茶儿茶素制备工艺研究进展

专业文献综述题目：茶儿茶素制备工艺研究进展姓名：刘志薇学院：园艺学院专业：茶学班级：2013级研究生学号：2013104095指导教师：陈暄职称：副教授2013年1月20日南京农业大学教务处制茶儿茶素制备工艺研究进展摘要：儿茶素是茶叶中多酚类物质的主要组成成分，约占茶叶质量分数的16%-24%，在油脂、食品、医药、轻化、化妆品、保健等诸多领域具有广阔的应用前景。本文就近年来儿茶素的制备工艺及其生产应用进行了综述，包括儿茶素的提取、分离纯化和分析检测等方面，以期为今后儿茶素的研究提供借鉴。关键词：儿茶素；提取；分离纯化；分析检测ResearchAdvanceofProductionTechnologyofTeaCatechinsAbstract:Catechinsaremajorcomponentsofteapolyphenolsintea,accountingfor16%-24%ofthemassfraction,andhasbeenwidelyappliedinoil,food,medicine,lightindustry,cosmetics,healthcareandotherfields.Inthispaper,theresearchadvanceofproductiontechnologyandapplicationofcatechinwerereviewed,includingcatechinextraction,separation,purificationandanalysis,soastoprovidethereferenceforthefutureresearchofcatechins.KeyWords:Catechins;extraction;purification;analysis1、前言茶可以用来解渴，更重要的是其基本组成包括茶多酚(主要包括儿茶素类、花色素类、羧酸及羧酚酸类)、咖啡因、矿物质、维生素和其它机能成分，具有多种医疗保健功能。茶多酚的主体成分是茶儿茶素类(Teacatechins，TCs)，是决定茶叶诸多保健及药理功效最重要的成分。毛清黎等(2007)[1]将儿茶素类的保健及药理功能总结为“三抗(抗癌、抗衰老、抗氧化)”、“三降(降血糖、降血脂、降血压)”及“三消(消毒、消炎、消臭)”。儿茶素是3-羟基黄烷醇衍生物，具有C6-C3-C6结构的多元酚类物质，其基本结构是α-苯基苯并吡喃(图1.1)，即在两个苯环(A环、B环)之间以一个三碳链相连，其中一个碳原子与A环上的氧原子连接成吡喃环(C环)。根据C环上的羟基是否与没食子酸形成酯键，可将儿茶素分为酯型儿茶素类(CG、ECG、GCG、EGCG)和非酯型儿茶素类(C、EC、GC、EGC)。儿茶素在茶鲜叶中多为顺式结构(图1.2)，即B环和-OR2两个较大基团处于平面同一侧，该结构因原子间过于拥挤，内能较大而不稳定，在高温加热过程中容易异构化成反式儿茶素类。近年来，儿茶素的研究一直都是热点之一。本文对儿茶素的制备工艺进行了详细的论述，主要包括提取、分离纯化、分析检测等方面。2、儿茶素的提取工艺研究进展近年来，国内外提取儿茶素的方法主要有：溶剂萃取法、超声波浸提方法、超临界流体萃取法、微波浸提法、超高压提取法、金属离子沉淀法、树脂吸附法、红外辅助提取法等方法。此外，还有低温纯化酶提取法、盐吸法等。2.1溶剂萃取法溶剂萃取法是提取儿茶素的传统方法，常用的提取溶剂有水、乙醇等。依据相似相溶原理和儿茶素在各溶剂中的溶解度不同进行萃取，分为水提取法和有机溶剂提取法两种。水提取法的工艺流程：茶叶-水浴加热-氯仿萃取-乙酸乙酯萃取-减压蒸馏-去离子水重结晶。有机溶剂萃取法的工艺流程：茶叶原料-溶剂提取-过滤-有机溶剂脱色、脱咖啡碱-萃取-回收溶剂干燥-茶多酚粗品。刘坤（2011）等[2]釆用传统溶剂提取法，考察了溶剂种类(水、乙醇)及浓度、时间、料液比、温度、pH值对儿茶素提取量的影响，通过正交优化试验，得出了研究范围内的最佳提取条件。