茶葉浸提液微波輔助萃取過程中溶劑選擇的差異

劉自琴，黃惠華

(華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640)

茶葉浸提液微波輔助萃取過程中溶劑選擇的差異

劉自琴，黃惠華*

(華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640)

研究了綠茶中活性成分兒茶素單體在不同性質的溶劑(甲醇、乙醇、水、乙酸乙酯)下，微波輔助萃取的效率和選擇性差異。實驗結果發現，酯型兒茶素單體(L-EGCG和L-ECG)用甲醇或乙醇萃取較用水萃取效率高，其他三種簡單兒茶素單體(L-EGC，D，L-C，L-EC)則是以純水作為萃取溶劑萃取效率為佳。乙酸乙酯對兒茶素各單體的浸出量相對水、甲醇和乙醇都大幅減少。適當增加萃取溶劑的離子濃度，會有利于微波輔助萃取效率的提高，但溶劑的離子濃度過大時，會降低兒茶素各單體的浸出量。

兒茶素，微波輔助萃取，溶劑，離子濃度

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

英德低檔綠茶 購于廣州市場;L-表沒食子兒茶素(L-EGC)標準品、D，L-兒茶素(D，L-C)標準品、L-表兒茶素(L-EC)標準品、L-表沒食子兒茶素沒食子酸酯(L-EGCG)標準品、L-表兒茶素沒食子酸酯(L-ECG)標準品 均購于Sigma公司;甲醇色譜純，購于汕頭西隴化工廠;冰醋酸 分析純，購于天津大茂化學試劑廠。

超聲波脫氣裝置 上海超聲儀器廠;高效液相色譜系統 Waters中國有限公司;高效液相色譜系統(HPLC)waters 600型高效液相色譜儀、waters 996紫外-可見光吸收檢測器、泵控器(PCM)、手動進樣器、HP計算機帶Millenium32色譜管理系統軟件等。

1.2 實驗方法

1.2.1 微波輔助萃取方法 實驗流程:準確稱量2.500g干茶葉，加入50mL萃取試劑，在冷凝回流狀態下，按照設計好的微波輻射條件進行萃取，對浸提液抽濾，得茶湯清液。按照HPLC檢測要求處理，再進行HPLC的測定。

微波輔助萃取方法:應用不同的有機溶劑微波加熱提取，需采用冷凝回流加熱，以免溶劑發生“爆沸”現象溢出。在540W微波輸出功率下，輻射作用3.5min，萃取溶劑易加熱回流，一般保持間歇式的沸騰狀態，可認為基本提盡有效成分。

1.2.2 兒茶素單體測定方法 采用高效液相色譜法測定兒茶素單體，條件如下:固定相(色譜柱):Waters μ-Bondapak C18柱(300×3.9mm，5μm);流動相:甲醇∶水∶冰醋酸(26∶74∶0.5，V/V);流速:0.5mL/min;檢測波長:278nm;室溫;進樣體積:10μL。所有流動相及進樣液體均經過超聲波脫氣和0.45μm HA濾膜過濾。

采用兒茶素標準品進行定性分析，采用外標法進行定量分析。標準曲線的繪制:分別精密稱取10.0mg的L-EGC、D，L-C、L-EC、L-EGCG和L-ECG標準品，用80%(V/V)乙醇溶液定容于10mL的容量瓶中備用，在0.45μm微孔過濾器中過濾。再分別配制成濃度為0.1、0.3、0.5、0.75、1.0mg/mL的溶液，以微量進樣器分別吸取10μL進樣，在上述色譜條件下進行HPLC分析。以各組分的進樣量X(μg)對峰面積Y進行線性回歸。

