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在红茶加工过程中，由多酚类物质经酶促氧化聚合缩合反应形成的水溶性有色氧化产物，为红茶色素（以下统称茶色素），包括茶黄素(Theaflavins,TFs)、茶红素(Thearubigins,TRs)、茶褐素(Thearubigins,TBs)等。本研究以红茶为原料，采用低共熔溶剂萃取、亚临界水萃取两种新工艺，在单因素实验基础上，利用Box-Behnken（BBD）实验设计和响应面分析法（Response Surface Methodology,RSM）相结合对茶色素提取的两种新工艺条件进行优化，获得数学模型拟合和回归方程，通过Design Expert10.0.0软件分析和预测模型试验验证，确定茶色素提取最佳工艺条件。利用大孔树脂对提取得到的茶色素粗品进行纯化，应用红外光谱和电镜扫描分析茶色素纯品的理化性质，比较DPPH和超氧阴离子自由基的清除能力评价茶色素纯品的抗氧化活性。以茶色素纯品为原料，研制出茶色素含片。本研究为探索绿色无毒高效的茶色素提取新工艺与应用提供科学依据，实验结论如下：
1.低共熔溶剂提取茶色素的工艺参数响应面优化
以红茶为原料，根据茶色素的特性，设计出13种绿色无毒的低共熔溶剂（DES）。以常规沸水提取茶色素为对照，分析对比不同提取方法得到的茶黄素（TF）、茶红素（TR）、茶褐素（TB）以及茶色素总含量（TP）差异。
（1）筛选出氯化胆碱为氢键受体的低共熔溶剂：采用氯化胆碱-乳酸进行单因素及响应面优化实验。以茶色素总含量为指标，提取时间（A）、DES含水率（B）、料液比（C）为影响因子，通过响应曲面优化法对实验数据进行多元回归分析，得到茶色素总量（TP）的二阶方程式：
YTP=27.85+2.79A+1.26B-6.65C–1.55AB+2.35AC–3.95BC+0.31A2+2.57B2–8.64C2
茶色素总量（TP）模型的F值为73.1，P＜0.0001，失拟项P值为0.3357不显著，R2为0.9895，说明该模型达到极显著水平且拟合成功，提取茶色素的最佳工艺条件为：氯化胆碱-乳酸的摩尔比1:4，提取时间30min、氯化胆碱-乳酸的含水率80%，料液比1:18.51。验证实验结果得到提取的TF、TR、TB、TP含量分别为1.40%、20.48%、11.63%、33.51%，且各项因子对总茶色素提取的影响：料液比（C）＞提取时间（A）＞DES含水率（B）。对比沸水提取的茶色素含量，其中TF含量提高了324.24%，TR含量提高了137.59%，TB含量提高了4.12%，TP总量提高了66.22%。
（2）筛选出以甜菜碱为氢键受体的低共熔溶剂：采用甜菜碱-甘油进行单因素及响应面优化实验。以茶色素总含量为指标，DES含水率（A）、DES摩尔比（B）、料液比（C）为影响因子，通过响应曲面优化法对实验数据进行多元回归分析，得到茶色素总量（TP）的二阶方程式：
YTP=36.06–5.02A–3.46B+10.99C+9.82AB+9.70AC+2.20BC+9.55A2+8.33B2+1.98C2
茶色素总量（TP）模型的F值为57.06，P＜0.0001，失拟项P值为0.1183不显著，R2为0.9866，说明该模型达到显著水平且拟合成功，确定甜菜碱-甘油组成的低共熔溶剂提取茶色素的最佳工艺条件为：提取时间30min，甜菜碱-甘油的含水率40%，甜菜碱-甘油的摩尔比1:1，料液比1:20。验证实验结果得到TF、TR、TB、TP含量分别为1.39%、14.37%、38.96%、54.72%，且各项因子对总茶色素提取的影响：料液比（C）＞DES含水率（A）＞DES摩尔比（B）。对比沸水提取的茶色素含量，其中TF含量提高了321.21%，TR含量提高了66.71%，TB含量提高了248.79%，TP总量提高了171.43%。但是，此提取方法分析结果发现茶褐素TB含量偏高，可能是由于甜菜碱-甘油低共熔溶剂与茶叶中的某些化学成分发生反应或者存在什么不明成色机制，导致按照常规的方法检测分析时，茶色素中的茶褐素TB含量偏高。该问题有待于进一步深入研究。
