茶粕中茶皂素提取分離工藝的研究

唐鵬程 王文淵 朱龍軍（永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 永州 425100）

茶粕中茶皂素提取分離工藝的研究

唐鵬程 王文淵 朱龍軍（永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 永州 425100）

永州是油茶植物種植的大市，油茶種植面積約占全市的16.7%，居于湖南省的第二位。茶粕是油茶榨油后剩下的渣餅，里面富含豐富的茶皂素成分，茶皂素為齊敦果烷型五環(huán)三萜類皂苷，是一種性能優(yōu)良的非離子型天然表面活性劑，同時(shí)還具有抗癌、鎮(zhèn)痛及消炎等生理活性。本文以茶皂素產(chǎn)率為考察目標(biāo)，從pH、溫度、料液比、乙醇濃度等影響因素就茶皂素提取分離工藝進(jìn)行了單因素的研究，并對(duì)茶皂素的提取進(jìn)行了正交試驗(yàn)，最終確定了醇提茶皂素的最優(yōu)化工藝。

茶粕；茶皂素；定量分析；提?。患兓?/p>

目前，國(guó)內(nèi)外提取茶皂素的方法主要有有機(jī)溶劑法和水浸法，另外，還有在此基礎(chǔ)上推出的一些新方法，有機(jī)溶劑法常以乙醇或丁醇為浸提劑，該方法用時(shí)短，所得茶皂素純度高；而由于水浸法所得茶皂素純度低，限制了茶皂素的應(yīng)用范圍，一般不大使用。本文從油茶榨油后剩下的渣餅（茶粕）中茶皂素的提取純化著手，旨在提高對(duì)茶粕的利用率，以茶粕為原料，乙醇為浸提劑，對(duì)茶皂素的測(cè)定方法、提取工藝及分離工藝進(jìn)行了研究和優(yōu)化，提高了茶皂素的獲得率、降低了生產(chǎn)的成本。

1 茶粕中茶皂素的性質(zhì)

茶粕中茶皂素主要有三個(gè)特性。一是生理活性：包括溶血性，顯著的抗?jié)B透和消炎能力，抑制霉菌生長(zhǎng)的作用，此外，還具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)、殺菌殺蟲(chóng)、止咳鎮(zhèn)痛及怯痰消炎等多種生理功能；二是表面活性：茶皂素是一種性能優(yōu)良的天然表面活性劑，具有潤(rùn)濕、穩(wěn)泡、去污、乳化、分散、發(fā)泡等多種表面活性，還是制備水包油（O/W）型乳液的良好乳化劑；三是理化性質(zhì)：茶皂素水溶液為茶褐色，無(wú)不溶物，具有苦辛辣味，還能被氫氧化鋇、醋酸鉛、鹽基性醋酸鉛所沉淀，析出云狀物，而對(duì)氯化鋇和氯化鐵不產(chǎn)生沉淀。

2 常見(jiàn)的茶粕中茶皂素的分離提取技術(shù)的簡(jiǎn)介

目前所用的方法主要為水提法和有機(jī)溶劑法，水提法提取的茶皂素多為漿料，純度低、顏色深、質(zhì)量差，再次純化較困難；有機(jī)溶劑法與水提法相比，所得的茶皂素純度有明顯的提高，但有機(jī)溶劑法一次性投資較大，提取時(shí)間增加，產(chǎn)品獲得率不高，醇類溶劑有一定毒性，生產(chǎn)成本高，溶劑消耗大，工藝復(fù)雜，設(shè)備要求高，不利于茶皂素產(chǎn)品的工業(yè)化。此外，還有一些基礎(chǔ)方法上研制出的新方法，例如，水提-醇萃法、超聲波法、脫脂-浸提-脫色法以及稀酸、稀堿提取法等。

3 茶皂素提取分離工藝的研究

3.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)材料：

本實(shí)驗(yàn)所選用的實(shí)驗(yàn)儀器與材料均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。其中實(shí)驗(yàn)原材料油茶籽，由湖南金浩植物油有限公司提供。

本實(shí)驗(yàn)所需的化學(xué)試劑有：無(wú)水乙醇AR、濃硫酸AR、乙醚AR、氫氧化鈉AR、硫酸鉀AR、酒石酸鈉AR、甲基紅溶液AR、次甲基藍(lán)溶液AR、蒸餾水（由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求精度較高所以我們采用二次水的高純水作為實(shí)驗(yàn)用水）。

