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能源與材料科技系實務專題論文

茶葉中咖啡因之萃取

指導老師：施榮安老師班級: 學號: 姓名:四化四甲 BB98007 吳玟璁四化四甲 BB98008 張邵閔四化四甲 BB98027 徐常珣四化四甲 BB98032 高健泰

修 平 科 技 大 學

中 華 民 國 1 0 1 年 1 2 月 2 5 日

摘要

本專題主要探討全發酵紅茶及半發酵茶烏龍茶中咖啡因的含量，及兩種萃取法(固液、液液)哪種較有效率。而同品種茶葉實驗又分成現泡與泡到隔夜的茶和現泡茶因萃取次數不同茶湯中咖啡因含量的差異。由實驗數據顯示紅茶、烏龍茶兩種茶萃取四次咖啡因含量大於萃取三次約 0.1%；隔夜茶咖啡因含量大於現泡茶約 0.3%；而同茶品兩種萃取方法之萃取量則是固液萃取法優於液液萃取法。

I

致謝

感謝施榮安老師對於本專題不辭辛勞的指導我們，讓我們在專

題中學習到許多操作的細節與知識，如實驗過程與報告製作等，施

榮安老師有時還會集合專題學員解決專題上碰到的問題，讓我們在

專題實作上能克服障礙，感謝努力指導著我們的施榮安老師，與器

材室的汪先生，及系上其他老師的幫忙。

II

目錄摘要 I

致謝 II

目錄 III

圖目錄 VI

1、前言 V

2、茶葉的介紹 2.1、茶葉的分類 2

2.2、不同季節的茶葉 6

2.3、茶葉與咖啡因 7

3、咖啡因的介紹 3.1、咖啡因的歷史 8

3.2、咖啡因的來源 10

3.3、常引用食物之咖啡因含量 11

III

3.4、提神原因及作用時間 12

3.5、咖啡因對人體的益處及壞處 12

4、萃取原理 21

5、實驗目的 22

6、實驗 6.1、實驗方法23

6.2、實驗流程圖 25

6.3、實驗藥品及器材 28

6.4、實驗步驟29

7、實驗結果與討論 7.1、實驗數據35

7.2、實驗數據圖 36

8、結論 40

9、參考文獻 41

IV

V

圖目錄烏龍茶茶葉................................................................................................2

綠茶茶葉....................................................................................................3

黃茶茶葉....................................................................................................3

白茶茶葉....................................................................................................3

紅茶茶葉....................................................................................................4

黑茶茶葉(普洱).........................................................................................5

花茶茶葉(玫瑰).........................................................................................6

咖啡因結構式..........................................................................................10

(圖 1) 迴流裝置圖....................................................................................29

(圖 2) 抽氣過濾........................................................................................29

(圖 3) 分液漏斗中茶葉與萃取溶劑之分層............................................30

(圖 4) 除水後濾液....................................................................................30

(圖 5) 咖啡因結晶....................................................................................31

VI

(圖 6) 索氏萃取器裝置圖........................................................................32

(圖 7) 蒸餾後濾液....................................................................................33

(圖 8) 除水過程........................................................................................33

(圖 9) 除水後呈粉末狀............................................................................33

(圖 10) 咖啡因結晶..................................................................................34