2.亚临界水提取茶色素的工艺参数响应面优化
以红茶为原料，利用亚临界水提取茶色素，常规沸水提取茶色素为对照，比较提取得到的浸提液中茶黄素、茶红素、茶褐素以及茶色素总含量，并进行单因素及响应面优化实验。以茶色素总量为指标，料液比（A）、提起温度（B）、提取时间（C）为影响因子，通过响应曲面优化法对实验数据进行多元回归分析，得到各项总茶色素（TP）提取含量的二阶方程式：
YTP=23.80-4.38A+0.50B-0.13C+1.07AB+1.05AC+0.54BC+2.94A2-2.71B2-1.30C2
茶色素总量（TP）模型的F值为16.49，P＜0.0001，失拟项P值为0.0567不显著，R2为0.955，说明该模型达到极显著水平且拟合成功，得到亚临界水提取茶色素的最佳工艺条件为：料液比1:50，提取温度138.1℃，提取时间9.87min。验证实验结果得到TF、TR、TB、TP含量分别为1.31%、14.37%、13.34%、29.02%，且各项因子对总茶色素提取的影响：料液比（A）＞提取温度（B）＞提取时间（C）对比沸水提取的茶色素含量，其中TF含量提高了296.96%，TR含量提高了66.71%，TB含量提高了19.43%，TP含量提高了159.80%。
3.树脂吸附纯化茶色素的研究
比较AB-8、D101和HPD500三种型号的树脂对茶色素粗品的静态吸附和解吸效果，以沸水提取茶色素、氯化胆碱-乳酸提取茶色素、甜菜碱-甘油提取茶色素、亚临界水提取色素为试验材料，筛选出纯化这4组茶色素粗品各自最适的大孔树脂，并通过单因素实验确定其最佳静态吸附条件。结果表明，沸水提取得到的茶色素最适大孔树脂为AB-8，静态吸附纯化最适条件为：吸附时间120min，色素溶液pH值4、80%乙醇解吸。氯化胆碱-乳酸提取得到的茶色素最适大孔树脂为HPD500，静态吸附纯化最适条件为：吸附时间100min，色素溶液pH值2、80%乙醇解吸。甜菜碱-甘油提取得到的茶色素最适大孔树脂为D101，静态吸附纯化最适条件为：吸附时间40min，色素溶液pH值2、60%乙醇解吸。亚临界水提取得到的茶色素最适大孔树脂为AB-8，静态吸附纯化最适条件为：吸附时间100min，色素溶液pH值4、95%乙醇解吸。茶色素通过大孔树脂纯化后，去除了杂质，提高了各组茶色素的含量。其中沸水提取组茶色素总含量相对提高了74.70%，氯化胆碱-乳酸提取组茶色素总含量相对提高了173.83%，甜菜碱-甘油提取组茶色素总含量相对提高了68.79%，亚临界水提取组茶色素总含量相对提高了151.72%。
4.茶色素纯品的理化性质及抗氧化活性分析
利用红外光谱和电镜扫描鉴定4组茶色素纯品：红外光谱分析结果表明，沸水提取的茶色素纯品与亚临界水提取的茶色素纯品红外光谱曲线一致，都具有芳烃和C=O的吸收谱带；电镜扫描分析结果表明，沸水提取的茶色素纯品为平滑的片状表面，颗粒之间紧密聚集，亚临界水提取得到的茶色素纯品，为不规则的微孔结构，表面凹凸不平，结构变得更疏松，空隙更大色素粉粒分布更均匀，而低共熔溶剂提取得到的茶色素纯品，为浓凝胶状，通过冷冻干燥无法得到固体成品，无法进行电镜扫描分析。
采用对DPPH和超氧阴离子自由基的清除率评价4种茶色素纯品的抗氧化活性，检测结果表明：各组茶色素都具有一定的抗氧化能力，其中利用新型工艺提取氯化胆碱-乳酸、甜菜碱-甘油、亚临界水）的茶色素对DPPH清除能力明显优于常规沸水提取得到的茶色素；氯化胆碱-乳酸组提取的茶色素对O2-的清除效果优于常规沸水提取得到的茶色素。
