超聲波輔助乙醇法提取茶皂素工藝優化

杜志欣，張崇堅，萬端極

（湖北工業大學資源與環境工程學院，湖北武漢 430068）

超聲波輔助乙醇法提取茶皂素工藝優化

杜志欣，張崇堅，萬端極

（湖北工業大學資源與環境工程學院，湖北武漢 430068）

以脫脂后的茶籽餅粕為原料，采用超聲波輔助乙醇法提取茶皂素，并用香草醛-濃硫酸顯色法測定茶皂素提取率。以茶皂素提取率為考核指標，通過單因素實驗和正交實驗確定最佳的提取工藝條件為：乙醇體積分數80%、超聲波功率400W、超聲波作用時間40min、溫度50℃、液料比8∶1（mL∶g），在此條件下，茶皂素提取率達到13.27%。

茶皂素；乙醇；超聲波輔助提??；香草醛-濃硫酸顯色法

茶皂素是從茶籽餅粕中提取得到的一種五環三萜類糖苷化合物［1］，由三部分組成，分別為糖體部分、有機酸部分和皂苷元部分［2］。其分子結構中有親水性的糖體和疏水性的苷元與有機酸，親水基和疏水基通過醚鍵連接。因此，茶皂素具有多種表面活性，如：分散、潤濕、乳化、去污、穩泡等［3－4］，被廣泛應用于日化、農藥、紡織、建材等行業，具有可觀的經濟效益［5］。

茶皂素主要通過水和有機溶劑進行提取，但存在提取率低、能耗高、周期長等缺陷。為降低能耗、提高提取率、縮短提取時間，作者在此采用超聲波輔助乙醇法提取茶皂素，并通過單因素實驗和正交實驗優化提取工藝條件，擬為茶籽餅粕中茶皂素的提取提供參考。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

茶籽餅粕產自湖北恩施。

茶皂素標準品，阿拉丁生物技術有限公司；去離子水；石油醚、氫氧化鈉、濃硫酸、香草醛、無水乙醇，均為國產分析純。

UV-2550型紫外可見分光光度計，日本島津公司；HDM1000型調溫恒溫電熱套，常州國華電器有限公司；超聲波清洗機，深圳潔康洗凈電器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 茶皂素的提取工藝流程

茶皂素的提取工藝流程如下：茶籽餅粕→粉碎→過60目篩→脫脂→抽濾→超聲波輔助提取→離心→干燥。

1.2.2 提取工藝優化

首先分別考察乙醇體積分數、超聲波功率、超聲波作用時間、溫度、液料比（mL∶g，下同）對茶皂素提取率的影響；然后根據單因素實驗結果，選擇乙醇體積分數、超聲波作用時間、溫度、液料比為考察因素，以茶皂素提取率為考核指標，進行L9（34）正交實驗優化提取工藝。

1.2.3 茶皂素提取率的測定［6］

香草醛上的醛基可與茶皂素C3和C12上的羥基發生反應形成縮醛，成為新的共軛體系而顯色［7］。因此，采用香草醛-濃硫酸顯色法測定茶皂素的含量：

1）溶液配制

8%香草醛溶液：香草醛0.8g溶于10mL無水乙醇中；77%硫酸溶液：濃硫酸（質量分數95%）77mL加到23mL去離子水中。

標準溶液：精密稱取經80℃干燥至恒質量的茶皂素標準品23.5mg，置于50mL容量瓶中，加80%（體積分數，下同）乙醇溶液適量使之溶解，稀釋到刻度，搖勻，即得。

供試溶液：精密稱取茶皂素樣品65.6mg，置于10 mL容量瓶中，加去離子水適量使之溶解，然后加去離子水稀釋到刻度，搖勻，即得。

2）標準曲線的繪制［7］

取0.5mL標準溶液，準確加入0.5mL的8%香草醛溶液，在冰水浴中加入4mL的77%硫酸溶液，搖勻，放入60℃水浴鍋中加熱15min，再放入冰水浴中冷卻10min，取出，以試劑為空白組，在紫外可見分光光度計上掃描，確定最大吸收波長。

