3 2 复合沉淀剂对茶多酚提取率的影响
本研究采用了硫酸锌和氯化铝的复合沉淀剂, 大大提高了茶多酚的提取率, 得到了较好的效果 金属盐沉淀法所使用的沉淀剂有Pb(OH) Ac, Cu(OH )Ac, Ca(OH) 2, Ba 2+, Fe 3+, M g 2+, Zn 2+, Al 3+等 Pb, Cu, Ba 毒性大, 不宜使用; Ca(OH ) 2为微溶物, 沉淀效果不佳, 而且应在强碱条件下进行, 和使用Fe 3+一样, TP 易氧化 Zn 2+和Al 3+沉淀效果最好[5] 从本研究结果看, Zn 和Al 共同使用存在协同作用, 茶多酚提取率高; 产品中咖啡碱的含量低, 为3. 0%~3. 4%; 而有机萃取法所得的产品含咖啡碱达到5. 0%~5. 9% 但复合沉淀剂的沉淀协同机理尚不清楚
3 3 乙酸乙脂萃取的时间
乙酸乙脂萃取的时间也是影响茶多酚提取率的重要因素 萃取时间5min 和10m in, 提取率一致 我们曾经试验了萃取时间10min 和20m in 对提取率的影响, 发现萃取20min 比10min, 茶多酚最后的得率反而低得多 究其原因可能是乙酸乙脂在酸性条件下水解, 并于此造成C 2H 5OH , CH 3COOH, H 2O 和茶多酚之间的复杂作用而影响茶多酚的提取
2+
3+
3 4 金属离子回收的重要意义
本研究对所用的金属盐离子进行了回收, ZnSO 4, AlCl 3回收率分别达85%~88%和90%~94%; 回收的金属盐可重复使用于沉淀茶多酚, 这不仅降低了生产成本, 而且还减少了环境污染, 具有较好的经济效益和社会效益
参考文献:
[1] 姜绍通, 潘丽军, 庞思平, 等 茶多酚-猪油乳化体系的抗氧化效果[J] 食品科学, 1999, (5) :9-11 [2] 阮宇成 茶多酚的广阔用途[J] 茶叶, 1997, 23(1) :46
[3] 袁珂 从绿茶叶提取茶多酚的工艺方法[J] 林产化学与工业, 1997, (3) :56-60. [4] 尹莲 茶多酚制备工艺的改进研究[J] 食品科技, 1998, (6) :33-34. [5] 葛宜掌, 金红 茶多酚的离子沉淀提取法[J] 应用化学, 1995, (4) :107-109.
[6] 傅锦坤, 陈玉池, 许金来, 等 茶叶中茶多酚的吸附分离提取[J] 食品科学, 1998, (8) :22-24 [7] 陈为钧, 万圣勤 茶叶中多酚类物质的研究进展[J] 天然产物研究与开发, 1994, 6(2) :74-80. [8] 葛宜掌, 金红 茶多酚提取方法进展[J] 精细化工, 1994, (11) :52-55.
Research of Factors for Tea Polyphenols Extraction
with Metal Salts as Precipitator
DENG Ze-yuan, L IU Juan, XIAO Y an-yu,
H UA NG Xin-ning, LIU Xian-wen
(School of L if e Science and Food Engineer ing , N anchang University , N anchang 330047, China)
ABSTRAC T Tea polyphenols extraction w ith metal salts as precipitator w as investigated. Effecting factors such as tea quantity, w ater volume for ex traction, time leng th for water extraction, extracting time for w ater extraction, tem perature of extraction, salt quantity , acid concentration, time leng th for ester extraction and ex tracting time for ester extracton on its extraction rate w ere researched, the best technics conditions of its extraction w ere determined:10g tea w as put into 140mL water at 100 for 10min, then 0. 60g AlCl 3 6H 2O and 1. 07g ZnSO 4 7H 2O were added. Precipitated tea poly phenols w ere solved by adding hydrochloric acid, then ex tracted with acetoacetate for 4times. As a result, its extraction rate w as 18%~20%.
