超声波萃取法从茶叶中提取茶多酚

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,超声波萃取法从茶叶中提取茶多酚,一、背景,茶多酚（Tea Polyphenols）是茶叶中多酚类物质的总称，包括黄烷醇类、花色苷类、黄酮类、黄酮醇类和酚酸类等。其中以黄烷醇类物质（儿茶素）最为重要。 茶多酚又称茶鞣或茶单宁，是形成茶叶色香味的主要成份之一，也是茶叶中有保健功能的主要成份之一。研究表明，茶多酚等活性物质具解毒和抗辐射作用，能有效地阻止放射性物质侵入骨髓，并可使锶90和钴60迅速排出体外，被健康及医学界誉为“辐射克星”。,茶多酚的药理作用,茶多酚具有很强的抗氧化性和生理活性，是人体自由基的清除剂。1毫克茶多酚清除对人机体有害的过量自由基的效能相当于9微克超氧化物歧化酶(SOD)，大大高于其他同类物质。茶多酚有阻断脂质过氧化反应，清除活性酶的作用。据日本奥田拓勇试验结果，证实茶多酚的抗衰老效果要比维生素E强18倍。,人体的胆固醇、三酸甘油脂等含量高，血管内壁脂肪沉积，血管平滑肌细胞增生后形成动脉粥样化斑块等心血管疾病。茶多酚，尤其是茶多酚中的儿茶素ECG和EGC及其氧化产物茶黄素等，有助于使这种斑状增生受到抑制，使形成血凝黏度增强的纤维蛋白原降低，凝血变清，从而抑制动脉粥样硬化。,茶多酚的药理作用,茶多酚可以阻断亚硝酸铰等多种致癌物质在体内合成，并具有直接杀伤癌细胞和提高机体免疫能力的功效。茶叶中的茶多酚(主要是儿茶素类化合物)，对胃癌、肠癌等多种癌症的预防和辅助治疗，均有稗益。,茶多酚及其氧化产物具有吸收放射性物质锶90和钴60毒害的能力。,茶多酚有较强的收敛作用，对病原菌、病毒有明显的抑制和杀灭作用，对消炎止泻有明显效果。,茶多酚常用的提取方法,超声波萃取法,超声波辅助提取茶多酚，最佳条件为70oC,lOOW超声辐射下用80乙醇按料液比1：10提取20min。提取的茶多酚含量较高，防止茶多酚被氧化，保持高品质。工艺过程为：,茶叶+乙醇超声提取过滤蒸发浓缩氯仿萃取乙酸乙酯萃取蒸发回收酯烘干的粗茶多酚-纯化,超声波萃取法优点,超声波提取茶多酚的工艺简单，尤其是结合溶剂法、沉淀法和树脂吸附法用于提取制备，取得了较好的成效。该方法具有提取温度低、减少浸提所需时间，提高浸提效果，避免茶多酚在长时间高温下氧化的可能，回收率高、氧化损耗小，节时、节能、提取率高等优点，同时避免了有毒溶剂的使用，提取工艺成本低，综合经济效益显著，具有良好的工业推广价值 。,超声波萃取的原理,超声波萃取中药材的优越性，是基于超声波的特殊物理性质。主要是主要通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固-液萃取分离。,（1）加速介质质点运动。（2）空化作用。超声波在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”，“空化效应”不断产生无数内部压力达到上千个大气压的微气穴并不断“爆破”产生微观上的强大冲击波作用在中药材上，使其中药材成分物质被“轰击”逸出，并使得药材基体被不断剥蚀，其中不属于植物结构的药效成分不断被分离出来。加速植物有效成份的浸出提取。（3）超声波的振动匀化使样品介质内各点受到的作用一致，使整个样品萃取更均匀。,超声波萃取特点,适用于中药材有效成份的萃取，是中药制药彻底改变传统的水煮醇沉萃取方法的新方法、新工艺。与水煮、醇沉工艺相比，超声波萃取具有如下突出特点：,（1）无需高温。在4050水温F超声波强化萃取，无水煮高温，不破坏中药材中某些具有热不稳定，易水解或氧化特性的药效成份。（2）常压萃取，安全性好，操作简单易行，维护保养方便。（3）萃取效率高。超声波强化萃取2040分钟即可获最佳提取率（4）具有广谱性。适用性广，绝大多数的中药材各类成份均可超声萃取。（5）超声波萃取对溶剂和目标萃取物的性质（如极性）关系不大。（6）减少能耗。由于超声萃取无需加热或加热温度低，萃取时间短，因此大大降低能耗。（7）药材原料处理量大，成倍或数倍提高，且杂质少，有效成分易于分离、净化。