茶多酚提取工艺研究进展

作者: 龙娇 王铭海 李丹 孙育 汪建超

摘 要:茶叶中主要活性成分茶多酚是一种天然无毒无副作用的抗氧化剂,在食品、医药、日化、环保和畜牧业等行业应用广泛,满足了消费者对天然绿色产品的追求。本文综述了茶多酚的传统提取工艺方法与新型提取技术,并对其优缺点进行了客观对比分析,旨在为今后茶多酚提取技术创新提供一定技术参考。

关键词:茶多酚;应用;提取工艺

Research Progress on Extraction Technology of Tea Polyphenols

LONG Jiao, WANG Minghai, LI Dan, SUN Yu, WANG Jianchao

(Food & Drug Inspection and Testing Center of Xixiang County, Xixiang 723500, China)

Abstract: Tea polyphenols, the main active component in tea, is a natural non-toxic and non-side-effect antioxidant, which is widely used in food, medicine, daily chemical, environmental protection, animal husbandry and other industries, to meet the consumer’s pursuit of natural green products. In this paper, the traditional extraction technology and new extraction technology of tea polyphenols were briefly analyzed and compared, providing some reference for the future innovation of tea polyphenols extraction technology.

Keywords: tea polyphenol; application; extraction process

茶多酚是从茶叶中提取的多酚类物质的总称,约占茶叶干重的15%~30%[1],因其氧化聚合而呈现淡黄至茶褐色,味微涩略带茶香,易溶于乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮和热水,不溶于苯及氯仿等有机溶剂,在pH值为2~7条件下稳定,强酸、强碱、高温、光照等条件下易氧化变质。其主要成分为黄烷酮类、花色素类、黄酮醇类、花白素类、酚酸及缩酚酸类化合物。其中,黄烷酮类(以儿茶素类化合物为主)约占茶多酚总量的60%~80%[2],在茶多酚抗氧化功能中发挥着重要作用。

1 茶多酚的应用

茶多酚作为一种具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗癌防癌、降血脂血糖和预防龋齿等多种功效的天然功能性原料,被广泛应用于食品、医药、畜牧业、环保和日化等领域。茶多酚在食品加工保藏方面主要用作护色剂、抗氧化添加剂、复合保鲜剂等;在医疗保健方面常被作为原辅料,用于研制具有调节血糖血脂、预防龋齿、增强免疫力等作用的保健医药产品;在畜禽养殖方面常作为一种天然无毒无害的饲料添加剂以提高家禽家畜生长速度,改善肉质及加强抗病性。此外,茶多酚在环境治理、饮用水消毒、废水处理和土壤修复等方面都有着不错的表现,是未来绿色环保发展的一个新方向[3-7]。

2 茶多酚提取工艺

现阶段茶多酚的常用提取方法主要包括化学提取法、物理提取法和生物提取法。本文分析茶多酚的常用提取方法及优缺点,以期为茶多酚提取技术创新提供参考。

2.1 化学提取法

2.1.1 溶剂萃取法

溶剂萃取法作为一种传统茶多酚提取方法,主要利用茶多酚在不同溶剂中的溶解度不同来进行分离提取。其是将茶叶用溶剂浸提,收集滤液进行减压浓缩,浓缩液通过三氯甲烷进行萃取,分离的有机层用于制备咖啡碱等,水层用乙酸乙酯进行萃取后,有机层真空浓缩干燥得到粗茶多酚。此方法多用于工业化生产茶多酚,工艺复杂、萃取工序多、损耗大、使用的有机溶剂毒性大,处理不当可能出现有机溶剂残留,需进一步改进。

2.1.2 离子盐沉淀法

离子盐沉淀法运用茶多酚与金属离子反应产生络合沉淀进行分离提取。茶叶经溶剂浸提后得到滤液,将滤液减压浓缩,浓缩液与金属离子(Ca2+、Zn2+、Al3+等)反应生成沉淀,抽滤后将沉淀用盐酸溶解,乙酸乙酯萃取,有机层进行浓缩干燥得到茶多酚粗品。该方法操作相对安全且能得到较高纯度的茶多酚,使用的有机溶剂种类少、污染小,常用于工业生产茶多酚,但pH值波动大,茶多酚在碱性条件下不稳定,易氧化分解,因此在控制pH值和废渣废液处理方面还有待进一步改进。