(圖 11) 萃取次數對咖啡因萃取之影響..................................................36

(圖 12) 萃取次數對咖啡因萃取之影響..................................................37

(圖 13) 立即與隔夜萃取之比較(紅茶)...................................................38

(圖 14) 立即與隔夜萃取之比較(烏龍茶)...............................................38

(圖 15) 索氏萃取法之紅茶與烏龍茶比較.............................................39

VII

1、 前言

很早以前中國人就在一些古書中記載喝茶是有益人體健康的，如

唐朝藥學家陳藏器所著的《本草拾遺》，明朝張兼德所作的《茶

經》 ，而茶葉中有哪些物質是對人體有益的，下列簡單舉幾個例。 咖啡因是從黃嘌呤(xanthine)衍生出來生物鹼化合物，黃嘌呤是一

種廣泛分佈於人體及其他生物體的器官及體液內的一種嘌呤 鹼 ，常

用作溫和的興奮劑和支氣管擴張劑。咖啡因對人體具有提神的功效，

對於中樞神經的興奮劑，能夠暫時驅走睡意並恢復精力，在現代忙

碌的生活中，許多人會依賴含有咖啡因的飲品來提神，因此咖啡因

是現在最為普遍的提神藥品。茶葉中所含的維生素包括水溶性的 B

族維生素和維生素 C 以及脂溶性的維生素A、維生素D、維生素

E、維生素K。其中維生素 B、維生素 C、維生素 E 在茶中含量相對

1

較高。茶多酚（Tea Polyphenols）為一種稠環芳香烴，是茶葉中多酚

類物質的總稱，其中以黃烷醇類物質（兒茶素）最為重要，含量約

佔茶多酚總量的 70%左右。

2

2、茶葉的介紹

2.1 茶葉的分類 所謂的綠茶、烏龍茶或紅茶等，都是經由屬山茶類的茶目所

栽種出來的。也就是說他們都是由同一種植物長出的嫩葉，經

過加工變化成的各種不同茶葉。所以也可以說「茶葉同源」。

茶葉六大類：

2.1.1青茶‧烏龍茶 產地以福建省、廣東

省北部以及台灣等，多

為半發酵茶。最出名的

是水仙、鐵觀音(1)。烏

龍茶是經過部分發酵，綠葉紅邊，既有綠茶的鮮香濃郁，又

3

烏龍茶茶葉

有紅茶的甜醇。烏龍茶對維持人體健康有一定作用，其所含

的烏龍茶多酚可以抑制食物中所含的多餘油份，可避免人體

吸收過多油份。若不加入糖份，對於減肥或維持身段有一定

的功效，亦更健康。

4

2.1.2 綠茶 綠茶在摘取下來之後

並沒有經過發酵手續，

屬於不發酵茶的一種

(1)。綠茶是茶葉的一種。

經殺青、揉捻、乾燥，大部分白毫脫落，浸泡後為綠湯綠茶。

綠茶通過加工工藝的不同可分為四種：蒸青茶，炒青茶，烘

青茶，曬青茶。

2.1.3 白茶與黃茶 白茶是一種表面具有細

小絨毛的輕發酵茶，而黃

茶則是類似綠茶的輕發酵

5

綠茶茶葉

黃茶茶葉

茶。這兩種茶都是取優良的嫩葉精心加工後生產的高級品種。

白茶表面的絨毛因為是在高原之上，經過長期冷霧的籠罩，

所以才呈現出雪白的模樣，而他獨特的香味也就因此保留下

來(1)。黃茶是一種與綠茶的加工工藝略有不同的茶，多了一

道燜堆渥黃的程序。

2.1.4 紅茶 紅茶是一種從半發酵茶到發

酵茶之間，具有各種不同變化

程度的一種茶類(1)。紅茶是茶文

化中的主要茶品。是經過採摘、

萎凋、揉捻、發酵、乾燥等步驟生產出來的，比綠茶多了一

個發酵的過程。發酵是指茶葉在空氣中氧化，發酵作用使得

6

紅茶茶葉

茶葉中的茶多酚和單寧酸減少，產生了茶黃素、茶紅素等新

的成分和醇類、醛類、酮類、酯類等芳香物質。因此，紅茶

的茶葉呈黑色，或黑色中參雜著嫩芽的橙黃色茶葉是由多量

有機化合物和少量無機礦物質所組成。這些物質對於健康多

有助益，部分物質更是今日保健醫學所極力研究推廣。紅茶

葉中有大約 27 種的無機礦物質。適度飲茶所攝入的無機礦

物質，對人體有保健的功用。紅茶葉中的有機化合物主要有

茶多酚 (包括兒茶素、黃酮類物質)、咖啡因、茶多糖、茶紅

素、茶黃素、葉綠素、胡蘿蔔素、纖維素、多種維生素、蛋

白質和碳水化合物等。

2.1.5 黑茶‧緊壓茶 黑茶屬於後發酵茶，這是

7

將發酵過的茶葉利用壓力使之緊固再一起。有四角形及圓形

等。市面上比較常見的黑茶是普洱茶(1)。普洱茶是以雲南省

一定區域內的雲南大葉種曬青毛茶為原料，經過後發酵加工

成的散茶和緊壓茶。其外形色澤褐紅；內質湯色紅濃明亮，

香氣獨特沉香，滋味醇厚回甘，葉底褐紅。普洱茶自古被認

為有治理腸胃、解油膩的功能。中國、日本及法國的臨床實

驗均顯示普洱茶有降低膽固醇和血脂的功效，對心血管疾病

保健很有幫助。

8

2.1.6 花茶 以各種鮮花為素材低味的

茶就稱為「花茶」。像是茉

莉花茶或是玫瑰花茶等，都

是先將所需要的鮮花經過乾

燥手續之後，再與茶葉混和再一起形成特有的香味。(1)

2.2 不同季節的茶葉2.2.1春茶 是指當年 3 月下旬到 5 月中旬之前採制的茶葉。春季溫度

適中，雨量充份，再加上茶樹經過了半年冬季的修養生息，

使得春季茶芽肥碩，色澤翠綠，葉質柔軟，且含有豐富的維

生素，特別是氨基酸。不但使春茶滋味鮮活且香氣宜人富有

保健作用。9

花茶茶葉(玫瑰)

