劉慧娟，賴健，黎海彬

（1.廣州城市職業(yè)學(xué)院食品系，廣東廣州 510405；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，廣東廣州 510225）

微波輔助提取英德紅茶茶色素工藝

劉慧娟1，2，賴健2，*，黎海彬1

（1.廣州城市職業(yè)學(xué)院食品系，廣東廣州 510405；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，廣東廣州 510225）

摘 要：采用微波輔助提取英德紅茶茶色素，研究微波功率、微波輻射時(shí)間、固-液比、不同浸泡時(shí)間對(duì)英德紅茶茶色素提取的影響，并用Box-Behnken組合設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。試驗(yàn)表明，微波提取的最佳工藝條件為：乙醇濃度為40%，微波輻射功率490 W，微波輻射時(shí)間5 min，提取壓力0.1 MPa，固-液比1∶25（g/mL），物料粉碎度100目。

關(guān)鍵詞：微波輔助；輻射功率；茶色素；提取率；英德紅茶

數(shù)千年前茶葉從中國(guó)走向世界，與咖啡、可可并稱為世界三大飲料之一[1]。茶色素是茶葉中一類具有多種功能活性的天然色素[2]。作為一種天然色素，茶色素具有抗氧化、抗衰老、降血壓、保護(hù)心血管、抗過敏、抗菌、抗癌防癌甚至防治艾滋病等功效，被廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)及醫(yī)藥領(lǐng)域。1990年前每噸茶葉僅能提取0.6 kg～1.6 kg茶色素，被譽(yù)為“藥物中的綠色黃金”?，F(xiàn)在隨著提純技術(shù)的不斷發(fā)展，已可大量生產(chǎn)[3-7]。

在傳統(tǒng)的浸取方法中，存在著浸取時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、原料預(yù)處理能耗大、熱敏性組分易破壞等缺點(diǎn)。茶葉中茶色素的傳統(tǒng)提取方法常用沸水煎煮法，該法加熱溫度高，會(huì)使茶色素中多酚聚合，顏色加深；而有機(jī)溶劑提取法是用乙醇水溶液提取茶色素，提取率提高，但是生產(chǎn)成本比較高，雜質(zhì)比較多。因此，對(duì)傳統(tǒng)的有效成分提取技術(shù)進(jìn)行改革，一直被研究人員所關(guān)注。利用外場(chǎng)（超聲波、微波等）強(qiáng)化和輔助提取過程，是近來發(fā)展的新技術(shù)[8-13]。

1 材料與方法

1.1 材料

英德紅茶：廣東英德產(chǎn)，市售；乙醇：天津市凱通化學(xué)化學(xué)試劑有限公司；氯仿：天津大茂化學(xué)試劑廠；NaOH：天津恒興化學(xué)試劑制造有限公司；HCl：廣州東紅化工廠。

1.2 主要設(shè)備

UV-1100紫外可見分光光度計(jì)：上海美譜達(dá)儀器有限公司；LD4-2型離心機(jī)：北京醫(yī)用離心機(jī)廠；Microwave laboratory systems：意大利Milestone公司；WZS-1型阿貝折光儀：上海光學(xué)儀器廠；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海嘉鵬科技有限公司；真空泵：鞏義市予華儀器有限公司；電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

稱取粉碎過的紅茶10.0 g，按一定固-液比加入提取溶劑并確保溶劑完全淹沒樣品，把裝有樣品的制樣罐按微波萃取系統(tǒng)操作說明書要求準(zhǔn)備好后，放入微波萃取系統(tǒng)中，設(shè)定加熱功率、時(shí)間、壓力和恒壓時(shí)間，然后開始運(yùn)行微波萃取系統(tǒng)。處理結(jié)束后，取出制樣杯，然后在轉(zhuǎn)速4 000 r/min下離心5 min，留上清液抽濾得濾液。將濾液再減壓濃縮約30 mL左右，加入3倍體積的乙醇處理，以沉淀除去多糖、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，再用HCl（1 mol/L）調(diào)節(jié)溶液pH為3.2，放置40 min，離心機(jī)調(diào)4 000 r/min離心40 min，將上清液抽濾，得濾液。再將濾液加入NaOH（400 g/L）調(diào)pH至7.5，抽濾后過濾取濾液。最后將濾液在50℃下蒸發(fā)稍干，真空干燥。所得結(jié)晶用氯仿萃取除去生物堿和葉綠素，再真空干燥，得精制紅茶茶色素。

