徐小嵐　朱秀麗　安然

【摘 要】咖啡因約占茶葉干重的2%-5%，具有重要的生理作用，從茶葉中提取的咖啡因是醫(yī)用咖啡因的重要來源。目前咖啡因提取方法多且差異大，本文從四個(gè)方面對咖啡因提取方法和工藝的研究進(jìn)展做一介紹。

【關(guān)鍵詞】咖啡因；微波；Soxhlet提取法

咖啡因（Caffeine）[1]是茶葉、咖啡豆、可可、可拉果等植物體中的主要生物堿，因其具有較強(qiáng)的興奮中樞系統(tǒng)作用而廣泛用于醫(yī)藥、食品、化妝品等領(lǐng)域?？Х纫蛟谏砩夏艽碳と梭w中樞神經(jīng)系統(tǒng)引起興奮[2]，使人的頭腦清醒，有助于思維，提高勞動效率。此外，咖啡因能增強(qiáng)心臟和胃腸道功能[3]、調(diào)節(jié)脂肪代謝[4]，同時(shí)還可起到解毒的功效[5]。然而，高劑量攝入咖啡因會刺激中樞神經(jīng)、影響睡眠、增加血壓、提高類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的患病率、致突變以及引起嬰兒早產(chǎn)[6-7]等。

顯然，從茶葉中提取咖啡因?qū)θ祟惖纳睢⑸a(chǎn)具有重要意義。自20世紀(jì)90年代以來，有關(guān)如何高效率地從茶葉中提取咖啡因以及如何綠色地從茶葉中脫除咖啡因，國內(nèi)外研究者報(bào)道了許多新的方法和輔助技術(shù)，大致可分為以下四類。

1 水提取-升華法

水提取-升華法[8-12]從茶葉中的提取咖啡因是利用咖啡因在水（特別是熱水）中具有一定的溶解性進(jìn)行提取。一般先用水萃取茶葉中的咖啡因，然后再用溶劑萃取或其它方法提取水溶液中的咖啡因。

水作溶劑，在保證將茶葉中大部分的咖啡因提出的前提下，又不溶解其他雜質(zhì)，價(jià)廉、無毒，不會對環(huán)境造成危害；并且水提取-升華法使用儀器均為常規(guī)儀器，操作成本低。

李沿飛等[9]將水洗-三氯甲烷萃取-真空升華三者融為一體，得到純度為99.9%的天然咖啡因，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品收率高，該法于1994年取得專利保護(hù)。方德國等[10]用熱水浸泡鮮茶葉提取咖啡因，以溫度、浸泡時(shí)問和茶水比為影響因素進(jìn)行三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，確定最佳提取條件為l：20（質(zhì)量比）的茶水比在100℃浸泡3min，可提取茶葉中83%的咖啡因，同時(shí)鮮葉中保留了95%的兒茶素。

2010年，刁曉菊等[11]利用5g茶葉在140ml純水中浸泡、煮沸15分鐘后，濃縮、升華可得37mg咖啡因。

水提法只適合于鮮葉和殺青葉，而不適合于揉捻葉和干燥葉。從食品學(xué)角度來說，雖然熱水浸泡可以有效提取咖啡因，但是由于浸泡過程中會將茶葉中其它一些易溶于水的成分（如茶多酚、氨基酸等）浸出，故對成品茶的風(fēng)味有較大的影響[12]。

總體說來，水提法提取得到的咖啡因產(chǎn)量不高，通過增加溶劑量和提取時(shí)間，可以略微提高咖啡因的提取量。不過，從飲用茶的角度來看，水提法在茶葉中脫咖啡因技術(shù)的應(yīng)用還是很綠色環(huán)保的。

2 有機(jī)溶劑提取-升華法

該法過去使用的有機(jī)溶劑有乙醇、氯仿或者二氯甲烷，Tetsuo等用水-氯仿混合物直接浸泡綠茶末，用結(jié)晶法獲取有機(jī)相中的咖啡因，2g茶提取了40.7mg咖啡因，但氯仿和二氯甲烷皆有很大毒性，二者作為提取劑有著很大的限制。

目前從環(huán)保的角度，多數(shù)使用95%的乙醇作為提取劑，采取Soxhlet提取法，5g茶葉回流40分鐘可以提取74.7mg咖啡因[13]。楊兵[14]等將Soxhlet提取法、超聲波法與微波法進(jìn)行比較，結(jié)果表明，Soxhlet提取法效果最好。目前，Soxhlet提取法是實(shí)驗(yàn)室最常用方法，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中廣為采用。

最新研究表明，將Soxhlet提取法中的索式提取器改為恒壓漏斗連續(xù)回流，可以得到更高的提取效率[15-17]。2014年，徐帥[15]等采用1：1的EtOH-H2O作為提取劑，利用恒壓漏斗連續(xù)提取40min，收率比索式提取法提高20%，色譜分析產(chǎn)物純度可達(dá)98.5%，并且，利用此種方法，紅茶更適合進(jìn)行咖啡因的提取，提取效率高于綠茶[15-16]。用恒壓漏斗代替索式提取器，很好地避免了虹吸不完全導(dǎo)致萃取液不能完全流入蒸餾燒瓶，因此，回流效率明顯提高。這一改進(jìn)將會為高校本科生實(shí)驗(yàn)提供更好的操作方法指引。