2.2.2夏茶 是指 5 月初至 7 月初採制的茶葉夏季天氣炎熱，茶樹新的

梢芽葉生長迅速，使得能溶解茶湯的水浸出物含量相對減少，

特別是氨基酸等的減少使得茶湯滋味、香氣多不如春茶強烈，

由於帶苦澀味的花青素、咖啡因、茶多酚含量比春茶多，不

但使紫色芽葉增加色澤不一，而且滋味較苦澀。

2.2.3秋茶 是 8 月中旬以後採製的茶葉。秋季氣候條件介於春夏之間，

茶樹經春夏二季生長、新梢芽內含物質相對，減少葉片大小

不一，葉底發脆，葉色發黃，滋味和香氣顯得比較平和。

2.2.4冬茶 大約在 10 月下旬開始採制。冬茶是在秋茶采完後，氣候

10

逐漸轉冷後生長的。因冬茶新梢芽生長緩慢，內含物質逐漸

增加，所以滋味醇厚，香氣濃烈。

2.3 茶葉與咖啡因(2)

每位成人咖啡因攝取量一天以不超過三百毫克為準。茶葉都

含有相當程度咖啡因，茶葉中咖啡因是一種生物鹼，茶葉發酵

時間愈長，咖啡因含量愈多，未發酵綠茶咖啡因含量是全發酵

紅茶三分之一，半發酵烏龍茶只有紅茶一半。整體而言，茶葉

中咖啡因含量約為二％到四％，上班族用保溫杯泡茶，分量以

五公克計算，咖啡因含量則為一百毫克到二百毫克之間。另外，

茶葉沖泡時間也會影響茶湯咖啡因含量，時間愈長，被萃取出

的咖啡因就愈多。曾有人測試，紅茶沖泡四分鐘後釋放的咖啡

因竟然是沖泡三分鐘的一倍，喜歡喝茶的人也需注意。

11

3、咖啡因的介紹

3.1 咖啡因的歷史3.1.1 咖啡因的發現(3)

早在石器時代，人類已經開始使用咖啡因。早期的人們

發現咀嚼特定植物的種子、樹皮或樹葉有減輕疲勞和提神的

功效。直到很多年以後，人們才發現使用熱水泡這些植物能

夠增加咖啡因的效用。 宋代陸羽在《茶經》中提到，茶作為飲品的歷史「發乎

神農氏」。西漢時期，茶已經成為宮廷中的飲料。晉代以後，

茶逐漸成為普通飲料。 16世紀快要結束的時候，在埃及的歐洲居民們記錄了咖

啡的使用，大概這個時候，咖啡開始在近東廣泛使用。咖啡

作為一種飲料在 17世紀流傳到歐洲，最初被稱為阿拉伯酒。12

很快咖啡開始在西歐流行並在 17 和 18世紀社會交流中扮

演了重要的角色。 一直到 1819 年，西歐出現大量咖啡館，一批科學家才開

始好奇此飲料受歡迎的因。德國化學家弗列德里伯‧斐迪南

‧龍格(原名：Friedrich Ferdinand Runge)最先從咖啡豆中分

離出這種藥物。 1838 年，有化學家分析出茶的有效成分和弗列德里伯‧斐

迪南‧龍格找到的咖啡因是同種物質。在 19 世紀結束前，

人類又在可樂果和可可裡發現了這種物質。咖啡和茶風行歐

洲正值第一批工廠開始帶動工業革命之際，廣泛使用的咖啡

因飲料取代了當時十分普遍的啤酒，有利於人類經濟活動由

農場到工廠的大轉型。燒開水沖咖啡或泡茶的方式有助降低

擁擠都工人的罹病率。體內的咖啡因也使他不至於在機器上13

睡著。就某種意義來看，咖啡因造就了現代世界。

14

3.2 咖啡因的來源3.2.1天然植物 (3)

此生物鹼主要來源是咖啡，其他存在於茶樹、咖啡樹、可

可樹、可樂樹以及其他超過 60 種的葉片、種子和果實中。

3.2.2 人工合成 (4)

作為清涼飲料、感冒藥、過敏藥、肌肉鬆弛劑、利尿劑、

止痛劑、減肥藥和清醒藥的添加物。

3.2.3 咖啡因的化學性質 咖啡因屬于甲基黃嘌呤的生物鹼。純

的咖啡因是白色的，強烈苦味的粉狀物。

它的化學式是 C8H10N4O2。它的化學名是 1,3,7-三甲基黃嘌呤

或 3,7-二氫-1,3,7 三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。分子量，194.19

15

咖啡因結構式

3.3 常飲用食物之咖啡因含量市售飲品種類 咖啡因含量(毫克)