5.茶色素含片研制
以纯化后的茶色素为原材料，以生粉、薄荷冰、阿斯巴甜为添加料，以硬脂酸镁为润滑剂，菠萝粉为填充剂，采用正交实验设计进行多种配料比，加工茶色素含片。以茶色素含片的感官评价结果为标准，经品鉴得出：纯化后的茶色素（3%）、生粉（40%）、薄荷粉（4%）、阿斯巴甜（10%）、菠萝粉（42%）、硬脂酸镁（1%）为工艺参数，制作出来的茶色素含片感官审评结果最佳，效果最好。
1.低共熔溶剂提取茶色素的工艺参数响应面优化
以红茶为原料，根据茶色素的特性，设计出13种绿色无毒的低共熔溶剂（DES）。以常规沸水提取茶色素为对照，分析对比不同提取方法得到的茶黄素（TF）、茶红素（TR）、茶褐素（TB）以及茶色素总含量（TP）差异。
（1）筛选出氯化胆碱为氢键受体的低共熔溶剂：采用氯化胆碱-乳酸进行单因素及响应面优化实验。以茶色素总含量为指标，提取时间（A）、DES含水率（B）、料液比（C）为影响因子，通过响应曲面优化法对实验数据进行多元回归分析，得到茶色素总量（TP）的二阶方程式：
YTP=27.85+2.79A+1.26B-6.65C–1.55AB+2.35AC–3.95BC+0.31A2+2.57B2–8.64C2
茶色素总量（TP）模型的F值为73.1，P＜0.0001，失拟项P值为0.3357不显著，R2为0.9895，说明该模型达到极显著水平且拟合成功，提取茶色素的最佳工艺条件为：氯化胆碱-乳酸的摩尔比1:4，提取时间30min、氯化胆碱-乳酸的含水率80%，料液比1:18.51。验证实验结果得到提取的TF、TR、TB、TP含量分别为1.40%、20.48%、11.63%、33.51%，且各项因子对总茶色素提取的影响：料液比（C）＞提取时间（A）＞DES含水率（B）。对比沸水提取的茶色素含量，其中TF含量提高了324.24%，TR含量提高了137.59%，TB含量提高了4.12%，TP总量提高了66.22%。
（2）筛选出以甜菜碱为氢键受体的低共熔溶剂：采用甜菜碱-甘油进行单因素及响应面优化实验。以茶色素总含量为指标，DES含水率（A）、DES摩尔比（B）、料液比（C）为影响因子，通过响应曲面优化法对实验数据进行多元回归分析，得到茶色素总量（TP）的二阶方程式：
YTP=36.06–5.02A–3.46B+10.99C+9.82AB+9.70AC+2.20BC+9.55A2+8.33B2+1.98C2
茶色素总量（TP）模型的F值为57.06，P＜0.0001，失拟项P值为0.1183不显著，R2为0.9866，说明该模型达到显著水平且拟合成功，确定甜菜碱-甘油组成的低共熔溶剂提取茶色素的最佳工艺条件为：提取时间30min，甜菜碱-甘油的含水率40%，甜菜碱-甘油的摩尔比1:1，料液比1:20。验证实验结果得到TF、TR、TB、TP含量分别为1.39%、14.37%、38.96%、54.72%，且各项因子对总茶色素提取的影响：料液比（C）＞DES含水率（A）＞DES摩尔比（B）。对比沸水提取的茶色素含量，其中TF含量提高了321.21%，TR含量提高了66.71%，TB含量提高了248.79%，TP总量提高了171.43%。但是，此提取方法分析结果发现茶褐素TB含量偏高，可能是由于甜菜碱-甘油低共熔溶剂与茶叶中的某些化学成分发生反应或者存在什么不明成色机制，导致按照常规的方法检测分析时，茶色素中的茶褐素TB含量偏高。该问题有待于进一步深入研究。
2.亚临界水提取茶色素的工艺参数响应面优化