3 微波輔助提取法

微波輔助提取法[18-22]是指在微波場中，茶葉中的咖啡因組分被選擇性加熱，從茶葉中分離，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中。與傳統(tǒng)溶劑提取法相比，微波提取技術(shù)具有作用時(shí)間短、速度快、提取效率高、節(jié)能等顯著特點(diǎn)。

2004年，張燕瑜等[18]采用微波輻射法，微波功率為“高火”、提取劑80%（v/v）乙醇/水，輻射時(shí)間烏龍茶，4min和紅茶3min，烏龍茶和紅茶最高提取率分別為1.322%，1.128%。

2007年，李楠等[19]采用微波提取法，在微波功率500W，50%乙醇作為溶劑，料液比1：8，180℃微波溫度，微波加熱14min，提取率高達(dá)3.82/%。2008年，黃攀豪[20]采用微波輔助，以95%乙醇為溶劑，NaAc為沉淀劑，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石灰石，間斷輻射5次，1min/次，繼續(xù)90℃水浴30min，提取率高達(dá)3.25%。

2010年，劉曉庚[21]等利用微波輔助，微波功率200W、提取劑80%（v/v）乙醇/水、料液比為1：16（m/V）、浸提時(shí)間9min（間隙式提?。?、溫度83±5℃、連續(xù)提取3次，并且，通過使用自制復(fù)合中和沉淀劑，咖啡因提取率平均達(dá)到217.5mg/10g茶樣，比Soxhlet法的148.8mg/10g茶樣高49.1%。

2011年，李程等[22]采用微波輻射法，95%乙醇與水體積比為4：1，用量125ml，輻射時(shí)間3min，得到較高提取率。同年，黃金成[23]等利用連續(xù)微波場，從綠茶中提取天然咖啡因，設(shè)定微波輔助加熱溫度90℃、浸提時(shí)間15 min、微波功率250w、配制料液比l：16，80%乙醇做浸取劑，最大可提取87.35%的咖啡因，純度最高為99.6%。

總的來說，微波法提取茶葉中咖啡因提取率的重要因素是微波輻射時(shí)間和功率。若萃取時(shí)間太短，輻射功率過低，則咖啡因溶解尚未達(dá)成平衡，溶解量少，提取率低；若萃取時(shí)間太短，輻射功率過高，咖啡因易發(fā)生分解及其他損失，提取率同樣低，而且其他雜質(zhì)也會增多，不利于咖啡因的提取純化。

4 超臨界二氧化碳提取法

超臨界萃取法（SFE）是近20年發(fā)展起來的一種新型的分離技術(shù)，該法利用超臨界狀態(tài)下的流體作溶劑，在超出臨界溫度與壓力的區(qū)域下進(jìn)行萃取。用超臨界二氧化碳流體作為溶劑更顯優(yōu)勢，因?yàn)槎趸嫉呐R界值低，壓力與溫度的較小變化會引起流體密度的較大改變，并極易滲透到原料基質(zhì)中，使萃取組分通過分配擴(kuò)散作用而充分溶解，從而達(dá)到萃取的目的。

利用超臨界CO2提取茶葉中咖啡因在國內(nèi)外有許多專利[24-28]，不同專利的主要區(qū)別在于原料預(yù)處理和萃取條件的不同。研究發(fā)現(xiàn)，超臨界提取過程中添加水或乙醇作為夾帶劑可以有效提高咖啡因的提取率。

早在1996年，柯昌強(qiáng)[24]等報(bào)道了超臨界CO2流體萃取及其在茶葉中的應(yīng)用。2005年，于華忠[27]等將微波技術(shù)與超臨界CO2萃取技術(shù)相結(jié)合，茶葉經(jīng)微波預(yù)處理后，超臨界CO2脫除綠茶中咖啡因的脫除率有明顯提高。

2007年，馬衛(wèi)華[28]等報(bào)道了超臨界CO2萃取茶葉中咖啡因的影響因素，各因素的影響按大小排序依次為壓力>流量>溫度>時(shí)間，適宜的萃取條件為：壓力45MPa，溫度65℃，時(shí)間240min，CO2流量16kg/h，夾帶劑采用體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇溶液， 適宜的夾帶劑添加量為120mL。

利用超臨界CO2提取茶葉中咖啡因的優(yōu)點(diǎn)是超臨界二氧化碳對咖啡因選擇性高，同時(shí)具有溶解性大、無毒安全、工藝過程簡單。但是，因?yàn)樵摲ㄔO(shè)備和生產(chǎn)成本較高，其工業(yè)化應(yīng)用還不理想。

5 結(jié)語

咖啡因?qū)θ祟惣膊〉念A(yù)防和救治具有很大的作用，從茶葉中提取咖啡因是比較常用的方法。今后，咖啡因提取研究的重點(diǎn)在于提取方法的創(chuàng)新，并且隨著綠色環(huán)保理念的貫徹，咖啡因提取工藝勢必要更加的節(jié)約能源、減少污染[29-30]。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宛曉春.茶葉生物化學(xué)[M].2版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003：35.

