用纳滤膜分离浓缩几种茶叶中的活性物质

用纳滤膜分离浓缩几种茶叶中的活性物质摘要：以红茶、绿茶、普洱、乌龙茶作为纳滤膜分离浓缩的对象，通过测定不同压力下的茶多酚、咖啡因的截留率，以分析纳滤过程的特点，并研究0.2Mpa时茶叶蛋白的含量。在0.2Mpa下对茶多酚的截留率最高，0.3Mpa下对纳滤膜对咖啡因的截留率最高，不同茶叶种类，纳滤膜对其茶多酚、咖啡因的纳滤效果有所不同。0.2Mpa时，纳滤膜对红茶蛋白质的纳滤效果最好，可达到122.04%。关键词：纳滤浓缩茶多酚咖啡因蛋白质SeparationandconcentrationbynanofiltrationofseveralactivesubstancesinteaChenruochenChemicalScienceandTechnology,ZhanjiangNormalUniversity,Zhanjiang,524048ChinaAbstract：Takingblacktea,greentea,pu-erhteaandoolongteaasnanofiltrationmembraneconcentratedobject,measuringtheinterceptionrateofteapolyphenolandcaffeineunderdifferentpressure,inordertoanalyzethecharacteristicsofnanofiltrationprocess,andstudyteaproteincontentofwhenunder0.2Mpa.Theresultsofexperimentshowthattheinterceptrateofteapolyphenolgetshighestunder0.2Mpa,Theinterceptrateofcaffeinegetshighestunder0.3Mpa.Theresultofthenanofiltrationofteapolyphenolandcaffeineiseffectedbyteas.With0.2Mpa,theresultofnanofiltratingproteinsofblackteagetsbest,canachieve122.04%.Keywords:nanofiltration;teapolyphenols;caffeine;protein1前言纳滤膜是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。它截留有机物的分子量大约为150－500左右，截留溶解性盐的能力为2－98％之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液，纳滤过程的特点是：分离过程无任何化学反应，无需加热，无相变，不会破坏生物活性，不改变被分离物质的风味和香味。纳滤在食品工业和饮料工业中的应用研究十分活跃[1~3]，有很好的应用前景。随着膜科学技术的发展，膜分离技术已被应用于茶提取液的分离浓缩，但都是通过反渗透膜实现的[4~5]。由于反渗透膜几乎截留所有的离子，使用操作压力较高，膜通量受限制，相对设备投资成本及操作维修费用较高。而纳滤膜的孔径介于反渗透膜和超滤膜之间，存在真正的纳米级孔径的微孔，可以较好地截留有机分子而允许无机物通过，故纳滤浓缩相对反渗透浓缩技术具有投资少能耗低的优点。[6~8]茶叶中含有许多对人体有益的成分，近年来发展起来的对茶叶中活性成分的研究发现，茶叶中有活性高的嘌呤类生物碱，其中主要成分为咖啡因（也叫咖啡碱），含量为2%-5%,咖啡因具有兴奋中枢神经、提神、利尿清热、消除疲劳、强心活血、提高循环系统机能的作用。茶叶中茶多酚的含量高达22%，茶多酚主要由儿茶素类、黄酮及黄酮醇类、花色素类、酚酸及缩酚酸四类化合物组成。茶多酚有显著的药理活性，能降低血糖血脂，防止动脉粥样硬化，抗菌抗病毒抗辐射，收缩血管等作用，还可以清除活性氧自由基，抑制脂质过氧化，达到延缓衰老的目的。茶叶中蛋白质含量占茶叶干重的15%-30%，大多数为非水溶性的谷蛋白，它不仅具有营养品质，还具有较强的清除氧自由基的能力[9~10]，可作为保健饮料开发。