生化技术综述

茶叶中咖啡因的提取

作者 王久林 学号201114010122

摘 要

咖啡因（Caffeine ）是从茶叶、咖啡果中提炼出来的一种生物碱，适度地使用有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。但是，大剂量或长期使用也会对人体造成损害，特别是它也有成瘾性，一旦停用会出现精神萎顿、浑身困乏疲软等各种戒断症状，虽然其成瘾性较弱，戒断症状也不十分严重．但由于药物的耐受性而导致用药量不断增加时，咖啡因就不仅作用于大脑皮层，还能直接兴奋延髓，引起阵发性惊厥和骨骼震颤，损害肝、胃、肾等重要内脏器官，诱发呼吸道炎症、妇女乳腺瘤等疾病，甚至导致吸食者下一代智能低下，肢体畸形。因此也被列入受国家管制的精神药品范围。滥用咖啡因通常也有吸食和注射两种形式，其兴奋刺激作用及毒副反应、症状、药物依赖性与苯丙胺相近。中国巳破获多起境内外贩毒分子互相勾结把咖啡因走私出境到“金三角”地区的案件。目前中国咖啡因的合法生产大于合法需求，流人非法渠道的情况较为严重。咖啡因可能是世界上使用最广泛的神经兴奋剂，但不可思议的是，人们对其分子机制却知之甚少。现在，对老鼠所做的目标突变研究表明，蛋白质DARPP-32的磷酸化和去磷酸化是咖啡因发生作用的关键。

本实验用索氏提取器从茶叶中提取咖啡因，初步了解索氏提取器以及加热套的工作原理。利用升华提取固体化合物的操作技术，巩固蒸馏操作，并掌握一些升华技巧，例如升温不能过快，以免对提取物造成污染。为了节约乙醇，乙醇应回收再利用。

关键词：索氏提取器、茶叶、咖啡因、升华法、萃取法、加热套。

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一．咖啡因的基本性质：

咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱。纯的咖啡因是白色的，强烈苦味的粉状物。它的化学式是C8H10N4O2。它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或3,7-二氢-1,3,7三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。分子量，194.19。

咖啡因是含结晶水的咖啡因系无色针状结晶，味苦，在100℃时即失去结晶水，并开始升华，120℃时升华显著，至178℃时升华显著。无水咖啡因的熔点是234.5℃，（238），白色针状晶体。含结晶水的咖啡因系无色针状结晶，味苦，在100℃时即失去结晶水，并开始升华，120℃时升华显著，至178℃时升华显著。无水咖啡因的熔点是234.5℃，（238），白色针状晶体。

二．咖啡因的用途

咖啡因是一种黄嘌呤生物碱化合物，是一种中枢神经兴奋剂，能够暂时的驱走睡意并恢复精力。有咖啡因成分的咖啡、茶、软饮料及能量饮料十分畅销，因此，咖啡因也是世界上最普遍被使用的精神药品。咖啡因具有刺激心脏、兴奋大脑神经和利尿等作用，因此可作为中枢神经兴奋药，也是感冒退烧药复方AP等药物的组分之一。过度使用咖啡因会产生抗药性和轻度上瘾。

提神醒脑：会刺激脑部的中枢神经系统，延长脑部清醒的时间，使思路清晰、敏锐，且注意力较为集中，可提高工作及学习的效率。

抗忧郁：少量的咖啡因可使人精神振奋，心情愉快，纾解忧郁的现象。 控制体重：咖啡因能提高人体消耗热量的速率，一项研究发现100毫克的咖啡因（约1杯咖啡），可加速脂肪分解，能使人体的新陈代谢率增加百分之三至四，增加热能的消耗，适量饮用，有减重效果。

促进消化：咖啡因会刺激交感神经，提高胃液分泌，如果在饭后适量饮用，有助消化

利尿：咖啡具利尿作用，可提高排尿量，因而使上厕所次数增加。

改善便秘：咖啡可刺激肠胃激素或蠕动激素，产生通便作用，可当快速通便剂。

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降低肠癌或直肠癌的机率：咖啡含有天然抗氧化物。

止痛：咖啡因做为一个药品时，可以加强某些止痛剂的效果。

增强身体敏捷度：咖啡因也有助于在运动时，使运动阀值隆低，增加身体的敏捷度，使运动员缔造较好的成绩。

降低得胆结石的机会：最新来自哈佛大学公共卫生学院的一项研究指出，每天喝2－3杯咖啡者比起从不喝的人，平均得到胆结石的机会小了40％。此外，咖啡所含的单宁酸，具有收敛性及止血、防臭的作用。

