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绿茶910 EGCG的提取工艺

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福建农林大学学报(自然科学版) Journal ofFujian A ̄iculture and Forestry University(Natural Science Edition) 第41卷第1期 2012年1月 绿茶910 EGCG的提取工艺 陈团生 ,程祖锌 ,杨志坚 ,郑金贵 (1.福建农林大学农产品品质研究所;2.福建农林大学医院,福建福州350002) 摘要:以绿茶910为原料,采用咖啡碱沉淀一溶剂萃取法对茶叶表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)进行提取,运用二次 回归正交旋转组合设计方法分析各影响因子对EGCG提取纯度的影响.结果表明,各因子对EGCG提取纯度影响程度的大 小为:氯仿萃取次数>乙酸丙酯萃取次数>水浸提温度>咖啡碱浓度>己酸乙酯萃取次数.EGCG提取的最佳条件为:水浸 提温度80 ,咖啡碱浓度30 mmol・L~,氯仿萃取次数为5,己酸乙酯、乙酸丙酯萃取次数均为3.根据最佳条件提取 EGCG,得到纯度为80.3%的EGCG产品. 关键词:绿茶910;表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG);工艺优化;高效液相色谱 中图分类号:R284.2 文献标识码:A 文章编号:1671-5470(2012)01-0018-06 Optimization of the extraction technology of EGCG from green tea CHEN Tuan—sheng ,CHENG Zu.xin ,YANG Zhi-jian ,ZHENG Jin.gui (1.Agricultural Product Qualiyt Institute,Fujian Agriculture and Foerstry University;2.Hospital of Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,FujiaII 350002,China) Abstract:In order to prepare epigallocatechin-3’gallate(EGCG)from tea by caffeine precipitation and solvent partiiton,the expefi— ment oftechnology optimization for EGCG extraction from tea was carried out with the design of the rotation・・ergression・・orthogonal combination.The parameter models wiht the puriyt of EGCG as target functions were estab ̄shed.The optimization parameters for the extraction of EGCG from tea in cafeine precipiattion and solvent partiiton system were as follows:water temperature,caffeine concentration,the number of partiiton iwth chloroform,with ethyl hexanoate,and iwth propyl acetate・Addiitonally,the mathematic model Was well established to estimate the purity of EGCG within the investigated range.By the extraction parameters,the EGCG production system Was obtmned.The product Was gained nad then mesaured by hish performance liquid chromatography(HPLC). The results indicated that the best EGCG extraction parameters were