[2]陳瑩.魏爾清.中樞興奮藥咖啡因的再評價(jià)[J].國外醫(yī)學(xué)：生理病理科學(xué)與臨床分冊，1997，17（4）：375.

[3]Leitzlnann M F，Stampfer MJ.Willett W C，et a1.coffee intake is associated with lower risk of symptomatic gallstone disease in women[J].Gastroenterology，2002，123（6）：1823.

[4]Bouchard R，Weber A R，Geiger J D.1nformed decision—making on sympathomimetic use in sport and health[J]. Clin Sport Med， 2002， 12（4）： 209.

[5]Wang W Y，Li M T，Qiu P X，et a1.Relationship between survival effect of caffeine and leveIs of intercellular calcium in cerebellar granule neurons[J]. Clin J Pharmacol Toxicol， 2000， 14（2）： 101，107.

[6]張清林.咖啡和咖啡因的致突變作用[J].中國公共衛(wèi)生，1995（4）：162.

[7]Smith A. Effect of caffeine on human behavior[J]. Food and chemical toxicology， 2002（9）：1243.

[8]葉海亞，陳亞東，彭振博.紅茶中天然咖啡因的提取研究[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2009，16（4）：l0.

[9]李沿飛，楊鍵，汪弦茜.茶葉中天然咖啡因的提取方法[J].中外技術(shù)情報(bào)，1994（7）：24.

[10]方德國.茶葉咖啡因提取方法的研究[J].徽州師專學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1996，6（6）：45.

[11]刁曉菊，高峰.從茶葉中提取咖啡因不同實(shí)驗(yàn)方法對照研究[J].徐州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，30（3）：165.

[12]許勇泉， 尹軍峰，袁海波.茶葉脫咖啡因技術(shù)研究進(jìn)展[J].茶葉科學(xué)，2008，28（1）：1.

[13]高靜，田語林.利用萃取法從茶葉中分離咖啡因[J].牡丹江學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，25（6）：47.

[14]楊兵，彭傳友，陳源，等.茶葉中咖啡因提取條件優(yōu)化及方法對比[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2012，29（5）：2695.

[15]徐帥，李炤，王瑩瑩.實(shí)驗(yàn)室中一種高純度咖啡因提取方法的研究[J].當(dāng)代化工，2013（10）：1364.

[16]黃飛.正交試驗(yàn)法從茶葉中提取咖啡因的工藝研究[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，26（5）：63.

[17]蔡毅飛，商洪濤，周娟，等.茶葉中咖啡因提取實(shí)驗(yàn)方法的綠色優(yōu)化研究[J].科技資訊，2014，12（19）：186.

[18]張燕瑜，林曼斌，袁妙君，等.用微波輻射法從茶葉中提取咖啡因[J].中國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督，2004，08：40.

[19]李楠，孫晶晶，楊靜，等.微波提取茶葉中咖啡因工藝的研究[J].食品研究與開發(fā)，2007，3：27，29.

[20]黃攀豪.茶葉中咖啡因的提取和分析[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，26（2）：48.

[21]劉曉庚，朱珊，李佩昕.茶葉中咖啡因提取方法的比較[J].中國食品添加劑2010，4，83.

[22]李程，金靚婕，張忠鼎.微波輻射法從茶葉中提取咖啡堿工藝條件的研究[J]. 內(nèi)江科技，2011，32（11）：100.

[23]黃金成，謝放華，崔明思，等.微波輔助從殘次綠茶中提取咖啡因的工藝研究 [J].廣東化工，2011，38（l）：7.

[24]柯昌強(qiáng)，舒愛民，王華夫.超臨界CO2流體萃取及其在茶葉中的應(yīng)用[J].中國茶葉，1996（2）：36.

[25]岳鵬翔，吳守一.用超臨界CO2脫除綠茶中咖啡堿的試驗(yàn)研究[J].茶葉科學(xué)，2002，22（2）：131.

[26]韓佳賓，陳靜，王靜康，等.超臨界CO2萃取咖啡因的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工 2003，23（3）：25.

[27]于華忠，周冬武，李國章.微波預(yù)處理對超臨界CO2脫除綠茶中咖啡因和EG CG影響的研究[J].茶葉科學(xué)，2005，25（3）：203.

[28]馬衛(wèi)華，鐘秦.超臨界CO2萃取茶葉中咖啡因的實(shí)驗(yàn)研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，31（6）：771.

[29]王瑞芳，藍(lán)偉光，張世文，等.茶葉中有效成分的開發(fā)利用進(jìn)展[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2005，1（3）：64.

[30]趙衛(wèi)星，姜紅波，馮國棟.茶葉中咖啡因的提取研究進(jìn)展[J].化學(xué)與生物工程，2010，27（9）：17.

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