實(shí)驗(yàn)儀器：

86-1型微型植物試樣粉碎機(jī)（上海市美利達(dá)儀器有限公司）、BD-211電子分析天平（北京瑞利分析儀器公司）、DD-S型恒溫水浴鍋(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)、RGD-34型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）、SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空泵（上海亞榮生化儀器廠）、

FDZ-6200型真空干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)、VVX型分光光度計(jì)（北京瑞利分析儀器公司）、PLF-2013低速離心機(jī)（TIAN WAN儀器有限公司）、EFD-204水浴恒溫振蕩器（江蘇榮華儀器制造有限公司）、SZ93-1自動(dòng)雙重純水蒸餾器（上海市美利達(dá)儀器有限公司）、115-A pH計(jì)（上海市美利達(dá)儀器有限公司）。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)將乙醇作為實(shí)驗(yàn)材料的提取機(jī)對(duì)茶粕中的茶皂素進(jìn)行提取，通過(guò)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)將含有較多雜質(zhì)的茶皂素提取出來(lái)，實(shí)驗(yàn)步驟分為以下幾步：

（1）茶粕原材料的處理：經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室儀器的脫殼處理，將油茶籽處理為一定目數(shù)的均勻粉末，并使用有機(jī)溶劑將其處理得到可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)用的茶粕。（實(shí)驗(yàn)過(guò)程中值得注意的是對(duì)茶粕進(jìn)行處理時(shí)一定要注意脫脂，脫水量要達(dá)到試驗(yàn)要求）。

（2）對(duì)茶粕中的各類主要成分進(jìn)行測(cè)定：通過(guò)失重法對(duì)含水量進(jìn)行測(cè)定；使用灼燒法對(duì)灰度進(jìn)行測(cè)定；通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法對(duì)粗蛋白的含量進(jìn)行測(cè)定；采用滴定法對(duì)糖含量進(jìn)行測(cè)定；采用香草醛-濃硫酸比色法對(duì)茶皂素含量的進(jìn)行測(cè)定。

3.3 單因素試驗(yàn)

乙醇濃度的選擇：稱取8份重量均為7g的茶粕，分別置于250ml的燒瓶中，將pH值固定在7的位置。分別加入不同濃度的乙醇溶液0%，15%；30%；45%；50%；65%；80%；100%。將溫度控制在50oC，浸泡3個(gè)小時(shí)。過(guò)濾測(cè)定茶皂素的含量，從而判斷乙醇濃度對(duì)茶皂素提取的影響。

溫度的影響：稱取6份重量均為7g的茶粕，分別置于250ml的燒瓶中，將pH值固定在7的位置。分別加入不同溫度15oC；30oC；45oC；50oC；65oC；80oC。乙醇的濃度控制在65%，浸泡3個(gè)小時(shí)。過(guò)濾測(cè)定茶皂素的含量，從而判斷提取溫度對(duì)茶皂素提取的影響。

pH對(duì)茶皂素提取量的影響：稱取6份重量均為7g的茶粕，分別置于250ml的燒瓶中，將溫度控制在65oC。分別加入不同pH 5；6；7；8；9；10。乙醇的濃度控制在65%，浸泡3個(gè)小時(shí)。過(guò)濾測(cè)定茶皂素的含量，從而判斷pH值對(duì)茶皂素提取的影響。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的收集與分析

將油茶籽進(jìn)行預(yù)處理能夠去除油茶籽的外殼，提高茶皂素的提取量，并且減少實(shí)驗(yàn)儀器的磨損，降低油茶籽殼中其他元素的影響。破碎均勻后的油茶籽能夠更好的進(jìn)行脫水脫脂。

茶粕中各類成分的組成

3.4.1 乙醇濃度對(duì)茶皂素提取率的影響：

從圖中能夠看出：茶皂素的得率隨著甲醇的濃度升高而降低。但是乙醇濃度過(guò)于低時(shí)，浸提難度會(huì)相應(yīng)增大，所以經(jīng)過(guò)我們的測(cè)試：選擇50%乙醇作為浸提劑，從圖中能夠看出此時(shí)得率為13.08%。

3.4.2 溫度對(duì)茶皂素提取率的影響：

從圖中能夠看出當(dāng)溫度控制在60oC到80oC時(shí)，茶皂素的獲取率為最高值的范圍，由于我們實(shí)驗(yàn)所用有機(jī)溶劑易于揮發(fā)，并且溫度升高，溶液粘性增加，淀粉糊化速度加快，阻止了茶皂素的析出，溫度過(guò)高會(huì)使得茶皂素分解，所以綜合各類影響，我們將提取分離的實(shí)驗(yàn)溫度定為70oC。