water temperature,80℃;cafeine concentration,30 mmol・ L~;the number of partiiton with chloroform,5;with ethyl hexanoate,3;and with propyl acetate,3.Under these extraction pa- rameters,the product Was obtained,finally its puriyt Was more than 80.3%,8s judged by HPLC. Key words:green tea 910;epigallceatechin-3-gallate(EGCC);technology optiimzation;hish performance liquid chromatography (HPLC) 茶叶中含有许多生物活性成分,其中最主要的功能成分是茶多酚,茶多酚是由多酚类衍生物组成的混 合体Ⅲ.茶多酚中最主要的成分是儿茶素,属黄烷醇类化合物.茶叶中的儿茶素是2一苯基苯并吡喃的衍生 物,主要可分为4种类型:表儿茶素(epicatechin,EC)、表没食子儿茶素(epigallocatechin,EGC)、表儿茶素 没食子酸酯(epicatechin gallate,ECG)、表没食子儿茶素没食子酸酯(epigaUocatechin-3一gallate,EGCG),其 中又以EGCG最为重要 ].EGCG是儿茶素中生物活性最强的一种成分 】,属非酶类抗氧化剂,具有明显 的清除体内自由基 引、抗癌 、抗炎 引、抗突变 和抗衰老 等生物活性,现已被当作抗癌前体药物在进 行研究 】.随着人们对EGCG研究的深入,以及EGCG许多药理作用被进一步证实,国内外对EGCG单体 的分离提取工艺也有众多的研究.目前EGCG的提取多是通过先制备茶多酚,再进一步分离纯化得到 EGCG.根据EGCG的结构特性、溶解度及络合性能等理化性质,国内外茶多酚粗品的提取方法主要有水和 有机溶剂提取法 。。、离子沉淀法 n 、层析柱分离法 心 引、低温纯化酶法 引、超临界流体萃取法n 引、膜 分离法m】、超声波浸提方法¨引、高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC) 等方 收稿日期:20ll—o4—18 修回日期:2011—05—18 基金项目:福楚省高校服务海西建设重点项目(0b0¥b005). 作者简介:陈团生(1974一),男,主治医师,博士研究生.研究方向:药理品质生物技术.通讯作者郑金贵(1949一)。男,教授,博士生导师.研 究方向:农产品品质.Email:jgzhen ̄@巧au.edu.cn. 第1期 陈团生等:绿茶910 EGCG的提取工艺 ・l9・ 法,先提取茶多酚粗品,再进一步进行纯化.纯化的方法主要还是以色谱分离为主 ,利用儿茶素各单体 之间理化性质的差异,选择不同的吸/脱附剂,使之与其他物质分离. 咖啡碱沉淀一溶剂萃取法由Copeland[2¨首先采用,其原理是利用咖啡碱易于与酯型儿茶素络合沉淀 的特性,加热后络合物在水中溶解,采用氯仿萃取除去咖啡碱,再用己酸酯作为萃取剂,分离出ECG和 EGCG,最后用乙酸丙酯作为萃取剂,将ECG与EGCG‘分离,得到EGCG产品.本试验采用简便的咖啡碱沉 淀—溶剂萃取法进行茶叶EGCG的提取,以产品EGCG纯度(质量分数)为考察值,采用二次回归旋转组 合设计方法,对影响EGCG提取的相关因子进行研究,建立数学模型并进行优化,确定提取的最佳条件;再 根据模型的最佳条件,以高含量EGCG绿茶910为原料进行分离提取,得到EGCG样品,并采用HPLC检 测样品EGCG的纯度,验证数学模型的可靠性.利用数学模型优化咖啡碱沉淀一溶剂萃取法从茶叶中分离 提取EGCG的研究尚未见报道,本试验旨在为工业化生产和实验室制备EGCG提供理论和实践基础. 1材料与方法 1.1样品和试剂 高含量EGCG绿茶910由福建农林大学农产品品质研究所提供,EGCG标准品购自上海友思生物制 品有限公司,咖啡碱、己酸乙酯、乙酸丙酯、氯仿、乙醇、甲醇、乙酸等均为色谱纯. 1.2仪器设备 主要仪器设备有Waters 2695高效液相色谱仪(美国沃特世公司);Watesr 2996检测仪(美国沃特世公 司);RE-5203型旋转蒸发器(南京智拓仪器仪表有限公司)、真空冷冻干燥机(北京博医康实验仪器有限 公司)等. 1.3工艺流程 咖啡碱与酯型儿茶素络合沉淀,沉淀溶于热水,用氯仿分离咖啡碱,再用己酸乙酯、乙酸丙酯萃取出 EGCG,旋转蒸发后沉淀重新溶解于反渗透水中,最后冷冻干燥即得到EGCG干粉. 