㊀㊀2023年第64卷第8期
1977收稿日期:2022-07-26
基金项目：国家重点研发计划(2018YFC1602800)
作者简介：戚亭(1990 )，女，浙江杭州人，硕士，从事食品分析㊁检测研究,E-mail:tingqi713@163㊂通信作者：裴华，高级工程师，主要研究方向为食品㊁农产品质量安全检测,E-mail:346088073@qq㊂
10.16178/j.issn.0528-9017.20220811
正交实验法优化4种茶叶中茶多酚的提取工艺研究
戚亭，裴华∗，郭利攀，汪腊云，杨鲁琼，朱晓薇
(绿城农科检测技术有限公司，浙江杭州㊀310052)
㊀㊀摘㊀要：本文选取白茶(微发酵)㊁红茶(全发酵)㊁绿茶(微发酵)和乌龙茶(半发酵)4种原材料，探讨浸提剂体积分数㊁浸提温度㊁浸提时间和料液比对茶叶中茶多酚含量的影响㊂在单因素实验的基础上，利用正交实验对各个工艺参数优化，得出4种茶叶的最佳提取条件㊂白茶的最佳提取条件为：乙醇体积分数50%，料液比1ʒ40，浸提时间5min，浸提温度80ħ，茶多酚含量为(19.6ʃ0.051)mg㊃kg -
1；红茶的最佳提取条件
为：乙醇体积分数50%，料液比1ʒ40，浸提时间20min，浸提温度80ħ，茶多酚含量为(13.9ʃ0.022)mg㊃
kg -1；绿茶的最佳提取条件为：乙醇体积分数70%，料液比1ʒ40，浸提时间20min，浸提温度70ħ，茶多酚含
量为(20.9ʃ0.036)mg ㊃kg -
1；乌龙茶的最佳提取条件为：乙醇体积分数50%，料液比1ʒ35，浸提时间
20min，浸提温度70ħ，茶多酚含量为(15.4ʃ0.011)mg㊃kg -
1㊂本实验优化出不同发酵程度茶叶中茶多酚的
最优浸提条件，为最大限度地提高茶叶利用率，提供一定的理论依据㊂
关键词：茶多酚；正交；白茶；红茶；绿茶；乌龙茶
中图分类号:S571.1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:0528-9017(2023)08-1977-06
㊀㊀茶多酚(tea polyphenol)又称茶鞣或茶单宁,
是茶叶中多酚类物质的总称㊂包括儿茶素类㊁酮类和黄酮苷类㊁青花素和花白素类以及酚酸和缩酚酸类化合物等㊂茶多酚占茶叶干重的15%~35%，其中儿茶素占酚类物质中的60%~80%㊁酮类10%~
20%㊁花素10%㊁酚酸10%~15%㊂
有研究表明，茶多酚作为天然的有机抗氧化
剂，具有较强的抗氧化性㊁可有效清除人体内自由基，延缓衰老
[1]
，且有防癌㊁抗菌消炎㊁减肥轻
身㊁美容养肤等生理功能，具有延缓脂肪氧化，延缓腐败变质，延长动物保鲜期[2]㊁消除亚硝酸盐[3]等多种生理功效，在食品药品领域具有极大
的发展前景㊂
茶多酚的提取方法很多，通常包括溶剂浸提
法[4]㊁超声波浸提法[5]㊁微波浸提法㊁金属离子盐沉淀法㊁柱层析分离法㊁超临界流体萃取法[6-7]
等㊂溶剂浸提法是最常用的提取工艺，常用溶剂有水㊁甲醇㊁乙醇㊁乙酸乙酯等，利用茶多酚易溶于这些溶剂的性质，从茶叶中或浸提液中分离提纯茶多酚㊂超声波浸提法利用茶多酚浸提物超声波的机
械破碎功能，增大了扩散速率，浸提充分，提取时间得以缩短㊂微波浸提法利用目标分子在微波场中能发生变频运动，从溶剂中的扩散速率会提高，强化了提取效率㊂金属离子盐沉淀法，即把茶叶水溶液或乙醇溶液在碱性环境下和沉淀剂生成沉淀，从而固定住茶多酚㊂多数中性盐能够利用静电作用减弱多酚的水解，让多酚沉淀下来，同时中性盐能够因本身的电解质性质使多酚胶体去电去溶剂化，使得多酚盐溶液盐析㊂柱层析分离提取茶多酚，包括吸附柱层析㊁凝胶柱层析㊁离子交换柱层析等方法，提取的茶多酚纯度高，但成本也相对较高，超临界流体萃取提取法具有高速高效㊁溶剂消耗少㊁无残留等特点㊂