KEY WORDS tea polyphenols; extraction; metal salts as precipitator; effecting factor
第23卷第3期2001年9月南昌大学学报(工科版)
Jour nal of N anchang U niversity(Engineer ing &T echnology) V ol. 23N o. 3Sept. 2001
文章编号:1006-0456(2001) 03-0092-07
金属盐沉淀法提取茶多酚影响因素的研究
邓泽元, 刘娟, 肖艳玉, 黄新宁, 刘显汶
(南昌大学生命科学与食品工程学院, 江西南昌330047)
摘要:对金属盐沉淀法提取茶多酚进行了研究 探讨了茶叶量、浸提水量、浸提时间、浸提次数、浸提水温度、金属盐及其加入量、酸溶时酸的用量、萃取时间、萃取次数等各因素对茶多酚提取率的影响 研究表明, AlCl 3和ZnSO 4对茶多酚的沉淀具有协同作用 确定了最佳提取工艺条件:10g 茶末, 140mL 水, 100 水中浸提10min, 加入AlCl 3 6H 2O 0. 60g , ZnSO 4 7H 2O 1. 07g, 用乙酸乙脂萃取4次, 其茶多酚的提取率可达18%~20%
关键词:茶多酚; 提取; 金属盐沉淀法; 影响因素中图法分类号:T S 272. 5+1 文献标识码:A
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茶叶中富含一类多羟基的酚性物质 茶多酚(tea-polyphenols, 简称TP) , 它约占茶叶干物质的1/3 茶多酚是一类以儿茶素类为主体的多酚类化合物, 除儿茶素类外, 还有黄烷醇类、黄烷酮类、酚酸类和花色苷及其苷元 TP 是一种新型的天然抗氧化剂, 具有高效的抗氧化、解毒、保鲜除臭、抗射线、调整脂糖代谢、调整肠机能、降压等生理活性作用[1, 2] 在油脂、食品、医药、日化等领域具有广阔的应用前景
国内外提取制备T P 的方法主要有:有机溶剂萃取法[3, 4]、金属盐沉淀法[5]、吸附树脂层析法[6]、超临界萃取法[7]。其中, 超临界萃取法需昂贵的设备, 吸附树脂层析法也需要超滤、减压浓缩、真空干燥等多种设备, 且制得的产物中TP 含量只有80%[7]
有机溶剂萃取的原理是利用TP 易溶于水和C 2H 5OH, CH 3COCH 3, C 2H 5OC 2H 5, CH 3OH 等有机溶剂, 将之从茶叶中提取出来, 或用CH 3COOC 2H 5等有机溶剂将之从水提物中分离出来 该法虽比较简单, 但所提取出的粗品实质上是茶叶的水或乙醇等的浸出物, 其中含有大量的植物多糖、色素、咖啡碱、树脂、氨基酸等, TP 的含量仅为30%~40%, 还需通过进一步精制、纯化、去杂才有实际意义 同时, 该法还存在以下缺点:1) 使用多种有机溶剂, 且有机溶剂用量大; 2) 工序多, 就萃取一步需经三级错流萃取, 工艺繁琐复杂; 3) 需多次蒸馏, 加热时间长; 4) 有效成分含量和提取率较低, 若需制得较高纯度的茶多酚, 还需经过色谱柱精制, 因而不适于工业化生产; 5) 使用氯仿等有毒的有机溶剂, 使产品和操作不够安全; 6) 生产的成本较高
金属盐沉淀法的原理是利用TP 在一定条件下可以和某些无机碱、盐形成沉淀的性质, 用来富集提取T P 与有机溶剂萃取法相比, 金属盐沉淀法具有以下优点[8]:1) 工艺简单易行, 操作安全方便; 2) 大多工序在常温下完成, 勿需反复和长时间加热; 3) 不需使用大量的有机溶剂如氯仿等有毒物质; 4) 选择性强, 因而有效成分含量和提取率均高; 5) 成本低, 产品的色
收稿日期:2000-11-14
作者简介:邓泽元, 男, 1963年生, 教授 *2000届本科毕业生
[8]
第3期邓泽元等:金属盐沉淀法提取茶多酚影响因素的研究 93
泽、水溶性均较好
故本实验选取金属盐沉淀法提取TP 为研究内容
1 材料与方法
1 1 试剂与设备
