茶皂素水溶液的雙氧水脫色工藝研究

劉堯剛

摘 要：對(duì)茶皂素水溶液的脫色工藝進(jìn)行了分析研究，考察了脫色溫度、雙氧水用量、脫色時(shí)間和溶液pH對(duì)脫色效果的影響。選用L9（34）正交表，對(duì)脫色溫度、雙氧水用量、脫色時(shí)間和溶液pH四個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，得出最佳脫色條件為：雙氧水用量為茶皂素水溶液體積的25%、調(diào)節(jié)pH值為6.0，60℃水浴50min。在最佳條件下驗(yàn)證試驗(yàn)，脫色率可達(dá)91.62%。

關(guān)鍵詞：雙氧水 茶皂素 脫色

引言

茶皂素是皂素中的一類(lèi)，是從山茶科植物種子中提取出來(lái)的一種糖甙化合物。廣泛存在于各種茶類(lèi)植物中，其基本結(jié)構(gòu)包括配基、糖體及有機(jī)酸。茶皂素是一種純天然非離子型表面活性劑，具有乳化、分散、潤(rùn)濕、去污、發(fā)泡、穩(wěn)泡等多種表面活性。茶皂素還具有顯著的祛痰、止咳、消炎、鎮(zhèn)痛、抗?jié)B透、殺菌、殺蟲(chóng)及促進(jìn)植物生長(zhǎng)等作用，因而廣泛應(yīng)用于日用化工、農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品及建材、冶金和金屬材料加工等許多領(lǐng)域[1～3]。

在茶皂素提取過(guò)程中，一方面部分天然色素一同溶出，另一方面由于蛋白質(zhì)、多糖和多酚類(lèi)化合物等雜質(zhì)存在，有部分色素生成，使得精制后的茶皂素產(chǎn)品顏色較深，影響產(chǎn)品外觀及檔次，限制了產(chǎn)品使用范圍。本文主要研究雙氧水對(duì)茶皂素水溶液的脫色，找出脫色的最佳工藝條件。

1、材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料

脫殼冷榨油茶籽餅，由湖北黃袍山保健食品有限公司提供。

1.1.2 主要試劑和儀器

H2O2（30%）、無(wú)水乙醇、濃硫酸、香草醛等，均為分析純。

7200型可見(jiàn)分光光度計(jì)（尤尼柯儀器有限公司），AL 204 電子分析天平（梅特勒-托利多），HHS型恒溫水浴鍋（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠），GXZ-9070 ME數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠），E52CS 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠），SHZ-Ⅲ 循環(huán)水真空泵（上海亞榮生化儀器廠），90-2型 定時(shí)恒溫磁力攪拌器（上海滬西分析儀器廠有限公司），320-S pH計(jì)（梅特勒-托利多）等。

1.2 方法

1.2.1 雙氧水脫色原理

過(guò)氧化氫是一種無(wú)色無(wú)臭的液體，可與水以任何比例混合，它氧化性較強(qiáng)，酸性較弱，其電離常數(shù)甚小。過(guò)氧化氫的脫色原理是依賴(lài)它在水溶液中電離出的過(guò)氧氫根離子HO2-去進(jìn)攻色素的結(jié)果。在酸性和堿性介質(zhì)中雙氧水被“活化”，易形成HO2-。而HO2-又是一種親核試劑，易引發(fā)過(guò)氧化氫分解，產(chǎn)生游離基，游離基一旦與茶皂素水溶液中的色素作用，便可使之脫色。

1.2.2 原料處理

脫殼冷榨油茶籽餅，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室粉碎過(guò)40目篩、6號(hào)溶劑脫脂、脫溶及脫水后得到實(shí)驗(yàn)用油茶粕，茶皂素含量為14.86%，脂肪含量為2.01%，水分含量為3.35%。

1.2.3 茶皂素水溶液的制備

取15g油茶粕，置于500mL磨口燒瓶中，加入7倍量的工業(yè)甲醇，在55℃水浴恒溫振蕩器中浸提2h，將過(guò)濾后的混合液脫溶、脫水后得粗茶皂素；將粗茶皂素溶解到一定量溫水中，加入10%絮凝劑，快速攪拌1min，加入10%助劑，慢速攪拌2min，靜置4h后過(guò)濾；在濾液中加入的沉淀劑（茶皂素質(zhì)量的1.4倍）攪拌2h，靜置2h后過(guò)濾，在濾餅中加入轉(zhuǎn)化劑（沉淀劑質(zhì)量的2倍），60℃攪拌1h，過(guò)濾得純化后的茶皂素水溶液，茶皂素濃度為5mg/100mL。

1.2.4 茶皂素含量測(cè)定

比色法。

1.2.5 脫色率的計(jì)算

由于茶皂素水溶液在460nm處有最大吸收波長(zhǎng)[4，5]。故選擇460nm為檢測(cè)波長(zhǎng)測(cè)定其吸光度。并按下式計(jì)算脫色率。

1.2.6 雙氧水脫色的單因素試驗(yàn)

1.2.6.1 脫色溫度的確定

取20mL茶皂素水溶液六份，置于250mL燒杯中，加入15%的H2O2，分別在30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃下加攪拌60min后過(guò)濾，測(cè)定濾液吸光度。

1.2.6.2 雙氧水用量的確定

取20mL茶皂素水溶液六份，置于250mL燒杯中，加入H2O2的量分別為溶液體積的5%、10%、15%、20%、25%、30%，60℃下攪拌60min后過(guò)濾，測(cè)定濾液吸光度。