自動滴泡咖啡(150c.c.)137

自動過濾咖啡(150c.c.)117

即溶咖啡(150c.c.)60

濃縮咖啡(30c.c.)40

沖泡茶(230c.c.)50

綠茶，煮 5 分鐘(150c.c.)31

可樂(一般或無糖)(360c.c.)45

巧克力粉(1 湯匙)10

巧克力(無糖)(1oz)35

伊克塞錠止痛藥(2錠)130

資料來源:《國家地理雜誌》。2005 年一月號。（3 和 9）

16

3.4 提神原因及作用時間3.4.1 提神原因及作用時間 科學家已發展出各式理論來解釋咖啡因的「促醒」效力，

如今一致的看法是咖啡因對腺苷的干擾作用有關。腺苷是自

然存在於人體的一種化學物質，功效如同安眠藥，而咖啡因

會阻礙腺苷的催眠效果，防止我們睡著。（4）咖啡因可以使

腦部內分泌素分泌增加，刺激中樞神經及交感神經，使人的

精神亢奮並延長腦部清醒的時間。（5）身體吸收咖啡因的速

度非常快，最長一小時之內就可達到血液濃度的最高峰，然

後在八小時內逐漸消失。

3.5 咖啡因對人體的益處及壞處3.5.1 咖啡因攝取量對人體影響

(1)就美國而言，消費者每年花 3000 萬美元購美咖啡因藥17

片，花在含咖啡因汽水上的錢估計有 500 億美元。而芬蘭

人平均每人飲用的咖啡是全世界最大的，估計一般芬蘭人

每年約攝取 145 公克咖啡因。（7）

(2)喝咖啡提神的重點不在於量的多寡，應該把焦點放在維

持咖啡因在體內的濃度，不要短時間內攝取大量咖啡。洛

許大學醫學中心、布萊根婦女醫院、哈佛大學醫學院的研

究人員已經發現咖啡因影響對控制人類睡眠與舒醒的週期

機制：低劑量多次攝取咖啡因，比早上一次喝一大杯咖啡

更能維持警覺度。（10）

3.5.2 咖啡因主宰生活（4）

(1)經常徹夜鑽研方程式的匈牙利數學加保羅‧厄多斯說過

一句名言：「數學家是一部用來將咖啡轉換成定理的機

18

器。」

(2)班奈特‧亞倫‧溫伯格和邦妮‧比勒合寫的《咖啡因優

勢》一書中有簡要描述：旅行前先戒除咖啡因數日，抵達

目的地之後服下少量咖啡或茶來保持清醒，而且最好是在

陽光下喝，然後一直撐到當地的就寢時間。

3.5.3台灣食品衛生標準 飲料類衛生標準關於咖啡因有特別的規定，對於「茶及

可可飲料」，咖啡因含量不得超過 500ppm（百萬分之一，

此為毫克/公升）；咖啡因含量未超過 200ppm 者，得免標

示含有咖啡因；咖啡因含量超過 200ppm 者，應標示咖啡

因含量或「含咖啡因 500ppm 以下」字樣。而除了「茶、

咖啡及可可以外之飲料」，若含咖啡因，咖啡因含量不得

19

超過 200ppm 且應標示含有咖啡因。（8）

3.5.4 咖啡因對人體的益處(1)神經興奮劑 咖啡因是一種全世界使用最廣的神經興奮劑，它會刺激

中樞神經系統，特別是腦細胞，使你情緒激昂，警覺性提

高，思考力清晰，睡意消除和減輕疲勞。研究也指出，咖

啡因對於血脂肪、血壓、心臟病等似乎沒有負面作用。

(2)常喝咖啡者較不易得巴金森症（10）

美國一群研究人員曾以 30 年時間，以 8000 名夏威夷日

裔美人為對象，進行咖啡飲用習慣研究。有 100 名人罹患

帕金森氏症，其中不喝咖啡者的罹患風險高出喝咖啡者 3

到 6倍，而且喝的愈多罹患風險愈低。不過科學家仍無法

20

斷定上述結果是咖啡因使然。

(3)可避免過敏 研究人員早就知道咖啡因中帶有反過敏物質，可以抑制

體內的組織胺。（組織胺存在於動物肌肉等器官或植物麥

角中的活性胺，有擴張血管的作用，會引發腫脹、發癢及

呼吸道問題等過敏症狀。）南韓研究小組在白老鼠身上注

射人工組織胺後，進行首次的咖啡因治療測試。沒有接受

咖啡因治療的老鼠全於過，但每 1 公斤體重注射 0.1 毫克