步骤:茶叶坚浸提液{ 誊沉淀物堡重悬液 驾有机相号 水相 酯 相 重悬液 GCG干粉. 1.4试验方案 试验采用二次回归正交旋转组合设计方法,运用5因子5水平二次回归旋转组合设计,共计36个试 验点,以优化EGCG的提取工艺.以影响EGCG分离提取的水浸提温度( )、咖啡碱浓度( )、氯仿萃取 次数( )、己酸乙酯萃取次数(蜀)、乙酸丙酯萃取次数( )5个因子为自变量,以所得干粉的EGCG纯度 (质量分数)为考察值,试验因素以及水平设计如表1所示.对影响绿茶EGCG提取的相关因子作进一步 的研究,并对建立的数学模型进行优化,以确定提取的最佳条件.再根据模型的最佳条件,以高含量EGCG 绿茶910为原料进行分离提取,得到EGCG样品,并采用HPLC检测样品EGCG的纯度,验证数学模型的 可靠性. 表1影响因子及水平编码表 Table 1 Factors and levels of the regression orthogonal tests 1.5统计方法 试验处理步骤采用五元二次正交旋转设计(表2),运用DI S统计软件进行数据分析. 1.6样品EGCG纯度的HPLC检测 1.6・1 样品处理样品溶解于流动相(100%甲醇:1%乙酸=2:8),上样前经0.22 ixm孔径的滤膜过滤. ・20・ 福建农林大学学报(自然科学版) 表2二次正交旋转试验结果 Table 2 Results ofquadrie reg ̄sion orthogonal rotarytest 0f extraction EGCGfromtea 第41卷 编号 1 I 1.0o0 X2 1.00O X3 1.000 以 1.0o0 1.O00 Y/% 44.9O 编号 19 l 0.000 —2.000 0.O0o 0.O00 0.O0o Y/% 46.O1 2 3 4 5 6 7 1.O0o 1.000 1.000 1.00o 1.O00—1.000—1.O00 1.000—1.o00 1.0oO 一1.O0o 1.00O 1.000 54.00 3O.90 5O.2O 55.6o 48.6o 45.90 20 21 22 23 24 25 0.000 0.o()0 O.O∞ O.O0o 0.000 0.0o0 2.O0o 0.O0o O.O0o一2.O00 O.O00 2.Oo0 0.O00 O.O0o O.0o0 0.O0o 0.000 O.O00 0.O0o O.O0o 19.7O 29.48 68.3l 34.2o 39.82 25.90 1.00o一1.000 1.ooO—1.0()o一1.0()o 1.0()0 1.0001.O00一1.00O 1.0oO—1.O00 0.000 0.O00—2.O0o 0.000 0.O0o O.00o 0.Ooo 2.0()o 1.000—1.000 1.000 1.O0o一1.000—1.000 O.O00—2.O0o 8 9 10 l1 l2 13 l4 15 16 17 18 1.00o一1.000—1.000一1.000—1.000 42.50 —1.0o0 —1.00o —1.O0o —1.000 1.000 1.0()0 1.000 1.000—1.000 1.000 1.000 47.57 48.37 40.02 36.O0 45.70 35.64 20.60 34.21 45.94 32.89 26 27 28 29 3O 31 32 33 34 35 36 0.000 0.000 O.0()o 0.0oO 0.Ooo O.0oO O.000 O.O00 0.0oO O.00o 0.O0o 0.000 0.0()o 0.000 0.O0o 0.O00 0.0o0 0.O00 O.O00 0.O00 O.O0o 0.0()o 0.O00 O.000 0.O0o O.O0o 0.Ooo O.O00 O.O0o 0.0()0 0.O0o O.O00 O.O0o 0.O00 O.O0o 0.00o O.O0o O.0o0 O.0o0 O.O00 O.000 O.00o O.000 O.O0o 2.0o0 0.000 O.O0o O.O0o 0.O0o 0.O0o O.O0o O.O00 O.Oo0 39.O8 59.75 75.37 74.96 73.3O 80.1O 58.9o 76.1O 1.000—1.000 1.000 1.o()0—1.000 1.0O0—1.0001.000 1.000—1.000—1.OO0 1.000 1.000 —1.0oO一1.000 —1.0o0—1.000 —1.000—1.000一1.000 