低档绿茶末、碳酸氢钠溶液、乙酸乙脂、盐酸、氯化铝、硫酸锌、高锰酸钾、硝酸 pH -2型酸度计、离心分离机、电子天平、蒸馏设备、水浴锅、萃取设备 1 2 金属盐沉淀法提取TP 的工艺流程
茶末 热水浸提 过滤 滤液 加金属离子 调节pH 值 沉淀 离心分离 沉淀酸溶 乙酸乙脂萃取 分液 加蒸馏水萃取 茶多酚水溶液 真空浓缩 真空干燥
1 3 茶多酚提取的操作方法
称取一定量的低档茶末, 加入一定量的适当温度的蒸馏水中, 搅拌浸提一段时间后, 过滤; 将滤渣再次浸提, 过滤, 合并滤液 在合并后的滤液中加入一定量的金属离子; 用1mol/L 的碳酸氢钠调节pH 值至5. 1~5. 4, 静置10min 若溶液pH 值无变化, 则茶多酚沉淀完全(亦可通过取上层清液2~3mL, 加入1滴碳酸氢钠溶液后无黄色浑浊现象, 判断茶多酚沉淀完全) 离心分离后, 将沉淀用一定量的盐酸溶解, 再用等量的乙酸乙脂萃取 分液后在上层液中加入适量蒸馏水萃取, 即可得到茶多酚的水溶液; 乙酸乙脂可蒸馏回收 1 4 金属盐的选择
本研究选择铝离子、锌离子以及这两种离子复合作为沉淀剂, 从中选择TP 提取率最高的沉淀剂
1 5 金属盐离子的回收
在T P 的提取过程中, 在离心分离的上层液和乙酸乙脂萃取的下层液中均含有大量的金属盐离子 若将其直接排出, 不仅会造成金属盐离子的浪费, 而且可能造成环境污染 所以, 本研究对其进行了回收, 回收的金属盐可重复使用, 这不仅可降低生产成本, 而且可减少对环境的污染 金属盐离子回收的方法是将离心分离的上层液和乙酸乙脂萃取的下层液经热烘干, 便得固体 取一定量的该固体, 进行灰化, 通过EDTA 反滴定测定铝和火焰法原子吸收测定锌元素的含量, 以测得金属离子的回收率 1 6 各因素对T P 提取率的影响
影响TP 提取率的因素主要是茶叶量、浸提水量、浸提时间、浸提次数、浸提水温度、金属盐及其加入量、萃取时间、萃取次数等, 因此我们对这些因素进行了试验
首先选用铝离子作为沉淀金属离子(AlCl 3 6H 2O 为0. 5g) , 控制茶叶量为10g, 浸提水量为160mL, 萃取时间为15m in, 萃取次数为1次; 浸提水温度分别为80 , 90 , 100 ; 浸提次数分别为1, 2, 3次; 浸提总时间分别为5min, 10min, 15m in 做一个三因素三水平正交试验, 以分析以上各因素对TP 提取率的影响
以茶叶加入量为1g, 3g , 5g; AlCl 3 6H 2O 加入量为0. 05g, 0. 15g, 0. 25g; 水加入量为10
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次, 浸提总时间为10min, 萃取时间为15min, 萃取次数为1次, 以分析以上各因素对TP 提取率的影响
控制茶叶加入量为5g, 浸提水温度为100 , 浸提水量为100mL, 浸提次数为2次, 萃取次数为1次, 萃取时间为5min; 以浸提时间为5min, 10m in, AlCl 3 6H 2O 加入量为0. 6g, 0. 8g 做一个二因素二水平的正交试验, 以分析以上各因素对TP 提取率的影响
金属盐沉淀TP 后, 用盐酸酸溶, 因此我们也以盐酸加入量为1m L, 2mL, 萃取次数为4, 5次, 萃取时间为5min, 10min 做一个三因素两水平的正交试验, 以分析此三因素对T P 提取率的影响 同时控制茶叶加入量为5g, 浸提水温度为100 , 浸提时间为5min, 浸提次数为1次, 以水加入量为50mL, AlCl 3 6H 2O 加入量为0. 6g
将ZnSO 4 7H 2O, AlCl 3 6H 2O 以及它们的复合沉淀剂做一个对比试验, 从而比较使用各种沉淀剂对TP 提取率的影响 并最后测定不同沉淀剂的回收率 同时控制茶叶加入量为5g , 水加入量为140mL, 浸提水温度为100 , 浸提时间为10min, 浸提2次, 乙酸乙脂萃取4次, 每次萃取时间为5m in