咖啡因的治療，卻挽救了半數老鼠的小命。不過英國過家

質疑，茶或咖啡中能被人類消化系統吸收的咖啡因，是否

能產生與注射咖啡因相同的效果還有待商榷，因為經由消

化系統吸收的咖啡因，需要較長時間才能到達過敏器官。

21

（10）

(4)可抗癌 咖啡因能夠調節細胞中某些細胞內訊息的傳遞，影響一

種 PI-3 Kinase 的磷酸脢的活性，這 PI-3 Kinase 脢與細胞

的生長與分裂有關，所以，咖啡因極可能具有開發成為抗

癌藥物的一種潛力。雪菲爾博士表示不見得合適使用高劑

量直接用來治療癌症病人上，他的副作用太強烈，對於神

經系統也太過於刺激,並非直接使用一般咖啡因來治療癌病，

而是利用人工方法模擬合成類似咖啡因的新化合。

22

(5)可提昇女性腦力 根據研究專家針對南加州 Rancho Bernando附近兩千餘

戶居民所做長達三十年的追蹤研究顯示，當地長時間飲用

咖啡的女性，比選擇低咖啡因或者不含低咖啡因飲料的人

有較佳的記憶力。不過，研究也發現，只有長時間維持喝

咖啡習慣的女性才能夠從中獲益，少於五年的飲用期則缺

乏明顯效果。另一方面，男性縱使長期飲用咖啡，也不會

發生任何正面提昇腦力的作用。（10）

(6)可抗皮膚癌 根據《Proceedings of the National Academy of Sciences》

科學期刊的報導，美國羅格斯大學的醫學研究人員將綠茶

中的一種稱為 EGCG(EpigallocatechinGallate)（一制新生血

管的天然物質，已知對於許多的癌細胞具有抑制作用）的23

萃取物質和咖啡因一起塗抹在以紫外線誘導發生皮膚癌的

裸皮鼠皮膚上，比較沒有塗抹這種綠茶物質的老鼠後發現

裸皮鼠因為塗抹咖啡因與 EGCG 而皮膚癌的情況得到了明

顯的改善與恢復。（11）

24

(7)可止痛 現在新的科學研究證實咖啡因確實可以幫助抒解頭痛，

不過，長期頭痛的患者並不宜使用這種療法。對於咖啡因

為何可以幫助止痛劑發揮效用，戴爾蒙解釋可能是因為咖

啡因可以限制血液的流量，而一般相信腦中血管擴張是導

致偏頭痛的主因。（10）

最近的研究指出，咖啡因本身具有以前未曾發現的止痛作

用。不過，傳統上，它常與其他簡單的止痛劑做成複方，

在台灣上市的藥品也多是複方。這些複方藥大多用來治療

頭痛、牙科手術疼痛等。但是根據醫學報導，也可以用在

產後疼痛，甚至癌症引起的疼痛。實驗，使用含有咖啡因

的止痛藥，比使用單純的止痛藥更有效。（8）

25

3.5.5 咖啡因對人體的壞處(1)腦部反應 已經習慣平均每天攝取 650 毫克咖啡因（約三杯 355 毫

克的咖啡）的人，一旦得不到補充，腦部的視覺和聽覺活

動就會降低；給予 250 毫克咖啡因後，活動提高了，但也

只和不常使用咖啡因的人在未服用咖啡因時的程度相當。

威克森林大學的研究員提出：「如果你經常服用大量咖啡

因，你就得靠它來讓腦部正常運轉。」（4）

(2)戒斷症狀 一些咖啡使用者一天左右沒有咖啡因就會開始頭昏、易

怒、沒精神、昏昏欲睡。停用咖啡因一天半，腦部的血流

量就會增加，這或許可以解釋為開始戒咖啡因時會有頭痛

的現象（4）。擺脫咖啡因的過程短暫、容易，通常二到四26

天就會消失，有人可能持續一週以上。（4）

(3)對孕婦之影響 孕婦可以喝咖啡嗎？多少量是安全量？截至目前為止，

多數研究的共識是，孕婦應該減少咖啡因的攝取。A.咖啡因會經由血液，透過胎盤送至胎兒，並且每日不可

超過三百毫克。B.餵母奶的母親也要受到限制，因為研究證實，母親喝下

的咖啡因，會分泌到母奶而間接進入嬰兒體內。（5 和 13）

但咖啡因仍在 FDA(Food and Drug Administration，美國

食品藥物管理局)的「一般認定安全」食品添加物名單上。(6)

