全 文 ：第35卷 第2期 肇 庆 学 院 学 报 Vol.35, No.2
2014年3月 JOURNAL OF ZHAOQING UNIVERSITY Mar. 2014
微波辅助提取黄牛木叶中咖啡因的工艺
严子军，鲁昆明，林 玲，刘 永，韦寿莲
（肇庆学院 化学化工学院，广东 肇庆 526061）
摘 要：采用微波辅助提取法提取黄牛木叶中的咖啡因，利用邻苯二胺分光光度法测定咖啡因的含量，探索微
波功率、提取时间、料液比对提取率的影响，用正交实验寻找最佳工艺条件.结果显示最优条件如下：微波功率为
500 W，提取时间为20 min，料液比为1:10.在此条件下，咖啡因的提取率为0.194%.
关键词：黄牛木叶；微波提取；咖啡因
中图分类号：TS552.1 文献标志码：A 文章编号：1009-8445（2014）02-0052-04
收稿日期：2012-10-20
基金项目：肇庆市科学技术创新计划资助项目（2012G14），肇庆市科学技术计划基金资助项目（2011C005）
作者简介：严子军（1966-）, 男, 广东新兴人，肇庆学院化学化工学院高级实验师.
0 前言
黄牛木(Cratoxylum cochinchinense)，又名黄牛茶、雀笼木、黄芽木，为藤黄科黄牛木属小灌木或小乔木.
黄牛木在中国境内分布于广东、广西、香港及云南南部等地.黄牛木根、嫩叶及树皮均可以入药，味甘淡、微
苦，性凉[1-2].近年来，人们利用现代科学技术已从该植物中分离出部分酮类、黄酮醇、双黄酮、蒽醌及萜类等
活性物质.这些物质具有较强的抗癌、抗菌、抗氧化及抗疟疾活性[3].目前，笔者尚未见到有关黄牛木叶咖啡因
研究的相关报道.咖啡因 (caffeine)分子式C8H10N4O2，化学名为1,3,7-三甲基-3,7-二氢-1H-嘌呤-2,6-二酮一水
合物[4].咖啡因分子中含羰基，可与邻苯二胺在酸性条件下发生亲核缩合反应，生成橙黄色苯并二氮杂环类
物质，该产物在488 nm处有最大吸收峰[5].相关研究显示，咖啡因对中枢神经的兴奋作用比茶碱、可可碱强，
其作用于神经系统，可以提高记忆力和感知力，摄入适量的咖啡因可以预防帕金森症[6-8].咖啡因对于心血管
系统、消化系统和呼吸系统疾病的治疗也具有重要作用.咖啡因还是一种精子活性物质，可作为体外精子促
活剂.在竞技体育中，咖啡因能提高运动员在极限强度下的能力和耐力.笔者利用微波辅助技术探索黄牛木
叶咖啡因的提取工艺，并使用正交实验对工艺进行优化，以期为从黄牛木叶中提取咖啡因的生产提供理论
依据.
1 实验部分
1.1 材料及仪器
实验材料：黄牛木叶（采摘于肇庆市北岭山）；邻苯二胺（分析纯，成都科龙化工试剂厂）；磷酸二氢钾、乙
酸铅（分析纯，广州化学试剂厂）；咖啡因标准品（上海国药集团化学试剂有限公司）等.
实验仪器：微波炉（WP800T型 ，格兰仕）；UV-1100型紫外可见分光光度计，岛津TXB622L电子天平、低
速离心机.
1.2 实验方法
1.2.1 咖啡因标准曲线的制定
准确称取咖啡因标准品100 mg，配成质量浓度为0.1 mg/mL的工作液.分别吸取0，1，2，3，4，5 mL的咖
第2期 严子军等：微波辅助提取黄牛木叶中咖啡因的工艺
啡因工作液，置于25 mL容量瓶中，加水定容至刻度，混合均匀；以试剂空白为参比，于波长274 nm处[9]测定
吸光度，将测得的吸光度与对应的咖啡因质量浓度作为纵、横坐标，绘制标准曲线.所得标准曲线方程为
A = 0.050 4 C + 0.012 5(R2 = 0.999 5) .
1.2.2 黄牛木叶咖啡因的提取工艺流程
将采摘的新鲜黄牛木叶清洗晾干后，置于鼓风干燥箱中，以60 ℃的温度烘干恒重，粉碎，过筛，置于干
净的干燥器中备用.将黄牛木叶粉末以不同的微波功率(200, 300, 400, 500, 600 W)，按不同的提取时间(5,
10, 15, 20, 25 min)和料液比(1:8, 1:10, 1:12, 1:14, 1:16)设计单因素实验.
称取黄牛木叶粉末每份10 g，微波提取后趁热过滤，滤液中加入质量分数为30%的乙酸铅溶液10 mL，
充分混匀，静置20 min后减压抽滤；滤液中再加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液5 mL，以除去过多的铅
离子，离心15 min，弃去沉淀，保留上清液.如此处理后的滤液中的共存组分茶多酚基本能消除.取滤液2 mL
和4.0 g/L的邻苯二胺标准使用液1 mL，加水定容于25 mL比色管中；沸水浴30 min后冷却至室温，在波长
488 nm处测定其吸光度.由咖啡因标准曲线方程计算出样品黄牛木叶中咖啡因的质量浓度，再按如下公式
计算出咖啡因的提取率：
咖啡因提取率 = éëê
ù
ûú
æ
èç
ö
ø÷
C × L106 × 254 M × 100.
