茶樹葉片中茶皂素提取工藝優化

姚玉仙，張明澤，劉麗萍，楊小禮

黔南民族師范學院生物科學與農學院（都勻 558000）

茶皂素（Tea saponin）又名茶皂苷，是一類齊墩果烷型五環三萜類皂苷的混合物，其基本結構由皂苷元、糖體、有機酸組成[1-2]。茶皂素的用途廣泛，因其具有較強的發泡、乳化、分散、濕潤、抗滲、消炎、鎮痛、抗癌等作用，被廣泛應用于化妝品、食品、醫藥、建筑等領域，可作為生物農藥、農藥增效劑、洗滌劑、食品添加劑、水泥減水劑和穩泡劑等[3]。中國茶葉資源豐富，2017年茶園面積與茶葉產量均居世界第一，但在傳統茶葉出現產大于銷的背景下，中低檔茶和夏秋茶資源的利用率偏低，而茶葉深加工是提高茶資源利用率、茶產業規模與效益的重要途徑，茶皂素生物活性理論研究與應用的不斷深入將推動其相關功能產品的開發與市場拓展[4]。茶皂素的提取方法主要以水提及醇提為主[5]，水提法存在能耗高、分離困難、純度低等缺點[6]，醇提取法因有機溶劑的比熱容比水小，所以整個提取過程中能耗得到有效降低，并且提取率高、純度優[7]。提取茶皂素的原料主要有油茶茶籽粕和茶殼等[8-10]，利用夏季茶樹葉片作為原料提取茶皂素的研究報道較少。為了提高夏秋茶資源利用效率，試驗以乙醇作為提取溶劑，考察液料比、乙醇體積分數、浸提溫度、浸提時間等因素對夏秋茶葉片中茶皂素提取效果的影響，通過正交試驗探索乙醇提取茶皂素的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

于夏季采集茶樹老葉片（都勻毛尖茶地方品種），烘干粉碎后過孔徑0.180 mm篩，用自封袋保存備用。

無水乙醇、濃硫酸、香草醛（均為分析純試劑）。

1.2 儀器與設備

L5S紫外可見分光光度計（上海析譜儀器有限公司）；2XZ-1型旋片式真空泵（浙江黃巖醫療器械廠）；RE-52AA旋轉蒸發器（上海亞榮生化儀器廠）；DK-8D電熱恒溫水槽（上海齊欣科學儀器有限公司）；101型電熱鼓風干燥箱（北京科偉永興儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 茶皂素提取工藝流程

1.3.2 茶皂素提取方法

用電子天平稱取5 g烘干至恒重的茶粉，置于250 mL錐形瓶中，按照單因素及正交試驗工藝進行提取，趁熱過濾，濾液回流濃縮至黏糊狀，烘干至恒重，得茶皂素粗提物，稱其質量計數。

1.3.3 茶皂素標準曲線繪制

以純化的茶皂素為標準品，配制茶皂素標準溶液。稱取0.01 g干燥標準品，用適量80%乙醇將其溶于10 mL容量瓶中，定容搖勻，標準溶液的質量濃度為1 mg/mL。采用濃硫酸-香草醛顯色法[11]測定吸光度（A）。

茶皂素最大吸收波長的確定。用移液器精確吸取1 mL標準溶液，置于10 mL容量瓶中，加入0.5 mL 8%香草醛乙醇溶液和4 mL 77%硫酸溶液，用去離子水定容，搖勻。混合物于60 ℃加熱15 min，冰水冷卻10 min后，取出放至室溫。以試劑空白為參比，在400～ 700 nm波長下測定茶皂素吸收光譜，茶皂素的最大吸收波長為452 nm（圖1）。

圖1 茶皂素吸收光譜

標準曲線的繪制。取0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL茶皂素標準溶液于10 mL容量瓶中，按確定茶皂素最大吸收波長的方法加入其他試劑，在452 nm波長下測定吸光度。以茶皂素質量濃度（C）為橫坐標，吸光度（A）為縱坐標，建立茶皂素質量濃度與吸光度的關系曲線（圖2），其回歸方程為A=5.631 4C+0.001 4，R2=0.995 9。

圖2 茶皂素標準曲線

1.3.4 粗提物中茶皂素含量測定及茶葉中茶皂素得率計算

稱取0.5 g烘干至恒重的茶皂素粗提物，置于10 mL容量瓶中，加適量80%乙醇使之溶解，定容搖勻，即得供試溶液。用移液器吸取1 mL供試溶液加入10 mL容量瓶中，吸光度測定參照1.3.3中標準曲線繪制步驟。粗提物中茶皂素含量（ω）利用式（1）計算，茶葉中茶皂素得率（Y）利用式（2）計算。

隨著我國鐵路的不斷發展，鐵路在運行過程中的安全性問題日益凸顯，視頻監控在鐵路交通安全中起著至關重要的作用。通過攝像頭監控、互聯網的傳播，監控畫面實時顯示，鐵路部門可以利用視頻中的有效圖像信息，對視頻流進行處理，從而有效地保證鐵路系統的正常運營。因此，如何快速有效地提取鐵路視頻圖像中的關鍵幀信息，是本文研究的重點。

