正丁醇提取油茶饼粕中茶油和茶皂素的研究

易笑生 刘汝宽 肖志红 吴 红 谷政伟 黎继烈 李昌珠

(中南林业科技大学1，长沙 410004)(湖南省林业科学院2，长沙 410004)(国家油茶工程技术研究中心3，长沙 410004)

正丁醇提取油茶饼粕中茶油和茶皂素的研究

易笑生1刘汝宽2,3肖志红2,3吴 红2谷政伟1黎继烈1李昌珠2

(中南林业科技大学1，长沙 410004)(湖南省林业科学院2，长沙 410004)(国家油茶工程技术研究中心3，长沙 410004)

为了充分利用冷榨油茶饼粕，采用正丁醇提取冷榨饼粕中的茶油和茶皂素，对浸提时间、次数、温度以及料液比进行了单因素试验。利用Box-Benhnken试验设计及响应面分析方法进行优化。用气质联用仪对试验提取的茶油和冷榨茶油中的脂肪酸成分进行测量和比较。结果表明，在浸提次数4次、料液比1∶1.36、温度80 ℃、浸提时间2.57 h条件下，茶油提取率(92.88±1.41)%，茶皂素提取率(43.2±0.94)%。通过气质分析发现，正丁醇提取的茶油和冷榨茶油的化学成分相似，表明正丁醇法提取的茶油能很好的保持茶油原有的品质。

正丁醇 茶油 茶皂素 气质联用

茶油是我国食用油主要品种之一[1]，茶油的成分以不饱和脂肪酸为主，油酸质量分数为74%～87%，具有抗血管硬化和降血压的功效[2-4]，在调节血胆固醇、抑制组织过氧化作用等方面优于富含多不饱和脂肪酸的油脂[5-7]。近年来，茶油加工提倡冷榨，通常可以提取出原料中86%～92%的茶油，冷榨后油茶饼粕中还含有不低于8%茶油和9%～14%茶皂素。茶皂素是一种天然非离子型表面活性剂[8]，具有良好的乳化、分散、湿润、发泡及去污等性能，并有抗渗、消炎、镇痛及扩张血管等作用[9]，在工业、农业及医药卫生行业有着良好的应用前景[10]。因此，油茶饼粕中剩余物茶油和茶皂素的提取分离受到很多学者的关注，陈德军[11]利用甲醇和6#溶剂混合浸取茶籽，通过分层得到茶油和粗茶皂素；现有的生产企业通常是用6#溶剂浸提出油茶饼粕中剩余物的茶油，茶皂素则少有利用。生产中用6#溶剂虽然提取率高，但6#溶剂闪点为-30 ℃，在生产操作过程中危险性大，且很有利用价值的茶皂素没有提取出来。如何安全高效提取油茶饼粕中剩余物茶油和茶皂素，是油茶加工产业增效要解决的关键技术之一。正丁醇的闪点为35 ℃，相对6#溶剂来说安全性高，对维生素E、角鲨烯、麦角甾醇和卵磷脂等有很强的溶解能力。本研究选用正丁醇为溶剂，将油茶饼粕中的剩余物茶油、茶皂素和卵磷脂等同时提取出来，再进行分离，分别得到目标产物茶油、茶皂素等，为油茶饼粕的高效综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冷榨油茶饼粕(含油8.45%，含茶皂素9.28%)、冷榨茶油：湖南林之神生物科技有限公司；C8-C22标准脂肪酸：Supelco Analytical co. ltd.。

Scion-SQ气质联用仪(GC-MS)：美国布鲁克公司；UV-2800双光束/紫外可见分光光度计：北京瑞利分析仪器公司；旋转蒸发器：郑州长城科工贸有限公司。

1.2 试验方法

取用粉碎机打成粉末(60～100目)的冷榨油茶饼粕500 g，在恒定条件下用一定量的正丁醇(含水5%)浸提，浸提液用4层纱布过滤。重复正丁醇浸提和过滤的步骤，收集合并每次纱布过滤的滤液，再用滤纸进行过滤，收集滤液。滤液置于旋转蒸发器中进行减压恒温(80 ℃)蒸发正丁醇，蒸至烧瓶壁上有黄色吸附物时停止蒸发。将浓缩液倒入烧杯中，得到的沉淀先用正丁醇重复洗涤3次，洗涤液倒入浓缩液烧杯中，再用水洗，洗净烧瓶收集水洗液，干燥为粗茶皂素。最后将烧杯中的液体再次倒入烧瓶中旋转蒸发，蒸发完全，收集液体为茶油。