三．咖啡因的来源和提取方法

1.1 咖啡因的来源

咖啡因是一种植物生物碱，在许多植物中都能够被发现。作为自然杀虫剂，它能使吞食含咖啡因植物的昆虫麻痹。人类最常使用的含咖啡因的植物包括咖啡、茶及一些可可。其他不经常使用的包括一般被用来制茶或能量饮料的巴拉圭冬青和瓜拿纳树。两个咖啡因的别名：马黛因和瓜拿纳因子就是从这两种植物演化而来。

世界上最主要的咖啡因来源是咖啡豆（咖啡树的种子），同时咖啡豆也是咖啡的原料。咖啡中的咖啡因含量极大程度上依赖于咖啡豆的品种和咖啡的制作方法，甚至同一棵树上的咖啡豆中的咖啡因含量都有很大的区别。一般来说一杯咖啡中咖啡因的含量从阿拉伯浓缩咖啡中的40毫克到浓咖啡中的100毫克。深焙咖啡一般比浅焙咖啡的咖啡因含量少，因为烘焙能减少咖啡豆里的咖啡因含量。阿拉伯咖啡的咖啡因含量通常比中果咖啡低。 咖啡也含有痕量的茶碱，但不含可可碱。

茶是另外一个咖啡因的重要来源，每杯茶的咖啡因含量一般只有每杯咖啡的一半，决定于制茶的强度。特定品种的茶，例如红茶和乌龙茶，比其他茶的咖啡因含量高。茶含有少量的可可碱以及比咖啡略高的茶碱。茶的制作对于茶有很大影响，但是茶的颜色几乎不能指示咖啡因的含量。日本绿茶的咖啡因含量就远远低于许多红茶，例如正山小种茶，几乎不含咖啡因。

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由可可粉制的巧克力也含有少量的咖啡因。巧克力是一种很弱的兴奋剂，主要归因于其中含有的可可碱和茶碱。一条典型的28克牛奶巧克力与脱咖啡因咖啡的咖啡因含量差不多。

咖啡因也是软饮料中的常见成分，例如可乐，最初就是由可乐果制得。一瓶软饮料中一般含有10毫克至50毫克的咖啡因。能量饮料，例如红牛，每瓶含有80毫克咖啡因。这些饮料中的咖啡因来源于它们所用的原始成分或由脱咖啡因咖啡所得的添加剂，也有是通过化学合成的。瓜拿纳，很多能量饮料的基本成分，含有大量的咖啡因及少量的可可碱。自然存在的缓释赋形剂中含有少量茶碱。 1.2咖啡因的提取方法 1.2.1溶剂萃取法

该法利用咖啡因易溶于水、乙醇、氯仿等溶剂的性质（溶解性：1克溶于46ml水，5.5ml热水（80℃），1.5ml沸水，66ml乙醇，22ml热乙醇（60℃），5.5ml氯仿[2]），将其从茶叶中分离出来。目前常用的工艺流程均经浸提、去杂、重结晶等几个主要的工艺流程，获得的咖啡因均为带一个结晶水的制品（C8H10N4O2•H2O）。 1.2.2升华法

该法利用咖啡因在温度≥100 ℃是具有升华的性质，将之从茶叶或茶叶浸出物中分离出来。升华法其实是在溶剂萃取法中加入升华过程，与浸提法联合使用。目前常用的工艺流程主要分为两种：a.升华→去杂→重结晶→一水咖啡因；b.浸提→去杂→升华→无水咖啡因。

四．咖啡因的研究进展

目前，已知道咖啡因的特殊成份对人体的生理反应如下：

可以有效抗威胁我们身体健康的自由基，而自由基是造成许多疾病（如心肌病变、动脉硬化、中风、肺气肿、巴金森氏症）的主因。自由基过多会使身体代谢受到影响，破坏细胞进而使得器官组织受影响。

保护心脏血管的功能：含有高成份的多酚化合物，这一类化合物是强力的抗氧化齐，能延缓低密度脂蛋白的氧化时间高达三倍，可以溶解血液凝块及阻止血栓的

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形成；咖啡还可以增强血管收缩，避免血管扩强而头痛。此外，少量的咖啡也可以增强心肌收缩能力，促进血液循环，达到预防心血管疾病的作用。

五．讨论

1.1咖啡碱产率计算

产率=产物量/茶叶量*100% 茶 叶 用 量：10g

咖啡因理论产量：0.1g～0.5g; 咖啡因实际产量：0.4g；

产率： 4%

1.2实验记录（回流）

1.2.1绿茶

次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 虹吸时间 起始时间 终止时间 9:40 10:05 10:28 10:41 10:51 10:58 11:06 11:14 11:21 11:28 11:35 10:05 10:28 10:41 10:51 10:58 11:06 11:14 11:21 11:28 11:35 11:45 虹吸时间 25 min 13 min 13 min 10 min 7 min 8 min 8 min 7 min 7 min 7 min 10 min