,实验器材 试剂,超声波清洗机 2台 粉碎机 1台 托盘天平3台 离心机（50ml离心管）1台,离心管（50ml，具盖）9个/组 超声波细胞粉碎机 1台,吸水纸3卷 置物篮2个 小烧杯（100ml）9个/组 量筒7个/组,漏斗（滤纸） 3个/组 25ml容量瓶 9个/组 吸量管0.2ml 1个/组 5ml 2个/组,具塞试管20ml 19个/组 15*150试管 19个/组 滴管 2个/组 分光光度计（比色皿5付,茶叶150g；酒石酸亚铁溶液600ml；缓冲液1800ml；蒸馏水450ml,提取液：30%80%乙醇；10%60%丙酮各组自配。每种浓度约150ml，（70%乙醇，40丙酮约500ml）,超声波提取的正交试验设计,在单因素试验基础上，选取超声时间、超声功率、料液比、提取级数为主要考察因素，以茶多酚吸光度为考察指标，进行4 因素3 水平超声波提取,。,（1）,超声波功率对提取率的影响,在处理好的茶叶中加人80%的乙醇80 mL，在不同超声波,功率,100、160、260、360、460、560 W 下分别提取25 nim，测滤液吸光度，在不同的功率下茶多酚吸光度明显不同，这主要是由超声波对不同物质的作用差异所致，在超声波功率为260 W 时，茶多酚吸光度最高，浓度最大，亦即提取率最高。,超声波提取的正交试验设计,（2）超声波提取时间对提取率的影响,往处理好的茶叶中分别加人80%的乙醇80 mL，在260 W功率下分别提取15、20、25、30、35、40 nim，测滤液吸光度，提取初期，茶叶细胞内有效成分含量呈现过饱和状态，浓度为提取温度下茶多酚的饱和浓度。随着提取的进行，茶叶细胞内的茶多酚含量逐渐向非饱和状态过渡，而提取介质中茶多酚含量却逐渐增大。在图中提取曲线后期，茶叶细胞内茶多酚浓度与提取介质中茶多酚的浓度达到动态平衡，此外，提取过程中茶多酚长时间处于高温下，造成部分氧化。因此，提取率略有下降。,超声波提取的正交试验设计,（3）料液比对提取率的影响,在处理好的茶叶中分别加人80%的乙醇40、60、80、100、120、140 mL，在260 W 功率下分别提取25 min，测滤液吸光度，由图4 可知，随着乙醇水溶液体积用量的增加，茶多酚吸光度先增加后减少，在保证一定提取率基础并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，减轻后序工作，故选择加入80 mL 乙醇，即料液比为18为宜。,（4）提取级数对提取率的影响,在处理好的茶叶中加人80%的乙醇80 mL，在260 W 功率下超声提取25 nim，抽滤得滤液，按上述方法反复提取5 次，测吸光度由表2 可知：经过2 次浸提后，茶多酚已基本被提出，茶多酚提取量随着提取次数的增加而增加，,超声波提取的正交试验设计,但次数过多，所消耗溶剂的量增大，综合考虑，选择提取2 次为宜。,超声波提取的正交实验结果,按表1 的设计进行茶多酚的超声波提取正交试验，由表3 可知，4 个主要因素对茶多酚提取的影响顺序为DCAB，即提取级数影响最大，其次为料液比，超声波提取时间和超声波功率的影响较小。这说明在超声波法提取茶多酚工艺中，该提取液和溶剂有利于提取，而超声波时间和超声波功率则起辅助作用。最优的水平组合为A1B2C2D2，即超声波功率260 W、超声波提取时间25 min、料液比18、提取级数2 次。,茶多酚含量测定,用紫外分光光度法测定茶多酚的含量,测定波长的选择准确称取制备好的茶多酚标准样品0.1000 g，加蒸馏水溶解后移人100mL 的容量瓶中，用水稀释至刻度，摇晃使其浓度均一，取该溶液10.00 mL 置于100 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度得0.1000 mg/mL 的标准溶液。量取10.00 mL 的标准溶液于50 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，在190700 nm 波长范围内，用紫外可见分光光度计扫描，可知其在274 nm 处有最大吸收峰，选取=274 nm 作为测定的波长。