以上TP 提取率均用高锰酸钾滴定法测得
2 结果与分析
2 1 浸提温度、浸提次数和浸提时间对茶多酚提取率的影响
其结果见表1
表1 浸提温度、浸提次数和浸提时间对茶多酚提取率的影响
试验号1
23456789K 1K 2K 3K 1K 2K 3R
温度/ [***********]10013. 5418. 0332. 934. 516. 0110. 986. 47
浸提次数/次
[1**********]. 4620. 6723. 376. 826. 897. 790. 97
浸提时间/min
[**************]20. 3723. 7520. 386. 797. 926. 791. 13
T P 提取率/%
3. 263. 736. 196. 285. 666. 0910. 5611. 2811. 09
由以上数据可作如下方差分析(表2)
第3期邓泽元等:金属盐沉淀法提取茶多酚影响因素的研究 95
表2 方差分析表
变量来源温 度浸提次数时 间误 差总 数
平方和68. 811. 762. 550. 2673. 38
自由度22228
均方34. 400. 881. 280. 139. 17
F 值264. 626. 779. 85
由表2可知温度的F 值大于F(2, 2) 0. 01(=99) , 故温度对茶多酚的提取率有极显著的差异, 而浸提时间、浸提次数对茶多酚的提取率则无显著的影响 考虑到工艺条件的实用性, 拟选择的工艺条件为温度100 , 浸提时间10m in, 浸提次数2次 2 2 茶叶量、AlCl 3 6H 2O 加入量和水加入量对茶多酚提取率的影响
其结果见表3
表3 茶叶量、A lCl 3 6H 2O 加入量和水加入量对茶多酚提取率的影响
试验号123456789K 1K 2K 3K 1K 2K 3R
茶叶量/g
[1**********]. 179. 444. 148. 723. 151. 387. 34
AlCl 3 6H 2O 加入量/g
0. 050. 150. 250. 050. 150. 250. 050. 150. 251. 8514. 1823. 720. 624. 737. 917. 29
水加入量/mL
[***********]7. 6713. 5618. 522. 564. 526. 173. 61
T P 提取率/%
0. 7110. 2315. 230. 712. 865. 780. 431. 092. 62
由以上数据可得出如下方差分析(表4)
表4 方差分析表
变量来源茶叶量氯化铝加水量误 差总 数
平方和88. 0280. 1619. 5925. 5212. 92
自由度22228
均方44. 0140. 089. 7912. 58
F 值3. 503. 190. 78
F , 2) . 05=
96 南昌大学学报(工科版) 2001年
过极差分析确定各因素对茶多酚提取得率影响大小的顺序, 即:茶叶量>AlCl 3 6H 2O 加入量>加水量 所以茶多酚提取时, 提取1g 茶叶加0. 25g AlCl 3 6H 2O 来沉淀较好, 加水量则以后续的工艺和经济来考虑
2 3 浸提时间和AlCl 3 6H 2O 加入量对茶多酚的提取率的影响
其结果见表5
表5 浸提时间和A lCl 3 6H 2O 加入量对茶多酚的提取率的影响试验号1234K 1K 2R
A lCl 3 6H 2O 加入量/g
0. 60. 60. 80. 812. 1811. 041. 14
浸提时间/min
51010510. 8512. 371. 52
T P 提取率/%
5. 526. 665. 715. 33
经方差分析, 在茶叶加入量为5g 时, 以上二因素对茶多酚提取率无显著的差异; 但由表5可知, 其对茶多酚提取率的影响大小为:浸提时间>AlCl 3 6H 2O 加入量 所以工艺条件应选:浸提10min 而AlCl 3 6H 2O 加入量在0. 6~0. 8g 均可 2 4 盐酸加入量、萃取次数和萃取时间对茶多酚提取率的影响