2.2 物理提取法

2.2.1 超声波提取法

超声波提取法主要运用机械破碎、空化作用和热作用破坏植物细胞组织,提高植物内部温度,加快茶多酚向溶剂扩散的速率,进而缩短提取时间。该方法具有提取时间短、温度低、提取率高以及操作安全等优点,通常可结合溶剂法、沉淀法、树脂吸附法等工艺制备较高纯度的茶多酚。陈云[8]通过响应面分析法确定了超声波辅助提取碧螺春茶多酚的最佳提取条件为提取温度65 ℃,超声波功率

369 W,70%乙醇提取30 min,液料比23∶1。在该条件下茶多酚提取率为27%。超声波提取法多用于辅助提取茶多酚,是目前茶多酚提取的常用辅助方法之一。

2.2.2 微波浸提法

微波浸提法主要是利用微波辐射过程中产生的高频电磁波使目标物质发生高频运动,扩散速率增大,提高了提取效率。微波具有穿透性强、耗时少、污染小、损耗小以及提取率高等优点,是现阶段的研究热点。此方法提取茶多酚时,微波产生高温使茶多酚部分组分发生异构化,降低了产量。但微波萃取作用时间短,影响小于热水浸提法。袁林颖等[9]确定了微波辅助提取绿茶茶多酚的条件为微波功率600 W,浸提时间7 min,料液比1∶25,浸提2次。

在此条件下,茶多酚浸提率为84.73%。浸提后通过超滤分离、大孔树脂纯化得到的成品纯度超过95%,咖啡碱小于1%。

2.2.3 树脂吸附分离法

树脂吸附分离法主要是运用树脂对多酚类有选择性吸附、解吸作用的特性来实现茶多酚的分离提取。根据树脂类型不同可以分为吸附柱分离法、离子交换柱分离法和凝胶柱分离法,其原理相同,操作略有差异。李晓洁等[10]对比14种大孔吸附树脂的静态吸附-解吸能力后确定LX-8树脂效果最佳。100 mL浓度为6.4 mg·mL-1、pH=5.4的茶汤以1.0 mL·min-1流速上样吸附后,用180 mL 76%乙醇以1.0 mL·min-1流速进行解吸,茶多酚回收率可达86.9%,纯度为74.6%。本方法工艺简单,提取过程安全无污染,但树脂造价高、用量大、吸附量低、易失活,填充筛选及工艺优化等方面还需进一步研究。

2.2.4 超临界流体萃取法

超临界流体萃取是以超临界状态下介于气体和液体之间的流体作为溶剂,通过调节压力和温度来改变流体密度,以此控制流体的萃取能力,达到分离提纯的目的。目前超临界CO2流体萃取技术是一种得到国际认可且运用广泛的技术,具有经济廉价、无毒无害、溶解能力强和分离工艺简单等特点。李文婷等[11]通过超临界CO2流体萃取绿茶中的茶多酚,在27 MPa萃取压力下,55 ℃萃取50 min,夹带剂选用65%乙醇溶液,茶多酚提取率为64.82%。但由于该方法对生产加工设备要求高、投入资金大,在配套仪器上还需进一步优化。

2.2.5 膜分离法

膜分离技术是集分离、纯化、浓缩功能于一体的新技术,主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等方式,根据膜孔径不同被用于不同大分子组分和小分子物质的分离纯化。其具有耗能少、无相变和无有机试剂污染等特点,可用于茶多酚、咖啡碱、茶氨酸等茶叶功能成分的分离纯化。林清霞等[12]选用不同孔径的超滤膜对绿茶、白茶、乌龙茶和红茶的水提液进行分离,结果表明经过截留分子量20 kD的超滤膜分离,各茶类的茶多酚、游离氨基酸和咖啡碱含量均显著提高,且单级分离效果显著。该方法绿色环保无污染,对提取物靶向性强,可提高茶叶提取物的得率及纯度。