(4)對兒童之影響 顯然因為他們體重較輕，攝取量應該比成人少。愛爾蘭

27

刺激性飲料委員會在報告中建議，盡量不要讓兒童接觸高

咖啡因飲料，以防止焦慮或緊張程度升高的可能。但並沒

有決定性的證據可以判定少量咖啡因是否對兒童有害。澳

洲紐西蘭食品管理局的一份報告推斷，兒童代謝咖啡因的

速度似乎較快，且沒有理由認為他們比成人更容易受到咖

啡因的影響，不管效果是好是壞。（14）

(5)對青少年之影響 根據研究，喝較多咖啡的青少年，睡眠中斷的情況增加，

睡醒後起床的時間拉長，較容易賴床，且白天的睡眠較常

見，顯示喝咖啡會影響到青少年的睡眠品質，對於青少年

的健康與學習和腦力發展有負面的影響。

(6)對某些疾病患者之影響28

對於「心律不整」的人我建議他們最好尋找其它樂趣；

咖啡因會刺激胃酸分泌、心臟收縮並有利尿的效果，所以

「胃腸」、「心臟」和「腎臟病」的患者要注意咖啡因的

攝取。少數人攝取達 300 毫克以上，緊張、焦慮的程度就

會上升，甚至引發恐慌症。

(7)增加鈣質及維生素 B 群的流失

(8)服用藥物時，最好避免同時攝取咖啡因，以免產生藥效

抵銷或加乘效果。

(9)食用「過量」可能會有心悸、焦慮、失眠、嘔吐或下痢

等症狀的發生，甚至使思考力降低。

29

4、萃取原理

萃取(Extration):

是有機化學實驗中用來提取和純化化合物的手段之一。通過萃取，

能從固體或液體混合物中提取出所需要的化合物。兩個物體之間，

我們要把某一個目標物或某一個成分把它給抓出來，稱之為萃取。

萃取原理如下圖：

而

此次

實驗原理為利用咖啡因能溶在水中但更可溶在有機溶劑裡的特性，

而用不同的溶劑及方法將其從樣品中萃取。萃取後利用咖啡因的在

178℃時昇華的特性，將萃取後溶液加熱維持在 200℃使之結晶。30

某些物質在固態時有相當高的蒸氣壓，若物質直接由固體變成氣體

就稱為昇華。昇華是純化固體有機物的一個方法，常可得到較高純

度的產物。

31

5、實驗目的

由於大多數人經常在精神不濟時食用含有咖啡因食品，普遍來說

大多數咖啡因攝取來源皆是藉由市面上販售的咖啡或茶飲品獲得，

藉以提振精神，又有鑑於報章雜誌與科學研究中提供許多有關咖啡

因對人體的影響，使我們想進一步探求日常生活中的常見飲品之咖

啡因含量，即可推知實際飲入咖啡因之量。因此我們此次實驗目的

為：

(1)了解茶葉中咖啡因的萃取方法。 此次實驗所學的兩種方法為「液、液萃取法」和「固、液萃取

法」。(2)比較紅茶、烏龍茶的咖啡因含量。 本實驗為探討發酵程度不同之茶葉中咖啡因的含量，及兩種萃取

32

法(固液、液液)哪種較有效率。

33

6、實驗方法

6.1.1 水萃取： 萃取是利用有機化合物在兩種不互溶（或微溶）的溶劑中

的溶解度或分配比不同而得到分離。加入溶劑再經過充分混

合後，原溶液中的溶質轉移而溶於所加的溶劑內，分離後，

即溶質被所加的溶劑萃取而出，再經過蒸餾的方法趕去加入

的溶劑，就可以得到溶質了。我們可以用與水不互溶的有機

溶劑從水溶液中萃取有機化合物來說明。在一定的溫度下，

有機物在有機相中和在水相中濃度比為一常數（分配係數）。

由於有機物在有機溶劑中溶解度比水中大，因此可以用有機

溶劑將有機物從水中萃取出來。用一定量的溶劑一次或分幾

次從水中萃取有機物，並比較其萃取效率。第一次實驗利用

34

二氯甲烷與兩種不互溶的特性作為實驗的有機溶劑，然後分

成四次萃取咖啡因然後再利用昇華法可得純咖啡因。

35

6.1.2 酒精萃取： 固體物質得萃取通常藉助於 Soxhlet（索氏萃取器），是

利用溶劑迴流及虹吸原理，使固體有機物連續多次被純溶劑

萃取，它具有萃取效率較高的特點及節省溶劑的優點。 使用研缽研磨茶葉，加入乙醇，然後使用索氏萃取器加熱

迴流然後加入氧化鈣去除水分冷卻，加熱昇華及得咖啡因結

晶。

36

6.2 實驗流程圖 6.2.1 水萃取實驗流程圖

37

精秤 8 克茶葉

精秤 3 克碳酸鈣

加入 100ml去離子水

將茶水抽氣過濾

煮沸迴流 25 分鐘

待冷卻至室溫後加入二氯甲烷萃取(分 3 次萃取)

