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，對人體有強心、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藥原料，也作為飲料的添加劑。茶葉中咖啡堿的質量分數約為 2％ 一5％，是醫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，溶劑法存在產品純度低、安全性差（常用有毒試劑作萃取劑），工藝復雜等缺點；升華法存在升華的咖啡堿定向定位富集困難，收集時損耗較大等缺點；吸附法存在洗脫劑用量多或有毒洗脫劑的使用；SFE法生產成本較高，尚處在實驗室研究階段。
近年來，微波因促進反應的高效性和強選擇性 ，操作簡便，副產物少，產率高及產物易提純等優點被廣泛應用。本實驗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， 采用正交實驗方法優化紅 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，咖啡堿標準品， 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， 格蘭仕 WD 900E S L 2 3 -3微波爐， H H-S 2數顯恒溫水浴 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G B 8 3 1 2 -8 7的方法測定。
測定紅茶中咖啡堿含量 準確吸取試液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，用水準確稀至刻度，混勻，離心取上清液，準確吸取上清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為根據試樣測得的吸光度（ A） ，從咖啡堿標準曲線查得的咖啡堿相應質量濃度， m g／m L ； L 1為試液總量， m L ； M為試樣的質量，g ；為試樣中干物質的百分含量， ％； L ： 為測定時的用液量，mL 。
咖啡堿標準曲線繪制 準確稱取質量分數不低于99％的咖啡堿100m g ， 溶于 100 m L水中作為母液，準確吸取母液各 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軸繪制成標準曲線，得回歸直線方程為： Y=0 .0 2 09 x ， y=0 . 9 9 9 1 2 .
圖 l 咖啡堿標準 曲線
2.2 試驗方法
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 單因素實驗
準確稱量茶葉 5g（精確到 0.0001g），選定其余條件，分別考察粉碎度、料液質量比、浸提溫度、浸提時間、提取液 pH值、微波功率、微波作用時1甸等各因素的影響之變化。
2.2.3 結果與分析
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，本實驗選用未粉碎的茶葉進行實驗。
圖 2 粉碎度對浸出率的影響
2.2.3.2 料液質量比對浸出率的影響
料液質量比對咖啡堿的浸出率有較大影響，隨著料液質量比的增大，咖啡堿浸出率增加，但料液質量比達到一定比例后，浸出率不再增加。在保證一定浸出率基礎上，從經濟技術角度考慮，溶劑用量越少越好 ，這樣可降低成本，減少提取液體積，減輕后序工藝的負荷，因此本實驗選用料液質量比為 1：30.
圖3 料液質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，可能是溫度太高時將茶葉中的鞣質和無機物等雜質浸提出來，這些雜質難與咖啡堿分離，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 浸提時間對浸出率的影響
由圖 5中可以看出，隨著浸提時間的增加，咖啡堿的浸出率增大，但浸提時間達到一定程度后，浸出率又有所下降，這是因為在提取初期，茶葉細胞內的咖啡堿質量濃度很大，而提取溶劑中的咖啡堿質量濃度很低，因此在傳質推動力的作用下，茶葉細胞內的咖啡堿不斷向溶劑中擴散，使溶劑中咖啡堿的含量不斷上升，但提取一定時間后，茶葉細胞內的咖啡堿質量濃度和溶劑中的咖啡堿質量濃度達到動態平衡，此時溶劑中的咖啡堿含量不再增加，而隨著提取時間的增長，茶葉中的雜質被浸提出來，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，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間相似，功率不夠，提取不充分，功率過大，微波透人基質內部形成內熱源過于強烈，使細胞內各細胞器升壓，細胞壁破裂后水分蒸發迅速，咖啡堿來不及從細胞中釋放出來。
圖7 微波功率對浸出率的影響
2.2.3.7 微波作用時間對浸出率的影響
由圖 8可以看出，微波作用時間對咖啡堿的浸出率有很大影響，作用時間太短，微波來不及發揮作用，微波作用時間太長，可能使微波透人基質內部形成內熱源過于強烈，使細胞內各細胞器升壓。細胞壁破裂后水分蒸發迅速，咖啡堿來不及從細胞中釋放出來。
圖8 微波作用時間對浸出率的影響
2.2.4 正交試驗
1）實驗設計及數據處理
通過單因子試驗后，稱取 9份未粉碎紅茶，每份 5g（精確到0.0oo1g），料液質量比定為 1：30，提取液 pH值定為 6，微波作用時間定為20s，按微波功率，浸提溫度，浸提時間設計正交試驗因素水平表2、試驗按表3進行，浸提液按國標 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 正交試驗結果
表4 方差分析
2）最佳工藝條件的確定
從以上的結果可以得出，C（浸提時間）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.重復試驗驗證，該條件下的浸出率最高。
3 結 論
1）從單因素實驗結果知影響提取率最大的因素是料液比、浸提時間、微波功率，較大的因素是浸提溫度、微波作用時間，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：茶葉不經粉碎，料液質量比為 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 3.9％左右。
3）微波技術應用于茶葉咖啡堿的浸提具有短、時、高效、節能等優點。與其他提取方法相比，微波聯合水浴提取，不僅咖啡堿浸出率高，而且降低了成本、減少了污染；微波聯合水浴提取法有效地彌補有機溶劑提取成本高、沸水提取時間長，有效成分損失大的不足。
