龙井绿茶咖啡碱的提取工艺研究

《江苏调味副食ｅ￣）２０１０年第２７卷第１期（总第１２１期）　

文章编号：１００６—８４８１（２０１０）Ｏｌ一００３４—０５　

龙井绿茶咖啡碱的提取工艺研究　

陈琼，毛红骞　

（浙江工业大学生物与环境工程学院，浙江杭州　３１００１４；　

杭州市质量技术监督检测院，浙江杭州　３１００１９）　

摘要：通过研究龙井绿茶中咖啡碱的几种提取方法，选择和优化工艺条件，为从绿茶中提取咖啡碱的工业化　提供一定的参考，首先验证了索氏抽提法提取龙井绿茶中咖啡碱的有效性，其次分别研究了微波辅助和超声　波辅助提取茶叶中咖啡碱的优化工艺。结果表明：微波浸提咖啡碱的最佳浸提条件为：液固比２０：１，微波解　

冻档辐照３　ｍｉｎ，浸提３次，最高浸提率为３．６９％；超声波最佳浸提条件为：超声功率１００％，超声波处理时间　为２５　ｍｉｎ，浸提２次，液固比为２５：１，超声温度为８０￣Ｃ，最高浸提率为３．７７％。微波和超声波浸提效果明显高　于索氏浸提，但微波浸提与超声波浸提的提取率相差不大。　关键词：咖啡碱；提取；微波；超声波　中图分类号：ＴＳ２０１．１　文献标识码：Ｂ　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｃａｆｆｅｉｎｅ　ｆｒｏｍ　Ｌｕｎｇ——Ｃｈｉｎｇ　ｇｒｅｅｎ　ｔｅａ　

ＣＨＥＮ　Ｑｉｏ￣ｇ，ＭＡＯ　Ｈｏｎｇ—ｑｉａｎ　

（Ｔｈｅ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｂｉｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈ６ｉａｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，３１００１４；　

Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｕｐｅ￣ｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，３１００１９）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｃａｆｆｅｉｎｅ　ｆｒｏｍ　Ｌｕｎｇ—Ｃｈｉｎｇ　ｇｒｅｅｎ　ｔｅａ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ａｈｅｒｎａ—　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｏ　ｏｆｆｅｒ　ｓｏｍｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｆｅｉｎｅ　ｆｒｏｍ　Ｌｕｎｇ—Ｃｈｉｎｇ　ｇｒｅｅｎ　ｔｅａ．Ｆｉｍｔｌｙ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｓｏｘｈｌｅｔ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｅｔｅｃｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｆｏｌｌｏｗｓ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏ—　ｗａｖｅ—ａｉｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ—ａｉｄ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ—ａｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｅｔ　ａｓ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｔｈｅ　ｌｉｑｕｉｄ—ｓｏｌｉｄ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　２０：１，ｔｈｅ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｗｉｔｈ　ｄｅｆｒｏｓｔ　ｃｈｏｉｃｅ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｉｓ　３　ｍｉｎｕｔｅｓ，ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｓ　ｉｓ　３．６９％．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ—ａｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｄｅｔｅｒ－　ｍｉｎｅｄ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：ｕｈｒａｓｏｕｎｄ　ｐｏｗｅｒ　１００％，ｔｗｉｃｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｆｏｒ　２５　ｍｉｎｕｔｅｓ，ｔｈｅ　ｌｉｑｕｉｄ—ｓｏｌｉｄ　ｒａｔｉｏ　２５：１，　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　８０℃．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　３．７７％．Ｔｈｉｓ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　

—ａｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ—ａｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｉｓｔｉｎｃｔｌｙ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｓｏｘｈｌｅｔ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｅｘｉｓｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ—．ａｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ——ａｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｃａｆｆｅｉｎｅ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅ；ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　

０前言　

我国茶叶的栽培和加工历史源远流长，古人　对茶叶的药理功效早已有所了解，这在《神农本　

草经》、唐代《本草拾遗》和明代《茶谱》中已有记　载…。随着人们生活水平的不断提高和科学技术　

收稿日期：２００９—１２—２０　作者简介：陈琼（１９８７一），女，浙江金华市人，大学本科，研究方向：食品工程。　通讯作者：毛红骞（１９６９一），女，安徽芜湖市人，高级工程师。研究方向：食品检测。　