1.2.6.3 脫色時(shí)間的確定

取20mL茶皂素水溶液六份，置于250mL燒杯中，加入20%的H2O2，分別在60℃下加攪拌20 min，40min，60min，80min，100min，120min后過(guò)濾，測(cè)定濾液吸光度。

1.2.6.4 溶液pH的確定

取20mL茶皂素水溶液六份，置于250mL燒杯中，加入20%的H2O2，分別調(diào)節(jié)pH值為4.0，6.0，8.0，10.0，11.0，12.0，在60℃下加攪拌60min后過(guò)濾，測(cè)定濾液吸光度。

1.2.7 茶皂素水溶液的脫色工藝件優(yōu)化

對(duì)于選定適宜的脫色溫度、雙氧水用量、脫色時(shí)間和脫色pH等4個(gè)因素，選用L9（34）正交表確定最佳工藝條件。

2、結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)脫色效果的影響

當(dāng)脫色溫度從30℃提高到60℃時(shí)，可顯著提高脫色率，在60℃時(shí)，脫色率為65.43%，其后，脫色率隨溫度升高略有上升，但變化不明顯，綜合考慮到茶皂素在高溫下易發(fā)生水解反應(yīng)及降低能源消耗等因素，選擇最佳脫色溫度為60℃。

2.2 雙氧水用量對(duì)脫色效果的影響

隨著雙氧水用量增加，脫色率逐漸升高，溶液顏色變淺，當(dāng)雙氧水用量大于20%后，雙氧水用量增加，脫色率增加趨緩，又由于茶皂素中含有羥基等活潑基團(tuán)，雙氧水用量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致茶皂素?fù)p失增加，因此選擇雙氧水的最佳用量為20%，此時(shí)脫色率為69.51%。

2.3 脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響

脫色時(shí)間越長(zhǎng)，脫色率越高，但在脫色時(shí)間達(dá)到60min后，脫色其本完成，其后隨時(shí)間的延長(zhǎng)，脫色率基本不變。另外，脫色時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將增加能源消耗，因此，選擇最佳脫色時(shí)間為60min，脫色率為69.62%。

2.4 溶液pH對(duì)脫色效果的影響

可以看出，在溶液從堿性逐漸變?yōu)槿跛釙r(shí)，脫色效果越來(lái)越好，在pH為6.0時(shí)，脫色率為88.83%，其后，pH值繼續(xù)降低，脫色率略有增加。又考慮到茶皂素在pH5.0～7.0范圍內(nèi)內(nèi)較穩(wěn)定，因此，選擇雙氧水脫色的最佳溶液pH為6.0。

2.5 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用L9（34）正交表，以溶液脫色率為指標(biāo)，考察脫色溫度、雙氧水用量、脫色時(shí)間和溶液pH值四個(gè)因素對(duì)茶皂素脫色效果影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，各因素對(duì)茶皂素水溶液脫色效果的影響次序?yàn)椋篈（浸提溫度）>B（雙氧水用量）>D（溶液pH）>C（浸提時(shí)間）。由方差分析結(jié)果可知，脫色溫度和雙氧水用量是顯著因素，對(duì)脫色率的影響較大。所以，確定最佳工藝條件為A2B3C1D2，即雙氧水用量為茶皂素水溶液體積的25%、調(diào)節(jié)pH值為6.0，60℃水浴50min。在最佳條件下脫色，得到茶皂素水溶液的脫色率為91.62%，比正交實(shí)驗(yàn)的最高得率（91.27%）還要高，因此確定該優(yōu)化條件是可行的。

3、結(jié)論

（1）本文以雙氧水為脫色劑，對(duì)茶皂素水溶液的脫色工藝進(jìn)行了分析研究，考察了脫色溫度、雙氧水用量、脫色時(shí)間和溶液pH對(duì)脫色效果的影響。選用L9（34）正交表，對(duì)脫色溫度、雙氧水用量、脫色時(shí)間和溶液pH四個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，得出最佳脫色條件為：雙氧水用量為茶皂素水溶液體積的25%、調(diào)節(jié)pH值為6.0，60℃水浴50min。在最佳條件下驗(yàn)證試驗(yàn)，脫色率可達(dá)91.62%。

（2）雙氧水是一種環(huán)保型的脫色劑，分解產(chǎn)物是氧和水，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，低濃度的雙氧水不會(huì)破壞茶皂素結(jié)構(gòu)[6，7]。以雙氧水為脫水劑脫除茶皂素水溶液中的色素，工藝簡(jiǎn)單，易于操作，脫色效果好，易于工業(yè)化。

參考文獻(xiàn)

[1]胡紹海，胡衛(wèi)軍，胡衛(wèi)東.茶皂素在農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].中國(guó)油脂，1997，22（4）：6l-62.

[2]葉雪良.茶皂素的開(kāi)發(fā)與利用[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2002，9（2）：6-8.

[3]夏春華，樊興土，等.茶皂素洗理香波的研制與應(yīng)用[J].中國(guó)洗滌用品工業(yè)，200l，（4），22-25.

[4]孫冀平，裘愛(ài)泳，胡學(xué)煙.茶皂素的脫色研究[J].中國(guó)油脂，2003，28（3）：42-45.

[5]程文娟，謝海榮，等.膜分離與大孔樹(shù)脂聯(lián)用技術(shù)純化茶皂素[J].食品與機(jī)械，2015，（04）

[6]程軼群，趙敬娟，夏濤，杜先鋒.茶皂素的陶瓷膜純化工藝優(yōu)化及脫色研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2011，11：49-51.

[7] Hayashi K.， Aagesaka YM.， Suzuki T.， et al. Inactivation of human type A and B influenza viruses by tea-seed saponins[J]. Biosci Biotechol Biochem， 2000 Jan， 64（1）： 184-186.