1.2.2新鲜茶叶

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次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.2.3碧螺春 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 虹吸时间 起始时间 终止时间 15:45 15:56 16:05 16:15 16:24 16:33 16:41 16:50 16:59 17:07 17:15 15:56 16:05 16:15 16:24 16:33 16:41 16:50 16:59 17:07 17:15 17:22 虹吸时间 11 min 9 min 10 min 9 min 9 min 8 min 9 min 9 min 8 min 8 min 7 min 虹吸时间 起始时间 终止时间 12:12 12:24 12:33 12:41 12:54 13:10 13:22 13:31 13:40 13:48 13:59 14:10 12:24 12:33 12:41 12:54 13:10 13:22 13:31 13:40 13:48 13:59 14:10 14:29 虹吸时间 12 min 9 min 8 min 13 min 16 min 12 min 9 min 9 min 8 min 11 min 11 min 19 min 6

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1.3讨论

1.用电热套加热比用酒精灯加热产量稍高。用酒精灯加热，温度不宜控制，且受热不均，蒸发时有部分咖啡因升华而损失，导致产量偏低。用电热套加热，可以调节电压，控制加热温度，在不至于使咖啡因升华的温度（<100℃）下蒸发，减少损失。

2.本小组用的是95%乙醇作溶剂提取咖啡因，通过对比他人做的发现有机溶剂提取比用水提取产量高，醇提法比用30%丙酮水溶液提取产量高。 醇提法中，纯乙醇和含水乙醇(1∶1)提取产量相差不多，随着提取剂中乙醇含量的减少，产量也逐渐减少，越来越接近水提法产量。可见，用含水乙醇(1∶1)提取最佳。进行大批量生产时，乙醇可以回收利用。

3.总的来说，这次试验是成功的，所制咖啡因晶体为白色针状，质量0.05g，产率为0.5%，产率较低，原因可能是升华不完全，有一些近晶体没有升华出来留在了蒸发皿里，蒸干溶剂时有部分咖啡因流失，并漏斗覆盖不严密至一些咖啡因流失。在做薄层色谱时，点样量过少，以至显色时不是很明显。

改进措施：加入石灰粉后蒸发时，应严格控制反应温度，以防部分晶体升华造成的产率过低；点样时在注意快捷迅速的同时，要注意留在硅胶板板上的溶质的量，量少时须多次点样。

4心得体会：

经过这次的测试技术实验,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验。

这次的实验跟我们以前做的实验不同，因为我觉得这次我是真真正正的自己亲自去完成。所以是我觉得这次实验最宝贵，最深刻的。从开始设计实验，组员们就积极参与，每个人都发表了不同意见和建议。最后当决定做从茶叶中提取分离咖啡碱及其鉴定之后，同学们又开始活跃起来，到实验室准备实验药品，仪器，再到着手做实验的时候，每一位同学都是认真操作，仔细观察实验现象。虽然第一次实验就让我们在实验室待了12个多小时，但我们乐此不疲，特别到看见纯

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白色的咖啡碱在千辛万苦的努力下终于被我们成功提取出来时，那一刻，大家别提有多兴奋与激动。并且实验的过程全是我们学生自己动手来完成的，这样，我们就必须要弄懂实验的原理。在这里我深深体会到哲学上理论对实践的指导作用：弄懂实验原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的。

我们做实验绝对不能人云亦云，要有自己的看法，这样我们就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么实验，那么做了也是白做。实验总是与课本知识相关的，比如回转机构实验，是利用频率特性分析振动的，就必须回顾课本的知识，知道实验时将要测量什么物理量，写报告时怎么处理这些物理量。

在实验过程中，我们应该尽量减少操作的盲目性提高实验效率的保证，有的人一开始就赶着做，结果却越做越忙，主要就是这个原因。我也曾经犯过这样的错误。

我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良创新的精神。实际上，在弄懂了实验原理的基础上，我们的时间是充分的，做实验应该是游刃有余的，如果说创新对于我们来说是件难事，那改良总是有可能的。比如说，实验用品我们可以选用替代品。

总而言之，我认为像这样的综合性实验可以多开展几次，给学生更多自己动手的机会，这样不仅有助于提高学生的自主创新能力，同时也能检验学生的真才实学，是一个用实践来验证理论的大好机会。此外，通过本次实验发现我们也有很多不足之处。对实验应该要提前查找的资料做得不是很充分，以及我们同学在实验过程中对一些细节的忽视。

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参考文献

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