分別取標準溶液0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4 mL、0.5mL、0.6mL，置于帶塞試管中，按上述方法加試劑反應后，在最大吸收波長下測定吸光度，并繪制標準曲線，建立回歸方程。

3）提取率的測定

取供試溶液0.5mL，置于帶塞試管中，按上述方法加試劑反應后，加水定容至10mL容量瓶中，在最大吸收波長下測定吸光度。計算茶皂素的質量濃度，按下式計算茶皂素提取率：

式中：c為茶皂素質量濃度，μg·mL－1；V為茶皂素水提液的總體積，mL；n為茶皂素水提液的稀釋倍數；m為茶籽餅的質量，mg。

2 結果與討論

2.1 最大吸收波長的確定（圖1）

圖1 茶皂素標準品的紫外可見吸收光譜Fig.1 UV-Vis Absorption spectrum of tea saponin standard

由圖1可看出，茶皂素標準品的紫外可見吸收光譜在550nm處有最大吸收峰。因此，確定最大吸收波長為550nm。

2.2 茶皂素的標準曲線

在550nm處測定不同濃度標準溶液的吸光度，以吸光度（x）為橫坐標、茶皂素質量濃度（y）為縱坐標繪制標準曲線（圖2），擬合得回歸方程為y＝32.733x＋1.6642，R2＝0.9911。

2.3 單因素實驗結果

2.3.1 乙醇體積分數對茶皂素提取率的影響

圖2 茶皂素的標準曲線Fig.2 Standard curve of tea saponin

在超聲波功率為400W、超聲波作用時間為30 min、溫度為50℃、液料比為8∶1的條件下，考察乙醇體積分數對茶皂素提取率的影響，結果見圖3。

圖3 乙醇體積分數對茶皂素提取率的影響Fig.3 Effect of ethanol volume fraction on extraction rate of tea saponin

由圖3可知，隨著乙醇體積分數的增大，茶皂素提取率先升高后降低，在乙醇體積分數為80%時提取率達到最高。這是因為，增大乙醇體積分數，可以減少蛋白、膠體等雜質溶出，有利于茶皂素的溶出；但是茶皂素不溶于純的無水乙醇，乙醇體積分數過大提取率反而降低［8］。因此，乙醇體積分數以80%為宜。

2.3.2 超聲波功率對茶皂素提取率的影響

在乙醇體積分數為70%、超聲波作用時間為30 min、溫度為50℃、液料比為8∶1的條件下，考察超聲波功率對茶皂素提取率的影響，結果見圖4。

圖4 超聲波功率對茶皂素提取率的影響Fig.4 Effect of ultrasonic power on extraction rate of tea saponin

由圖4可知，隨著超聲波功率的增大，提取率逐漸上升，但在400W之后提取率幾乎不再上升。這是因為，超聲波產生的空化作用有利于茶皂素從細胞壁中出來；但當超聲波功率過大時，可能會破壞茶皂素的性質［9］。因此，從降低能耗和得到高品質茶皂素的角度考慮，超聲波功率以400W為宜。

2.3.3 超聲波作用時間對茶皂素提取率的影響

在超聲波功率為400W、乙醇體積分數為70%、溫度為50℃、液料比為8∶1的條件下，考察超聲波作用時間對茶皂素提取率的影響，結果見圖5。

圖5 超聲波作用時間對茶皂素提取率的影響Fig.5 Effect of ultrasonic time on extraction rate of tea saponin

由圖5可知，隨著超聲波作用時間的延長，茶皂素提取率逐漸升高；當超聲波作用時間達到30min后，茶皂素提取率幾乎達到平衡，繼續延長超聲波作用時間，提取率幾乎不變。綜合考慮能耗、提取周期等因素，超聲波作用時間以30min為宜。