38

6.2.2酒精萃取實驗流程圖

39

殘留液蓋上錶玻璃加熱

過濾

將濾液蒸餾至剩少許的二氯甲烷

萃取液加入無水硫酸鎂除水

得到咖啡因結晶

精秤 15 克茶葉

加入 140ml乙醇

加熱迴流至發生 6 次虹吸現象

蓋上錶玻璃加熱得咖啡因結晶

加入 4 克氧化鈣加熱攪拌成粉狀

將濾液用簡單蒸餾至 10ml

6.3 實驗藥品及器材 6.3.1 水萃取實驗藥品及器材藥品 器材碳酸鈣 鐵架、鐵圈二氯甲烷 抽氣過濾瓶氯化鈉 分液漏斗無水硫酸鎂 白瓷漏斗

錶玻璃冷凝管

6.3.2酒精萃取實驗藥品及器材藥品 器材乙醇 球型冷凝管氧化鈣 索式提取器

40

蒸發皿錶玻璃

41

6.4 實驗步驟6.4.1 水萃取實驗步驟

(1)精秤 8 克與 15 克

的茶葉，放入

250ml燒瓶，加入 3

克的碳酸鈣與去離

子水 100ml，裝上

冷凝管煮沸 25 分鐘。

(2)裝好抽水過濾器，將茶葉過濾。

42

(圖 1)迴流裝置圖

(圖 2)抽氣過濾(3)過濾完後，將濾液倒入分液漏斗中，加入 10ml二氯甲

烷萃取，將萃取層收集起來，其他茶葉濾液繼續加入二氯

甲烷萃取 2 次，每次萃取必須劇烈搖晃 20 次直到氣體排光。

(圖 3)分液漏斗中茶葉與萃取溶劑之分層43

(4)收集 3 次的萃取液後，加入無水硫酸鎂除水，將無水硫

酸鎂過濾後，把澄清濾液緩緩加熱至剩 15ml為止。

(圖 4) 除水後之濾液

(5)將 15ml 的萃取液上面覆蓋錶玻璃，緩緩加熱昇華即可

在玻璃上收集到白色咖啡因結晶，刮下秤重並計算每克的

茶葉含有多少咖啡因。

44

(圖 5)咖啡因結晶

45

6.4.2酒精萃取實驗步驟(1)精秤 15 克茶葉，放入研缽中磨成粉狀，倒入濾紙桶，

在圓底燒瓶裡加 140ml乙醇。

(2)安裝好索氏萃取器(Soxhlet)與球型冷凝管，將濾紙筒放

入索氏提取器內加熱迴流。

(圖 6)索氏萃取器裝置圖

(3)直到發生 6 次虹吸現象，虹吸管內顏色變淡，當冷凝液

剛虹吸下去時，立即停止加熱。46

47

(4)將濾液蒸餾，直到剩

10ml黏稠狀液體。

(5)將液體倒至蒸發

皿內，加入 4 克的

氧化鈣(生石灰)，

攪拌成糊狀，將蒸

發皿緩緩加熱，不

斷攪拌除去水分，

直到變成粉末狀。

48

(圖 7)蒸餾後之濾液

(圖 8)除水過程

(圖 9)除水後成粉末狀

(5)冷卻後蓋上濾紙，加熱昇華即可收集長在濾紙上的白色

咖啡因結晶。

(圖 10)咖啡因結晶

49

7、實驗結果與討論 7.1 實驗數據 7.1.1 水萃取實驗數據

實驗編號

茶葉重(g)

碳酸鈣(g)

二氯甲烷(ml)

萃取次數

咖啡因(g)

咖啡因含量(%)

紅茶 1 8.1670 3 10 3 0.2537 3.11%紅茶 2 8.1094 3 10 4 0.2612 3.22%紅茶 3 15.0269 5 10 3 0.4706 3.13%紅茶 4 15.0950 5 10 4 0.4879 3.23%隔夜紅茶 15.1142 5 10 3 0.5141 3.40%

烏龍茶1

8.0754 3 10 3 0.1098 1.36%

烏龍茶2

8.2103 3 10 4 0.1177 1.43%

烏龍茶3

15.0798 5 10 3 0.2026 1.34%

烏龍茶4

15.1044 5 10 4 0.2204 1.46%

隔夜烏龍 15.1048 5 10 3 0.2554 1.69%

7.1.2酒精萃取實驗數據50

實驗樣品 茶葉重

(g)乙醇(ml)

氧化鈣(g)

虹吸次數 咖啡因

(g)