常见的研究方法有单因素实验㊁正交实验和响
应曲面法[8-9]，不同的茶叶茶多酚含量不同[10-12]，同时鉴于茶多酚的性质及以上各种提取方法的优缺点，本文拟采用传统的浸提方法，通过单因素和正交实验优化得出红茶㊁绿茶㊁白茶㊁乌龙茶4种茶叶中茶多酚的最佳提取条件，以期为最大限度地提高茶多酚的提取率提供理论依据㊂
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㊀㊀2023年第64卷第8期
1㊀材料与方法
1.1㊀材料与试剂
㊀㊀红茶㊁绿茶㊁白茶㊁乌龙茶㊁乙醇㊁Folin-Ciocalteu(FC)显剂㊁碳酸钠㊁没食子酸标准品等，试剂均为国产级分析纯㊂
1.2㊀仪器和设备
㊀㊀TGl-16M高速台式冷冻离心机;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器；万能粉碎机；电子天平; PHS-3C型pH计;PRO250均质器;UV-2102PCS 型紫外可见分光光度计；恒温水浴锅；电热鼓风干燥箱；滴定管㊁烧杯㊁容量瓶㊁移液管㊁锥形瓶及其他常用玻璃仪器㊂
1.3㊀方法
1.3.1㊀样品预处理
㊀㊀破坏植物细胞壁，有助于提取率的提高，但是细胞壁一旦被深度破坏，细胞内一些大分子也会被提取出来，使得提取液中杂质增多，增加后续纯化的困难㊂因此，为了提高茶多酚的提取率，对茶叶进行如下处理：茶叶除尘粉碎，过60~80目筛，得到茶粉，储存于包装袋中冷藏备用㊂
1.3.2㊀样品水分含量的测定
㊀㊀水分测定参考‘食品安全国家标准食品中水分的测定“(GB5009.3 2016)第一法直接干燥法㊂
样中的水分含量，按式(1)进行计算:
X=m1-m2
m1-m3
ˑ100%㊂(1)
式中:X 试样中水分的含量;m1 称量瓶(加海砂㊁玻棒)和试样的质量;m2 称量瓶(加海砂㊁玻棒)和试样干燥后的质量;m3 称量瓶(加海砂㊁玻棒)的质量;100 单位换算系数㊂每100g试样中水分含量ȡ1g时，计算结果保留3位有效数字；每100g试样中水分含量<1g时，计算结果保留2位有效数字㊂
1.3.3㊀茶多酚含量的测定
㊀㊀分光光度法原理是利用茶多酚的酚羟基能与一些金属离子络合而显，在一定波长下与浓度范围内，吸光度跟浓度呈线性关系㊂茶多酚含量测定参考‘茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法“(GB/T8313 2018)，准备不同浓度的没食子酸工作溶液(10~50mg㊃L-1)并以没食子酸工作液的吸光度(A)与各工作溶液的没食子酸浓度制作标准曲线，通过没食子酸标准曲线计算茶多酚的含量㊂
茶多酚含量计算公式:
茶多酚含量=
(A1-A0)ˑVˑfˑ100
SLOPE stdˑwˑ106ˑm㊂(2)式中,A1为试样吸光度,A0为空白吸光度,V 为样品体积,f为稀释倍数100,SLOPE Std为标准曲线的斜率,w为干物质含量,m为试样质量㊂1.4㊀茶叶中茶多酚提取条件优化
1.4.1㊀单因素实验
㊀㊀以4种茶叶为原料，分别考察浸提剂体积分数㊁料液比㊁提取次数㊁反应时间㊁反应温度对茶叶茶多酚含量的影响，实验因子均设置5个梯度水平㊂浸提剂体积分数对茶多酚含量的影响㊂研究浸提剂体积分数对茶多酚含量的影响，固定其他因素指标，考察乙醇体积分数10%㊁30%㊁50%㊁70%㊁95%这5个水平分别对白茶(微发酵)㊁红茶(全发酵)㊁绿茶(微发酵)和乌龙茶(半发酵)茶多酚含量的影响㊂