其结果见表6
表6 盐酸加入量、萃取次数和萃取时间对茶多酚提取率的影响试验号12
34K 1K 2R
盐酸加入量/mL
112221. 6021. 420. 09
萃取次数/次
454520. 9622. 060. 55
萃取时间/min
51010521. 6021. 420. 18
T P 提取率/%
10. 5711. 0310. 3911. 03
由表6可知, 以上三因素对茶多酚提取率无显著的影响 说明1mL 的盐酸便可溶解从5g 茶叶中提取的茶多酚, 萃取次数为4次和5次均可, 萃取时间不宜太长, 5min 便可 2 5 不同沉淀剂对茶多酚提取率的影响
其结果见表7
表7 不同沉淀剂对茶多酚提取率的影响
试验号123沉淀剂
ZnSO 4 7H 2O 5. 00g ZnSO 4 7H 2O 2. 14g AlCl 3 6H 2O 1. 25g
T P 提取率/%
17. 4218. 4817. 10
由表7可知, 锌离子和铝离子的沉淀效果基本一致, 但使用ZnSO 4 7H 2O 和AlCl 3 6H 2O 的复合沉淀剂提取效果最好, 其TP 提取率达19. 79% 其后我们多次用复合沉淀剂沉淀提取T P, 最后的提取率为20. 0%~20. 7% 说明锌离子和铝离子可能有协同作用 2 6 不同沉淀剂的回收率
其结果见表8
表8 不同沉淀剂的回收率
试验号123
沉淀剂
AlCl 3 6H 2O 1. 20g
ZnSO 4 7H 2O 1. 72g
AlCl 3 6H 2O 1. 20g+ZnSO 4 7H 2O 1. 70g
回收率/%
9488
90(A l 3+) , 85(Zn 2+)
3 讨论
3 1 提取条件对茶多酚提取率的影响
本研究确定了金属盐提取茶多酚的最佳工艺条件:5g 茶末, 在100 水中浸提2次, 每次10m in, 总加水量为140mL(考虑到茶多酚的提取量、水浓缩量及经济原因) , 加入AlCl 3 6H 2O 0. 60g, ZnSO 4 7H 2O 1. 07g, 用乙酸乙脂萃取4次, 每次萃取5m in, 茶多酚的提取率可高达18%~20% 这比目前报道的金属盐沉淀法茶多酚提取率10%左右高出许多 葛宜掌等(1994) [5]用氯化铝沉淀, 乙酸乙脂萃取, 经浓缩、真空干燥得白色茶多酚粉末, 其提取率为10 5% 本研究的提取率较之高出很多, 主要原因可能是本研究的浸提水量较之多导致浸出率高, 浸提时间较之短而大大减少茶多酚的氧化 而且本研究采用了AlCl 3 6H 2O 和ZnSO 4 7H 2O 的复合沉淀剂促使茶多酚完全沉淀; 同时采用乙酸乙脂多次萃取, 并控制了萃取时间, 萃取出了大部分的茶多酚
3 2 复合沉淀剂对茶多酚提取率的影响
本研究采用了硫酸锌和氯化铝的复合沉淀剂, 大大提高了茶多酚的提取率, 得到了较好的效果 金属盐沉淀法所使用的沉淀剂有Pb(OH) Ac, Cu(OH )Ac, Ca(OH) 2, Ba 2+, Fe 3+, M g 2+, Zn 2+, Al 3+等 Pb, Cu, Ba 毒性大, 不宜使用; Ca(OH ) 2为微溶物, 沉淀效果不佳, 而且应在强碱条件下进行, 和使用Fe 3+一样, TP 易氧化 Zn 2+和Al 3+沉淀效果最好[5] 从本研究结果看, Zn 和Al 共同使用存在协同作用, 茶多酚提取率高; 产品中咖啡碱的含量低, 为3. 0%~3. 4%; 而有机萃取法所得的产品含咖啡碱达到5. 0%~5. 9% 但复合沉淀剂的沉淀协同机理尚不清楚
3 3 乙酸乙脂萃取的时间
乙酸乙脂萃取的时间也是影响茶多酚提取率的重要因素 萃取时间5min 和10m in, 提取率一致 我们曾经试验了萃取时间10min 和20m in 对提取率的影响, 发现萃取20min 比10min, 茶多酚最后的得率反而低得多 究其原因可能是乙酸乙脂在酸性条件下水解, 并于此造成C 2H 5OH , CH 3COOH, H 2O 和茶多酚之间的复杂作用而影响茶多酚的提取