式中：C 为根据试样测得的吸光度( A )，从咖啡因标准曲线上查得的咖啡碱含量，µg/mL；L 为试液总量，
mL；M 为试样用量，g.
2 结果与分析
2.1 微波功率对总咖啡因得率的影响
准确称取黄牛木叶粉末5份，每份10 g.在料液比为1:12，微波时间为15 min，微波功率分别为200, 300,
400, 500 和600 W的条件下进行实验，结果见图1.
图1 微波功率对咖啡因提取率的影响
由图1可见，随着功率增大，提取率不断提高；但当功率达到600 W时，提取率则下降.这是因为不同频
率的微波对同一分子总能量的影响不同，功率低造成反应不完全，从而提取率降低了；但若反应功率过高，
咖啡因分解，也会降低提取率.因此，微波功率为500 W时提取效果较佳.
2.2 提取时间对总咖啡因得率的影响
准确称取黄牛木叶粉末5份，每份10 g.在料液比为1:12，微波功率为500 W，提取时间分别为5 , 10, 15,
20和25 min的条件下进行实验，结果见图2.
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肇庆学院学报 第35卷
图2 提取时间对咖啡因提取率的影响
由图2可见，当提取时间为20 min时提取效果较佳，此时咖啡因达到溶解平衡.反应时间过长，咖啡因发
生分解，则提取率降低.
2.3 料液比对总咖啡因得率的影响
准确称取黄牛木叶粉末 5份，每份 10 g.在微波功率为 500 W，提取时间为 20 min，料液比为 1:8, 1:10,
1:12, 1:14和1:16的条件下进行实验，结果见图3.
图3 料液比对咖啡因提取率的影响
由图3可见，当料液比为1:12时提取效果较佳.料液比增大，咖啡因在溶剂中的溶解度增加，提取率也随
之增加；当溶剂量超过120 mL时，提取率没有提高，反而增加回收负担，故此料液比为1:12为宜.
2.4 正交实验
表1 正交实验设计与结果
实验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
k1
k2
k3
极差 R
A
1(400)
1
1
2(500)
2
2
3(600)
3
3
0.375
0.492
0.349
0.125
0.164
0.116
0.048
B
1(15)
2(20)
3(25)
1
2
3
1
2
3
0.362
0.481
0.373
0.121
0.160
0.124
0.040
空列
1
2
3
2
3
1
3
1
2
0.342
0.417
0.457
0.114
0.139
0.152
0.038
C
1(1:10)
2(1:12)
3(1:14)
3
1
2
2
3
1
0.359
0.435
0.422
0.120
0.145
0.141
0.025
吸光值 A
0.310
0.164
0.407
0.469
0.783
0.489
0.446
0.376
0.392
提取率/%
0.074
0.164
0.137
0.159
0.191
0.142
0.129
0.126
0.094
说明：1)表1中的“400,500,600”为微波功率;2)表1中的“15,20,25”为提取时间;
3)表1中的“1:10,1:12,1:14”为料液比.
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第2期 严子军等：微波辅助提取黄牛木叶中咖啡因的工艺
在单因素实验的基础上，对影响微波提取的主要因素微波功率 (A)、提取时间 (B)和料液比 (C)进行L9(34)
正交实验，以测得样品溶液中的总咖啡因含量为考察指标，优选最佳微波提取工艺条件，正交实验结果见表
1.由表1可知，各因素对提取率的影响顺序为 A >B >C,最优工艺条件为 A2B2C1 .按照“1.2.2”的工艺流程，在
最优化的工艺条件下进行3次平行实验，结果咖啡因的提取率分别为0.194%、0.190%和0.197%，平均提取
率为0.194%，高于表1中的咖啡因提取率.变异系数为1.82%，表明该工艺稳定且重现性好.
3 结论
在单因素实验的基础上，通过正交实验优化了黄牛木叶中咖啡因的提取工艺.最优提取条件：时间微波
功率为500 W、提取时间为20 min、料液比为1:10.各因素对提取率的影响顺序为微波功率＞提取时间＞料
液比.在此条件下，平均提取率为0.194%.该工艺条件合理，重复性好，为提取黄牛木叶中的咖啡因及其开发
利用提供了参考依据.
参考文献:
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Microwave Assisted Extraction Process of Caffeine from Leaves of
Cratoxylum Cochinchinense
YAN Zijun, LU Kunming, LIN Ling, LIU Yong, WEI Shoulian
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Zhaoqing University, Zhaoqing, Guangdong 526061, China)
Abstract: Microwave extraction was performed to extract caffeine from the leaves of Cratoxylum cochinchi-
nense. The contents of caffeine were determined with o-phenylenediamine spectrophotometric method. Effects of
microwave power, extraction time and solid to liquid ratio on extraction yield of caffeine were investigated. The
optimized extracting conditions were determined experimentally with orthogonal design. Results show that opti-
mal conditions are as follows: microwave power 500 w, extraction time 20 min, solid to liquid ratio 1:10. Under
these conditions, caffeine extraction rate is 0.194%.
Key words: Cratoxylum cochinchinense; microwave extraction; caffeine
(责任编辑：陈 静)
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