1.3.2 茶色素的提取工藝流程

1.3.3 茶色素提取率

1.3.4 微波輔助提取英德紅茶的單因子試驗(yàn)

以不同粉碎度、微波功率、微波輻射時(shí)間、固-液比、不同浸泡時(shí)間五因子做單因子試驗(yàn)，考察分析各因子對(duì)茶色素提取率的影響。

1.3.5 響應(yīng)面分析優(yōu)化最佳工藝條件

根據(jù)Box-Behnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選用乙醇濃度、處理時(shí)間、微波處理壓力3因素進(jìn)行組合，研究不同提取條件對(duì)英德紅茶茶色素提取率的影響。以-1、0、1代表自變量水平，按照方程XJ=（Zj-Z0j）/Δj對(duì)自變量進(jìn)行編碼。利用Design Expert7.0軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面處理，優(yōu)化英德紅茶茶色素的提取工藝。

農(nóng)田林網(wǎng)工程是一項(xiàng)惠農(nóng)工程，是我縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要生態(tài)屏障。多年來，完善的農(nóng)田林網(wǎng)對(duì)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，抵御自然災(zāi)害，美化農(nóng)村環(huán)境發(fā)揮了重要的作用。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波功率對(duì)茶色素的提取率影響

稱取10.0 g粉碎過目（100目）的英德紅茶，加入50%乙醇300 mL，分別在微波輻射為130、300、490、650、750 W功率下浸提5 min后，過濾、去雜質(zhì)，濾液再經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)真空濃縮，干燥，以茶色素的提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 微波功率對(duì)茶色素的提取率的影響Fig.1 The effects of microwave power on productive rate of tea pigment

由圖1可以看出，微波輻射功率的高低對(duì)提取率有明顯的影響。微波輻射時(shí)間一定時(shí)，隨輻射功率提高，浸提物系吸收的微波能就越多，物系的升溫加快，固-液擴(kuò)散的速度增加，茶色素的提取率明顯提高，但當(dāng)功率大于490 W時(shí)，提取率隨微波功率增大的幅度逐漸變小。另一方面，微波功率過大會(huì)導(dǎo)致微波設(shè)備磁控管負(fù)荷過重。考慮各方因素，選用490 W的微波輻射功率。

2.2 微波輻射時(shí)間對(duì)茶色素的提取率影響

微波輻射時(shí)間對(duì)茶色素的提取率也有一定影響。本次選用10.0 g經(jīng)粉碎過目（100目）的英德紅茶，加入50%乙醇300 mL，在490 W的微波功率下，分別對(duì)浸提體系輻射 1、3、4、5、6、7 min 后過濾、去雜質(zhì)，濾液再真空濃縮，干燥，以茶色素的提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 微波輻射時(shí)間對(duì)茶色素提取率的影響Fig.2 The effects of microwave irradiation time on productive rate of tea pigment

圖2顯示在5 min內(nèi)增加的趨勢(shì)明顯，5 min以后增大的趨勢(shì)比較緩慢。這應(yīng)是在微波輻射功率為490 W的條件下，隨輻射時(shí)間的增長(zhǎng)液體產(chǎn)生的震動(dòng)加快，震動(dòng)波對(duì)細(xì)胞的破壞力加大，溶出物增多，提取率也高，但長(zhǎng)時(shí)間的加熱，會(huì)將提取物中部分茶色素的結(jié)構(gòu)受破壞。因此，必須選擇合適的微波輻射時(shí)間，避免浸提物中有效成分的結(jié)構(gòu)被破壞。試驗(yàn)表明微波輻射時(shí)間選擇5 min為宜。