即：pH值为4，提取温度为60℃，乙醇浓度为60%，料液比为1：15(g/mL)，提取时间为30min。陈林（2012）等[3]主要研究了乙醇浓度、浸提温度和时间对乙醇提取儿茶素效果的影响，得出最佳提取条件，并证明了以上三者的影响程度依次为：浸提温度＞浸提时间＞乙醇浓度。虽然此方法操作简单、生产成本低、稳定可靠，但提取率和产品纯度均较低，易氧化，含有大量杂质(如植物多糖、茶棕色素、色素、咖啡碱、树脂等)。精品的生产须反复除杂精制，工艺繁琐复杂，一般需经3级错流萃取；需多次蒸馏，加热时间长；消耗大量有机溶剂，部分有机溶剂存在回收困难、有毒、易燃等问题，不利于安全生产。2.2超声波萃取法超声波提取包括超声技术的应用和提取物质所含成分两个过程。此技术利用超声波的机械破碎和空化等作用使茶叶细胞组织更易破碎释放出胞内物，加速浸提物向溶剂扩散速率，再用传统工艺从提取液得到茶多酚进行纯化。张素霞（2009）等[4]用80%乙醇作溶剂，在料液比、时间、提取次数相同的条件下，比较超声波提取法和传统提取提取茶多酚两种方法，结果表明前者产品质量和提取量均高于后者，且方便省时；并考察了超声功率对提取量的影响，优化了超声波提取条件；蒋丽（2010）等[5]也比较研究了不同的提取方法对茶叶有效成分提取的影响，包括超声波辅助提取、传统提取、酶法提取、热回流提取法，表明超声波提取法不仅提取量高，而且对茶叶有效成分的保持最佳。此外，宋传奎（2011）等[6]、彭玲（2011）等[7]、苏扬（2011）等[8]都对儿茶素超声波辅助提取工艺进行了优化研究。这种方法以其提取温度低、提取率高、提取时间短的独特优势，应用于中药材和各种动、植物有效含量的提取，是替代传统工艺方法，实现高效、节能、环保式提取的现代高新技术手段。2.3超临界流体萃取法超临界流体萃取技术，简称SFE，是指用超临界流体为溶剂，从固体或液体中萃取可溶组分的操作。利用超临界流体的溶解能力与其密度密切相关，通过改变压力或温度使超临界流体的密度大幅改变。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和相对分子质量大小不同的成分萃取出来，其介质通常为无毒的CO2，特别适合于医药、食品添加剂等产品的提取。（工艺流程如图2.1）。图2.1超临界流体萃取法提取儿茶素的工艺流程示意图宓晓黎（1997）等[9]利用超临界CO2萃取茶叶中的EGCG等儿茶素成分研究发现，温度60℃、压力41.37Mpa静态萃取10min、改性剂（甲醇）加入量1ml，动态萃取量15ml时，EGCG可完全被萃取，儿茶素萃取率达到4%。ChiehmingJ.Chang（2000）等[10]用超临界流体萃取法，通过探索及比较提取溶剂的组合，包括CO2、CO2和水、CO2和一定浓度乙醇的比例、水和索氏溶剂、索氏溶剂和95%乙醇，通过HPLC分析各成分的含量，优化4种酯型儿茶素的提取方法。结果表明CO2和95%乙醇作溶剂时4种儿茶素的提取量最大。王晓梅（2001）等[11]、于基成（2007）等[12]对超临界CO2流体萃取法在茶多酚提取上进行研究，优化了提取条件。目前已有研究结果[13,14]显示，超临界流体萃取法得到的产品纯度高，达95%以上，但由于多酚在临界CO2中的溶解度较小，导致一次提取率低。2.4微波辅助浸提法微波辅助浸提法的基本原理是分子在微波场中发生高频运动，扩散速率增大，在微波的福射作用下，浸提物可快速浸取出来。微波辅助浸提提取效率高，减少了儿茶素在提取时的氧化，提取物品质也大大提高[15]。李敏（2011）等[16]采用微波辅助提取法，用水作溶剂，系统研究了料液比、时间、温度、微波强度、提取次数对儿茶素组成及得率的影响。