茶皂素研究进展

李国武，郭 晨，段一凡，肖文军（湖南农业大学茶学教育部重点实验室，湖南省植物功能成分利用协同创新中心，湖南 长沙 410128）



茶皂素研究进展

李国武，郭 晨，段一凡，肖文军*
（湖南农业大学茶学教育部重点实验室，湖南省植物功能成分利用协同创新中心，湖南 长沙 410128）

摘要：茶皂素是广泛存在于山茶科山茶属植物中的一类生物活性物质，在食品、日化、建材等领域具有广阔的开发利用前景。茶叶籽及茶叶中含有较高含量的茶皂素，但因其不是评价茶产品品质的主要成分而相对研究及开发利用较少。本文从茶皂素的理化性质、制备技术、分析方法、生物活性、产品开发与应用等方面进行了综述，以期为茶叶籽与茶叶中茶皂素的开发利用提供参考。

关键词：茶；茶皂素；研究进展

茶皂素（Tea Saponin）又名茶皂甙，是存在于山茶科（茶、山茶、油茶）植物中的一类齐墩果烷型三萜类皂苷混合物［1］，主要储藏于茶籽和茶叶中，其中干茶叶籽中含量4%～6%。茶皂素具有丰富的表面活性和生物活性［2］，如发泡、稳泡、分散等多种表面活性及溶血和鱼毒、抗渗消炎等生物活性，广泛用于农业、日化、建材、医药等领域。我国茶叶资源丰富，茶皂素作为茶叶生产的重要副产物，具有重要的开发价值。

笔者从茶皂素的理化性质、制备技术、分析方法、生物活性、产品开发与应用等方面进行综述，以期为茶皂素的高效开发利用提供参考。

1　茶皂素的理化性质

1.1组成和结构

茶皂素是皂素中的一种，广泛存在于山茶科植物种子、叶片等器官中，是一类结构比较复杂的糖甙类化合物，由皂苷元、糖体、糖醛酸和有机酸四部分组成［3］。糖体包括葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖和鼠李糖等，糖醛酸有葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸，有机酸为当归酸、肉桂酸和醋酸等。石馆守三等［4］研究茶皂素的分子式表明，茶皂素平均分子式为C57H90O26，分子量1203。通常情况下茶皂素为混合物，现已分离鉴定出茶籽皂苷元7种、茶叶皂苷元4种。茶皂素结构复杂多样，因茶树品种、生长环境及不同部位而不同；另一方面，因不同的皂苷元或相同皂苷元的糖体与有机酸连接顺序和方式不同而发生改变［5］。

随着分离鉴定分析方法及现代高灵敏仪器的不断发展，高效液相色谱和反相高效液相色谱与质谱联用、核磁共振等技术方法的引入，使得分离和鉴定新的茶皂素成为可能。目前，已有10多种新型皂苷被分离鉴定。Sagesaka等［6］分离鉴定了一种新型茶叶皂苷B1的结构，随后Kitagawa等［7］又从茶树种子中分离出了两种新的酰化的齐墩果烷型三萜类皂苷结构（茶皂苷E1和E2）。接着，Murakami等［8，9］从斯里兰卡茶籽中分离了9种茶籽皂苷，分别命名为Assamsaponins A-J。不仅如此，有学者从山茶树根中分离出了3种茶皂素单体且确定了其结构，分别命名为山茶皂苷A、山茶皂苷B和山茶皂苷C。

1.2理化性质

纯品茶皂素是白色微细柱状结晶体，熔点为223℃～224℃，具有皂甙的通性。味苦而辛辣，能起泡，吸湿性强，并有溶血作用，pH值为5.0～6.5，表面张力为47～51N［32］。茶籽皂素的结晶不溶于乙醚、石油醚、丙酮、氯仿、苯等溶剂，难溶于冷水、无水甲醇、无水乙醇，但可溶于温水、醋酸乙酯和二硫化碳，易溶于含水甲醇、含水乙醇、正丁醇及冰醋酸、醋酐和吡啶中。