咖啡因含量(%)紅茶 15.2730 140 4 6 0.6023 3.94%

烏龍茶 15.0609 140 4 6 0.2891 1.92%

7.2 實驗數據圖

8克萃取 3次 8克萃取 4次 15克萃取 3次 15克萃取 4次3.04%

3.06%

3.08%

3.10%

3.12%

3.14%

3.16%

3.18%

3.20%

3.22%

3.24%

3.11%

3.22%

3.13%

3.23%

萃取次數 (次 )

咖啡因含量%

(圖 11) 萃取次數對咖啡因萃取之影響(紅茶)

51

8克萃取 3次 8克萃取 4次 15克萃取 3次 15克萃取 4次1.28%

1.30%

1.32%

1.34%

1.36%

1.38%

1.40%

1.42%

1.44%

1.46%

1.48%

1.36%

1.43%

1.34%

1.46%

萃取次數 (次 )

咖啡因含量%

(圖 12) 萃取次數對咖啡因萃取之影響(烏龍茶)

由(圖 11)(圖 12)可以了解萃取次數越多次，萃取出的咖啡因越多。

立即 隔夜2.95%

3.00%

3.05%

3.10%

3.15%

3.20%

3.25%

3.30%

3.35%

3.40%

3.45%

3.13%

3.40%

時間

咖啡因含量(

%)

(圖 15) 立即與隔夜萃取之比較(紅茶)

52

立即 隔夜0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

1.40%

1.60%

1.80%

1.34%

1.69%

時間

咖啡因含量(

%)

(圖 16) 立即與隔夜萃取之比較(烏龍茶)

由(圖 15)與(圖 16)可以發現茶葉浸泡越久，萃取出咖啡因越多。

53

紅茶 烏龍茶0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

3.50%

4.00%

4.50%

3.94%

1.92%

茶葉種類

咖啡因含量(

%)

(圖 17) 索氏萃取法之紅茶與烏龍茶比較由(圖 17)可以發現紅茶的咖啡因含量比烏龍茶咖啡因含量多。

54

8、結論 本次專題實驗主要是從烏龍、紅茶中萃取咖啡因，在此次專題中發現，紅茶的咖啡因含量比烏龍茶的咖啡因含量還多，因為紅茶發酵氧化時間比烏龍茶久，是介於半發酵與全發酵之間，所以咖啡因含量會比較多，而在萃取咖啡因時，煮好的茶需要先加入醋酸鈣在萃取，因為煮過的茶葉會溶出鞣酸雜質，為了要去除這項雜質就要用醋酸鈣使鞣酸生成鈣鹽沉澱再將之過濾，如果使用液、液萃取法在要分離萃取液時可以加入一滴水判斷何者為有機層，不溶者為有機層，溶者為水層，這樣就很好判斷哪一層是我們要的有機層。 此專題實驗用了兩種方法來萃取出咖啡因，液、液萃取法與固、液萃取法，發現使用固、液萃取法萃取出來的咖啡因會比使用液、液萃取法多，因為使用分液漏斗時，需要用手搖還不能搖晃過量，不然就會出現乳化現象，使的萃取量減少，而使用索氏萃取器就沒有這種問題，如果發生乳化現象的話，必需將其靜置或加入濃氯化鈉。

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9、參考文獻1、島尾伸三，“茶葉的種類”，茗茶暗訪，2001/05/11，p.38

2、自由時報電子報，2012/07/17，http://www.libertytimes.com.tw/

3、T.R. Reid，“咖啡因”，《國家地理雜誌》，2005 年一月號，p.15

4、T.R. Reid，“咖啡因”，《國家地理雜誌》，2005 年一月號，p.16

5、益富營養中心，http://www.enutrition.com.tw

6、T.R. Reid，“咖啡因” ，《國家地理雜誌》，2005 年一月號。p.26

7、T.R. Reid，“咖啡因” ，《國家地理雜誌》，2005 年一月號。p.10

8、中華民國消費者文教基金網，2005 年十一月二十二號， http://www.consumers.org.tw/unit412.aspx?id=559

9、T.R. Reid，“咖啡因”，《國家地理雜誌》，2005 年一月號，P.11

10、崴達健康網，http://www.wedar.com/index.htm

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11、時代聯合咖啡用品有限公司，http://www.zhongguocoffee.com

12、T.R. Reid，“咖啡因”，《國家地理雜誌》，2005 年一月號，P.29

13、網路醫療村，http://www.medicalvillage.org.tw

14、T.R. Reid，“咖啡因”，《國家地理雜誌》，2005 年一月號，P.27

參考影片http://www.youtube.com/watch?v=SmKFnDNB31A

http://v.youku.com/v_show/id_XMTgzODAxMTE2.html

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