2.2.6 机械化学法

机械化学法是将干燥粉碎后的原料与固体助剂混合,在研磨设备中发生固相化合反应,反应物用溶剂溶解后进行分离纯化的方法。机械化学法能有效缩短提取时间,减少有机溶剂的使用量,提高原料提取率,是一种绿色、环保、高效的辅助提取法。李大刚等[13]比较了机械化学法、超声波法和微波法对茶多酚的提取效果。结果表明,机械化学法的提取效果最佳,提取率为16.2%~16.8%。

2.2.7 双水相萃取法

双水相萃取技术是利用不同溶质在两相间的分配系数不同,溶质进入两相介质的表面性质、化学键的不同导致溶质在两相中浓度发生变化,从而实现物质分离提纯的方法。双水相萃取法具有工艺简单、提取条件温和、污染小以及能提高不稳定组分提取率的优点。双水相萃取常与微波、超声辅助联用,以提高茶多酚的提取率。龚新怀等[14]采用离子液体辅助乙醇/硫酸铵双水相系统提取茶渣中的茶多酚。结果表明,茶渣多酚最佳提取工艺为[C4mim]Cl质量分数10%、硫酸铵质量分数30%、乙醇体积分数60%、料液比1∶40及超声功率540 W。在此条件下,茶渣中茶多酚得率为(85.31±1.25) mg·g-1。

2.3 酶技术法

酶技术法在茶叶提取加工方面的运用主要包括酶法提取、酶法合成和生物酶修饰茶叶提取物。酶法提取运用果胶酶、纤维素酶等加快破坏茶叶细胞壁,从而达到茶叶活性物质快速溶出的效果。酶法合成能利用儿茶素作为底物与特定酶催化反应生成茶黄素,有效解决了茶叶中茶黄素含量低、不易提取的难题。罗兰心等[15]对生物酶法提取铁观音茶梗中茶多酚工艺技术进行了研究。结果表明,铁观音茶梗中茶多酚提取的最佳工艺参数为复合酶添加量1.2%(以底物质量计),料液比1∶20,酶解温度48 ℃。在此工艺条件下,茶多酚提取量为82.26 mg·g-1。酶技术法高效绿色环保、市场潜力巨大,但酶制剂成本高、活性低、特异性强、易残留等问题仍需进一步研究改进。

2.4 其他方法

除上述提取方法外,吴俊[16]运用渗漉法提取茶叶中的茶多酚。其是用20倍70%乙醇渗漉提取茶叶中的有效成分,并用乙酸乙酯萃取出茶多酚,最终得到含量较高的茶多酚半成品。经HPLC检测后,茶多酚半成品含量可达65%。此外,闪式提取法、内部沸腾法、高速逆流色谱技术等也被运用于茶多酚及其组分的分离提取,以期获得更高效、绿色节能的提取技术。

3 结语

目前传统的茶多酚制备技术存在工艺复杂、萃取工序多、损耗大、成品纯度低、有机溶剂残留风险等现实问题,新型茶多酚制备技术如树脂吸附分离法、超临界流体萃取法、膜分离技术、酶技术法等虽然高效环保,但高昂的成本使其在工业生产上并未被广泛运用。如何更有效地利用新型制备技术协同改进传统工艺流程,在追求低生产成本的同时兼顾产品品质和节能环保是茶多酚提取技术的研究新热点。本文主要对茶多酚的传统提取工艺及新型制备技术进行了简要分析对比,为今后茶多酚提取技术创新提供一些借鉴。

参考文献

[1]余芳.茶叶生物活性成分的功能与提取制备[J].江苏调味副食品,2010,27(2):42-45.

[2]付晓风.鲜绿茶叶中茶多酚的提取和纯化研究[D].南昌:南昌大学,2012.

[3]张建勇,王伟伟,王蔚,等.茶多酚保健及药理功能的应用[J].中国茶叶,2020,42(12):9-15.

[4]张冠亚,吴酉芝,刘英语.茶多酚在食品工业中的应用及其市场前景[J].食品安全导刊,2023(3):184-186.

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