以红茶为原料，利用亚临界水提取茶色素，常规沸水提取茶色素为对照，比较提取得到的浸提液中茶黄素、茶红素、茶褐素以及茶色素总含量，并进行单因素及响应面优化实验。以茶色素总量为指标，料液比（A）、提起温度（B）、提取时间（C）为影响因子，通过响应曲面优化法对实验数据进行多元回归分析，得到各项总茶色素（TP）提取含量的二阶方程式：
YTP=23.80-4.38A+0.50B-0.13C+1.07AB+1.05AC+0.54BC+2.94A2-2.71B2-1.30C2
茶色素总量（TP）模型的F值为16.49，P＜0.0001，失拟项P值为0.0567不显著，R2为0.955，说明该模型达到极显著水平且拟合成功，得到亚临界水提取茶色素的最佳工艺条件为：料液比1:50，提取温度138.1℃，提取时间9.87min。验证实验结果得到TF、TR、TB、TP含量分别为1.31%、14.37%、13.34%、29.02%，且各项因子对总茶色素提取的影响：料液比（A）＞提取温度（B）＞提取时间（C）对比沸水提取的茶色素含量，其中TF含量提高了296.96%，TR含量提高了66.71%，TB含量提高了19.43%，TP含量提高了159.80%。
3.树脂吸附纯化茶色素的研究
比较AB-8、D101和HPD500三种型号的树脂对茶色素粗品的静态吸附和解吸效果，以沸水提取茶色素、氯化胆碱-乳酸提取茶色素、甜菜碱-甘油提取茶色素、亚临界水提取色素为试验材料，筛选出纯化这4组茶色素粗品各自最适的大孔树脂，并通过单因素实验确定其最佳静态吸附条件。结果表明，沸水提取得到的茶色素最适大孔树脂为AB-8，静态吸附纯化最适条件为：吸附时间120min，色素溶液pH值4、80%乙醇解吸。氯化胆碱-乳酸提取得到的茶色素最适大孔树脂为HPD500，静态吸附纯化最适条件为：吸附时间100min，色素溶液pH值2、80%乙醇解吸。甜菜碱-甘油提取得到的茶色素最适大孔树脂为D101，静态吸附纯化最适条件为：吸附时间40min，色素溶液pH值2、60%乙醇解吸。亚临界水提取得到的茶色素最适大孔树脂为AB-8，静态吸附纯化最适条件为：吸附时间100min，色素溶液pH值4、95%乙醇解吸。茶色素通过大孔树脂纯化后，去除了杂质，提高了各组茶色素的含量。其中沸水提取组茶色素总含量相对提高了74.70%，氯化胆碱-乳酸提取组茶色素总含量相对提高了173.83%，甜菜碱-甘油提取组茶色素总含量相对提高了68.79%，亚临界水提取组茶色素总含量相对提高了151.72%。
4.茶色素纯品的理化性质及抗氧化活性分析
利用红外光谱和电镜扫描鉴定4组茶色素纯品：红外光谱分析结果表明，沸水提取的茶色素纯品与亚临界水提取的茶色素纯品红外光谱曲线一致，都具有芳烃和C=O的吸收谱带；电镜扫描分析结果表明，沸水提取的茶色素纯品为平滑的片状表面，颗粒之间紧密聚集，亚临界水提取得到的茶色素纯品，为不规则的微孔结构，表面凹凸不平，结构变得更疏松，空隙更大色素粉粒分布更均匀，而低共熔溶剂提取得到的茶色素纯品，为浓凝胶状，通过冷冻干燥无法得到固体成品，无法进行电镜扫描分析。
采用对DPPH和超氧阴离子自由基的清除率评价4种茶色素纯品的抗氧化活性，检测结果表明：各组茶色素都具有一定的抗氧化能力，其中利用新型工艺提取氯化胆碱-乳酸、甜菜碱-甘油、亚临界水）的茶色素对DPPH清除能力明显优于常规沸水提取得到的茶色素；氯化胆碱-乳酸组提取的茶色素对O2-的清除效果优于常规沸水提取得到的茶色素。
5.茶色素含片研制
以纯化后的茶色素为原材料，以生粉、薄荷冰、阿斯巴甜为添加料，以硬脂酸镁为润滑剂，菠萝粉为填充剂，采用正交实验设计进行多种配料比，加工茶色素含片。以茶色素含片的感官评价结果为标准，经品鉴得出：纯化后的茶色素（3%）、生粉（40%）、薄荷粉（4%）、阿斯巴甜（10%）、菠萝粉（42%）、硬脂酸镁（1%）为工艺参数，制作出来的茶色素含片感官审评结果最佳，效果最好。