料液比对茶多酚含量的影响㊂研究料液比对茶多酚含量的影响，固定其他因素指标，考察料液比1ʒ20㊁1ʒ25㊁1ʒ30㊁1ʒ35㊁1ʒ40这5个水平分别对白茶(微发酵)㊁红茶(全发酵)㊁绿茶(微发酵)和乌龙茶(半发酵)茶多酚含量的影响㊂反应温度对茶多酚含量的影响㊂研究反应温度对茶多酚含量的影响，固定其他因素指标，考察反应温度50㊁60㊁70㊁80㊁90ħ这5个水平分别对白茶(微发酵)㊁红茶(全发酵)㊁绿茶(微发酵)和乌龙茶(半发酵)茶多酚含量的影响㊂反应时间对茶多酚含量的影响㊂研究反应时间对茶多酚含量的
影响，固定其他因素指标，考察反应时间5㊁10㊁20㊁30㊁40min这5个水平分别对白茶(微发酵)㊁红茶(全发酵)㊁绿茶(微发酵)和乌龙茶(半发酵)茶多酚含量的影响㊂1.4.2㊀正交实验
㊀㊀在单因素实验的基础上，以茶多酚的含量为考察指标，利用正交实验优化确定提取茶多酚的最佳工艺条件，考察因素及水平如表1㊂
1.5㊀数据统计与分析
㊀㊀利用Excel2013㊁Origin8.0分析整理单因素实验结果;SPSS18.0分析处理组间显著性差异㊂2㊀结果
2.1㊀4种茶叶的水分含量
㊀㊀首先测定白茶(微发酵)㊁红茶(全发酵)㊁
㊀㊀
表1㊀正交实验因素水平
水平因素
A (浸提剂浓度)
B (料液比)
C (反应时间)/min
D (反应温度)/ħ
130%乙醇1ʒ305
70250%乙醇1ʒ3510803
70%乙醇
1ʒ40
2090
绿茶(微发酵)和乌龙茶(半发酵)4种茶叶的水分含量，见表2㊂
表2㊀不同种类茶叶的水分含量
茶叶种类水分含量/%
白茶 3.21红茶 3.58绿茶 3.10乌龙茶
3.08
2.2㊀没食子酸标准曲线
㊀㊀茶多酚标准曲线的线性方程为Y =0.0118x +
0.0073，其线性相关系数R 2=0.9991，说明茶多
酚的浓度与吸光度呈良好的线性关系(图1)㊂
图1㊀茶多酚标准曲线
2.3㊀单因素实验
2.3.1㊀浸提剂体积分数对不同种类茶叶中茶多酚含量的影响
㊀㊀研究乙醇体积分数对茶多酚含量的影响，发现乙醇浓度对不同种类的茶叶茶多酚含量影响很大㊂如图
2所示，随着乙醇体积分数的增加，不同种类的茶叶中茶多酚含量均呈现先增加后降低的趋势，乙醇浓度为50%时,4种茶叶中茶多酚含量均达到最大值，这是因为乙醇的体积分数不同，极性也不同，乙醇的羟基与多酚类物质分子的酚羟基形成氢键而具有良好的溶解性，且天然状态的多酚类物质往往以氢键与蛋白质㊁多糖等大分子物质结合的复合物形式存在，乙醇溶液具有断裂氢键的能力，利于茶多酚游离出来，但采用95%乙醇浸提时，茶多酚含量显著降低，因为高体积分数的醇溶液断裂氢键能力减弱，导致蛋白质变性，反而降低了提取率[13]㊂所以，根据具体的需要和要求，综合考虑各方面因素，后续实验选择50%的乙醇体积分数进行实验㊂
图2㊀乙醇体积分数对茶多酚含量的影响2.3.2㊀反应时间对不同种类茶叶中茶多酚含量的影响
㊀㊀不同提取时间对茶叶中茶多酚含量的影响如图3所示，随着时间的延长，在5~10min，茶多酚含
量增加，因为水溶液对茶叶的渗透逐渐充分，提取速率高㊂随着时间的延长，茶叶中茶多酚的含量没有明显地提高，甚至出现下降的趋势，这是因为茶多酚被浸提完全，其中非茶多酚物质干扰到茶多酚
的提取；另一方面茶多酚容易被降解氧化，使其含量降低，因此，考虑到浸提充分和茶多酚的活性，后续实验选用10min 为最佳浸提时间[14]㊂
图3㊀反应时间对茶多酚含量的影响
2.3.3㊀反应温度对不同种类茶叶中茶多酚含量的影响
㊀㊀反应温度对茶多酚含量的影响如图4所示，随温度升高，茶多酚的提取率先增加后降低，温度为
80ħ时，茶多酚含量最高，继续升高温度，茶多酚
