水酶法提取茶葉籽油及副產(chǎn)物茶皂素工藝研究

王曉琴

水酶法提取茶葉籽油及副產(chǎn)物茶皂素工藝研究

王曉琴

(華僑大學(xué)化工學(xué)院，廈門 361021)

我國茶葉籽資源豐富但開發(fā)利用極為有限，采用纖維素酶開展茶葉籽油水酶法提取工藝研究，并對提取廢棄液中茶皂素溶出率進(jìn)行了測定。結(jié)果表明各因素對出油率影響次序?yàn)槊赣昧浚玖弦罕龋久附鉁囟龋久附鈺r(shí)間且均達(dá)極顯著水平，最佳工藝條件為酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解溫度60℃、酶解時(shí)間3．5 h，驗(yàn)證試驗(yàn)中茶葉籽出油率為23．8%;廢棄液中的茶皂素溶出率最高可達(dá)6．8%。以上結(jié)果為茶葉籽油提取開發(fā)提供了基礎(chǔ)資料及理論依據(jù)。

茶葉籽油 茶皂素 纖維素酶 水酶法

我國作為產(chǎn)茶大國茶樹種植面積達(dá)1 600萬畝，保守估計(jì)每年茶葉籽產(chǎn)量80萬噸［1－2］，如此豐富茶葉籽資源尚未廣泛開發(fā)利用，這在產(chǎn)茶大省福建境內(nèi)表現(xiàn)尤為突出，絕大部分茶葉籽廢棄田間自生自滅。茶葉籽含油量約30%，油脂組成與橄欖油類似具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，且茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)10%左右［3－4］，其開發(fā)利用將大力促進(jìn)茶區(qū)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。水酶法是一種較為先進(jìn)的油脂提取技術(shù)，可利用酶降解纖維素、果膠等植物細(xì)胞壁組成部分幫助油脂釋放，處理?xiàng)l件溫和，避免高溫處理導(dǎo)致食用油苯并芘等間接致癌物超標(biāo)可能等問題，具有“安全、高效、綠色”等特點(diǎn)，在菜籽、玉米胚芽、玫瑰果、向日葵、油茶等不同油料作物開發(fā)上均見研究報(bào)道［5－9］。本研究采用水酶法開展茶葉籽油提取工藝研究，并同時(shí)對提取工藝副產(chǎn)物茶皂素溶出率進(jìn)行測定，旨在為茶葉籽的綜合開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1．1 材料與儀器

鐵觀音茶葉籽(粗脂肪30．2%、蛋白質(zhì)11．2%、茶皂素10．9%、灰分 3．4%、水分 5．8%):安溪茶葉科學(xué)研究所。

纖維素酶:北京索萊寶科技有限公司;無水乙醚、硫酸:國際集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;無水乙醇:北京宗榮寶科技有限公司;香蘭素、香草醛:阿拉丁公司。

DF－I集熱式磁力攪拌器:江蘇省榮華儀器制造有限公司;RE52CS旋蒸蒸發(fā)器:上海亞榮生化儀器廠;SHZ－D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵:上海賀德實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;V－1200型可見分光光度計(jì):上海美譜達(dá)儀器有限公司。

1．2 試驗(yàn)方法

1．2．1 提取工藝流程

出油率測定:出油率=油樣質(zhì)量/茶籽粉質(zhì)量(10 g)×100%

茶皂素溶出率測定:采用濃硫酸－香草醛法［9］測定廢棄液中茶皂素濃度。

茶皂素溶出率=茶皂素濃度×廢棄液體積/茶籽粉質(zhì)量(10 g)×100%

1．2．1 單因素試驗(yàn)

1．2．1．1 酶用量對出油率及茶皂素溶出率的影響

在料液比為1∶4(g∶mL)、酶解溫度為55℃條件下酶解 2．5 h，考察酶用量 6、24、42、60、78 U/g(茶葉籽粉)對出油率的影響，同時(shí)對提取工藝副產(chǎn)物茶皂素溶出率進(jìn)行測定。

1．2．1．2 料液比對出油率及茶皂素溶出率的影響

在酶用量42 U/g、酶解溫度為55℃條件下酶解2．5 h，考察料液比 1∶2、1∶3、1∶4、1∶5 及 1∶6 對出油率的影響，同時(shí)對提取工藝副產(chǎn)物茶皂素溶出率進(jìn)行測定。

1．2．1．3 酶解溫度對出油率及茶皂素溶出率的影響

在酶用量42 U/g、料液比為1∶4酶解2．5 h條件下，考察酶解溫度45、50、55、60及65℃對出油率的影響，同時(shí)對提取工藝副產(chǎn)物茶皂素溶出率進(jìn)行測定。

1．2．1．4 酶解時(shí)間對出油率及茶皂素溶出率的影響

在酶用量42 U/g、料液比為1∶4、酶解溫度為55 ℃條件下，考察酶解時(shí)間 0．5、1．5、2．5、3．5 及4．5 h對出油率的影響，同時(shí)對提取工藝副產(chǎn)物茶皂素溶出率進(jìn)行測定。

1．2．2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，開展L9(34)正交試驗(yàn)。以出油率為試驗(yàn)指標(biāo)，設(shè)置4因素3水平試驗(yàn)。每個試驗(yàn)組合重復(fù)3次，結(jié)果取其平均值。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平表

