導語：藥學專業實踐教學設計研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:“茶葉中咖啡因的提取”是藥學專業有機化學課程實踐教學中的一個很經典的實驗，“茶葉中咖啡因的含量測定”在儀器分析課程實踐教學中可設計成多種分析方法與手段進行，并且學生學以致用，創造性地應用到創新性實踐項目中，使教學效果得以升華。本文具體介紹“茶葉中咖啡因的提取與含量測定”在藥學專業實踐教學中的設計，以及大學生創新項目設計的實踐方案，旨在說明教師良好的實踐教學能為學生自主學習和探索創造良好的科學氛圍。

關鍵詞:咖啡因;提取;含量測定;實踐教學;設計

咖啡因是茶葉中主要的生物堿類化合物［1］，是一種嘌呤類衍生物［2］，為白色針狀晶體，在三氯甲烷、乙醇等有機溶劑中有較好溶解性，在乙醚、苯中難溶［3］，其結構如圖1所示?？Х纫蛴猩窠洿碳ぷ饔?，常被用作中樞神經興奮劑，在鎮痛、利尿、促進胃酸分泌等方面發揮著重要的治療作用［4］?！安枞~中咖啡因的提取”是藥學專業有機化學實踐課程開設的一個實踐項目，采取索氏提取法，利用乙醇、三氯甲烷、苯等適當溶劑從茶葉中把咖啡因提取出來，除去溶劑后利用咖啡因升華的性質進行純化。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驗和光譜實驗，進行“茶葉中咖啡因的含量測定”分析。由于該實驗簡單，學生還可以進行進一步探索，申請大學生研究性與創新性實驗，把該實驗進一步升華到創新應用。那么，教師如何把這一系列的實踐教學活動融合，最后成功達到預期的教學效果，關鍵在于教師對整個實踐教學的安排和設計。下面就“茶葉中咖啡因的提取與含量測定”在藥學專業實踐教學中的應用進行探索性的設計。

1在有機化學實踐課程中的設計

1.1傳統提取純化分離方法

傳統的“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約2h［7］。回流3次，合并提取液，濃縮至20mL，將濃縮液移入蒸發皿中，加入約4g生石灰，低溫加熱除去溶劑，然后繼續用酒精燈小火烘烤至干燥。蒸發皿上加一多孔濾紙，再倒扣一玻璃漏斗，加熱，當冒出大量棕色的煙，并有白色針狀晶體在濾紙上方出現時停止加熱，用藥匙刮下晶體。殘留物攪拌后繼續小火加熱升華，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，待鞣質等酸性物質沉淀后，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，有機萃取液合并，將三氯甲烷用蒸餾裝置回收。將殘留液體轉移至小燒杯，水浴加熱蒸去溶劑，得咖啡因固體。

1.2現代提取純化分離方法

有機溶劑萃取法中常常會有溶劑殘留問題，為了克服這個缺點，文獻［8］報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。該方法具有萃取時間短、萃取效率高、咖啡因得率高的優點，但是操作繁瑣，實驗成本高。任小雨等［9］通過添加碳酸鈉試劑、改用旋轉蒸發儀和微量升華器的方法對實驗進行改進，使提取時間縮短，提取得率提高。但是使用油泵減壓升華，對于實驗室沒有這個裝置的則受到了實驗限制，因此不能普遍采用。在本實驗室中還是使用了傳統升華法，得到的提取液以及咖啡因晶體，置冰箱中保存備用。

2在儀器分析實踐課程中的設計

對于這個經典的、有代表性的有機化學提取實驗得到的成果進一步進行儀器分析，這是藥學專業學生比較感興趣的應用。在儀器分析的實踐教學中，“茶葉中咖啡因的含量測定”可采取的測定方法有:紫外－可見分光光度法(UV－Vis)、氣相色譜法(GC)和高效液相色譜法(HPLC)，這些常規的分析方法可精確測定出茶葉中咖啡因的含量。下面介紹這些實踐方案的設計過程。

2.1紫外－可見分光光度法

咖啡因在近紫外區270nm波長處有吸收，因此可利用該法對咖啡因含量進行測定。參照文獻［10］進行如下實驗設計。2.1.1對照品溶液的制備精密稱取一定量的咖啡因對照品，溶于甲醇，并于容量瓶中定容制成100μg/mL咖啡因對照品儲備液［11］。精密量取上述咖啡因對照品儲備液一定體積，逐級稀釋得到濃度為5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0μg/mL系列的咖啡因對照品溶液［12］，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標準曲線繪制全波長掃描咖啡因對照品，繪制光譜掃描曲線以確定最大吸收波長(λmax)。以λmax為入射波長測定系列咖啡因對照品溶液的吸光度，繪制吸光度－濃度(A－c)標準曲線，得線性回歸方程和相關系數。2.1.4含量測定對咖啡因晶體和咖啡因提取液進行含量測定，通過計算得到咖啡因晶體的含量和提取液中咖啡因的含量，計算提取率。