1.000—1.000 —1.000 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 —1.000—1.000 —1.O00—1.000—1.000—2.000 2.000 0.000 0.000 0.000 0.000 64.28 m 0.O0o 58.26 仉仉 O.0()0 67.0o m啪 眦哪嘲i8 6 4 2 O畦6睥 D 宝 眦啪 1.6.2高效液相色谱参数suIlfire C18色谱柱:5 X46 Innl x 150 mm;流动相:100%甲醇:1%乙酸= 2:8,等度洗脱;流量:1 mL・rain~;检测波长:276 nm;柱温:35 oC;进样体积:30 ;保留时间:15 rain. 1.6.3标准曲线的绘制 称取EGCG标准品1.000 nag,加流动相(100%甲醇:1%乙酸=2:8)溶液定容 至5 mL,摇匀,作为对照品母溶液.分别精密吸取对照品溶液0.250、0.375、O.750、1.000 mL于具塞试管 中,再用流动相溶液定容至1 IIlL,另取流动相溶液作随行空白对照,分别编号1、2、3、4,0,读取液相色谱图 (图1).以峰面积为纵坐标,ECI2G纯度为横坐标绘制标准曲线. 0.05O 0.O4O 0.O30 自 O.02O 0.010 0.000 2 6 lO l4 2 6 lO l4 保留时间/口lin 保留时间/min 围1 I ̄.GCG标准品和ECTCCT样品色谱图 Fig.1 Chromatogram of EGCG stasadlmt,,ird production 1.6.4样品EGCG纯度的计算标准曲线经统计分析得到线性回归方程,各样品液相色谱图峰面积经计 算得到样品EGCG的纯度. 2结果与分析 2.1标准曲线 根据液相色谱图,以峰面积为纵坐标,EGCC,纯度为横坐标绘制标准曲线.标准曲线经统计分析得到 线性回归方程为:Y=O.3986 +19.378,R =0.9726(1,为液相色谱图峰面积, 为EGCG纯度)・所得干粉 EGCG纯度为目标函数,采用二次回归正交旋转设计对提取工艺进行优化. 2.2提取工艺参数的优化 各影响因子对EGCG纯度的影响不是简单的线性关系,为了更明确各因子对其的影响,采用DPS软 第1期 陈团生等:绿茶910 EGCG的提取工艺 ・21・ 件对表2的结果进行多元回归分析,得到如下回归数学模型:Y=67.460+1.600 X 一1.225 +6.571墨 一0.295咒+2.560正一5.334 一6.974罡一2.964霹一5.935罄一7.065墨一3.026 X1 一0.803 l 一 方差分析(表3)可知,回归方程显著性检验F =3.606<5.800=Fo.唧(6,9),拟合性良好,说明未控因 1.104五墨一1.368置 一O.288 x2 一2.002 五一0.316 X2墨+2.041恐墨一2.848恐墨+0.538墨Xs. 素对试验处理的影响不明显,误差是随机的,可认为所选用的二次回归模型是适当的;回归均方显著性检 验 =2.672>2.330= .∞(20,15),达到显著水平,说明5个因子与产品EGCG纯度之间的关系达到显 著水平.对a=0.10显著水平剔除不显著项后,简化的回归方程为:y=67.460+6.571驾一5.334 一 6.974跫一5.935墨一7.065霹. 表3 EGCG提取试验结果方差分析 Table 3 Variance ̄mlysisforthe experiment ofEGCG excretion 变异来源 平方和 , 自由度 1 1 均方 61.408 36.034 F 0.453 0.266 |P 0.511 0.614 变异来源 平方和 29.948 1.328 自由度 1 1 均方 29.948 1.328 , 0.221 0.010 P 0.645 0.922 61.408 36.040 1036.352 也 丘 1 1 1 1036.352 2.095 157.338 7.650 0.015 1.161 0.014 0.903 0.298 五 64.120 1.594 66.626 1 1 1 64.120 1.594 6t5.626 0.473 0.012 0.492 0.502 0.915 0.494 2.095 157.376 910.329 1556.216 1 1 910.329 1556.216 6.720 11.488 0.020 0.005 墨五 129.789 4.633 1 1 129.789 4.633 0.958 0.034 0.343 0.856 X{ 281.O62 