2.3.4 溫度對茶皂素提取率的影響

在乙醇體積分數為70%、超聲波功率為400W、超聲波作用時間為30min、液料比為8∶1的條件下，考察溫度對茶皂素提取率的影響，結果見圖6。

圖6 溫度對茶皂素提取率的影響Fig.6 Effect of temperature on extraction rate of tea saponin

由圖6可知，隨著溫度的升高，茶皂素提取率先升高后降低，在溫度為50℃時茶皂素提取率達到最高。這是因為，溫度升高，溶劑揮發較嚴重，溶液濃度幾乎達到平衡，可能導致部分茶皂素分解，果膠、蛋白質等雜質凝固加快，從而阻止了茶皂素析出［10］。因此，溫度以50℃為宜。

2.3.5 液料比對茶皂素提取率的影響

在乙醇體積分數為70%、溫度為50℃、超聲波功率為400W、超聲波作用時間為30min的條件下，考察液料比對茶皂素提取率的影響，結果見圖7。

圖7 液料比對茶皂素提取率的影響Fig.7 Effect of liquid-solid ratio on extraction rate of tea saponin

由圖7可知，隨著液料比的不斷增大（即溶劑量的不斷增加），提取率逐漸升高；在液料比達到8∶1后，提取率基本保持不變。這是因為，增加溶劑量，溶質濃度越低，傳質推動力越大，提取速度就越快，茶皂素提取率就相應升高。因此，液料比以8∶1為宜。

2.4 正交實驗結果

根據單因素實驗結果，從節約能源和得到高品質茶皂素的角度考慮，選用400W為正交實驗最適超聲波功率，以茶皂素提取率為考核指標，以乙醇體積分數、超聲波作用時間、溫度、液料比為考察因素，進行L9（34）正交實驗優化提取工藝條件。正交實驗的因素與水平見表1，結果與分析見表2。

表1 正交實驗的因素與水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal experiment

由表2可知，各因素對茶皂素提取率的影響大小順序為：液料比＞乙醇體積分數＞超聲波作用時間＞溫度，最佳提取工藝條件為A2B3C2D2，即乙醇體積分數80%、超聲波作用時間40min、溫度50℃、液料比8∶1。在此最佳條件下進行驗證實驗，茶皂素提取率為13.27%，比正交實驗的最高提取率略高，表明本實驗確定的優化條件是可行的。

表2 正交實驗結果與分析Tab.2 Results and analysis of orthogonal experiment

3 結論

通過單因素實驗和正交實驗確定超聲波輔助乙醇法提取茶皂素的最佳工藝條件為：乙醇體積分數80%、超聲波功率400W、超聲波作用時間40min、溫度50℃、液料比8∶1，在此條件下，茶皂素提取率達到13.27%。該法耗時短、提取率高，為茶皂素的工業化生產奠定了基礎。

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Optimization of Extraction Process of Tea Saponin by Ultrasonic-Assisted Ethanol Method

DU Zhi-xin，ZHANG Chong－jian，WAN Duan-ji
（College of Resource and Environmental Engineering，Hubei University of Technology，
Wuhan 430068，China）

Tea saponin was extracted by ultrasonic-assisted ethanol method with camellia seed cake as raw material.Extraction rate of tea saponin was detected by vanillin-sulfuric acid colorimetry.Using extraction rate of tea saponin as index，the extraction conditions were optimized by single factor experiment and orthogonal experiment.The optimal extraction conditions were obtained as follows：ethanol volumn fraction 80%，ultrasonic power 400W，ultrasonic time 40min，temperature 50℃，and liquid-solid ratio 8∶1（mL∶g）.Under the optimal conditions，extraction rate of tea saponin was 13.27%.

tea saponin；ethanol；ultrasonic-assisted extraction；vanillin-sulfuric acid colorimetry

TQ 914.3 TS 229

A

1672-5425（2015）03-0056-04

10.3969/j.issn.1672－5425.2015.03.014

2014-11-04

杜志欣（1988－），女，山西運城人，碩士研究生，研究方向：天然產物提取，E-mail：duzhixin1989＠163.com；通訊作者：萬端極，教授。