2.2高效液相色譜法

參照《分析化學實驗》教材［13］設計實驗方案，具體如下:2.2.1咖啡因對照品溶液的制備精密稱取一定質量咖啡因對照品，用甲醇溶解，容量瓶中定容，制得0.2mg/mL的咖啡因標準品儲備液。精密量取儲備液一定體積，分別制得到10、20、40、60、80μg/mL系列咖啡因對照品溶液。2.2.2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);流動相∶水－甲醇(68∶32);流速:1.0mL/min;進樣體積:10μL;SPD二極管陣列檢測器。2.2.4儀器精密度考察取咖啡因對照品溶液1份，連續進樣6次，進行儀器精密度實驗，記錄保留時間與峰面積，若它們的RSD小于5%，則精密度良好［14］。2.2.5樣品重復性考察取同一濃度的咖啡因對照品溶液6份，每份連續進樣3次，進行重復性實驗，若保留時間與峰面積的RSD小于5%，則重復性良好［15］。2.2.6工作曲線繪制取上述咖啡因系列對照品溶液10μL，每份連續進樣3次，以保留時間為橫坐標、峰面積為縱坐標建立標準曲線，得到線性回歸方程，相關系數＞0.99則說明線性關系良好。2.2.7樣品含量測定分別取提取液和咖啡因晶體供試溶液10μL，注入HPLC中進行分析，計錄峰面積和保留時間，由回歸方程計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［16］方法設計氣相色譜法測定茶葉中咖啡因的含量，具有方案如下:2.3.1內標溶液制備精密稱取一定量的鄰苯二甲酸二丁酯(內標)對照品0.1g，甲醇溶解，置容量瓶定容，配成2mg/mL的儲備液。2.3.2咖啡因對照品溶液的制備精密量取咖啡因儲備液一定體積，加入一定體積的內標，用甲醇定容，配成10、20、100、200、300、400、500μg/mL系列咖啡因標準溶液及含160μg/mL的內標溶液。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型毛細管柱(30m×0.32mm×0.25μm，島津)，色譜柱、汽化室和檢測器溫度分別為230℃、250℃、250℃，N2流速2.5mL/min，分流比1∶20，進樣體積0.2μL。2.3.5儀器精密度考察取咖啡因對照品溶液1份，連續進樣6次，若保留時間與峰面積RSD小于5%，則精密度良好。2.3.6樣品重復性考察取咖啡因對照品溶液6份，每份連續進樣3次，若保留時間與峰面積RSD小于5%，則重復性良好。2.3.7工作曲線繪制取0.2μL咖啡因系列對照品溶液，進樣，以保留時間為橫坐標、峰面積為縱坐標建立標準曲線，得到線性回歸方程，若相關系數＞0.99則線性關系良好［17］。2.3.8樣品含量測定分別取0.2μL咖啡因提取液和咖啡因晶體供試液，注入GC進行分析，計錄峰面積與保留時間，根據工作曲線計算得到咖啡因溶液的濃度和咖啡因晶體的含量，計算咖啡因提取得率。

3在創新性實踐項目中的設計

大學生創新性實踐項目是國家和各省市對在校大學生提供學習和創新實踐項目開展的一項有力舉措，教學團隊在教學實施過程中，往往將專業實踐教學內容與大學生創新實踐項目結合，為學生的科研訓練鋪造一個有益的、合適的平臺［18］，將項目能真正落實到學生的創新過程中，有利于鍛煉學生的科研能力，為以后的科研開展奠定基礎［19］。教學團隊把“茶葉中咖啡因的提取與含量測定”的實驗用于藥學專業有機化學與儀器分析的教學實踐活動中，使學生獲得了良好的教學實踐效果，同時對茶葉的提取與含量測定產生了極大的興致，學生們設想:一種茶葉能做出來的結果，多種茶葉也能做出結果，如果對不同品種、不同產地的茶葉中咖啡因的含量進行測定，可能咖啡因的含量會有差別。那么，是否可以根據咖啡因的含量對茶葉進行分類，進而探討同一品種不同產地或者同一產地不同品種的茶葉中咖啡因含量差異的原因?在這種思路的引導下，學生申報了省級大學生研究性與創新性實踐項目“HPLC法測定8個不同品種茶葉中咖啡因的含量”，還申報了校級的開放性實踐項目。他們設計的實驗方案為:從24種不同茶葉中提取咖啡因(優化提取方法)→咖啡因純化(純化方法優化)→HPLC色譜方法探索(色譜條件優化)→HPLC方法考察(包括精密度、重復性、線性關系、穩定性和加樣回收率試驗)→樣品含量測定(測定24種茶葉中咖啡因的含量)→數據處理(PCA、OPLS－DA分析)→實驗結果(分析不同茶葉咖啡因含量差異的原因)。有了前期的實踐，學生已經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驗操作等，在指導老師指導下，精心設計實驗方案，并進行切實有效的實施，能夠完成該創新項目。