2 結果與分析

2.1 各種兒茶素單體的tR值及外標法回歸

在高效液相色譜的檢測條件下，進行五種茶多酚主要單體成分:L-表沒食子兒茶素(L-EGC)、D，L-兒茶素(D，L-C)、L-表兒茶素(L-EC)、L-表沒食子兒茶素沒食子酸酯(L-EGCG)和L-表兒茶素沒食子酸酯(L-ECG)的HPLC檢測，得各單體HPLC的標準色譜圖(圖略)，各單體的保留時間tR(見表1)作為定性分析的依據。各單體按外標法進行的定量測定的相關性結果見表1。由表1可知，利用高效液相色譜法定量分析兒茶素各主要單體，通過對被測定單體的峰面積Y對進樣量X(μg)進行線性回歸，所得線性回歸方程的線性相關系數均在0.9996～0.9999的范圍內，具有良好的線性關系。

表1 HPLC分析中兒茶素各組分的tR值及線性回歸方程和定量系數

2.2 微波輔助萃取中的溶劑比較與選擇

微波輔助萃取技術屬于溶劑萃取技術的一種。運用溶劑提取法的關鍵，是選擇適當的溶劑。萃取溶劑的選擇是微波輔助萃取過程中最重要的一環。一般地，選擇萃取溶劑應考慮目標分析物在溶劑中的溶解度，溶劑與基質的相互作用以及溶劑的微波吸收特性還有對后續反應的影響等［3-5］。

MAE使用的溶劑可分為水、親水性有機溶劑及親脂性有機溶劑，被溶解物質也有親水性及親脂性的不同。由于非極性溶劑介電參數小，對微波透明或部分透明，無法進行萃取分離，必須加入一定比例的極性有機溶劑，因此在微波萃取時，要求溶劑必須具有一定的極性，對目標組分有較強的溶解能力，對后續測定的干擾較少［6］。常見的提取溶劑可分為三類:水;親水性的有機溶劑，如乙醇、甲醇等，以乙醇最常用;親脂性的有機溶劑，如石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯等。

水分子呈極強的極性，是吸收微波能的最好介質，能吸收絕大多數的微波能，升溫快，易產生溶劑爆沸現象。乙醇和甲醇也是吸收微波能的良好介質，能吸收微波產生升溫。而乙酸乙酯是極性較低的介質，吸收微波能力差，僅能吸收極少量的微波能，升溫效果差。一般地，溶劑的介電常數越大即極性越大，對微波的吸收能力越強。

本實驗分別選取了水、甲醇、乙醇和乙酸乙酯作為實驗萃取溶劑進行比較，這四種萃取溶劑介電性差異較大，具有代表性。如以純水的介電常數為基準，甲醇、乙醇和乙酸乙酯的介電常數分別是純水的41.7%、31.03%和7.69%，即可量化推知它們吸收微波能力的差異。

在微波輸出功率為540W時，以水、乙醇、甲醇和乙酸乙酯作為萃取溶劑浸提3.5min，采用HPLC作為檢測手段檢測浸提液中兒茶素單體含量，同時可以檢出其中的咖啡堿的組分峰(與廖旭輝等報道的現象相似［7］)。各兒茶素各單體的得率見表2，各萃取溶劑的HPLC譜圖見圖1～圖4。

表2 微波場中不同萃取溶劑的兒茶素各單體浸出效果比較

圖1 微波場中以水作為萃取溶劑的兒茶素各單體及咖啡堿的HPLC圖譜注:1.L-EGC;2.D，L-C;3.咖啡堿;4.L-EC; 5.L-EGCG;6.L-ECG;圖2～圖4同。

一般來說，萃取溶劑的介電常數越大，其吸收微波轉化為熱能而產生的熱效應就越大，其浸出得率也就會越大;反之就越小。甲醇的介電常數只是純水的41.7%，可認為甲醇吸收的微波能產生的熱效應比純水少。而且純水和甲醇浸提時，都產生爆沸現象，說明這兩種溶劑都已達到它們的沸點。微波場中，甲醇產生的熱效應也可認為是比純水少，但由表2可以看出，甲醇浸提兒茶素的浸取率卻比純水浸提還要高5.15%，說明甲醇對兒茶素的浸提不是只按熱效應的浸提效能進行浸提，還與微波對極性溶劑甲醇和極性分子兒茶素的共同作用和微波對兒茶素在甲醇里的選擇性加熱萃取有關，存在著一定的選擇性萃取現象。