2　茶皂素的制备技术

2.1提取技术

茶皂素的传统提取方法主要有热水浸提法和有机溶剂提取法。随着科技的不断进步，茶皂素提取方法也变得更加多样，出现了超声波、微波辅助提取、大孔吸附树脂法、膜分离法及酶法等。

热水浸提法是根据茶皂素溶于热水的性质，是最先运用到茶皂素提取的方法，工艺简单、投资少、成本低及见效快等，但容易水解茶皂素、淀粉糊化及蛋白质胶体化等。陈海辉等［10］在浸提前通过抑制、消除茶籽饼中水解酶活性，再用纳滤膜浓缩澄清的浸提液，减少茶皂素损失，有效去除浸提液中的杂质，取得了较好的效果。马力等［11］优化固液比、提取温度、萃取液pH值、提取时间等条件，茶皂素的得率为95.50%，但是耗时较长、提取的茶皂素纯度低且纯化困难。与此同时，通过热水结合有机溶剂提取、沉淀剂沉淀也取得了较大发展。刘红梅等［12］探究了沉淀剂氧化钙和碳酸氢铵提取茶皂素，结果表明提取的茶皂素杂质少，纯度较高。有研究者［13］研究比较了水提法和水提醇沉法，发现水提醇沉法有较高的纯度，所以溶剂或沉淀剂提取法有利于茶皂素的精制。

有机溶剂提法在茶皂素的提取中具有相当重要的地位，其提取原理与水提法相似。醇类溶剂沸点低，杂质较少，工艺简单，萃取速度快、效率高、选择性好、容量大、产品易分离提取，纯度较水提法高。其提取的产品可作为生化试剂和医药原料。刘尧刚等［14］研究了甲醇作提取剂，并用体积分数为70%的含水甲醇，固液比为1∶7（g/mL），溶液pH值为10.5，浸提温度55℃，提取2 h，茶皂素的得率为14.45%，得率相对较低。

李敏等［15］通过优化粒度、体积分数、固液比、pH值、浸取温度、时间等条件，茶皂素得率为20.54%，但溶剂消耗太多。于辉等［16］用正丙醇作提取剂提取油茶饼粕中的茶皂素，以得率为优化对象时得20.31%的得率，纯度为62.78%；以纯度为优化对象时，得茶皂素纯度72.06%、得率15.31%。乙醇作提取剂，相对甲醇较安全，且易得，较丁醇成本相对较低，在工艺生产中被广泛运用。

刘昌盛等［17］用去壳油茶饼粕作原料，采用超声波提取茶皂素，得茶皂素提取率达96.1%，纯度58.28%，虽提取率较高，但纯度低；戚晓阳等［18］以油茶籽粕为原料，采用超声-水浸提法提取茶皂素，经单因素实验和正交试验法，得最优工艺参数：茶籽粕颗粒粒度60～100目、料液比为1∶9、超声提取40 min、超声温度50℃，在此条件下茶皂素得率21.32%，得率有很大提高。另外，曹江绒等［19］用超声波辅助甲醇提取茶皂素法，经工艺优化后得率高达24.16%，但甲醇有毒，提取温度不宜过高，需要较高的控制技术。可以看出超声波辅助法缩短了提取时间，降低了能耗，同时提高了茶皂素的得率，有利于工业上的应用。

Ganzler［20］等在1986年提出微波辅助萃取技术，并从土壤、饲料、种子、食品中成功萃取分离化合物。吴雪辉等［21］以油茶饼粕为原料，用水作溶剂微波辅助提取茶皂素，茶皂素的得率为11.98%，得率比单纯水浸提高较大。龚志华等［22］以茶籽为原料，考察了微波强度、提取时间、乙醇浓度、料液比等因素，结果表明茶籽皂苷得率可达18.56%，与常规水浸、醇提法相比大大提高，提取时间明显缩短，不过溶剂消耗较大，工艺仍有待改进。此外，生物法提取茶皂素也有报道。徐国念等［23］选择碱性蛋白酶对油茶籽仁进行酶解，经三相离心，膜分离技术可获得具有高生物活性的天然茶皂素，纯度高达90%，具有较大的提取参考价值。