l 281.O62 2.O75 O.17O 回归 7239.526 20 361.976 =2.672 O.021 x: X Xl X2 Xl X3 X1 X4 1127.136 159/.208 l46.471 10.320 19.514 1 1 1 1 1 1127.136 1597.208 146.471 10.320 19.514 8.320 11.790 1.081 0.076 0.144 0.011 0.004 0.315 0.786 0.710 剩余 2032.050 失拟1435.035 误差 597.015 总和 9271.576 15 6 9 35 135.47O 239.173,】--3.6o6 0.020 66.335 2.3回归方程的模拟寻优 根据取得的回归方程,通过计算机模拟寻优得出最高纯度EGCG产品的优化组合为:五=O, =O, =2,墨=0, =0.即咖啡碱沉淀—溶剂萃取法分离提取EGCG的最佳条件为:水浸提温度80℃,咖啡碱 浓度30 mmol・L~,氯仿萃取5次,己酸乙酯、乙酸丙酯均萃取3次,通过线性回归方程求得EGCG的纯度 为80.6%. 2.4影响因子效应分析 将选取的4个因子固定为零水平,考察第5个因子与产品EGCG纯度之间的关系,根据第5个因子与 EGCG纯度的相关性得到曲线关系图(图2). 产品EGCG纯度随着水浸提温度的升高呈现先升高后降低的趋势.温度较低时,温度对细胞壁的溶胀 效果不好,根据分子热运动理论,细胞内分子运动缓慢,不能完全离开细胞内部,随着温度升高细胞壁破裂 逐渐增加,分子运动速度加快,细胞内容物逐渐溶出;但当超过某一温度以后,温度的影响会造成EGCG分 子改变原有的结构,而且其他杂质的溶解率也升高,导致EGCG纯度下降.可见,水浸提温度应选取一个最 佳值,并非越高越好.随着咖啡碱浓度的提高,EGCG的纯度也呈现先升高后降低的趋势.由于咖啡碱与酯 型儿茶素络合沉淀时有一个最佳值,当咖啡碱浓度超过这一最佳值时,咖啡碱本身就变成一个影响EGCG 纯度的杂质.本试验中,氯仿的萃取次数越多,EGCG的纯度就越高.表明氯仿的萃取能去除咖啡碱等杂 质,提高EGCG的纯度,随着氯仿萃取次数的增加,EGCG纯度稳定在一定水平.己酸乙酯的萃取次数对 EGCG纯度的影响也呈现先升高后降低的趋势.己酸乙酯萃取主要是将ECG与EGCG分离,萃取至ECG 含量降低到一定水平时,会有一部分EGCG从溶液中萃取出来而流失,导致杂质比例升高,使EGCG纯度 下降.乙酸丙酯萃取次数增加会导致EGCG纯度先升高后降低,由于EGCG在乙酸丙酯中的溶解度极高, EGCG的l纯度开始时会随着萃取次数的增加而增高;随着EGCG纯度下降,再增加萃取次数会同时将其他 可溶性杂质萃取出来,从而影响EGCG的纯度. ・22・ 福建农林大学学报(自然科学版) 第41卷 零\越 0:v H ∞ ∞ ∞ ∞ 如 ∞ ∞ -2.0 -1.5 —1,0 -05 。0.0 0.5 1.0 因子水平 图2影响因子与EGCG纯度的关系 Fig.2 The relation offactors and EGCG putty 2.5最佳数学模型验证 采用二次回归正交旋转组合设计方法,对咖啡碱沉淀一溶剂萃取法条件进行优化,确定分离提取 EGCG的最佳工艺条件.按照最佳工艺条件制定提取方案,以高含量EGCG绿茶910为原料进行分离提 取,产品EGCG的纯度经HPLC检测为80.3%(图1). 3结论 本试验以绿茶910为原料,利用二次回归正交旋转组合设计方法分析各影响因子对EGCG提取纯度 的影响.结果显示,各因子对EGCG提取纯度影响程度的大小为:氯仿萃取次数>乙酸丙酯萃取次数>水 浸提温度>咖啡碱浓度>己酸乙酯萃取次数.确定了EGCG提取的最佳工艺条件为:水浸提温度8O℃,咖 啡碱浓度30 mmol・L~,氯仿萃取5次,己酸乙酯、乙酸丙酯均萃取3次.根据最佳条件进行EGCG提取试 验,得到纯度为80.3%的EGCG产品,表明可直接从茶叶中分离提取得到高纯度的EGCG产品. 咖啡碱沉淀—溶剂萃取法使用安全、低毒、廉价的材料,采用相对简单、操作简便的提取工艺,进行 EGCG的分离提取,优化出了符合实际条件的提取参数,运用数学模型得到了最佳的工艺条件,获得高纯 度的EGCG产品.这是一种从茶叶中直接得到纯度较高含量EGCG产品的廉价简易方法,为工业化生产和 实验室制备EGCG提供理论和实践基础. 参考文献 [1]郑金贵.农产品品质学(第一卷)[M].厦门:厦门大学出版社,2004:338—350. 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