導(dǎo)語(yǔ)：藥學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:“茶葉中咖啡因的提取”是藥學(xué)專(zhuān)業(yè)有機(jī)化學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)中的一個(gè)很經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，“茶葉中咖啡因的含量測(cè)定”在儀器分析課程實(shí)踐教學(xué)中可設(shè)計(jì)成多種分析方法與手段進(jìn)行，并且學(xué)生學(xué)以致用，創(chuàng)造性地應(yīng)用到創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目中，使教學(xué)效果得以升華。本文具體介紹“茶葉中咖啡因的提取與含量測(cè)定”在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的設(shè)計(jì)，以及大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)踐方案，旨在說(shuō)明教師良好的實(shí)踐教學(xué)能為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索創(chuàng)造良好的科學(xué)氛圍。

關(guān)鍵詞:咖啡因;提取;含量測(cè)定;實(shí)踐教學(xué);設(shè)計(jì)

咖啡因是茶葉中主要的生物堿類(lèi)化合物［1］，是一種嘌呤類(lèi)衍生物［2］，為白色針狀晶體，在三氯甲烷、乙醇等有機(jī)溶劑中有較好溶解性，在乙醚、苯中難溶［3］，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。咖啡因有神經(jīng)刺激作用，常被用作中樞神經(jīng)興奮劑，在鎮(zhèn)痛、利尿、促進(jìn)胃酸分泌等方面發(fā)揮著重要的治療作用［4］?！安枞~中咖啡因的提取”是藥學(xué)專(zhuān)業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)踐課程開(kāi)設(shè)的一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，采取索氏提取法，利用乙醇、三氯甲烷、苯等適當(dāng)溶劑從茶葉中把咖啡因提取出來(lái)，除去溶劑后利用咖啡因升華的性質(zhì)進(jìn)行純化。而提取后得到的粗溶液或者粗晶體又可用于儀器分析的色譜實(shí)驗(yàn)和光譜實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行“茶葉中咖啡因的含量測(cè)定”分析。由于該實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，學(xué)生還可以進(jìn)行進(jìn)一步探索，申請(qǐng)大學(xué)生研究性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，把該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步升華到創(chuàng)新應(yīng)用。那么，教師如何把這一系列的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)融合，最后成功達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，關(guān)鍵在于教師對(duì)整個(gè)實(shí)踐教學(xué)的安排和設(shè)計(jì)。下面就“茶葉中咖啡因的提取與含量測(cè)定”在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探索性的設(shè)計(jì)。

1在有機(jī)化學(xué)實(shí)踐課程中的設(shè)計(jì)

1.1傳統(tǒng)提取純化分離方法

傳統(tǒng)的“從茶葉中提取純化分離咖啡因”的方法有升華和萃取方法［5］。1.1.1升華法［6］稱(chēng)取茶葉10g，放入紗布中卷成筒狀，放入索氏提取器中，輕壓紗布，使其低于虹吸管的高度。在250mL圓底燒瓶中加入95%乙醇100mL和幾粒沸石，加熱冷凝回流，控制加熱的溫度，使液體保持微沸狀態(tài)約2h［7］?；亓?次，合并提取液，濃縮至20mL，將濃縮液移入蒸發(fā)皿中，加入約4g生石灰，低溫加熱除去溶劑，然后繼續(xù)用酒精燈小火烘烤至干燥。蒸發(fā)皿上加一多孔濾紙，再倒扣一玻璃漏斗，加熱，當(dāng)冒出大量棕色的煙，并有白色針狀晶體在濾紙上方出現(xiàn)時(shí)停止加熱，用藥匙刮下晶體。殘留物攪拌后繼續(xù)小火加熱升華，再次得到晶體，合并兩次晶體，備用。1.1.2萃取法［6］將10g茶葉和300mL水加到燒杯中加熱，保持沸騰狀態(tài)25min，并在沸騰期間將熱水添加到原始體積。趁熱減壓抽濾，在濾液中邊用玻璃棒攪拌邊加入25mL10%乙酸鉛溶液，待鞣質(zhì)等酸性物質(zhì)沉淀后，減壓抽濾，棄去沉淀。濾液濃縮至約20mL，減壓抽濾，濾液中加20mL三氯甲烷，萃取2次，有機(jī)萃取液合并，將三氯甲烷用蒸餾裝置回收。將殘留液體轉(zhuǎn)移至小燒杯，水浴加熱蒸去溶劑，得咖啡因固體。

