咖啡堿亦稱咖啡因（1，3，3一三甲基 一2，6一氧嘌呤 ，屬黃嘌呤生物堿，分子式 c。hl。no2），咖啡堿屬興奮劑，在一定范圍內(nèi)，對人體有強(qiáng)心、利尿、解毒等生理作用和保健作用 ，因此一直是一種緊俏的醫(yī)藥原料，也作為飲料的添加劑。茶葉中咖啡堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為 2％ 一5％，是醫(yī)用咖啡堿的重要來源。我國茶資源十分豐富，從茶中提取咖啡堿技術(shù)的研究也一直倍受重視。
咖啡堿的提取方法主要有溶劑法、升華法、吸附法和超臨界二氧化碳提取法（簡稱 sfe法）四類。目前，溶劑法存在產(chǎn)品純度低、安全性差（常用有毒試劑作萃取劑），工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)；升華法存在升華的咖啡堿定向定位富集困難，收集時(shí)損耗較大等缺點(diǎn)；吸附法存在洗脫劑用量多或有毒洗脫劑的使用；sfe法生產(chǎn)成本較高，尚處在實(shí)驗(yàn)室研究階段。
近年來，微波因促進(jìn)反應(yīng)的高效性和強(qiáng)選擇性 ，操作簡便，副產(chǎn)物少，產(chǎn)率高及產(chǎn)物易提純等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)為了避免使用有毒試劑、提高提取率，以水作為溶劑，采用微波輔助萃取法，以咖啡堿得率為考察指標(biāo)， 采用正交實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化紅 茶中咖啡堿的微波輔助浸提工藝。
1 材料與儀器
1 .1 材料
市售紅茶，咖啡堿標(biāo)準(zhǔn)品， 其他試劑均為分析純。
1 .2 儀器
島津 u v一7 2 0型紫外分光光度計(jì)， 格蘭仕 wd 900e s l 2 3 -3微波爐， h h-s 2數(shù)顯恒溫水浴 鍋，a cculab alc一210.4型電子天平，2xz一0 .5型旋片式真空泵。
2 方法
2 .1 咖啡堿測定方法
按國標(biāo)g b 8 3 1 2 -8 7的方法測定。
測定紅茶中咖啡堿含量 準(zhǔn)確吸取試液20ml 移入250ml容量瓶中，加入l0m l0 .01 mol/l鹽酸和2m l0 .5 g ／m l堿性乙酸鉛，用水準(zhǔn)確稀至刻度，混勻，離心取上清液，準(zhǔn)確吸取上清5 0 m l注入100 m l容量瓶中，加入 0 .2 m l 9 mol/l硫酸溶液， 加水準(zhǔn)確稀釋至刻度， 混勻， 離心取上液， 用10mnl 比色杯在波長274nm 處， 以試劑空作參比， 測定吸光度。 咖啡堿的含量按下面公式算：
其中： c為根據(jù)試樣測得的吸光度（ a） ，從咖啡堿標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的咖啡堿相應(yīng)質(zhì)量濃度， m g／m l ； l 1為試液總量， m l ； m為試樣的質(zhì)量，g ；為試樣中干物質(zhì)的百分含量， ％； l ： 為測定時(shí)的用液量，ml 。
咖啡堿標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 準(zhǔn)確稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99％的咖啡堿100m g ， 溶于 100 m l水中作為母液，準(zhǔn)確吸取母液各 5 ml加水至100 m l作為工作液。分別吸取 0 、5 、l 0 、 l 5 、2 0 、2 5 、3 0 m l 咖啡堿工作液于 一組100 m l容量瓶中， 各加入 4 .0 m l鹽酸溶液， 用水稀釋至刻度，混勻 .用 1 0mm石英比色杯在紫外分光光度儀上選擇波長2 7 4 mm處， 以試劑空白 溶液作參比，測定吸光度（ a） ， 以吸光度為軸 ， 咖啡堿含量為 y軸繪制成標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸直線方程為： y=0 .0 2 09 x ， y=0 . 9 9 9 1 2 .
圖 l 咖啡堿標(biāo)準(zhǔn) 曲線
2.2 試驗(yàn)方法
2.2.1 浸提工藝
茶葉一粉碎一微波處理一恒溫水浴一過濾、分離一測定
2.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)
準(zhǔn)確稱量茶葉 5g（精確到 0.0001g），選定其余條件，分別考察粉碎度、料液質(zhì)量比、浸提溫度、浸提時(shí)間、提取液 ph值、微波功率、微波作用時(shí)1甸等各因素的影響之變化。
2.2.3 結(jié)果與分析
2.2.3.1 茶葉的粉碎度對浸出率的影響
粉碎度對咖啡堿的浸出率影響較小，未粉碎的茶葉的浸取率最大，粉碎后的茶葉的浸取率反而降低，可能是在粉碎過程中咖啡堿有所損失。因此，本實(shí)驗(yàn)選用未粉碎的茶葉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
圖 2 粉碎度對浸出率的影響
2.2.3.2 料液質(zhì)量比對浸出率的影響
料液質(zhì)量比對咖啡堿的浸出率有較大影響，隨著料液質(zhì)量比的增大，咖啡堿浸出率增加，但料液質(zhì)量比達(dá)到一定比例后，浸出率不再增加。在保證一定浸出率基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)角度考慮，溶劑用量越少越好 ，這樣可降低成本，減少提取液體積，減輕后序工藝的負(fù)荷，因此本實(shí)驗(yàn)選用料液質(zhì)量比為 1：30.
