OPTIMIZATION EXTRACTION OF COFFEINE AND THEOBROMINE FROM VARIOUS VARIETIES OF TEA WITH PLURONIC BLOCK COPOLYMER
Authors: МАРЧЕНКО Л.А. , МОКШИНА Н.Я. , ПАХОМОВА О.А. , СОКОЛОВА А.В. , НИЖИВЕНКО В.Н. 
Published: January 2022

Контроль содержания алкалоидов в пищевых продуктах и напитках в соответствии с нормируемыми показателями – актуальная задача для биотехнологии. Рассмотрена экстракция кофеина и теобромина из растительного сырья – чая черного и зеленого с использованием в качестве экстрагента блок-сополимера плюроник, представляющего собой чередующиеся фрагменты этиленоксида (20 мономерных звеньев) и пропиленоксида (70 мономерных звеньев). Экстракционные системы на основе водорастворимых полимеров отвечают всем требованиям «зеленой» экстракции и могут применяться в технологических процессах, связанных с контролем качества исходного сырья. Исследованы условия процесса извлечения пуриновых алкалоидов, установлены его оптимальные параметры: концентрация экстрагента 0,25 г/см3, температура процесса 95°С, степень измельчения для черного и зеленого чая 0,4 и 0,8 мм соответственно, соотношение водной и органической фаз 10 : 1 соответственно. По результатам экстракции рассчитаны коэффициенты распределения и степень извлечения кофеина и теобромина, которая составляет 95–99% в зависимости от сорта чая. Содержание кофеина и теобромина в фазе органического растворителя после экстракции определяли методом капиллярного электрофореза по электрофореграммам образцов черного и зеленого чая. На основании разработанной экстракционно-электрофоретической методики определения кофеина и теобромина в различных сортах чая предложен механизм взаимодействия пуриновых алкалоидов с экстрагентом плюроник. Наличие в цепи полимера концевых НО-групп, а также в основной цепи атомов кислорода способствует взаимодействию полимера с аналитами с образованием водородных связей. Представленные схемы образования Н-связей подтверждают эффективность применения блок-сополимера плюроник в качестве экстрагента пуриновых алкалоидов.

Monitoring the content of alkaloids in food and beverages in accordance with the normalized indicators is an urgent task for biotechnology. The extraction of caffeine and theobromine from vegetable raw materials – black and green tea using the pluronic block copolymer as an extractant is considered. The pluronic block copolymer consists of alternating fragments of ethylene oxide (20 monomer units) and propylene oxide (70 monomer units). Extraction systems based on water-soluble polymers meet all the requirements of «green» extraction and can be used in technological processes related to quality control of feedstock. The conditions of the purine alkaloid extraction process have been investigated, its optimal parameters have been established: the extractant concentration is 0,25 g/cm3, the process temperature is 95°C, the degree of grinding for black and green tea is 0,4 and 0,8 mm respectively, the ratio of aqueous and organic phases is 10 : 1 respectively. According to the extraction results, the distribution coefficients and the degree of extraction of caffeine and theobromine, which is 95–99%, depending on the tea variety, are calculated. The content of caffeine and theobromine in the organic solvent phase after extraction was determined by capillary electrophoresis from electrophoregrams of black and green tea samples. The presence of terminal HO-groups in the polymer chain, as well as in the main chain of oxygen atoms, promotes the interaction of the polymer with analytes with the formation of hydrogen bonds. The presented schemes for the formation of H-bonds confirm the effectiveness of using the pluronic block copolymer as an extractant of purine alkaloids.