2.3 固-液比對(duì)茶色素的提取率影響

稱取10.0 g經(jīng)粉碎過目（100目）的英德紅茶，分別加入50%乙醇 50、100、200、300、400 mL 提取其有效成分，微波輻射功率為490 W，微波輻射時(shí)間為5 min，過濾、去雜質(zhì)，濾液經(jīng)真空濃縮、干燥，以茶色素的提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 固-液比對(duì)茶色素提取率的影響Fig.3 The effects of solid-liquid ratio on productive rate of tea pigment

由圖3可知，隨著固-液比的加大，溶質(zhì)從固體表面迅速進(jìn)入液相主體，使得溶質(zhì)在固體內(nèi)部與固體表面間的濃度梯度增大，加快了整個(gè)傳質(zhì)過程，故此茶色素的提取率會(huì)有明顯的提高。在固-液比大于1∶25（g/mL）時(shí)，茶色素的提取率增加的幅度不大，因此對(duì)于一定量的原料和微波輻射功率，應(yīng)選擇使得提取效率較高，提取效果較好的溶劑使用量，故本研究采用的固-液比為 1∶25（g/mL）。

2.4 不同浸泡時(shí)間對(duì)茶色素的提取率影響

物料中含水量對(duì)微波能的吸收有很大關(guān)系。由于購置的英德紅茶是干燥處理過的，所以在進(jìn)行微波輔助提取之前，用溶劑浸漬，使其含有足夠的水分，有利于其吸收所需要的微波能。試驗(yàn)考察不同的浸泡時(shí)間對(duì)微波輔助提取英德紅茶茶色素的影響。

稱取粉碎過目（100目）的英德紅茶10.0 g，加入50%乙醇 300 mL，分別浸提 3、5、7、9、11 min 后，用微波功率為490W下，微波輻射5min，過濾去雜質(zhì)，濾液再經(jīng)真空濃縮、干燥，以茶色素的提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 溶劑浸提對(duì)茶色素提取率的影響Fig.4 The effects of solvent extraction on productive rate of tea pigment

如圖4所示，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，物料中的含水量增加，更有利于浸提物系吸收所需要的微波能，故茶色素的提取率呈增加的趨勢(shì)。但當(dāng)浸泡時(shí)間大于7 min后，茶色素的提取率增加不明顯。所以本試驗(yàn)選用浸泡時(shí)間為7 min。

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因子效應(yīng)分析，以乙醇濃度、處理時(shí)間、提取壓力3因子為自變量，茶色素為響應(yīng)值，以單因子試驗(yàn)得出的最佳條件為中心點(diǎn)，利用Box-Behnken組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并用Design Expert7.0軟件進(jìn)行處理。

Box-Behnken組合試驗(yàn)因素水平見表1，結(jié)果見表2，方差分析見表3。方程相關(guān)系數(shù)見下表4，回歸方程中回歸系數(shù)的估算值見表5。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素水平碼值表Table 1 Level coding for test factors

表2 茶色素提取Box-Behnken組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 The design and the results of tea pigment extraction combined experimental Box-Behnken

表3 方差分析表Table 3 The table of variance analysis

表4 方程相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients of the fitted quadric regression equation for the yield of tea pigment extraction from Yingde black tea

表5 回歸方程中回歸系數(shù)的估算值Table 5 Regression coefficient estimates of the fitted quadric regression equation for the yield of tea pigment extraction from Yingde black tea

利用Design Expert7.0軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合，得到茶色素提取率對(duì)以上3個(gè)因素的回歸方程。由表5得出二次回歸方程式：