1980
㊀㊀2023年第64卷第8期
含量降低，因为在一定范围内，温度对浸提的推动力较强，有助于茶多酚的溶出，但过高的温度导致茶多酚氧化降解，因此，后续实验选择80ħ为宜㊂
图4㊀反应温度对茶多酚含量的影响2.3.4㊀料液比对不同种类茶叶中茶多酚含量的
影响
㊀㊀料液比对茶叶中茶多酚含量的影响如图5所示，随着料液比的增加,4种茶叶中茶多酚含量均呈现先增加后降低的趋势，因为一定比例的浸提剂㊀㊀与茶叶接触面积增加，使得浸提更充分，浸提剂较多时，不利于样品后续纯化，因此，后续实验选择
1ʒ35的料液比㊂
图5㊀料液比对茶多酚含量的影响
2.4㊀正交实验及结果分析
㊀㊀按照表1的正交因素水平设计L9(34)正交试验，正交设计表及实验结果见表3，试验方差统计分析结果如表4所示㊂
表3㊀茶多酚提取正交实验结果与分析
试验号
因素茶多酚含量/(mg㊃kg-1)
A B C D白茶红茶绿茶乌龙茶
1111112.17.9613.49.75 2122211.57.9112.39.94 3133312.68.9013.59.80 4212312.48.2513.610.00 5223112.49.1314.510.70 6231213.49.3114.110.30 7313212.78.1013.79.87 8321312.47.8714.210.10 9332112.4 6.8614.49.90 K112.06712.40012.63312.300白茶A2B3C1D2,B>A>C>D
K212.73312.10012.10012.533
K312.50012.80012.56712.467
R0.6660.7000.5330.233
K18.2578.1038.3807.983红茶A2B3C3D2,A>C>D>B
K28.9708.3037.6738.440
K37.6108.3578.7108.340
R 1.2870.254 1.0370.457
K113.06713.56713.90014.100绿茶A3B3C3D1,A>D>C>B;
K214.06713.66713.43313.367
K314.10014.00013.90013.767
R 1.0330.4330.4670.733
K19.8309.87310.05010.117乌龙茶A2B2C3D1,A>B>C>D
K210.33310.2479.94710.037
K39.95710.00010.1239.967
R0.5030.3740.1760.150
㊀㊀由表3中每种茶叶的极差R得出，影响白茶中茶多酚含量的4种因素依次为B>A>C>D，即B (料液比)>A(浸提剂体积分数)>C(反应时间)>D(反应温度)，最佳的提取条件为50%乙
醇㊁1ʒ40㊁5min和80ħ；影响红茶中茶多酚含量的4种因素依次为A>C>D>B，即A(浸提剂体积分数)>C(反应时间)>D(反应温度)>B (料液比)，最佳的提取条件为50%乙醇㊁1ʒ40㊁20min和80ħ；影响绿
茶中茶多酚含量的4种因素依次为A>D>C>B，即A(浸提剂体积分数)>D (反应温度)>C(反应时间)>B(料液比)，最佳的提取条件为70%乙醇㊁1ʒ40㊁20min和70ħ；影响乌龙茶中茶多酚含量的4种因素依次为A>B> C>D，即A(浸提剂体积分数)>B(料液比)>C (反应时间)>D(反应温度)，最佳的提取条件为50%乙醇㊁1ʒ35㊁20min和70ħ㊂
表4㊀正交实验方差分析
茶叶种类变异来源偏差平方和自由度F比白茶浸提剂体积分数0.6872 1.360料液比0.7402 1.465
反应时间0.5072 1.003