1.3 单因素试验

由单因素试验确定浸提次数、料液比、浸提时间、浸提温度对茶油和茶皂素提取率的影响。

1.4 响应面试验

依据单因素试验结果，选取对浸提过程影响较大的因素进行Box-Behnken试验，运用统计软件Design-expert 8.0对试验结果进行分析，确定最佳的浸提参数。

1.5 粗茶皂素的含量测定

标准曲线的测定：取20 mg茶皂素溶于蒸馏水，10 mL的容量瓶定容。分别取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL于带塞的10 mL试管中，加水定容到2.5 mL，冰水浴条件下精确加入8%的香草醛乙醇溶液0.5 mL，然后加入77%硫酸溶液4 mL，摇匀，在60 ℃水浴15 min，冰水浴冷却10 min，取出后静置到室温，空白试剂为参比，在波长545 nm处，测定吸光度[12]。以吸光度与标准溶液的质量浓度x(mg/mL，体积为2.5 mL)求得回归方程为：y=0.225 8x-0.038 3，相关系数为R2=0.997 5。

粗茶皂素含量测定：取最佳条件下得到的干燥粗茶皂素，20 mg溶于蒸馏水，10 mL容量瓶定容。取2.5 mL于带塞的10 mL试管中，处理方法同标准曲线测定相同，测定吸光值。

1.6 茶油GC-MS分析

气相色谱条件：毛细管柱HP-88，100 m×0.25 mm×0.2 μm。进样口温度：250 ℃，进样量10 μL，柱温：100 ℃保持1 min，3 ℃/min升至220 ℃保持10 min，载气为He(1 mL/min)。

质谱条件：EI源，电离条件70 eV，离子源温度：200 ℃，质谱范围：45～400 Amu，扫描周期：200 ms。

将C8～C22标准脂肪酸加正己烷(色谱纯)稀释为0.2 mg/mL，作为外标物，进行GC-MS检测分析。

取20 mg左右待测样品，加入4∶1正己烷-石油醚4 mL溶解油样，再加入0.5 mol/L KOH-CH3OH溶液2 mL，振摇后置于50 ℃水浴中反应，取出后加入2 mL蒸馏水并充分震动，静置分层后取出上层有机相，加入一定量无水Na2SO4震荡干燥1 h。取30 μL上述液体用正己烷稀释到2 mL，用GC-MS分析[13-14]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 浸提次数对提取率的影响

浸提次数对茶油和茶皂素提取率的影响如图1所示。浸提次数低于3次的时候，茶油和茶皂素的提取率较低。这是由于浸提次数少，茶油和茶皂素还没有完全浸出。当浸提次数为3次时，茶油和茶皂素的提取率较高；但浸提4次与浸提3次相比提取率增加很少，这是因为其他条件固定时，浸提3次油茶饼粕中的茶油和茶皂素已充分溶出，增加次数已经不能使茶油和茶皂素提取率有较大变化。所以选择2～4次作为后续试验参数范围。

图1 浸提次数对提取率的影响

2.1.2 浸提料液比对提取率的影响

改变料液比1∶0.6、1∶0.8、1∶1、1∶1.2、1∶1.4进行试验，测定茶油和茶皂素提取率，结果如图2所示。料液比小于1∶1的情况下，茶油和茶皂素的浸提得率较低，随着料液比的增加，提取率增加较大。这是因为料液比的增大，浸提溶剂的量增多，达到相平衡时会有更多的茶油和茶皂素被提取出来。当料液比大于1∶1后，因为饼粕中茶油和茶皂素已基本溶出，且随着料液比的增加，分离过程中被溶剂带走茶油总量也随着增多，所以提取率增长很少。后续试验选择1∶(1～1.4)作为料液比参数范围。

图2 浸提料液比对提取率的影响

2.1.3 浸提时间对提取率的影响

浸提时间对茶油和茶皂素提取率的影响如图3所示。在浸提1 h时，提取率较低，随着时间的增加，提取率有明显提升，这是由于浸提时间少，浸提溶剂与油茶饼粕接触的时间短，浸提溶剂还没完全将茶油和茶皂素充分溶出。而在2 h以后，茶油的提取率基本保持不变，这是由于在2 h以后，茶油和溶剂接近相平衡，增加时间已经不能提取出更多的茶油。而在2 h以后茶皂素的提取率还有少量的提升，这是由于茶皂素的提取出来的量较少，溶剂中茶皂素未饱和。所以选择2～4 h作为后续试验的时间范围。