圖2 微波場中以甲醇作為萃取溶劑的兒茶素各單體及咖啡堿的HPLC圖譜

圖3 微波場中以乙醇作為萃取溶劑的兒茶素各單體及咖啡堿的HPLC圖譜

圖4 微波場中以乙酸乙酯作為萃取溶劑的兒茶素各單體及咖啡堿的HPLC圖譜

以乙醇作為萃取溶劑，其介電常數比甲醇低，所以總體的萃取效率略低于甲醇。以乙酸乙酯作為萃取溶劑，由于其極性低，溶劑極性分子少，同時對茶葉浸潤率差，微波對浸提得率的貢獻不明顯，故其萃取率低。另外用有機溶劑甲醇和乙醇提取，產品的純度和得率提高。

由表2可看出，酯型兒茶素單體(L-EGCG和L-ECG)用甲醇和乙醇萃取較用水萃取效果理想，浸出量較大，萃取效率較高。其他三種簡單兒茶素單體則以純水作萃取溶劑萃取效率最優。而極性低的乙酸乙酯作萃取溶劑時兒茶素各單體浸出量都大幅減少。

對于極性溶劑的MAE，在微波場中，萃取溶劑分子和萃取目標組分中的極性分子存在著吸收微波能力的差異以及兩者之間都會存在相互的作用，從而使被萃取目標物質從基體中分離，溶解到溶劑中的效果存在差異。本研究中，酯型兒茶素單體(L-EGCG和L-ECG)用甲醇和乙醇作為溶劑萃取比用水萃取的浸出得率高。甲醇的萃取結果與乙醇相似，但因甲醇的介電常數較大，極性較強，故其吸收微波的能量較多，萃取效率較乙醇高。但乙醇為有機溶劑，毒性小，價格便宜，來源方便，有一定設備即可回收反復使用，且乙醇的提取液不易發霉變質。由于這些原因，用乙醇提取的方法在微波輔助萃取過程中是較為理想的溶劑。

比較而言，在MAE過程中，乙酸乙酯的浸出率大大低于水、甲醇和乙醇，一方面是由于這種非極性溶劑吸收微波能少;另一方面是茶葉經過干燥，本身水分含量低，乙酸乙酯對茶葉的浸潤效果也很差，茶多酚單體難以均勻分散在低極性的溶劑中，故不能有效地被提取出來。

2.3 添加離子提高MAE效果及分析

關于離子遷移機制，一般認為是通過離子的電泳產生熱能的。如:NaCl在水溶液中將會解離成Na+和Cl-，在電場存在的情況下，正離子沿著電場負極方向移動，負離子沿著電場正極方向移動。由于微波場中電場方向是變化的，因此離子將會做來回的振蕩，使之與相鄰的離子碰撞，這種碰撞將會產生能量，并以熱量的形式釋放出來，表現為物料的溫度升高，從而達到將微波轉化成熱能的目的。

實驗中，在微波輸出功率為540W時，以水作為萃取溶劑浸提3.5min，在溶劑中分別添加了0.1、0.3、0.5mol/L的NaCl，增加離子濃度來進行微波輔助浸提，得樣品液，再采用高效液相色譜法(HPLC)測定各萃取溶劑的兒茶素各單體的浸出量，見表3。