2.2分离纯化技术

大孔树脂是一类物化稳定性高、吸附选择性好、再生简单、解析条件温和、环境污染少的高分子聚合物，不受无机盐和低分子物质的影响，因此也被广泛应用于茶皂素的分离纯化。徐德平等［24］用经乙醇处理的茶籽饼提取物为原料，考察了几种大孔吸附树脂对茶皂素的吸附和解析情况，结果表明AB-8树脂效果最为理想。李红冰等［25］采用D101大孔吸附树脂对油茶粕中茶皂素纯化，茶皂素纯度由初提物的64.90%提高至96.93%，说明其纯化效果显著。刘传芳等［26］比较了重结晶法和大孔树脂吸附法对提取高纯茶皂素的效果，表明两法的纯度都在96%以上，但大孔树脂吸附纯化法的茶皂素产品纯度和得率均优于重结晶法，更适合工业化生产。

膜技术在茶皂素分离纯化中也具有较大作用，该技术较传统工艺耗时短、能耗低、效益较高、提取的茶皂素产品质量好等优点。李梅生等［27］用微滤-超滤组合工艺精制茶皂素可得到纯度91%、得率66%的茶皂素。

除上述方法，还有一些新的茶皂素分离纯化方法。曹江绒等［19］研究了用饱和正丁醇纯化茶皂素的方法，最终得茶皂素产品纯度97%、回收率53.25%，表明正丁醇对萃取和纯化茶皂素具有重要作用。

2.3脱色技术

脱色工艺分物理和化学等方法。化学吸附可以很好的吸附酚类化合物及黄酮、蒽醌等酚酸类色素。彭维等［28］对比三种吸附树脂前处理纯化保健食品中的茶皂苷，结果表明，D-101型大孔吸附树脂与D-941离子交换树脂联用脱色效果最好。在化学方法脱色方面，孙冀平等［29］对比研究了几种脱色剂的脱色效果，结果显示，H2O2的脱色效果最好，不会产生杂质。近年来，随着研究和科技的不断发展，膜分离脱色法也取得了喜人的进展［30］，得到了质量较好的茶皂素。

3　茶皂素的分析方法

茶皂素定量分析方法常用的有重量分析法和比色法。朱全芬［31］最早详细研究了重量法，最终得到换算系数为0.4921。重量法数值重现性强、准确性高，但分析需要的时间长、操作不便，不适合工业检验。

比色法是根据皂苷类化合物的显色反应，选择与其特定反应的显色剂，并利用吸光度，再用皂苷纯品的标准曲线来定量。谢秋英等［32］以自制茶皂素纯品为标样，采用香草醛-浓硫酸显色法，绘制标准曲线，测得含量为80.9%的成品茶皂素。该法易于操作，所需试剂少，分析快，准度高，适合工业分析应用，但比色法容易受试剂和杂质影响，相对来说灵敏性欠佳。

随着科技的不断发展，高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）在定量茶皂素上的应用越来越受欢迎。以高压液体作流动相，用细小颗粒作高效固定相柱色谱的分离技术，具有高压、高效、高灵敏度、应用范围广、载液流速快等特点。刘新清等［33］用高效液相色谱法进行定量分析茶皂素，得变异系数0.65%，回收率为98.37%～101.67%，相关性大。贺国文［34］用反相高效液相色谱法（RPHPLC）检测茶皂素含量，以RP-ODS（150mm X4.6 mm，C18，5μm）作分析柱，甲醇作流动相，一定的流速和检测波长下测得茶籽饼茶皂素中的含量为12.71%。此法较其他方法具有高灵敏、高效等优点。此外，有采用荧光光度法和薄层扫描法用于茶皂素分析的报道。

