“從茶葉中提取咖啡因”實(shí)驗(yàn)中影響咖啡因產(chǎn)量的主要因素

　　摘要：“從茶葉中提取咖啡因”是有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一。咖啡因產(chǎn)量的高低除了跟原料有關(guān)外，還跟學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)有關(guān)。該文總結(jié)了該實(shí)驗(yàn)中影響咖啡因產(chǎn)量的主要因素，并指出只有在實(shí)驗(yàn)操作中注意到每一個(gè)細(xì)節(jié)，才能取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。
　　關(guān)鍵詞：茶葉；咖啡因；產(chǎn)量；因素
　　中圖分類號(hào)：O652.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）06-0268-02
　　一、引言
　　“從茶葉中提取咖啡因”是有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一。該實(shí)驗(yàn)實(shí)踐性強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)中可以掌握索氏提取器提取有機(jī)物的原理和方法，能夠進(jìn)一步學(xué)習(xí)液—固萃取、蒸餾、回流、升華等基本操作，該實(shí)驗(yàn)所用原料是茶葉和乙醇，價(jià)廉易得，無毒、環(huán)保，屬于綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)[1]，從茶葉中提取咖啡因，又屬于天然產(chǎn)物的提取，因此該實(shí)驗(yàn)深受教師和學(xué)生的喜愛。它是各高�；瘜W(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可供選擇性很強(qiáng)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。然而大多數(shù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中所得的咖啡因產(chǎn)量并不高，有的學(xué)生所得產(chǎn)量甚至為零。究其原因，咖啡因產(chǎn)量的高低除了跟原料有關(guān)外，還跟學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)有關(guān)。
　　二、實(shí)驗(yàn)原理
　　茶葉中含有多種黃嘌呤衍生物的生物堿，其中主要成分為含量約占1%—5%的咖啡堿（又名咖啡因）�？Х纫颍�弱堿性化合物，因而又稱咖啡堿，具有刺激心臟、興奮大腦神經(jīng)和利尿等作用�？Х纫蚴呛�一個(gè)結(jié)晶水的具有絹絲光澤的無色針狀結(jié)晶，在100℃時(shí)可失去結(jié)晶水并開始升華，120℃時(shí)顯著升華，在178℃時(shí)迅速升華為針狀晶體�？Х纫蛞兹苡跓崴�、乙醇、丙酮、二氯甲烷、氯仿，難溶于石油醚[2]。從茶葉中提取咖啡因，是將茶葉和95%的乙醇放在索氏提取器中共熱，這樣茶葉與乙醇進(jìn)行液—固萃取，將茶葉中的咖啡因溶解于乙醇中，然后經(jīng)濃縮，得到粗咖啡因，再利用咖啡因易升華的特性，將咖啡因提純分離出來[3]。
　　三、影響咖啡因產(chǎn)量的主要因素
　　從實(shí)驗(yàn)原理看，該實(shí)驗(yàn)過程分為液—固萃取和升華純化兩個(gè)步驟，這兩個(gè)步驟的操作細(xì)節(jié)都會(huì)影響到咖啡因的產(chǎn)量。
　　1.液—固萃取操作中影響咖啡因產(chǎn)量的主要因素。
　�。�1）實(shí)驗(yàn)步驟。稱取10g茶葉末裝入濾紙筒，放入索氏提取器的提取筒中；在平底燒瓶中加入80mL95%的乙醇，水浴加熱，連續(xù)抽提5次，待冷凝液剛剛虹吸下去時(shí)可停止加熱。稍冷后，將儀器改成蒸餾裝置，再次水浴加熱，把提取液中的大部分乙醇蒸出，至燒瓶?jī)?nèi)殘留液為8—10mL，停止加熱，趁熱把瓶中剩余液倒入蒸發(fā)皿中，將燒瓶用少量95%的乙醇洗滌，洗滌液也倒入蒸發(fā)皿中[4]。
　�。�2）影響咖啡因產(chǎn)量的主要因素。上述液—固萃取操作的目的是將茶葉中的咖啡因萃取在乙醇溶液中。影響咖啡因萃取率的主要因素為：①茶葉的研細(xì)。茶葉要充分研細(xì)成粉末，這樣可以增加茶葉與乙醇的接觸、浸潤(rùn)面積，從而提高咖啡因的萃取率。②濾紙筒的高度。濾紙筒大小要合適，而且高度不能超過虹吸管，否則濾紙筒內(nèi)上部的茶葉不能被乙醇充分浸潤(rùn)；同時(shí)濾紙筒上面折成凹形，以保證乙醇回流液能夠均勻浸潤(rùn)濾紙筒內(nèi)上部的茶葉[5]。③加熱方式。萃取和蒸餾均采用水浴加熱，如果用酒精燈直接加熱，這樣不易控制火焰溫度和加熱速度，對(duì)反應(yīng)不利。這是因?yàn)橐掖家讚]發(fā)，萃取時(shí)溫度過高，回流液回流速度就會(huì)加快，短時(shí)間內(nèi)就完成一次虹吸，減少了茶葉與乙醇的接觸、浸潤(rùn)時(shí)間，咖啡因的萃取率就會(huì)降低，其產(chǎn)量就會(huì)減少。蒸餾時(shí)，如果反應(yīng)液溫度過高，易引起混合液的沖料現(xiàn)象，使萃取出來的咖啡因隨乙醇沖到接受器里，從而造成咖啡因的損失。④蒸餾時(shí)乙醇的蒸干。平底燒瓶中萃取液不可蒸得太干，否則殘夜黏度大，很難將殘留在燒瓶中的咖啡因全部轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，咖啡因損失較大。但是平底燒瓶中萃取液也不可殘留太多，否則在下一步的升華提取中需加入較多的生石灰粉，在蒸汽浴上蒸干時(shí)易引起液體的飛濺，同樣會(huì)造成咖啡因的損失。