茶叶蛋白和茶多酚一样具有较强的保健功能，如茶叶蛋白具有抵抗突变和降血脂的效果，对抗动脉粥样硬化及冠心病可能具有一定的预防作用。2实验仪器、材料2.1材料与试剂市购绿茶、红茶、普洱茶、乌龙茶；咖啡因标准物；0.1%靛红；KMnO4标准溶液0.02058mol/L（按常规法标定）；浓盐酸(化学纯)；浓硫酸（化学纯）。2.2仪器磁力搅拌器（上海常思工贸有限公司）；SAZ-D(III)循环水式真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司）；UV200II紫外可变波长检测器（大连依利特科学仪器有限公司）；MRO-2012H纳滤膜（天津颂达满净水科技有限公司）；凯氏定氮仪。2.3液相色谱条件C18分离柱，紫外检测器检测280nm；流动相：甲醇:0.05mol/L磷酸二氢钾=25:75；流速：1.5mL/min。3实验原理、方法与步骤3.1茶叶预处理3.1.1茶叶浸提取绿茶、红茶、普洱茶、乌龙茶各10g分别于2400mL沸水中浸提40分钟。3.1.2减压抽滤趁热减压抽滤，得到绿茶茶叶浸提液2000mL，用同样的方法，得到红茶、绿茶、乌龙茶、普洱茶的浸提液各2000mL。3.1.3纳滤浓缩调节压力为分别0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa，将绿茶浸提液经纳滤膜纳滤浓缩，得到纳滤液和浓缩液。将纳滤膜用水洗、碱洗、水洗后，再分别纳滤红茶、乌龙茶和普洱茶。3.2茶多酚实验取200mL蒸馏水放在500mL烧杯中，加入0.1%靛红溶液5mL，再加入供试液5mL，开动磁力搅拌器，边搅拌边用KMnO4标准溶液进行滴定，滴定速度为1s每滴，接近终点时再慢滴。滴定溶液由深蓝色转变为亮黄色为止，记下消耗高锰酸钾的毫升数。为避免视觉误差，重复三次滴定取其平均值。计算方法：茶多酚含量（%）=（A-B）×C×0.00582×100/(0.318×m×V/T)·····························································（1）式中：A：样品溶液消耗KMnO4量（mL）B：空白液消耗KMnO4量（mL）C：KMnO4浓度m：样品质量（g）V：吸取样品液量（mL）T：提取样品液量（mL）3.3咖啡因测定3.3.1色谱条件紫外检测器；检测波长：280nm；流动相：甲醇:0.05mol/L磷酸二氢钾=25:75；流速：1.5mL/min；进样量：25μL；标准溶液浓度：0.0000mg/L、7.8125mg/L、31.25mg/L、125mg/L、500mg/L。3.3.2测定将原料液稀释十倍、浓缩液稀释二十倍，纳滤液不稀释，取25μL注入高效液相色谱仪，并用咖啡因标准液制作标准曲线，进行色谱测定。茶叶中咖啡碱经沸水提取后，经高效液相色谱法测定，与标准系列比较定量。3.4蛋白质的测定3.4.1方法原理天然的含氮有机物与浓硫酸共热时，其中碳、氢二元素被氧化为二氧化碳和水，而氮则变成氨，并进一步与硫酸作用生成硫酸铵。浓碱可使消化液仲的硫酸铵分解，游离出氨，借水蒸气将产生的氨蒸到一定量，一定浓度的硼酸溶液中，硼酸溶液中，硼酸系时候氨后，氨与溶液中的氢离子结合，生成铵离子，使溶液中氢离子浓度降低。然后用标准无机酸滴定，直至恢复溶液中原来氢离子浓度为止。3.4.2消化吸.取20mL原料液和浓缩液分别用浓硫酸进行消化，消化时长为2.5小时.3.4.3蒸馏滴定吸取1.00mL消化液定容至25.00mL，取其中1.00mL至凯氏定氮仪蒸馏，用硼酸作吸收液，用0.01mol/L的盐酸滴定馏出液，终点颜色变化为灰绿色突变为紫红色3.4.4计算公式·································（2）式中：A为滴定样品用去的先算平均毫升数；B为滴定空白用去的盐酸平均毫升数；C为称量样品的克数；0.0100盐酸的量浓度；14为氮的原子量；6.25为常数。