1.2現(xiàn)代提取純化分離方法

有機(jī)溶劑萃取法中常常會(huì)有溶劑殘留問(wèn)題，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，文獻(xiàn)［8］報(bào)道增加二氧化碳超臨界氣體萃取裝置、真空升華裝置與吸附裝置從提取溶液中萃取純化咖啡因。該方法具有萃取時(shí)間短、萃取效率高、咖啡因得率高的優(yōu)點(diǎn)，但是操作繁瑣，實(shí)驗(yàn)成本高。任小雨等［9］通過(guò)添加碳酸鈉試劑、改用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀和微量升華器的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使提取時(shí)間縮短，提取得率提高。但是使用油泵減壓升華，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有這個(gè)裝置的則受到了實(shí)驗(yàn)限制，因此不能普遍采用。在本實(shí)驗(yàn)室中還是使用了傳統(tǒng)升華法，得到的提取液以及咖啡因晶體，置冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

2在儀器分析實(shí)踐課程中的設(shè)計(jì)

對(duì)于這個(gè)經(jīng)典的、有代表性的有機(jī)化學(xué)提取實(shí)驗(yàn)得到的成果進(jìn)一步進(jìn)行儀器分析，這是藥學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生比較感興趣的應(yīng)用。在儀器分析的實(shí)踐教學(xué)中，“茶葉中咖啡因的含量測(cè)定”可采取的測(cè)定方法有:紫外－可見(jiàn)分光光度法(UV－Vis)、氣相色譜法(GC)和高效液相色譜法(HPLC)，這些常規(guī)的分析方法可精確測(cè)定出茶葉中咖啡因的含量。下面介紹這些實(shí)踐方案的設(shè)計(jì)過(guò)程。

2.1紫外－可見(jiàn)分光光度法

咖啡因在近紫外區(qū)270nm波長(zhǎng)處有吸收，因此可利用該法對(duì)咖啡因含量進(jìn)行測(cè)定。參照文獻(xiàn)［10］進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。2.1.1對(duì)照品溶液的制備精密稱(chēng)取一定量的咖啡因?qū)φ掌罚苡诩状?，并于容量瓶中定容制?00μg/mL咖啡因?qū)φ掌穬?chǔ)備液［11］。精密量取上述咖啡因?qū)φ掌穬?chǔ)備液一定體積，逐級(jí)稀釋得到濃度為5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0μg/mL系列的咖啡因?qū)φ掌啡芤海?2］，備用。2.1.2供試品溶液的制備(1)取上述提取液三份，配成一定濃度的提取液供試品溶液。(2)精確稱(chēng)取純化的咖啡因晶體配成20μg/mL的咖啡供試品溶液。2.1.3標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制全波長(zhǎng)掃描咖啡因?qū)φ掌?，繪制光譜掃描曲線以確定最大吸收波長(zhǎng)(λmax)。以λmax為入射波長(zhǎng)測(cè)定系列咖啡因?qū)φ掌啡芤旱奈舛?，繪制吸光度－濃度(A－c)標(biāo)準(zhǔn)曲線，得線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)。2.1.4含量測(cè)定對(duì)咖啡因晶體和咖啡因提取液進(jìn)行含量測(cè)定，通過(guò)計(jì)算得到咖啡因晶體的含量和提取液中咖啡因的含量，計(jì)算提取率。