・３４・

　陈琼，等龙井绿茶咖啡碱的提取工艺研究　

的不断进步，传统饮茶方式呈现多样化，茶叶中最　

主要的成分引起人们了的高度关注，咖啡碱便是　

其中的一种。　

咖啡碱学名可可豆碱，是一种甲基黄嘌呤，属　

生物碱类物质，是茶叶中涩味的主要来源　Ｊ。咖　

啡碱在茶叶中含量可达２％～５％（干重），可溶于　

水，在２３５—２３８￣Ｃ时大量升华，其味苦，无臭，呈白　

色或微黄色粉末状或丝光状针形晶体，在强光和　

高温下稳定性差，易溶于氯仿，能溶于乙醇、丙酮　

和乙酸乙酯，难溶于苯。　

咖啡碱具有使中枢神经系统兴奋的作用，主　

要作用于大脑皮层，能振奋精神、消除疲乏、提高　

工作效率，并通过刺激肠胃使胃液分泌，帮助消　

化，通过刺激肾促进尿液中水的滤出率而具有利　

尿的功效，同时还可以帮助解酒，免除酒精毒害；　

通过松弛平滑肌，可使冠状动脉松弛，促进血液循　

环，起到辅助治疗心绞痛和心肌梗塞的作用。目　

前咖啡碱主要应用于医疗、食品和饮料等行业。　

从茶叶中提取咖啡碱是咖啡碱的一个重要来　

源，近年来，虽有较多研究，但找到一个简单快捷　

而又高效的提取方法仍是当今面临的一个问题。　

本文旨在通过研究龙井绿茶中咖啡碱的几种提取　

方法，选择和优化工艺条件，对从绿茶中提取咖啡　

碱的工业化提供一定的参考。　

１材料与方法　

１．１材料　

１．１．１原料　

龙井绿茶。　

１．１．２材料　

乙醇、氯仿、碱式乙酸铅溶液、盐酸、硫酸和蒸　

馏水。　

咖啡碱标准溶液：称取１００　ｍｇ咖啡碱（纯度　

不低于９９％），溶于１００　ｍＬ水中作为母液，准确吸　

取５　ｍＬ加水至１００　ｍＬ，作为工作液（１　ｍＬ含咖啡　

碱０．０５　ｍｇ）。　

所用试剂均为分析纯。　

１．１．３仪器和设备　

分析天平、微波炉、水浴锅、真空泵、紫外分光　

光度仪、鼓风电热恒温干燥箱、索式抽提瓶和超声　波装置。　

１．２实验方法　

１．２．１　索氏抽提法提取茶叶中的咖啡碱　

基本步骤：以绿茶为原料，选择适当的溶剂，　

用索氏抽提器进行提取，把提取液浓缩，加适量　

ＣａＯ和少量干燥河沙制成茶砂，再进一步升华。　

获得的咖啡碱用电子天平称量，计算产率＿３　Ｊ。　

１．２．２微波辅助提取茶叶中的咖啡碱　

微波辅助提取茶叶中的咖啡碱是利用微波能　

提高提取率的一种新发展起来的技术。其原理是　

在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质　

的某些区域或提取体系中的某些组分被选择性地　

加热，从而使得被提取物质从基体或体系中分离，　

进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的提　取剂中　ｊ。　

１．２．３超声波辅助提取茶叶中的咖啡碱　

超声波浸提茶叶中咖啡碱的原理是由于其具　

有独特的机械粉碎作用以及在通过液体时可形成　

空化效应，在浸提时可以增大物料分子运动频率　

和速度，提高物料分子的浸出速度和浸出数量。　

１．２．４咖啡碱的测定　

１．２．４．１咖啡碱的测定方法　

咖啡碱能吸收紫外光，采用紫外分光光度法　

并选用特定波长测定茶叶中的咖啡碱含量，主要　