得到最佳的提取条件为：微波强度为539W，提取时间为2min，料液比为1：25，温度为90℃，提取2次，得到6种儿茶素的量明显高于工业水提的方法；Z.B.Li（2010）等[17]在400W微波功率时提取1min，提取儿茶素完全，而用超声波提取需60min；汪兴平（2002）等[18]、荆琪（2003）等[19]用紫外和红外光谱分析以及HPLC分析，研究得出微波短时处理茶叶对儿茶素化学结构无影响，与沸水提取30min相比，儿茶素组分幅度小，保持儿茶素的稳定。D.M.DeFaveri（2009）等[20]研究了微波提取法中提取功率和微波照射时间对茶多酚提取量和抗氧化活性的影响。得出在保证抗氧化活性不变的情况下，提取率比传统水提法高。并且在溶剂量和温度等一定的情况下，可通过简化的传质模型预测试验结果数据。2.5超高压萃取法超高压萃取法（UPE）是利用超高压原理：在升压状态下溶剂快速进入细胞内，使细胞内充满溶剂；在保压状态下有效成分充分溶解在溶剂中；卸压时溶解了有效成分的溶液由细胞内释放出来。设备工作原理如图2.2所示：超高压处理使用的传压介质可以是水、油或其它液体。因此，原则上溶剂可以作为传压介质，可以不使用挠性包装而直接把原料和溶剂的悬浊液泵入超高压容器，经过超高压处理后再将其泵出。图2.2超高压提取工作原理图Fig.2.1WorkingprincipleofUPE注：1活塞2超高压容器3传压介质4挠性包装5原料和溶剂Note：1piston2vessel3transferringmedium4flexibilitypackage5materialsandsolvent张格（2006）等[21]在常温条件下，研究了溶剂浓度、压力、保压时间、浸泡时间对茶叶中多酚含量的影响因素，并与回流提取的方法进行比较。通过正交优化，确定的最佳提取条件为：60%乙醇作溶剂，压力200MPa，浸泡时间30min，保压3min，比回流提取法高25.3%；谭俊峰（2009）等[22]得到的最佳提取参数（压力位500MPa，保压时间为l0min，溶剂为50%乙醇）与张格等的有所不同，但得出在较高的提取压力和较长的提取时间条件下，多酚物质的提取量较高，其压力和保压时间与XiJun（2010）等[23]的研究结果相同。2.6离子沉淀法离子沉淀法的原理是利用茶多酚在中性或碱性的条件下可以和某些金属离子络合形成沉淀物的性质，使其从浸提液中分离出来。一般工艺路线为：茶叶原料-热水提取-过滤-沉淀-酸转溶-萃取-浓缩-真空干燥-茶多酚粗品。常用的离子沉淀剂有A13+、Ca2+、Fe3+、Mg2+、Zn2+、Ba2+等，在相同的情况下沉淀顺序是A13+Zn2+Fe3+Mg2+Ba2+Ca2+[24]。一般认为偏碱性的沉淀剂易诱发茶多酚的氧化，因此Zn2+、A13+沉淀剂较适宜弱酸性环境。余兆祥（2001）等[25]证明，Zn2+、A13+复合型比单一沉淀剂效果要好。韦星船（2007）等[26]认为Zn2+、A13+复合剂中二者为3：1时沉淀效果最好，并对联合沉淀剂的用量及沉淀时PH的选择进行了研究。刘焕云（2004）等[27]釆用Ca2+作为沉淀剂，确定最佳工艺条件：pH为7.5，离子沉淀剂与茶叶质量比约为1：2，钙盐的最佳转溶条件：2mol/L的硫酸溶液，料液比1:2，20℃转溶15min。胡玲玲（2011）等[28]通过比较提取温度、提取时间、沉淀离子以及pH这四个方面，研究了从茶叶废料中提取茶多酚的工艺，并得到最优的提取条件：温度为100℃，提取时间为0.5h，沉淀离子为A13+，pH为6.5。沉淀法的优点是：有机溶剂的使用量少，工艺比较简单，产品的纯度较高。缺点是：过滤和稀酸转溶过程中茶多酚的损失较大。此外，该方法使用重金属作沉淀剂，产品成本高，毒性强，废渣、废液处理量大，达不到食品和医药工业标准，限制了产品的应用。2.7树脂吸附法儿茶素分子结构具有多个酚羟基，易与O、N原子疏松结合形成氢键。因此，若树脂上修饰有含O、N原子的功能基，能为树脂与儿茶素分子间以氢键结合创造条件，就有利于该树脂对儿茶素的吸附。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。一般用