表3 微波場中不同離子濃度對兒茶素單體浸出得率(%)的影響

從表3可以看出，當添加NaCl濃度為0.1mol/L時，兒茶素各單體的得率比純水略增加了，說明適當增加萃取溶劑的離子濃度有利于微波輔助萃取效率的提高。但溶劑的離子濃度進一步增加時，兒茶素各單體的浸出量反而下降，這可能是離子濃度過大會削弱微波能量對基質的作用，造成微波對溶劑體系輻射效能的下降，導致各單體浸出量的下降，有待進一步深入研究探討。

3 結論

微波對甲醇浸提茶多酚各種兒茶素單體有強化效果。酯型兒茶素單體(L-EGCG和L-ECG)用甲醇或乙醇萃取較用水萃取效率高，而其他三種簡單兒茶素單體(L-EGC、D，L-C、L-EC)則是以純水作為萃取溶劑萃取效率為佳。乙酸乙酯對兒茶素各單體的浸出量相對水、甲醇和乙醇都大幅減少。適當增加萃取溶劑的離子濃度，有利于微波輔助萃取效率的提高。但溶劑的離子濃度進一步增加時，兒茶素各單體的浸出量反而下降。

［1］李健.微波萃取技術在中藥方面的應用［J］.貴陽中醫學院學報，2002，24(4):38-39.

［2］K Ganzler.Microwave extraction-a novel sample preparation method for chromatography［J］.J Chromatography，1986，371: 299-306.

［3］聶金媛，張夢軍.微波輔助提取方法和技術在中藥與天然產物研究與開發中的應用［J］.長沙大學學報，2003，17(4): 40-42.

［4］李里特.微波在食品加工中應用的原理和特點［J］.食品工業科技，1991(6):3-7.

［5］張衛國，郝志亮，陳永泉.微波技術及其在食品工業上的應用［J］.湛江海洋大學學報，2003，23(3):71-76.

［6］RenoeB.Microwaveassisted extraction［J］.American Laboratory，1994(8):34-39.

［7］廖旭輝，嵌耀京.高效液相色譜法測定茶葉兒茶素［J］.廣西熱作科技，1992(3):16，21.

Differences between different solvents in microwave-assisted extraction of green tea extract

LIU Zi-qin，HUANG Hui-hua*
(Department of Food Science and Technology，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

Research was carried out on the differences between different solvents in microwave-assisted extraction of green tea extract.The results showed that the extraction yields of the main two catechin monomers， epigallocatectin gallate(L-EGCG)and epicatectin gallate(L-ECG)were higher in the cases of methanol and ethanol as solvent than purified water.Compared with purified water，methanol and ethanol，ethyl acetate showed the lowest extraction yields of catechins as solvent.Appropriate addition of NaCl in water could improve the efficiency of microwave-assisted extraction.

catechin;microwave-assisted extraction;solvent;ionic concentration

TS201.1

A

1002-0306(2011)03-0100-04

傳統的固-液萃取過程中，萃取的選擇性很差，有限的選擇性只能通過改變溶劑的性質或延長溶劑萃取的時間來獲得，前者由于同時受溶解能力和擴散系數的限制，選擇面很窄;后者則降低了萃取效率和速度［1］。微波萃取技術 (Microwave-Assisted Extraction，MAE)是Ganzler［2］于1986年提出的利用微波能進行萃取的方法，由于微波能對萃取體系中的不同組分進行選擇性加熱，因而成為能使目標組分直接從基體分離的萃取過程，提高了選擇性;另一方面，微波加熱利用分子和離子的極化效應直接對物質進行加熱，因此熱效率高，升溫快速均勻，大大縮短了萃取時間，提高了萃取效率［1］。本實驗主要探討了綠茶茶葉中活性成分兒茶素單體在不同性質的溶劑下，微波輔助萃取的效率和選擇性差異，以利用微波提高萃取目標成分的萃取效率。

2010-02-22 *通訊聯系人

劉自琴(1986-)，女，碩士研究生，研究方向:農產品加工及貯藏工程。

國家“863”計劃項目(2007AA100404);廣東省科技計劃項目(2010B020312005)。