圖3 料液質(zhì)量比對浸出率的影響
2.2.3.3 浸提溫度對浸出率的影響
由圖4中可以看出，隨著浸提溫度的增加，咖啡堿的浸出率增大，但當(dāng)溫度大到一定程度后，咖啡堿的縵出率開始下降，可能是溫度太高時(shí)將茶葉中的鞣質(zhì)和無機(jī)物等雜質(zhì)浸提出來，這些雜質(zhì)難與咖啡堿分離，影響咖啡堿的浸出率，因此，浸提溫度不宜過高。
圖4 浸握溫度對浸出率的影響
2.2.3.4 浸提時(shí)間對浸出率的影響
由圖 5中可以看出，隨著浸提時(shí)間的增加，咖啡堿的浸出率增大，但浸提時(shí)間達(dá)到一定程度后，浸出率又有所下降，這是因?yàn)樵谔崛〕跗?，茶葉細(xì)胞內(nèi)的咖啡堿質(zhì)量濃度很大，而提取溶劑中的咖啡堿質(zhì)量濃度很低，因此在傳質(zhì)推動力的作用下，茶葉細(xì)胞內(nèi)的咖啡堿不斷向溶劑中擴(kuò)散，使溶劑中咖啡堿的含量不斷上升，但提取一定時(shí)間后，茶葉細(xì)胞內(nèi)的咖啡堿質(zhì)量濃度和溶劑中的咖啡堿質(zhì)量濃度達(dá)到動態(tài)平衡，此時(shí)溶劑中的咖啡堿含量不再增加，而隨著提取時(shí)間的增長，茶葉中的雜質(zhì)被浸提出來，反而使咖啡堿的浸出率略有降低。
2.2.3.5 提取液 ph值對浸出率的影響
由圖6可以看出，提取液的 ph值對咖啡堿的浸出率影響不大。
圖5 浸提時(shí)間對浸出率的影響
圖 6 提取液 ph值對浸出率的影響
2.2.3.6 微波功率對浸出率的影響
由圖 7可以看出，微波功率對咖啡堿的浸出率有較大影響，微波功率較小時(shí)，咖啡堿浸出率較大，但隨著功率增大，浸出率反而下降。微波功率對浸出率的影響和時(shí)間相似，功率不夠，提取不充分，功率過大，微波透人基質(zhì)內(nèi)部形成內(nèi)熱源過于強(qiáng)烈，使細(xì)胞內(nèi)各細(xì)胞器升壓，細(xì)胞壁破裂后水分蒸發(fā)迅速，咖啡堿來不及從細(xì)胞中釋放出來。
圖7 微波功率對浸出率的影響
2.2.3.7 微波作用時(shí)間對浸出率的影響
由圖 8可以看出，微波作用時(shí)間對咖啡堿的浸出率有很大影響，作用時(shí)間太短，微波來不及發(fā)揮作用，微波作用時(shí)間太長，可能使微波透人基質(zhì)內(nèi)部形成內(nèi)熱源過于強(qiáng)烈，使細(xì)胞內(nèi)各細(xì)胞器升壓。細(xì)胞壁破裂后水分蒸發(fā)迅速，咖啡堿來不及從細(xì)胞中釋放出來。
圖8 微波作用時(shí)間對浸出率的影響
2.2.4 正交試驗(yàn)
1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理
通過單因子試驗(yàn)后，稱取 9份未粉碎紅茶，每份 5g（精確到0.0oo1g），料液質(zhì)量比定為 1：30，提取液 ph值定為 6，微波作用時(shí)間定為20s，按微波功率，浸提溫度，浸提時(shí)間設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因素水平表2、試驗(yàn)按表3進(jìn)行，浸提液按國標(biāo) gb83l2-87的方法，測定咖啡堿的浸出率，方差分析見表4
表2 因素與水平
表3 正交試驗(yàn)結(jié)果
表4 方差分析
2）最佳工藝條件的確定
從以上的結(jié)果可以得出，c（浸提時(shí)間）是影響咖啡堿浸出率的最主要因素，在f0.05水平上，a（微波功率）和 b（浸提溫度）的影響也是顯著的，最佳工藝條件為c3b2a2，即：微波功率為350w在 9o℃水中提取 30min.重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，該條件下的浸出率最高。
3 結(jié) 論
1）從單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果知影響提取率最大的因素是料液比、浸提時(shí)間、微波功率，較大的因素是浸提溫度、微波作用時(shí)間，影響不明顯的是茶葉粉碎度、提取液 ph值。
2）微波輔助萃取紅茶中的咖啡堿的最佳工藝條件為：茶葉不經(jīng)粉碎，料液質(zhì)量比為 l：30，提取液的 ph值為 6，微波功率固定在 350w，作用 20s，90℃恒溫水浴，浸提 30min.可使咖啡堿的浸出率達(dá) 3.9％左右。
3）微波技術(shù)應(yīng)用于茶葉咖啡堿的浸提具有短、時(shí)、高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。與其他提取方法相比，微波聯(lián)合水浴提取，不僅咖啡堿浸出率高，而且降低了成本、減少了污染；微波聯(lián)合水浴提取法有效地彌補(bǔ)有機(jī)溶劑提取成本高、沸水提取時(shí)間長，有效成分損失大的不足。