　　總之，在液—固萃取操作中，要盡可能多地將茶葉中的咖啡因萃取在乙醇中，操作時(shí)要注意細(xì)節(jié)，避免萃取時(shí)咖啡因的損失。
　　2.升華純化操作中影響咖啡因產(chǎn)量的主要因素。
　　（1）實(shí)驗(yàn)步驟。在上述盛有提取液的蒸發(fā)皿中加入4g生石灰粉，攪拌成漿狀，然后置于蒸汽浴上蒸干，并不停攪拌，及時(shí)用玻璃棒將其壓成粉狀。將蒸發(fā)皿移至石棉網(wǎng)上用酒精燈小火加熱，焙燒片刻，除去水分。將一張刺有許多小孔且孔刺向上的濾紙蓋在蒸發(fā)皿上，再在濾紙上罩一個(gè)大小合適的頸部塞一小團(tuán)疏松棉花的漏斗，小心加熱，并適當(dāng)升高溫度，盡可能使升華速度放慢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有棕色煙霧時(shí)，停止加熱。冷卻后，輕輕揭開漏斗和濾紙，仔細(xì)用小刀將附在濾紙上下兩面的咖啡因刮下。將蒸發(fā)皿內(nèi)的殘?jiān)鼣嚢�，重新放好濾紙和漏斗，用較大的火再加熱片刻，使升華完全，合并幾次升華的咖啡因，稱重。[6]
　�。�2）影響咖啡因產(chǎn)量的主要因素。上述升華純化操作的目的是利用咖啡因易升華的特性，將純咖啡因升華分離出來。影響咖啡因產(chǎn)量的主要因素為：①在蒸汽浴上蒸干乙醇及焙燒。在蒸汽浴上蒸干乙醇時(shí)，蒸發(fā)皿中的乙醇不能蒸得太干，否則會(huì)造成易升華的咖啡因的損失。但是水分不能太大，否則乙醇?xì)埩糨^多，在后續(xù)操作中會(huì)使覆蓋在蒸發(fā)皿上的濾紙加熱時(shí)被乙醇浸濕，可能會(huì)使濾紙著火。而且此操作中乙醇?xì)埩籼�多，�?huì)在下一步中花費(fèi)較多的時(shí)間，還會(huì)引起液體的飛濺。同時(shí)在后續(xù)的焙燒操作中，也不能焙燒太干，否則同樣會(huì)造成易升華的咖啡因的損失。②擦拭漏斗內(nèi)壁的水珠要快，動(dòng)作要迅速。隨實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，粗咖啡因里含有的水分不斷被蒸出來，轉(zhuǎn)化為水蒸氣凝結(jié)聚集在漏斗內(nèi)壁上。用濾紙擦拭水珠要迅速，擦拭完畢，也要迅速將漏斗放在蒸發(fā)皿上，否則同樣會(huì)造成易升華的咖啡因的損失。③有棕色煙霧產(chǎn)生后不要揭開漏斗。有棕色煙霧產(chǎn)生后，即意味著咖啡因的升華完畢，此時(shí)漏斗內(nèi)有大量的氣態(tài)咖啡因。有的學(xué)生因?yàn)楹闷�，想看看有沒有提取出咖啡因，于是就將漏斗揭開。這樣就會(huì)使氣態(tài)咖啡因揮發(fā)出來，造成咖啡因的損失。只有當(dāng)漏斗冷卻到100℃以下后，咖啡因才凝華為晶體附在濾紙的上、下表面，這時(shí)才能揭開漏斗。④冷卻后，揭開濾紙的動(dòng)作要輕、慢。當(dāng)漏斗冷卻到100℃以下后，在濾紙的上、下表面會(huì)附著咖啡因晶體，揭開濾紙的動(dòng)作要輕。動(dòng)作大了，會(huì)使濾紙下面的咖啡因掉在蒸發(fā)皿上。
　　升華純化操作中，同樣需注意操作細(xì)節(jié)，避免升華時(shí)咖啡因的損失。
　　四、結(jié)語
　　在“從茶葉中提取咖啡因”的實(shí)驗(yàn)中，咖啡因產(chǎn)量的高低跟實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)密切相關(guān)，只有在實(shí)驗(yàn)操作中注意到每一個(gè)細(xì)節(jié)，才能取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]任玉杰.綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：1.
　　[2]熊洪錄，周瑩，于兵川.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：109-111.
　　[3]朱婧，肖詠梅，馬麗.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：116-117.
　　[4]曾昭瓊.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].第三版.北京：高等教育出版社，2000：151.
　　[5]楊高文.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（有機(jī)化學(xué)部分）[M].南京大學(xué)出版社，2010：213-214.
　　[6]曾昭瓊.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].第三版.北京：高等教育出版社，2000：151.

相關(guān)熱詞搜索：咖啡因 提取 主要因素 茶葉 產(chǎn)量