油茶籽粕中茶皂素的提取純化工藝研究

◎ 呂復(fù)云，胡 姝,2

（1.連云港市質(zhì)量技術(shù)綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇 連云港 222005；2.江蘇海洋大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005）

我國(guó)擁有豐富的油茶資源，油茶加工業(yè)已形成一定規(guī)模，但其加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的油茶籽粕，被廢棄或焚燒，造成資源的極大浪費(fèi)，探究油茶籽粕的再利用具有很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1]。研究發(fā)現(xiàn)，油茶籽粕中含有多種有效成分，如茶皂素、生物堿和多酚類(lèi)等，其中茶皂素具有良好的溶血性、抗菌性等多種生理活性，可廣泛應(yīng)用于日化、醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)。茶皂素又名茶皂苷，由配體、親水性糖和有機(jī)酸組成的混合物，具有溶于熱水而不溶于冷水的特性[2]，在極性混合有機(jī)溶劑中具有較好的溶解性，如乙醇水溶液。純茶皂素是無(wú)色的微柱狀結(jié)晶，容易吸收水分，有苦味，并且辛辣，刺激鼻黏膜。茶皂素可引起動(dòng)物紅細(xì)胞的溶血，因?yàn)槠溆幸欢ǖ娜榛⑵鹋菪院投拘裕虼嗽谵r(nóng)藥的制作過(guò)程中，常用作佐劑添加在農(nóng)藥產(chǎn)品中以提高藥效[3]。本文以油茶籽粕為原料提取茶皂素，優(yōu)化提取純化工藝參數(shù)，為提升油茶籽粕的再利用價(jià)值提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

油茶籽粕，市售；茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品≥95%、石油醚（CnH2n+2）（石油醚沸程為30～60 ℃）、無(wú)水乙醇、香草醛、濃硫酸、氫氧化鈉、鹽酸、AB-8大孔樹(shù)脂（以上試劑均為分析純）。

1.2 儀器與設(shè)備

主要的實(shí)驗(yàn)儀器型號(hào)及生產(chǎn)廠家見(jiàn)表1。

表1 儀器設(shè)備表

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

茶皂素的提取工藝流程為油茶籽粕粉碎→過(guò)篩→脫脂→無(wú)水乙醇浸提→過(guò)濾→真空濃縮→冷凍真空干燥→粗皂素品→大孔樹(shù)脂過(guò)濾→無(wú)水乙醇洗脫→冷凍真空干燥→茶皂素純品。

1.3.2 油茶籽粕預(yù)處理

將無(wú)霉變的油茶籽粕粉碎，過(guò)40目篩備用。稱(chēng)取磨碎的油茶籽粕粉20.0 g置于250 mL索氏抽提器中。加入200 mL石油醚60 ℃水浴回流2 h進(jìn)行脫脂，殘?jiān)檬兔严疵撘淮危^(guò)濾，揮發(fā)干殘?jiān)械氖兔选８鶕?jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》（GB 5009.6—2016）石油醚提取法得到脫脂率≥95%的脫脂油茶籽粕[3]。

1.3.3 茶皂素提取

將10 g處理后的油茶籽粕置于250 mL的燒杯中，油茶籽粕和無(wú)水乙醇的料液比為1∶8（g∶mL），將配比好的樣品放入50 ℃的水中趁熱過(guò)濾1 h，使用50 mL的無(wú)水乙醇對(duì)殘?jiān)M(jìn)行洗滌過(guò)濾，將過(guò)濾好的提取物真空濃縮至25 mL，將濃縮液置于-70 ℃的冷凍真空干燥環(huán)境中，即得粗茶皂素[4]。

1.3.4 大孔樹(shù)脂純化粗茶皂素

（1）茶皂素粗提液的制備。用50 ℃100 mL熱水對(duì)粗茶皂素進(jìn)行溶解，并進(jìn)行抽濾，過(guò)濾掉不溶物質(zhì)，用蒸餾水定容到1 000 mL容量瓶中備用。

（2）大孔樹(shù)脂預(yù)處理。將AB-8型大孔樹(shù)脂放置在5%的鹽酸中浸泡3 h左右，采用蒸餾水洗至中性，繼續(xù)用5%的氫氧化鈉進(jìn)行浸泡3 h，用蒸餾水洗至中性以備用。

（3）靜態(tài)吸附及洗脫。將預(yù)處理的AB-8大孔樹(shù)脂置于250 mL的錐形瓶中，加入茶皂素粗提液，放置2 h，直到大孔樹(shù)脂過(guò)濾完成后，用蒸餾水清洗樹(shù)脂表面的殘留液，用50 mL的無(wú)水乙醇進(jìn)行洗脫，最后將洗脫液進(jìn)行冷凍干燥而獲得茶皂素純品[5]。

1.3.5 單因素實(shí)驗(yàn)

單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.3.6 茶皂素提取工藝的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以料液比、乙醇濃度、浸提溫度以及浸提時(shí)間為考察因素，以茶皂素提取率為指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，確定最適宜的茶皂素提取工藝參數(shù)，正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.4 標(biāo)液配制

取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)樣品25 mg置于燒杯中，加入80%的無(wú)水乙醇溶解并定容到25 mL的容量瓶中，配制成濃度為1 g·L-1的茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液備用，用移液槍精確移取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL和0.5 mL，分別置于10 mL的具塞量筒中，并加蒸餾水至溶液體積為0.5 mL，精密加入0.5 mL 8%香草醛溶液混合。將試管置于冰水混合物中，并加77%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硫酸4 mL，搖勻，置于水浴鍋中60 ℃水浴加熱15 min后，取出置于冰水混合物中水浴中冷卻10 min，取出放至室溫，以試劑空白為對(duì)照，在其最大吸收波長(zhǎng)550 nm處測(cè)其吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

以茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度X（g·L-1）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到標(biāo)準(zhǔn)方程Y=1.123 0X+0.045 1，R2=0.997 6（圖 1）。

圖1 茶皂標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 浸提時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響

選用1∶8的料液比，80%的無(wú)水乙醇浸提溶劑，以及50 ℃的浸提溫度，分析不同浸提時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響。由圖2可知，隨著浸提時(shí)間的增加，茶皂素得率先增加后減少，在浸提時(shí)間為2.0 h時(shí)達(dá)到峰值。當(dāng)浸提時(shí)間超過(guò)2.0 h后，茶皂素得率開(kāi)始下降。可能是因?yàn)榻輹r(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)都會(huì)使茶皂素水解變質(zhì)，浸提時(shí)間過(guò)短，茶皂素沒(méi)能完全與浸提溶劑結(jié)合，茶皂素未能完全析出；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)析出影響茶皂素的提取，因此選取浸提時(shí)間為2.0 h較為合適。

圖2 浸提時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響圖

2.2.2 浸提溫度對(duì)茶皂素得率的影響

選用料液比為1∶8，浸提溶劑為80%的無(wú)水乙醇，浸提時(shí)間為2.0 h，考察不同浸提溫度對(duì)茶皂素得率的影響。結(jié)果如圖3所示，隨著浸提溫度的升高，茶皂素得率呈先增加后減少的趨勢(shì)。當(dāng)浸提溫度調(diào)整為60 ℃時(shí)，茶皂素的得率最高，可能是因?yàn)樯邷囟燃觿×朔肿舆\(yùn)動(dòng)，雜質(zhì)被快速吸附；當(dāng)溫度逐漸升至60 ℃以上，茶皂素的得率開(kāi)始迅速下降。考慮到無(wú)水乙醇在高溫下與水形成共沸混合物易揮發(fā)，溶劑濃度幾乎達(dá)到平衡，導(dǎo)致部分茶皂素分解。油茶籽粕與無(wú)水乙醇沒(méi)有得到充分混合，茶皂素未能完全浸出，導(dǎo)致茶皂素得率下降。因此，選取最適浸提溫度為60 ℃。

圖3 浸提溫度對(duì)茶皂素得率的影響圖

2.2.3 乙醇濃度對(duì)茶皂素得率的影響

選用料液比為1∶8，浸提時(shí)間為2.0 h，浸提溫度為60 ℃，考察不同乙醇濃度對(duì)茶皂素得率的影響。由圖4可知，不同濃度的乙醇溶液具有不同的極性，隨著乙醇濃度的增加，茶皂素的得率先增大后減小，當(dāng)乙醇濃度增加到60%時(shí)，得率達(dá)到最大值。由于茶皂素對(duì)水-乙醇溶液具有較好的溶解性，而難以溶于無(wú)水乙醇，導(dǎo)致提取液乙醇濃度大于60%時(shí)得率下降。可見(jiàn)，最佳乙醇濃度為60%。

圖4 乙醇濃度對(duì)茶皂素得率的影響圖

2.2.4 料液比對(duì)茶皂素得率的影響

選用浸提溶劑為60%的無(wú)水乙醇，浸提溫度60 ℃，浸提時(shí)間為2.0 h，考察不同料液比對(duì)茶皂素得率的影響，結(jié)果如圖5所示。隨著提取液的增大茶皂素得率呈先增加后趨于平緩的趨勢(shì)。在料液比為1∶10時(shí)茶皂素得率達(dá)到最佳效果，之后茶皂素得率變化呈緩慢趨勢(shì)，可能是因?yàn)椴柙硭匚龀鲆堰_(dá)到飽和，結(jié)合經(jīng)濟(jì)條件，選用料液比1∶10最為合適。

圖5 料液比對(duì)茶皂素得率的影響 圖

2.3 茶皂素提取工藝的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

通過(guò)極差分析，茶皂素提取純化工藝條件優(yōu)先順序C＞A＞B＞D，優(yōu)化方案為A2B1C3D2，即浸提溫度為60 ℃、料液比為1∶10、乙醇濃度為60%，浸提時(shí)間為2.0 h，該條件下重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，平均得率為（22.36±0.15）%，結(jié)果優(yōu)于正交實(shí)驗(yàn)中A3B1C3D2的值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最優(yōu)組合A2B1C3D2條件下茶皂素得率較高，得到的最優(yōu)提取條件可行度高。

2.4 茶皂素的純化結(jié)果

將得到的茶皂素粗品采用AB-8大孔樹(shù)脂法進(jìn)行純化，得到純度為88.20%的茶皂素純品。經(jīng)過(guò)大孔樹(shù)脂提純法獲得了質(zhì)感細(xì)膩、色澤淡黃或淺棕、純度更高，且無(wú)明顯大顆粒物質(zhì)的茶皂素。結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 茶皂素成品圖

3 結(jié)論

本文研究了油茶籽粕中茶皂素提取工藝及分離純化工藝。結(jié)果表明，料液比為1∶10（g∶mL），提取時(shí)間為2.0 h，提取溫度為60 ℃，乙醇濃度為60%，粗茶皂素的提取率為（22.36±0.15）%，用AB-8型大孔樹(shù)脂對(duì)粗茶皂素的進(jìn)行靜態(tài)吸附，茶皂素的純度達(dá)88.20%。油茶籽粕中茶皂素研究應(yīng)用前景廣闊、利用率大，由于自身能力水平有限，關(guān)于茶皂素提取工藝優(yōu)化仍存在一定的局限性，相關(guān)方面的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。