2+
3+
3 4 金属离子回收的重要意义
本研究对所用的金属盐离子进行了回收, ZnSO 4, AlCl 3回收率分别达85%~88%和90%~94%; 回收的金属盐可重复使用于沉淀茶多酚, 这不仅降低了生产成本, 而且还减少了环境污染, 具有较好的经济效益和社会效益
参考文献:
[1] 姜绍通, 潘丽军, 庞思平, 等 茶多酚-猪油乳化体系的抗氧化效果[J] 食品科学, 1999, (5) :9-11 [2] 阮宇成 茶多酚的广阔用途[J] 茶叶, 1997, 23(1) :46
[3] 袁珂 从绿茶叶提取茶多酚的工艺方法[J] 林产化学与工业, 1997, (3) :56-60. [4] 尹莲 茶多酚制备工艺的改进研究[J] 食品科技, 1998, (6) :33-34. [5] 葛宜掌, 金红 茶多酚的离子沉淀提取法[J] 应用化学, 1995, (4) :107-109.
[6] 傅锦坤, 陈玉池, 许金来, 等 茶叶中茶多酚的吸附分离提取[J] 食品科学, 1998, (8) :22-24 [7] 陈为钧, 万圣勤 茶叶中多酚类物质的研究进展[J] 天然产物研究与开发, 1994, 6(2) :74-80. [8] 葛宜掌, 金红 茶多酚提取方法进展[J] 精细化工, 1994, (11) :52-55.
Research of Factors for Tea Polyphenols Extraction
with Metal Salts as Precipitator
DENG Ze-yuan, L IU Juan, XIAO Y an-yu,
H UA NG Xin-ning, LIU Xian-wen
(School of L if e Science and Food Engineer ing , N anchang University , N anchang 330047, China)
ABSTRAC T Tea polyphenols extraction w ith metal salts as precipitator w as investigated. Effecting factors such as tea quantity, w ater volume for ex traction, time leng th for water extraction, extracting time for w ater extraction, tem perature of extraction, salt quantity , acid concentration, time leng th for ester extraction and ex tracting time for ester extracton on its extraction rate w ere researched, the best technics conditions of its extraction w ere determined:10g tea w as put into 140mL water at 100 for 10min, then 0. 60g AlCl 3 6H 2O and 1. 07g ZnSO 4 7H 2O were added. Precipitated tea poly phenols w ere solved by adding hydrochloric acid, then ex tracted with acetoacetate for 4times. As a result, its extraction rate w as 18%~20%.
KEY WORDS tea polyphenols; extraction; metal salts as precipitator; effecting factor