2.2高效液相色譜法

參照《分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材［13］設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，具體如下:2.2.1咖啡因?qū)φ掌啡芤旱闹苽渚芊Q(chēng)取一定質(zhì)量咖啡因?qū)φ掌?，用甲醇溶解，容量瓶中定容，制?.2mg/mL的咖啡因標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液。精密量取儲(chǔ)備液一定體積，分別制得到10、20、40、60、80μg/mL系列咖啡因?qū)φ掌啡芤骸?.2.2供試品溶液制備(1)取上述提取液三份，配成一定濃度的提取液供試品溶液。(2)精確稱(chēng)取咖啡因晶體配成50μg/mL的咖啡供試品溶液。2.2.3色譜條件儀器:LC－2010A(島津);色譜柱:ODSC18柱(150mm×4.6mm×5μm，島津);流動(dòng)相∶水－甲醇(68∶32);流速:1.0mL/min;進(jìn)樣體積:10μL;SPD二極管陣列檢測(cè)器。2.2.4儀器精密度考察取咖啡因?qū)φ掌啡芤?份，連續(xù)進(jìn)樣6次，進(jìn)行儀器精密度實(shí)驗(yàn)，記錄保留時(shí)間與峰面積，若它們的RSD小于5%，則精密度良好［14］。2.2.5樣品重復(fù)性考察取同一濃度的咖啡因?qū)φ掌啡芤?份，每份連續(xù)進(jìn)樣3次，進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，若保留時(shí)間與峰面積的RSD小于5%，則重復(fù)性良好［15］。2.2.6工作曲線繪制取上述咖啡因系列對(duì)照品溶液10μL，每份連續(xù)進(jìn)樣3次，以保留時(shí)間為橫坐標(biāo)、峰面積為縱坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程，相關(guān)系數(shù)＞0.99則說(shuō)明線性關(guān)系良好。2.2.7樣品含量測(cè)定分別取提取液和咖啡因晶體供試溶液10μL，注入HPLC中進(jìn)行分析，計(jì)錄峰面積和保留時(shí)間，由回歸方程計(jì)算咖啡因的濃度和咖啡因晶體的含量。

2.3氣相色譜法

參照文獻(xiàn)［16］方法設(shè)計(jì)氣相色譜法測(cè)定茶葉中咖啡因的含量，具有方案如下:2.3.1內(nèi)標(biāo)溶液制備精密稱(chēng)取一定量的鄰苯二甲酸二丁酯(內(nèi)標(biāo))對(duì)照品0.1g，甲醇溶解，置容量瓶定容，配成2mg/mL的儲(chǔ)備液。2.3.2咖啡因?qū)φ掌啡芤旱闹苽渚芰咳】Х纫騼?chǔ)備液一定體積，加入一定體積的內(nèi)標(biāo)，用甲醇定容，配成10、20、100、200、300、400、500μg/mL系列咖啡因標(biāo)準(zhǔn)溶液及含160μg/mL的內(nèi)標(biāo)溶液。2.3.3供試品溶液制備(1)取咖啡因提取液三份，配成一定濃度的供試品溶液。(2)精確取咖啡因晶體配成100μg/mL的咖啡供試品溶液。2.3.4色譜條件GC2014氣相色譜儀(島津)，HP－5型毛細(xì)管柱(30m×0.32mm×0.25μm，島津)，色譜柱、汽化室和檢測(cè)器溫度分別為230℃、250℃、250℃，N2流速2.5mL/min，分流比1∶20，進(jìn)樣體積0.2μL。2.3.5儀器精密度考察取咖啡因?qū)φ掌啡芤?份，連續(xù)進(jìn)樣6次，若保留時(shí)間與峰面積RSD小于5%，則精密度良好。2.3.6樣品重復(fù)性考察取咖啡因?qū)φ掌啡芤?份，每份連續(xù)進(jìn)樣3次，若保留時(shí)間與峰面積RSD小于5%，則重復(fù)性良好。2.3.7工作曲線繪制取0.2μL咖啡因系列對(duì)照品溶液，進(jìn)樣，以保留時(shí)間為橫坐標(biāo)、峰面積為縱坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程，若相關(guān)系數(shù)＞0.99則線性關(guān)系良好［17］。2.3.8樣品含量測(cè)定分別取0.2μL咖啡因提取液和咖啡因晶體供試液，注入GC進(jìn)行分析，計(jì)錄峰面積與保留時(shí)間，根據(jù)工作曲線計(jì)算得到咖啡因溶液的濃度和咖啡因晶體的含量，計(jì)算咖啡因提取得率。