分为３步：①制得咖啡碱提取液；②用紫外分光光　

度法测定咖啡碱提取液；③绘制咖啡碱标准曲线。　

１．２．４．２咖啡碱含量的计算　

茶叶中咖啡碱含量以干态质量分数表示，如　

下式：　

咖Ⅱｊ｝碱（％）＝［（Ｃ×Ｌ／ＩＯ００）×（１００／１０）×　

（５０／２５）×ＩＯＯ　Ｊ／Ｍ×ｍ　

式中：Ｃ——试样测得的吸光度（Ａ），从咖啡　

碱标准曲线上查得的咖啡碱相应含量，ｍｇ／ｍＬ；　

Ｌ——试液总量，ｍＬ；　

Ｍ——试样用量，ｇ；　

ｍ——试样干物质含量，％。　

２结果与讨论　

２．１咖啡碱标准曲线的绘制　

配制不同质量浓度的咖啡碱溶液，分别测定　

・３５・

　《江苏调味副食，ｇ｝２０１０年第２７卷第１期（总第１２１期）　

其吸光度，结果见表１和图１。　

表１咖啡碱标准曲线　

咖啡碱质量浓度／ｍｇ・ｍＬ　吸光度／Ａ　

０　０．００２５　０．００５０　０．００７５　０．０１００　Ｏ．０１２５　０．０１５０　０　０．１４２　０．２５８　０．３７１　０．４７６　０．５９２　０．６９９　

０．０２００　胃０．０１５０　∞　０．０１００　蔷０．ｏ０５ｏ　蟮　餐０　１雪ｒ　０．２００　０．４００　０．６００　０．８００　晷　吸光度／Ａ　

图１咖啡碱标准曲线　２．２索氏法抽提茶叶中咖啡碱　

依据有关资料的研究结果，用索氏抽提法提　

取茶叶中咖啡碱，溶剂是影响咖啡碱得率的重要　

因素，其次是抽提时间，再次是抽提次数，溶剂用　

量是最次要因素。较佳实验条件是：以９５％乙醇　

为溶剂，用量为茶叶的１５倍，抽提５次，每次６０　ｍｉｎ，咖啡碱得率相对最高　Ｊ。我们对此结论进行　

了验证，结果一致，在此不再重复。在索氏抽提法　

基础上我们进行了以下实验。　

２．３微波辅助提取茶叶中的咖啡碱　

前已述及，微波对多种成分提取都有着一定　

的效果，故我们将此方法引入茶叶咖啡碱的提取　

中，并进行了单因素试验和正交优化实验。　

２．３．１单因素实验　

在单因素试验中我们发现，茶叶的粉碎度和　

溶液ｐＨ值对咖啡碱提取率影响不大，这与相关报　导一致　６ｊ。而液固比、浸提次数和微波处理时间　

对咖啡碱提取率影响较大，故我们对此进行了单　

因素实验。为防止微波功率过大造成的茶叶内热　

源过高，采用微波解冻档。　

２．３．１．１液固比对咖啡碱提取率的影响　

由图２可以看出，液固比对咖啡碱的提取率　

影响较大，在液固比为２０时咖啡碱的提取率最　

・３６・　高；太小提取不完全，太大可能存在其它流失。故　

在后面实验中均采用液固比为２０进行测定。　４　

芝３　喜２　

晷１　

Ｏ　ｌ０　２０　３０　４Ｏ　液固比　

图２液固比对咖啡碱提取率的影响　

２．３．１．２微波时间对咖啡碱提取率的影响　

１　３　５　７　时间／ｍｉｎ　

图３微波时间对咖啡碱提取率的影响　图３表明，咖啡碱的浸出率随着微波时间的　

增加而逐渐增加，但是增加的幅度越来越小，原因　

可能为，随着溶液中咖啡碱浓度的不断增加，茶叶　

中咖啡碱的浓度与溶液中咖啡碱浓度趋于动态平　

衡，使浸出效率越来越低。为了节约资源，以下实　

验中均采用微波３　ｍｉｎ的实验条件进行。　

２．３．１．３浸提次数对咖啡碱提取率的影响　

ｌ　２　３　次数