4结果与分析4.1纳滤浓缩调节纳滤膜的压力为0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa，将分别将2000mL绿茶、红茶、普洱茶、乌龙茶提取液经纳滤膜纳滤浓缩至200mL左右。4.2茶叶中茶多酚的测定4.2.1原料液茶多酚含量取绿茶原料液5mL，0.1Mpa纳滤液5mL、浓缩液5mL，0.2Mpa纳滤液5mL、浓缩液5mL，0.3Mpa纳滤液5mL、浓缩液5mL，分别用同一浓度已标定好的KMnO4溶液滴定，以0.1%靛红作指示剂，红茶、普洱茶、乌龙茶测定方法同上，所得结果如下表所示（由于纳滤液滴定结果与空白相差无几，纳滤液茶多酚含量可忽略不计）。图1茶叶原料液茶多酚含量Figure1teapolyphenolsfeedsolution1.080.651.471.2500.20.40.60.811.21.41.6绿茶红茶普洱乌龙茶叶种类g/L
从图一中可以看出，绿茶、红茶、普洱、乌龙茶中茶多酚含量差别较大。绿茶茶多酚含量为1.47g/L，比红茶高出0.22g/L，比普洱高出0.82g/L，比乌龙高出0.29g/L，严鸿德等人的研究也表明绿茶的茶多酚含量多于红茶和乌龙茶[11]。这四种茶属于不同种类的茶叶，一般来说，茶叶的发酵度越高，茶多酚的含量就越低，分析原因可能与四种茶叶的加工过程有关，是否经过发酵的工序以及发酵程度如何。在发酵过程中，茶多酚会发生化学反应，生成茶黄素、茶红素等，因此茶多酚的含量会大大减少。4.2.2压力对纳滤膜截留率的影响调节纳滤膜的压力为0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa，在这三个压力下分别对绿茶、红茶、普洱茶、乌龙茶原料液2000mL，进行纳滤浓缩至200mL左右时的茶多酚截留率，结果见图2。图2纳滤膜对四种茶茶多酚的截留率Figure2nanofiltrationmembraneontheretentionoffourtypesofteapolyphenols绿茶,23.13%绿茶,25.17%绿茶,19.05%红茶,17.60%红茶,20.00%红茶,16.80%普洱,29.23%普洱,35.38%普洱,35.38%乌龙,35.19%乌龙,39.81%乌龙,32.41%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%0.10.20.3压力（Mpa）茶多酚截留率（%）绿茶红茶普洱乌龙纳滤膜对茶叶中茶多酚的截留率=浓缩液茶多酚含量/原料液茶多酚含量×100%······························································（2）从图中可见，最佳的纳滤浓缩压力都是0.2Mpa。0.1Mpa时，对绿茶的截留率为35.38%，红茶为16.80%，普洱为35.38%,乌龙为32.41%，此压力下对普洱茶多酚的截留率最高，红茶最低。0.2Mpa时，纳滤膜对绿茶茶多酚的截留率为25.17%，红茶为20.00%，普洱为35.38%，乌龙为39.81%。0.3Mpa时，纳滤膜对绿茶茶多酚的截留率为23.13%，红茶为17.60%，普洱为29.23%，乌龙为35.19%。在0.2、0.3Mpa时纳滤膜对乌龙茶多酚的截留率最高，红茶最低。由此说明，同一压力下，不同茶叶种类的纳滤效果不同；同一茶叶，不同压力的纳滤浓缩效果也不同。应用纳滤膜浓缩茶叶提取液时应选择最佳的操作压力。按照逻辑分析，压力越小，截留率应该越高，但实验结果却是0.2Mpa时的最高，可能是与膜是否堵塞有关，目前也没有相关文献能解决这一问题。4.3咖啡因实验4.3.1咖啡因色谱图配制咖啡因标准液为0.0000mg/L、7.8125mg/L、31.25mg/L、125mg/L、500mg/L。经高效液相色谱仪的咖啡因标准液色谱图如图3所示。图3咖啡因标准液色谱图Figure3Chromatogramofstandardsolutionofcaffeine0246810020406080100120140160180200mVT/min从图