3在創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目是國(guó)家和各省市對(duì)在校大學(xué)生提供學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目開(kāi)展的一項(xiàng)有力舉措，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，往往將專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目結(jié)合，為學(xué)生的科研訓(xùn)練鋪造一個(gè)有益的、合適的平臺(tái)［18］，將項(xiàng)目能真正落實(shí)到學(xué)生的創(chuàng)新過(guò)程中，有利于鍛煉學(xué)生的科研能力，為以后的科研開(kāi)展奠定基礎(chǔ)［19］。教學(xué)團(tuán)隊(duì)把“茶葉中咖啡因的提取與含量測(cè)定”的實(shí)驗(yàn)用于藥學(xué)專(zhuān)業(yè)有機(jī)化學(xué)與儀器分析的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，使學(xué)生獲得了良好的教學(xué)實(shí)踐效果，同時(shí)對(duì)茶葉的提取與含量測(cè)定產(chǎn)生了極大的興致，學(xué)生們?cè)O(shè)想:一種茶葉能做出來(lái)的結(jié)果，多種茶葉也能做出結(jié)果，如果對(duì)不同品種、不同產(chǎn)地的茶葉中咖啡因的含量進(jìn)行測(cè)定，可能咖啡因的含量會(huì)有差別。那么，是否可以根據(jù)咖啡因的含量對(duì)茶葉進(jìn)行分類(lèi)，進(jìn)而探討同一品種不同產(chǎn)地或者同一產(chǎn)地不同品種的茶葉中咖啡因含量差異的原因?在這種思路的引導(dǎo)下，學(xué)生申報(bào)了省級(jí)大學(xué)生研究性與創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目“HPLC法測(cè)定8個(gè)不同品種茶葉中咖啡因的含量”，還申報(bào)了校級(jí)的開(kāi)放性實(shí)踐項(xiàng)目。他們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案為:從24種不同茶葉中提取咖啡因(優(yōu)化提取方法)→咖啡因純化(純化方法優(yōu)化)→HPLC色譜方法探索(色譜條件優(yōu)化)→HPLC方法考察(包括精密度、重復(fù)性、線性關(guān)系、穩(wěn)定性和加樣回收率試驗(yàn))→樣品含量測(cè)定(測(cè)定24種茶葉中咖啡因的含量)→數(shù)據(jù)處理(PCA、OPLS－DA分析)→實(shí)驗(yàn)結(jié)果(分析不同茶葉咖啡因含量差異的原因)。有了前期的實(shí)踐，學(xué)生已經(jīng)熟練掌握了天然藥物有效成分的提取分離方法、中藥的前處理方法、高效液相色譜儀的使用及基本的實(shí)驗(yàn)操作等，在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行切實(shí)有效的實(shí)施，能夠完成該創(chuàng)新項(xiàng)目。

4結(jié)語(yǔ)

一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目在兩門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程中進(jìn)行綜合性的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)，并調(diào)動(dòng)了學(xué)生積極的創(chuàng)新意識(shí)，積極申報(bào)并實(shí)質(zhì)性地開(kāi)展了創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目，使教師的教學(xué)效果得到最大體現(xiàn)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維得到極大的提升，把教學(xué)相長(zhǎng)發(fā)揮到極致［20］。因此，在實(shí)踐教學(xué)中，教師應(yīng)精選實(shí)踐項(xiàng)目，力求驗(yàn)證和推廣實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果，重視并指導(dǎo)項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)，真正讓學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中學(xué)有所悟，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索創(chuàng)造良好的科學(xué)氛圍。

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作者：袁治倩 傅春燕 曾偉 龍一鳴 王婷 單位：邵陽(yáng)學(xué)院藥學(xué)院