,标准曲线的绘制分别量取0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 浓度为0.1000 mg/mL 的标准样液于6 只50 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，以蒸馏水为参比，在波长274 nm 处测定吸光度，根据浓度与吸光度绘制标准曲线，回归出曲线方程。,应用前景,1989年我国批准使用茶多酚作为抗氧化剂。茶多酚分子中带有多个活性酚羟基(-OH)可终止人体中自由基链式反应,清除超氧离子,类似SOD之功效,茶多酚对过氧化氢和超氧阴离子自由基的消除率达98%以上,呈显著的量效关系,其效果优于维生素E和C;茶多酚对细胞膜等有保护作用,对脂质过氧化自由基的消除作用十分明显。茶多酚还有抑菌、杀菌作用。能有效降低大肠对胆固醇的吸收,防治动脉粥样硬化,是艾滋病毒(HIV)逆转酶的强抑制物,有增强机体免疫能力、抗肿瘤、抗辐射作用,毒理学研究证实,茶多酚安全、无毒,可以作为食品天然抗氧剂、化妆品和日用化学品的优良添加剂,在医药上可以作为一些疾病患者的辅助药品和保健药品的原料。目前,茶多酚的应用已遍及食品、医药、精细化工等领域。,参考文献,1、梁斌，万福成粗陈茶叶中茶多酚的提取与应用农,技服务，2008,2、刘伟，蒲晓林茶多酚的制备，牙膏工业，2008,及应用研究进展现代企业教育，2011,4、何晓梅，刘体云，魏梦洁，韦传宝AI3+沉淀法制备,茶多酚工艺研究安徽农业科学2011,谢谢观赏,提取工艺对比,溶剂提取法,优点是：(1)容易实现工业化，整个操作工艺流程可以为间歇或者连续生产且稳定可靠；(2)有机溶剂可以回收利用。,缺点主要有：(1)得率较低，往往采用其他手段来提高其得率,；,(2)较高温度的浸提条件使得产品在提取过程中易氧化，产品纯度也比较低；,(3)茶多酚中咖啡碱的含量是一项很重要的指标，氯仿在工艺中用作咖啡碱的脱除，氯仿等有毒的有机溶剂的使用影响到茶多酚的质量和应用范围(如不能用于食品工业)，同时大量有毒、易燃的有机溶剂对生产安全产生一定隐患；(4)萃取工艺一般采用多级萃取操作，溶剂回收需要进行多级蒸馏，工艺操作复杂，能耗大。,提取工艺对比,离子沉淀法,优点在于：(1)产品纯度高；(2)减少了大量有机萃取剂的使用，减少一定量的能耗；(3)工艺流程上来看，包含了有机溶剂以及沉淀剂的回收利用，工艺简单易实现，沉淀剂等辅料成本较低。,缺点在于：(1)金属离子的使用限制了茶多酚的应用范围，某些残留在茶多酚中有毒金属离子含量较高，其产品不能为医药行业所接受；(2)在生产过程中大量废渣的产生无疑对环境造成巨大压力；(3)转溶过程中程序较为繁琐，导致部分多酚被氧化，降低得率；(4)生产设备条件要求苛刻，对生产装臵，辅助设备以及管路的耐腐蚀性有较高的要求。,提取工艺对比,树脂吸附分离法,优点为：(1)选择茶多酚产物中一种或几种的儿茶素目标性强，可以有选择地进行吸附分离目标儿茶素；(2)纯度高，同时对咖啡碱的脱除率高；(3)产品的应用范围广；(4)树脂吸附一解吸过程一般都在比较温和的温度下进行，避免了茶多酚的损失；(5)过程中避免了有毒有机溶剂的使用并且容易回收，此方法是目前茶多酚清洁化生产的主要研究趋势。,缺点为：(1)树脂再生的重复使用率限制了树脂吸附法生产茶多酚的规模，因此往往只能适合小规模的生产；(2)树脂的价格昂贵给生产成本造成了压力；(3)整个过程中使用了大量的有机溶剂，脱附过程往往较繁琐。,提取工艺对比,超临界流体萃取法,优点是：(1)采用CO2：作为萃取剂，大大降低了工艺对环境的污染，产品中几乎没有毒金属或者有机溶剂的残留，目前超临界流体是唯一能取代毒性较大的有机溶剂对咖啡碱等进行萃取的物质；(2)萃取条件温和，有效地防止茶多酚的氧化。,主要的缺点是：(1)儿茶素等在非极性的超临界CO2流体中溶解度很低，往往需要用到醇类溶液作为夹带剂，提取率和纯度不高；(2)萃取设备条件比较严格，往往需要特定设计，工艺投资额大，生产成本比较高，目前工业化只能小规模生产，萃取物要经过多次精制才能提纯。,