4結語

一個實踐項目在兩門專業基礎課程中進行綜合性的實踐教學設計，并調動了學生積極的創新意識，積極申報并實質性地開展了創新性實踐項目，使教師的教學效果得到最大體現，使學生的學習效果、實踐能力和創新思維得到極大的提升，把教學相長發揮到極致［20］。因此，在實踐教學中，教師應精選實踐項目，力求驗證和推廣實驗結果和理論結果，重視并指導項目的創新點，真正讓學生在實踐教學中學有所悟，為學生自主學習和探索創造良好的科學氛圍。

參考文獻

［1］陳日春.低咖啡因綠茶飲料加工關鍵技術的研究［D］．北京:中國農業科學院，2009.

［2］黃鴻，夏曉艷，趙余慶.茶葉中茶氨酸、咖啡因和茶堿檢測方法的研究進展［J］．沈陽藥科大學學報，2018，35(8):696－706.

［3］國家藥典委員會.中華人民共和國藥典2000年版(二部)［J］．北京:化學工業出版社，2000.

［4］李海霞，陳榕，周丹，等.咖啡因的合成及其藥理作用的研究進展［J］．華西藥學雜志，2011，26(2):182－187.

［5］王玉蘭.茶葉中提取咖啡因實驗方法的研究［J］．內蒙古石油化工，2011，37(20):97.

［6］趙駿.有機化學實驗［J］．北京:中國醫藥科技出版社，2014:165－166.

［7］徐望龍，李云貴，孫林軍，等.山銀花黃酮粗提物抗氧化活性的體外觀察［J］．中成藥，2014，36(6):1292－1294.

［8］沈曉靜，蘇銀山，魏升昀，等.茶葉中咖啡因提取專利技術綜述［J］．現代食品，2020，25(2):79－80.

［9］任小雨，張琴芳，王天利.從茶葉中提取咖啡因實驗方法的改進［J］．實驗室科學，2020，23(2):9－11.

［10］楊言言，張鐵銘.紫外分光光度法測定安徽羅漢尖老茶中咖啡因含量［J］．安徽中醫學院學報，2012，31(3):72－73.

［11］蔣婭蘭.銀杏保健茶的質量控制研究［D］．廣州:廣東藥學院，2016.

［12］楊言言，張鐵銘.紫外分光光度法測定安徽羅漢尖老茶中咖啡因含量［J］．安徽中醫藥大學學報，2012，31(3):72－73.

［13］池玉梅.分析化學實驗［J］．北京:中國醫藥科技出版社，2015:134－135.

［14］李莉，劉志華，秦民堅.HPLC法同時測定千斤拔屬植物7種黃酮的含量［J］．中國野生植物資源，2011，30(5):54－57.

［15］羅顯來.湖北油菜蜂蜜指紋圖譜的研究［D］．武漢:華中農業大學，2011.

［16］許慶琴，杜黎明，王靜萍，等.氣相色譜法直接測定茶葉中的咖啡因和茶堿［J］．分析科學學報，2002，18(6):520－521.

［17］張文光，李敘琳，蔡照南.氣相色譜法測定肉桂油中桂皮醛含量［J］．中國中藥雜志，1988，13(12):38－40.

［18］郭奇，苗呈錦，石林虎，等.專業實踐教學與指導大學生創新課題結合的探索［J］．教育教學論壇，2020(3):126－127.

［19］王睿，代紅娟，梁艷.本科生科研能力培養的研究［J］．高等建筑教育，2014，23(3):42－44.

［20］吳怡昕.創新型教師如何培養自身新能力［J］．中國校外教育，2010(8):184.

作者：袁治倩 傅春燕 曾偉 龍一鳴 王婷 單位：邵陽學院藥學院