由表3可知，模型（P=0.025 5<0.05）具有顯著性，失擬項(xiàng)（P=0.377 3）不顯著及R2Adj=0.680 7和信噪比等于6.965，可知回歸方程擬合度和可信度均高，誤差較小。表4可知，回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2為0.860 3，變異系數(shù)為8.73%，表明試驗(yàn)結(jié)果可信，可用于微波輔助提取英德紅茶的茶色素實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。

2.5.2 交互作用分析

根據(jù)回歸方程，作響應(yīng)曲面圖，考察所擬合響應(yīng)曲面形狀，分析乙醇濃度（X1）、提取壓力（X2）、處理時(shí)間（X3）3個(gè)因素對(duì)提取率的影響，做兩兩交互作用分析。其響應(yīng)面見圖5。

圖 5 乙醇濃度（X1）、提取壓力（X2）、處理時(shí)間（X3）交互作用的響應(yīng)面及等高線圖Fig.5 Response surfaces and contour piots showing the interactive effects of ethanol concentration（X1），extraction pressure（X2），the processing time（X3）on the yield of tea pigment from Yingde black tea

等高線形狀反映交互效應(yīng)的強(qiáng)弱，橢圓形狀表示兩個(gè)因素交互作用顯著，而圓形形狀則表示兩兩交互作用不明顯。分析得出，圖5（a）因素 A/B 和圖5（b）因素A/C的等高線都呈橢圓形，所以乙醇濃度與提取壓力兩因素之間、乙醇濃度與處理時(shí)間兩因素之間交互作用明顯。圖5（c）因素B/C的等高線形狀接近圓形，顯示提取壓力與處理時(shí)間之間的兩因素的交互作用不顯著。

由回歸模型進(jìn)行數(shù)學(xué)分析可知，微波輔助提取茶色素的最佳工藝參數(shù)為：乙醇濃度40%、提取壓力0.1 MPa、處理時(shí)間5 min，在優(yōu)化條件下，提取茶色素的理論值為21.90%。進(jìn)一步驗(yàn)證響應(yīng)面分析的可靠性，利用上述最優(yōu)條件進(jìn)行提取，實(shí)際得到的提取量為21.78%。因此，采用響應(yīng)面分析優(yōu)化得到的參數(shù)準(zhǔn)確可靠，可用實(shí)際操作。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用微波輔助提取英德紅茶茶色素，研究微波功率、微波輻射時(shí)間、固-液比、不同浸泡時(shí)間4因素對(duì)英德紅茶茶色素提取的影響，并用Box-Behnken組合設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，得出微波輔助提取英德紅茶茶色素的最佳工藝參數(shù)為乙醇濃度為40%、微波功率490 W、微波輻射時(shí)間5 min、固-液比為1∶25（g/mL），理論值為 21.90%，實(shí)測(cè)值為 21.78%。

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Process of Microwave-assisted Extraction the Yingde Black Tea Pigments

LIU Hui-juan1，2，LAI Jian2，*，LI Hai-bin1
（1.Department of Food，Guangzhou City polytechnic，Guangzhou 510405，Guangdong，China；2，The College of Light Industry and Food，Zhongkai University of Agricultural and Engineering，Guangzhou 510225，Guangdong，China）

Abstract：The Yingde black tea pigments were extracted by microwave-assisted and the impact of microwave power， irradiation time,solid-liquid ratio， the different soaking time on the Yingde black tea pigments extraction was researched.Then experiment optimization was implemented by taking Box-Behnken combination design.The results showed that optimal conditions for microwave extraction as follows：ethanol concentration 40%，microwave radiation power 490 W，microwave irradiation time 5 min，extraction pressure 0.1 MPa，solid-liquid ratio 1∶25（g/mL）， 100 mesh material grinding degree.

Key words：microwave-assisted；radiation power；tea pigments；extraction rate；Yingde black tea

廣州市教育系統(tǒng)創(chuàng)新學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（200915）

劉慧娟（1968—），女（漢），高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：食品加工與保鮮。

賴健，男（漢），教授，研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。

2012-11-11