_用微波炉提取茶叶中咖啡因实验介绍

　　微波技术在化学过程中的功效愈来愈引起人们的关注，并已用于化学中更多的领域。微波萃取的原理就是利用不同结构物质吸收微波能力的差异，使基体物中的目标组分被选择性加热，物料内部温度上升，增大目标组分的溶解度；加速目标组分向萃取溶剂界面扩散，缩短目标组分的分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间而使萃取速率提高。微波对有机物的萃取的辅助作用主要来源于微波对细胞膜的生物效应：微波辐射使细胞内部温度升高，压力增大，最终导致细胞壁破裂，使目标组分从细胞中释放出来[1]。目前微波辐射已迅速发展成为一项新兴的天然产物提取技术。和传统方法相比，新型实验具有提取时间短、提取率高、溶剂消耗少等特点，体现了新兴技术应用和化学实验绿色化的改革目标。“茶叶中咖啡因的提取”实验进入高中《实验化学》选修（鲁科版）教材之时，也希望这种方法能对中学化学实验教学改革拓宽发展的方向[2]。
　　
　　1 实验原理
　　
　　咖啡因又叫咖啡碱，是一种生物碱，存在于茶叶、咖啡、可可等植物中。咖啡因是一种温和的兴奋剂，具有刺激心脏、兴奋中枢神经和利尿等作用[3]。本实验以乙醇作为溶剂，用微波加热提取，再经浓缩、中和、升华，得到咖啡因。
　　
　　2 实验目的
　　
　　1）学习从天然产物茶叶中提取咖啡因的基本原理和方法，了解咖啡因的一般用途。
　　2）了解微波这种特殊形式的能量，它可以大大提高天然产物的提取速度和提取率。
　　
　　3 试剂与仪器
　　
　　试剂：雨花茶、乙醇（95%）、生石灰。主要仪器：格兰仕微波炉、锥形瓶、蒸发皿、滤纸、漏斗。
　　
　　4 操作步骤
　　
　　取大约5克研磨好的茶叶加入到250 ml的锥形瓶中，然后向其中加入20 ml乙醇（95%），浸泡1小时，放到微波炉中，调节火力至低档，设定时间为3分钟，然后开始微波加热。时间到后，取出锥形瓶，再向里面加10 ml乙醇，微波加热1分钟。微波结束后，取出锥形瓶，乘热将上清液倒入至盛有生石灰的蒸发皿中加热，用玻璃棒进行搅拌从糊状至粉末状。然后在蒸发皿上盖一张扎有小孔的滤纸，再在上面扣一个口上塞有棉花的漏斗进行加热，使咖啡因升华，最后可以在滤纸的小孔周围发现许多针状晶体，就是结晶出来的咖啡因。
　　
　　5 结果与讨论
　　
　　5.1 实验优化通过此实验，考查了辐射时间和溶剂用量对咖啡因提取率的影响。微波辐射时间对咖啡因提取率的影响相对较大，时间太长或太短，样品提取率都会低。最终确定辐射时间为4 min，这时咖啡因的溶解可达成平衡，提取率最高。溶剂用量对提取率的影响相对不大。随着溶剂用量的增加，提取率也相应提高，经过实验确定提取溶剂的用量为：分2次加入30 ml乙醇。
　　5.2 微波提取的优点微波辐射提取的优点：1）提取时间短，传统的索氏提取回流时间至少60 min，微波提取只需要4 min；2）溶剂用量少，索氏提取一般溶剂用量在100 ml以上，而微波提取只需要30 ml的乙醇；3）提取率高，对同一批茶叶，微波提取的提取率比索氏提取的提取率高出27%，实验的重显性好。
　　
　　6 注意事项
　　
　　1）不同品牌的家用微波炉所用微波条件略有不同，微波条件选定以提取温度达到70 ℃～80 ℃为原则，使用的微波功率一般选择300 W左右。此外，微波炉不能长时间空载，否则可能损坏磁控管。
　　2）蒸发皿上覆盖刺有小孔的滤纸是为了避免已升华的咖啡因回落入蒸发皿中，纸上的小孔应保证蒸汽通过。漏斗颈塞棉花，为防止咖啡因蒸汽逸出。
　　3）在升华过程中必须始终严格控制加热温度，温度太高，将导致被烘物和滤纸炭化，一些有色物质也会被带出来，影响产品的质和量。进行再升华时，加热温度亦应严格控制。
　　
　　7 结语
　　
　　综上所述，利用微波辐射法从茶叶提取天然咖啡因，不但能大幅度缩短提取时间，降低溶剂用量，而且具有提取率高等优点。
　　
　　参考文献
　　[1]骆健美,卢学英,张敏卿.微波萃取技术及其应用[J].化工进展,2001(12):46-49
　　[2]王磊,等.普通高中课程标准实验教科书化学•实验化学(选修)[M].济南:山东科学技术出版社,2004
　　[3](日)陈东达.饮茶纵横谈[M].甘国材,译.北京:中国商业出版社,1996