4　茶皂素的活性

4.1表面活性

茶皂素因其分子中含有亲水性的糖体部分和疏水性的皂甙配基部分而成为性能优良的天然非离子型表面活性剂，具有发泡、稳泡、分散、湿润等多种表面活性。亲水亲油平衡值（HLB）、表面张力、临界胶束浓度及起泡能力等是油茶皂素表面活性剂的主要性能参数。临界胶束浓度是表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的最低浓度，陈志勇等研究油茶皂素的表面活性时发现，其临界胶束浓度为0.4%～0.5%［35］，说明茶皂素具有较强的表面活性。

4.2生物活性

茶皂素独特的结构使得其具有特别的生物活性，具有溶血和鱼毒、抗渗消炎、抗菌、抑制乙醇吸收、抗高血压等作用。

茶皂素溶血现象仅对血红细胞有效，对白细胞无影响。产生溶血前提是要与血液中的血红细胞直接接触，有研究表明茶皂素对冷血动物有毒，而对人畜口服无毒［36］。

在抗渗消炎方面，吕晓玲等［37］纯化油茶皂素，发现具有显著的抗氧化性和清除活性氧自由基的作用。抗菌方面，黄继光［38］等采用菌丝体生长速率抑制法测得茶皂素对12种植物病菌的抑菌活性，在较低质量浓度下茶皂素对柑橘青霉病菌和稻瘟病菌的抑菌等作用十分明显。

据研究茶皂素还能有效降低血液、肝脏、胃中的乙醇与乙醛浓度，对抑制酒精吸收具有很大的作用。Tsukamoto S［39］等通过动物实验证明茶皂素能明显降低肝及血液中的乙醇含量，从而达到抑制酒精吸收的效果。另外，Sagesaka等［40］进行降压实验，结果发现降压效果显著等。

5　茶皂素产品开发与应用

因茶皂素具有良好的表面活性和生物活性，现已在农业、日化、建材等领域被广泛应用。

农业上，有研究表明油茶皂素对防治病虫害具有较好的效果［41］，对农产品生产和安全贮藏具有较好的推广作用。此外，Wickremasinghe R L［42］等用经纯化后的茶皂素处理茶苗，能促进其生长和提高茶叶产量。在动物实验研究方面，茶皂素能促使虾蜕皮，促进虾的生长，在虾的养殖中具有重要作用［43］。

在建材上，有研究者将茶皂素加入到水泥、砂及粉末燃料组成的混合料，能制成性能较好的轻质建筑材料［44］。此外，有研究者将其运用到洗涤剂开发，取得了良好的效果。另据相关专利报道，茶皂素改性后，在清凉饮料和酒类中，加入24～25 mg/L可防止酵母生长，稳定酒质。茶皂素在采油、采矿行业得到应用，经科学处理，专门制作成油田开采的发泡剂，可以有效提高石油采油率和质量。

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Research Progress on Tea Saponin

LI Guo-wu，GUO Chen，DUAN Yi-fan，XIAO Wen-jun*
（Key Lab of Tea of Ministry of Education Hunan Agricultural University， Collaborative Innovation Center of the Utilization of Hunan Botanical Functional Ingredients， Changsha， 410128， China）

Abstract：Tea saponin is an biological activity material of the same class.widely exist in Theaceae Camellia plant. Which has expansive development and utilization prospect in Food. Daily use chemical. Building materials feld etc Tea seed and tea have high content Tea saponin， but it has less research and development utilization cause it is not the main evaluation criterion of tea product quality. In this paper， the tea saponin physicochemical property， preparation technics， analytical method， biological activity， product development and application were reviewed attempting to provide a reference for development and utilization tea saponin of tea and tea seed.

Key words：Tea，Tea Saponin，Research Progress

中图分类号：S571.1

文献标识码：A

文章编号：1009-525X（2016）01-14-18， 22

收稿日期：2016-01-18

修订日期：2016-02-24

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（2011BAD10B00）

作者简介：李国武（1989-），男，湖南永州人，在读硕士研究生，研究方向：茶及植物功能成分利用研究。

*通讯作者：肖文军，xiaowenjungong@163.com