式中：A為吸光度；V為測定用供試溶液體積；N為稀釋倍數；m為茶皂素粗提物干質量，g；M為提取所用茶粉干質量，g。

1.3.5 單因素試驗

以粗提物中茶皂素含量和茶葉中茶皂素得率為試驗指標，選取液料比、乙醇體積分數、浸提溫度和浸提時間4個因素進行單因素試驗。各因素水平的設計見表1。各單因素試驗的基本條件為：液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數60%、浸提溫度60 ℃、浸提時間1.5 h。

表1 單因素試驗各因素及水平

1.3.6 正交試驗

在單因素基礎上，對液料比、乙醇體積分數、浸提溫度和浸提時間4個因素選用L9(34)正交表設計正交試驗，優化夏季茶樹老葉中茶皂素的提取工藝。具體因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 液料比對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

由圖3可知，液料比10∶1（mL/g）時，粗提物中茶皂素含量最高，為13.85%。液料比10∶1～20∶1（mL/g）時，粗提物中茶皂素含量隨液料比增加而下降；液料比大于20∶1（mL/g）時，粗提物中茶皂素含量趨于穩定。液料比30∶1（mL/g）時，茶葉中茶皂素得率最高，為2.76%。液料比越大，傳質推動力越大，提取速度越快，茶葉中茶皂素得率越高。但是隨液料比增大，可溶性物質溶出量增加，導致粗提物中茶皂素含量降低；同時，溶劑的使用量增加，濃縮時間延長，成本增加。因此，考慮提取的經濟成本及茶皂素粗提物純化的難度，選擇液料比10∶1～20∶1（mL/g）為宜。

2.1.2 乙醇體積分數對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

由圖4可知，乙醇體積分數70%時粗提物中茶皂素含量和茶葉中茶皂素得率均最高，分別為12.43%和2.78%。隨乙醇體積分數增大，兩者均呈先增加后降低的趨勢，這可能與茶皂素更易溶于極性大小與其相似的乙醇溶液中有關。乙醇體積分數小于70%利于易溶于水的蛋白質和糖等雜質析出，粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率均降低。因此，乙醇體積分數選擇60%～80%為宜。

圖3 液料比對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

圖4 乙醇體積分數對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

2.1.3 浸提溫度對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

由圖5可知，溫度60 ℃時粗提物中茶皂素含量和茶葉中茶皂素得率均最高，分別為12.34%和2.66%。隨溫度增高，兩者總體均呈先增加后降低的趨勢。隨著溫度升高，茶皂素的溶解度增加，溫度達到60 ℃時，茶皂素浸出率最大。隨溫度繼續增高，乙醇更易揮發，同時雜質溶出量增加，導致粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率下降。因此，溫度選擇60～80 ℃為宜。

圖5 溫度對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

2.1.4 浸提時間對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

由圖6可知，浸提時間1.5 h時粗提物中茶皂素含量和茶葉中茶皂素得率均最高，分別為12.34%和2.67%。隨浸提時間延長，兩者總體均呈先增加后降低的趨勢。浸提時間大于1.5 h時，雜質逐漸溶出，溶液中溶質濃度趨于飽和，浸提速率減慢，茶皂素得率下降。因此，浸提時間選擇1～2 h為宜。

圖6 浸提時間對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

2.2 正交試驗結果分析

茶皂素提取正交試驗結果如表3所示。

表3 茶皂素提取正交試驗結果

由表3可知，就粗提物中茶皂素含量而言，茶皂素提取工藝的影響因素主次順序為A＞C＞B＞D，即液料比與浸提溫度影響較大，乙醇體積分數與浸提時間影響較小，提取茶皂素的最佳工藝為A3B3C2D3，即液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數80%、浸提溫度70 ℃、浸提時間2 h；就茶葉中茶皂素得率而言，茶皂素提取工藝的影響因素主次順序為A＞B＞D＞C，即液料比影響最大，其次為乙醇體積分數，浸提時間和浸提溫度影響較小，提取茶皂素的最佳工藝為A3B1C3D3，即液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數60%、浸提溫度80 ℃、浸提時間2 h。

根據綜合平衡法，由極差值大小可知，影響粗提物中茶皂素含量的關鍵因素是A和C，故最優水平組合為A3C2；影響茶葉中茶皂素得率的關鍵因素是A和B，故最優水平組合為A3B1。因此，提取夏季茶樹葉片中茶皂素的最佳工藝為A3B1C2D3，即液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數60%、浸提溫度70 ℃、浸提時間2 h。

3 結論

利用乙醇浸提法對夏季茶樹葉片中茶皂素的提取工藝進行優化，得出最佳的提取工藝：液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數60%、浸提溫度70 ℃、浸提時間2 h。我國夏秋茶資源豐富，試驗結果為其作為茶皂素提取原料提供試驗指導，對于拓展茶產業鏈、增加茶產品的附加值具有重要意義。