反应温度0.08720.172
误差 2.0208
红茶浸提剂体积分数 2.4832 2.150料液比0.10720.093
反应时间 1.6832 1.457
反应温度0.34620.300
误差 4.6208
绿茶浸提剂体积分数 2.0692 2.284料液比0.30920.341
反应时间0.43620.481
反应温度0.80920.893
误差 3.6208
乌龙茶浸提剂体积分数0.4112 2.322料液比0.2162 1.220
反应时间0.04720.266
反应温度0.03420.192
误差0.7108
㊀㊀注:F临界值(p)为3.110(0.1)㊁4.460(0.05)㊁8.650
(0.01)㊂
㊀㊀表4中,F比=Sf误差/(S误差f)㊂
式中S为因素的偏差平方和，反映了一组实验数据的分散和集中程度,S值越大表明数据越分
散,S值越小表明数据越集中;f㊁f
误差
为自由度,
总的自由度为f㊁f
误差
之和㊂若F比近似等于1，表明因子水平改变对指标的影响在误差范围内，即水平之间无显著差异㊂
根据表4的正交实验方差分析看出,F比均小于F临界值，所以4种因素对4种茶叶的影响均不显著㊂
2.5㊀验证实验及结果分析
㊀㊀根据正交实验得出的最优方案，进行3次验证试验，结果如表5所示㊂
表5㊀最优条件下茶多酚的验证实验
单位:mg㊃kg-1茶叶种类测定结果1测定结果2测定结果3平均值ʃ标准偏差白茶19.618.620.619.6ʃ0.051
红茶13.814.213.613.9ʃ0.022
绿茶20.420.721.820.9ʃ0.036
乌龙茶15.415.215.515.4ʃ0.011㊀㊀根据正交实验结果得出的最优浸提条件，对4
种茶叶分别进行3次独立验证试验，得出白茶中茶多酚含量为(19.6ʃ0.051)mg㊃kg-1；红茶中茶多酚含量为(13.9ʃ0.022)mg㊃kg-1；绿茶中茶多酚含量为(20.9ʃ0.036)mg㊃kg-1；乌龙茶中茶多酚含量为(15.4ʃ0.011)mg㊃kg-1㊂验证试验的茶叶中茶多酚含量均比单因素和正交实验结果高，结果平行性好，说明正交实验优化的最优工艺条件稳定可靠㊂
3㊀结论与展望
㊀㊀本实验选取4种不同发酵程度的茶叶，包括白茶(微发酵)㊁红茶(全发酵)㊁绿茶(微发酵)和乌龙茶(半发酵)进行茶多酚的提取工艺研究，探讨浸提剂浓度㊁浸提温度㊁浸提时间和料液比4个因素对浸提工艺的影响，通过正交实验优化出不同茶叶的最优浸提条件，且验证结果较好㊂白茶的最佳提取条件为：乙
醇体积分数50%，料液比1ʒ40，浸提时间5min，浸提温度80ħ，茶多酚含量为(19.6ʃ0.051)mg㊃kg-1；红茶的最佳提取条件为：乙醇体积分数50%，料液比1ʒ40，浸提时间20min，浸提温度80ħ，茶多酚含量为(13.9ʃ0.022)mg㊃kg-1；绿茶的最佳提取条件为：乙醇体积分数70%，料液比1ʒ40，浸提时间20min，浸提温度70ħ，茶多酚含量为(20.9ʃ0.036)mg㊃kg-1；乌龙茶的最佳提取条件为：乙醇体积分数50%，料液比1ʒ35，浸提时间20min，浸提温度70ħ，茶多酚含量为(15.4ʃ0.011)mg㊃kg-1㊂本实验优化出不同发酵程度茶叶中茶多酚的最优浸提条件，为最大限度地提高茶叶的利用率，提供一定的理论依据㊂
参考文献:
乌龙茶的种类[1]㊀李维熙，王葳，王文静.茶多酚的氧化聚合机制研究进展
[J].暨南大学学报(自然科学与医学版),2016,37
(3):193-200.
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