3.4.3 pH值對(duì)茶皂素提取量的影響：

從圖中能夠看出：茶皂素的得率隨著浸提液pH值的逐漸增大而增加，在pH值為10.0時(shí)，茶皂素得率達(dá)到最大值為14.01%。當(dāng)pH值大于10的時(shí)候，隨著數(shù)值的增加茶皂素的提取量逐漸降低，這可能是由于在堿性條件下，茶皂素本身所具有酸性特征與堿性作用，形成雜質(zhì)，影響了香草醛濃硫酸顯色反應(yīng)。所以經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，我們將實(shí)驗(yàn)的pH值確定為10。

3.5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)的乙醇濃度，實(shí)提取實(shí)驗(yàn)的溫度變化，和對(duì)pH值不同的情況下，對(duì)茶粕中茶皂素的提取率的研究，我們發(fā)現(xiàn)不同的乙醇濃度；提取溫度和pH值對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)影響非常明顯，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，我們將茶粕中茶皂素的分離提取工藝中的乙醇作為提取液時(shí)的濃度為：50%；提取反應(yīng)溫度為：70oC；提取液的pH值為10.將分離提取工藝的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化能夠取得最佳的茶皂素提取量。

4 茶皂素膜分離純化茶皂素工藝的研究及純化后的茶皂素含量測(cè)定

本文中采用了膜分離技術(shù)并且與樹(shù)脂聯(lián)用，對(duì)茶皂素進(jìn)行分離提純，通過(guò)陶瓷膜和納米濾膜進(jìn)行茶皂素提純。

4.1 提純所需要的材料以及儀器

實(shí)驗(yàn)所需的材料：茶粕以及原材料已經(jīng)在前文中給出，提純實(shí)驗(yàn)所需要的有：大孔徑樹(shù)脂；陶瓷膜。

實(shí)驗(yàn)所需要的儀器：紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)：311型，北京精密科學(xué)儀器有限公司；膜分離純化儀器：廣東大光膜分離設(shè)備工程有限公司；電熱恒溫水浴鍋：FF-11s型，河南省美麗儀器廠；多功能溢流循環(huán)超聲波萃取機(jī)

4.2 實(shí)驗(yàn)步驟

將茶皂素粗產(chǎn)品用于乙醇溶液中，配制成不同濃度的溶液，通過(guò)過(guò)濾膜進(jìn)行提純，搜集透過(guò)液進(jìn)行測(cè)定，來(lái)判斷不同的茶皂素的濃度對(duì)過(guò)濾效果的影響。

從圖中能夠看出，隨著茶皂素濃度的增大，茶皂素的透過(guò)率和膜通量都會(huì)有較為明顯的降低，當(dāng)茶皂素濃度從1%增加到2%的時(shí)候，透過(guò)率從73.11%很明顯的降到了32.19%；隨著茶皂素濃度不斷增加，下降趨勢(shì)漸漸平緩。在膜分離過(guò)程中，在濾膜表面會(huì)積攢下很多茶皂素殘?jiān)?，?dǎo)致溶質(zhì)在濾膜表面的濃度不斷地增加，在濃度梯度的作用下，溶質(zhì)由膜表面向本體溶液擴(kuò)散，從而形成邊界差，使流體阻力與局部滲透壓增大，導(dǎo)致膜通量降低。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)是油茶籽品種最多、分布最廣、產(chǎn)量最高的國(guó)家，但由于油茶榨油后剩下的渣餅中的茶皂素味苦、有毒，限制了它的應(yīng)用范圍，目前而言大部分油茶籽粕都被直接用作清塘劑或肥料使用，還有些被當(dāng)作燃料燒掉或廉價(jià)出口，給我國(guó)造成了巨大的資源浪費(fèi)。因此，能研究出合理的茶皂素提取分離工藝，并將其發(fā)展成為工業(yè)化產(chǎn)業(yè)顯得十分重要，新工藝的研究對(duì)我國(guó)的油茶種植、農(nóng)副產(chǎn)物綜合利用以及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等都具有深刻的意義。

[1]丁麗霞.油茶粕中茶皂素的降解及其利用研究[D].中南林業(yè)科技大學(xué)，2012.

[2]王成章.油茶中茶皂素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及提取分離工藝研究進(jìn)展[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè).2009(10)：18-21.

[3]黃福平.茶籽中茶皂素的分離純化及脫色工藝研究進(jìn)展[J].南方林業(yè)科學(xué).2015(01)：35-38.