2 結(jié)果與分析

2．1 酶用量對出油率及茶皂素溶出率的影響

酶用量對出油率及茶皂素溶出率的影響見圖1。當(dāng)酶用量由6 U/g增至60 U/g，纖維素酶對細(xì)胞壁中的纖維素降解更為充分，從細(xì)胞中釋放的油脂和茶皂素逐漸增多，茶皂素對于油脂提取具有兩方面的影響，一方面可減低料液黏度，利于油脂提取;同時(shí)皂素與脂肪形成膠束，形成乳濁液難以分離［11］。圖1表明10 g茶籽粉中加入600 U酶，即酶用量為60 U/g時(shí)出油率最高達(dá)22．3%，而再繼續(xù)增加酶用量茶皂素溶出率繼續(xù)增加而出油量下降。這可能由于上述茶皂素的雙向作用，其中機(jī)理尚待進(jìn)一步研究。

圖1 酶用量對出油率及茶皂素溶出率的影響

2．2 酶解溫度對出油率和茶皂素溶出率的影響

隨著酶解溫度不斷升高，纖維素酶酶活不斷增強(qiáng)，當(dāng)酶解溫度升至60℃酶用量僅為42 U/g出油率也高達(dá)22．3%，當(dāng)溫度升至65℃酶活下降出油率隨之降低(圖2)。可能由于隨著溫度升高茶皂素在水中的溶解度不斷增大，其溶出率隨著溫度升高不斷增大。由圖2可見，酶解溫度60℃為茶葉籽油提取工藝的最適溫度。

圖2 酶解溫度對出油率和茶皂素溶出率的影響

2．3 料液比對出油率和茶皂素溶出率的影響

料液比為1∶2至1∶5之間出油率和茶皂素溶出率隨著料液比增大而增加，當(dāng)料液比為1∶6時(shí)出油率下降而茶皂素溶出率繼續(xù)上升(圖3)。這可能由于隨著料液比增大酶濃度在料漿中減小而影響了油脂的提取，而茶皂素隨著料液比增加溶解度不斷增大，同時(shí)與油脂作用影響后者提取。圖3表明茶葉籽油提取工藝的最佳料液比為1∶5。

圖3 料液比對出油率和茶皂素溶出率的影響

2．4 酶解時(shí)間對出油率和茶皂素溶出率的影響

酶解時(shí)間對出油率和茶皂素溶出率影響如圖4所示。隨著酶解時(shí)間的延長出油率和茶皂素溶出率不斷增大，當(dāng)酶解時(shí)間為3．5 h出油率最大，繼續(xù)延長1 h出油率下降而茶皂素溶出率繼續(xù)增加至6．8%，在茶籽油提取工藝中副產(chǎn)物茶皂素溶出率均小于其在茶葉籽含量(約10%)，在提油工藝中不可同時(shí)兼顧茶皂素最佳工藝條件，酶解3．5 h是茶葉籽油提取工藝中最適處理時(shí)間(圖4)。

圖4 酶解時(shí)間對出油率和茶皂素溶出率的影響

2．5 正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果極差和方差分析表明，對出油率各因素影響次序?yàn)锳酶用量＞C料液比＞B酶解溫度＞D酶解時(shí)間，均極顯著影響出油率，茶葉籽油提取工藝最優(yōu)組合為A2B2C2D2，即酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解溫度 60 ℃、酶解時(shí)間 3．5 h(表 2，表3)。在此條件下開展3次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，出油率分別為 23．6%、23．8%及 23．9%，平均值為 23．8%，高于正交試驗(yàn)結(jié)果中最高值22．7%，支持A2B2C2D2為最優(yōu)工藝條件篩選結(jié)論。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

正交試驗(yàn)同時(shí)測定了茶皂素溶出率，極差分析表明最優(yōu)組合出現(xiàn)在正交設(shè)計(jì)中，即A1B3C3D3，茶皂素溶出率為6．7%，低于單因素試驗(yàn)結(jié)果6．8%。因本研究旨在研究茶葉籽油的提取工藝，所以茶皂素正交試驗(yàn)結(jié)果在此略去。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

3 結(jié)論

以鐵觀音茶籽為材料，采用纖維素酶開展茶葉籽油水酶法提取工藝研究，并探索了副產(chǎn)物茶皂素的得率，結(jié)果表明采用纖維素酶開展茶葉籽油水酶法提取，最佳工藝條件為酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解溫度60℃、酶解時(shí)間3．5 h，茶葉籽出油率為23．8%。另外提取廢棄液中可同時(shí)回收茶皂素，溶出率最高可達(dá)6．8%，表明水酶法在茶葉籽綜合開發(fā)上具有技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)提取油脂和茶皂素具有廣闊的應(yīng)用前景。

志謝:馬英、彭婷等同學(xué)參加了本研究試驗(yàn)工作，在此一并志謝!

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Study on Aqueous Enzymatic Extraction of Tea－seed Oil and Tea Saponin

Wang Xiaoqin
(Huaqiao University，Xiamen 361021)

The resource of tea seeds is abundant but has not been developed and utilized widely in our country．In this paper，the research of aqueous enzymatic extraction of tea－seed oil was performed with cellulase and the leaching rate of tea saponin extracted from waste solution was determined as well．The results showed that the optimum extraction parameters were cellulase dose 60 U/g，solid/liquid 1∶5，extraction temperature 60℃ and extraction time 3．5 h and the influence sequence was cellulase dose＞solid/liquid ratio＞enzymolysis temperature＞enzymolysis time．Under the conditions above，the oil yield ratio reached 23．8%and the maximum leaching rate of tea saponin in waste solution was up to 6．8%．The above results provided basic information and theoretical reference for extraction and development of tea seed oil．

tea－seed oil，tea saponin，cellulase，aqueous enzymatic extraction

TS225．1

A

1003－0174(2011)11－0076－04

泉州市科技計(jì)劃(2010N9)

2011－02－08

王曉琴，女，1977年出生，講師，博士，植物活性成分開發(fā)