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行了單因素的研究，并對茶皂素的提取進行了正交試驗，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；提取；純化

目前，國內(nèi)外提取茶皂素的方法主要有有機溶劑法和水浸法，另外，還有在此基礎(chǔ)上推出的一些新方法，有機溶劑法常以乙醇或丁醇為浸提劑，該方法用時短，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，旨在提高對茶粕的利用率，以茶粕為原料，乙醇為浸提劑，對茶皂素的測定方法、提取工藝及分離工藝進行了研究和優(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，抑制霉菌生長的作用，此外，還具有促進植物生長、殺菌殺蟲、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，而對氯化鋇和氯化鐵不產(chǎn)生沉淀。

2 常見的茶粕中茶皂素的分離提取技術(shù)的簡介

目前所用的方法主要為水提法和有機溶劑法，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，但有機溶劑法一次性投資較大，提取時間增加，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 實驗材料和儀器

實驗材料：

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

本實驗所需的化學(xué)試劑有：無水乙醇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、次甲基藍溶液AR、蒸餾水（由于實驗數(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驗用水）。

實驗儀器：

86-1型微型植物試樣粉碎機（上海市美利達儀器有限公司）、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(上海精宏實驗設(shè)備有限公司)、VVX型分光光度計（北京瑞利分析儀器公司）、PLF-2013低速離心機（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自動雙重純水蒸餾器（上海市美利達儀器有限公司）、115-A pH計（上海市美利達儀器有限公司）。

3.2 實驗方法

本實驗將乙醇作為實驗材料的提取機對茶粕中的茶皂素進行提取，通過復(fù)雜的實驗將含有較多雜質(zhì)的茶皂素提取出來，實驗步驟分為以下幾步：

（1）茶粕原材料的處理：經(jīng)過實驗室儀器的脫殼處理，將油茶籽處理為一定目數(shù)的均勻粉末，并使用有機溶劑將其處理得到可以進行實驗用的茶粕。（實驗過程中值得注意的是對茶粕進行處理時一定要注意脫脂，脫水量要達到試驗要求）。

（2）對茶粕中的各類主要成分進行測定：通過失重法對含水量進行測定；使用灼燒法對灰度進行測定；通過標(biāo)準(zhǔn)測試方法對粗蛋白的含量進行測定；采用滴定法對糖含量進行測定；采用香草醛-濃硫酸比色法對茶皂素含量的進行測定。

3.3 單因素試驗

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個小時。過濾測定茶皂素的含量，從而判斷乙醇濃度對茶皂素提取的影響。

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個小時。過濾測定茶皂素的含量，從而判斷提取溫度對茶皂素提取的影響。

pH對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個小時。過濾測定茶皂素的含量，從而判斷pH值對茶皂素提取的影響。

3.4 實驗結(jié)果的收集與分析

將油茶籽進行預(yù)處理能夠去除油茶籽的外殼，提高茶皂素的提取量，并且減少實驗儀器的磨損，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行脫水脫脂。

茶粕中各類成分的組成

3.4.1 乙醇濃度對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。但是乙醇濃度過于低時，浸提難度會相應(yīng)增大，所以經(jīng)過我們的測試：選擇50%乙醇作為浸提劑，從圖中能夠看出此時得率為13.08%。

3.4.2 溫度對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，茶皂素的獲取率為最高值的范圍，由于我們實驗所用有機溶劑易于揮發(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，溫度過高會使得茶皂素分解，所以綜合各類影響，我們將提取分離的實驗溫度定為70oC。

3.4.3 pH值對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，茶皂素得率達到最大值為14.01%。當(dāng)pH值大于10的時候，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)過對數(shù)據(jù)的分析，我們將實驗的pH值確定為10。

3.5 實驗總結(jié)

通過改變實驗的乙醇濃度，實提取實驗的溫度變化，和對pH值不同的情況下，對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值對實驗數(shù)據(jù)影響非常明顯，經(jīng)過實驗數(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驗數(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定

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

4.1 提純所需要的材料以及儀器

實驗所需的材料：茶粕以及原材料已經(jīng)在前文中給出，提純實驗所需要的有：大孔徑樹脂；陶瓷膜。

實驗所需要的儀器：紫外可見光分光光度計可見分光光度計：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

4.2 實驗步驟

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，通過過濾膜進行提純，搜集透過液進行測定，來判斷不同的茶皂素的濃度對過濾效果的影響。

從圖中能夠看出，隨著茶皂素濃度的增大，茶皂素的透過率和膜通量都會有較為明顯的降低，當(dāng)茶皂素濃度從1%增加到2%的時候，透過率從73.11%很明顯的降到了32.19%；隨著茶皂素濃度不斷增加，下降趨勢漸漸平緩。在膜分離過程中，在濾膜表面會積攢下很多茶皂素殘渣，導(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

綜上所述，我國是油茶籽品種最多、分布最廣、產(chǎn)量最高的國家，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)作燃料燒掉或廉價出口，給我國造成了巨大的資源浪費。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，新工藝的研究對我國的油茶種植、農(nóng)副產(chǎn)物綜合利用以及新產(chǎn)品開發(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展[J].南方林業(yè)科學(xué).2015(01)：35-38.