图3 浸提时间对提取率的影响

2.1.4 浸提温度对提取率的影响

浸提温度对茶油和茶皂素的提取率的影响如图4所示。随着温度的升高，茶油和茶皂素的提取率有显著的提升。在70 ℃以后，茶油提取率增加不大，茶皂素的提取率还有明显提高，由于茶皂素易溶于热水，提高温度可使茶皂素能被更多的提取出来。在保证茶油和茶皂素提取率的前提下，将提取温度选定为80 ℃，与产物分离操作时的旋转蒸发温度相同，有利于管理和产物收集。

图4 浸提温度对提取率的影响

2.2 Box-Benhnken试验结果与分析

根据单因素的试验结果，固定提取温度80 ℃，选取浸提时间(X1)、料液比(X2)、浸提次数(X3)为试验因素。试验主要目标是提取茶油、茶皂素是作为副产物进行提取试验，所以响应面试验选择浸提时间(X1)、浸提料液比(X2)、浸提次数(X3)为影响因素，采用Box-Benhnken试验设计对茶油提取率进行三因素三水平的响应面分析优化。试验设计与结果如表1、表2 所示。

表1 Box-Benhnken 试验因素及其水平表

表2 Box-Benhnken试验结果表

表3 全模型方差分析

注：**差异极显著(P<0.01)；*差异显著(P<0.05)。

利用Design-expert 8.0软件对所得数据进行回归分析，结果如表3所示。模型F值为45.76，整体模型的概率(Pr>F)值<0.01，表明该二次方程模型极显著，失拟项P=0.098 0>0.05，差异为不显著，相关系数R2=0.988 0，表明模型拟合度较好。所得二次回归方程为：

Y=89.36+5.565X1+7.787 5X2+14.105X3+3.635X1X2+4.285X1X3-0.555X2X3-8.43X12-9.915X22-10.795X32

式中：Y为油的提取率/%；X1为浸提时间/h；X2为浸提料液比；X3为浸提次数。

对回归方程求解并修整，得到各因素的最佳值分别为：浸提时间2.57 h、浸提料液比1∶1.36、浸提次数4 次，茶油提取率达到理论最大值93.78%。根据上述优化的条件，进行3次平行试验，测得茶油提取率为(92.88±1.41)%。

收集优化条件下提取的茶皂素，利用紫外显色法测定，计算出茶皂素的提取率为(43.2±0.94)%。

2.3 粗茶皂素含量测定

测得粗茶皂素的吸光度值为0.269，计算得到茶皂素质量分数为68%。

2.4 不同提取方法茶油主要成分比较

称取的冷榨茶油质量为24.6 mg，正丁醇提取的茶油质量为16.9 mg，甲酯化后测定其主要成分，结果如表4所示，冷榨茶油和正丁醇提取的茶油的主要化学成分为4种，占总油质量分数分别为97.933%和97.147%。其中冷榨茶油和正丁醇提取的茶油不饱和脂肪酸质量分数分别为85.604%、88.663%，而不饱和脂肪酸是人体必需的脂肪酸，对人体健康具有重要意义。

表4 待测物的主要化学成分

图5 茶油和标准样品GC-MS谱图

3 总结

3.1 保持浸提温度为80 ℃，单因素和响应面的分析结果表明，影响浸提得率大小的因素依次是浸提次数(X3)>料液比(X2)>浸提时间(X1)。最佳试验条件为浸提时间2.57 h、料液比1∶1.36、浸提次数4 次，在优化后的条件下有较高的茶油和茶皂素的提取率。

3.2 通过紫外分光光度测定粗茶皂素质量分数为68%，因为试验主要目标是提取茶油，茶皂素的提取率为(43.2±0.94)%，后续研究中尚需进一步提高茶皂素的提取率。

3.3 利用GC-MS对冷榨茶油、正丁醇提取茶油进行比较，2种提取方法得到的茶油化学成分含量相近，说明正丁醇法提取的茶油不但能很好的保持茶油原有的品质，而且能够同时提取出油茶饼粕中的其他有效成分，是一种有潜在产业化价值的提取方法。

[1]张纯萍．茶籽油研究进展[J]．现代企业教育，2006(4)：188-189

[2]Ma J，Ye H，Rui Y，Chen G，Zhang N．Fatty acid composition of camellia oleifera oil [J]．Journal Fiir Verbraucherschutz and Lebensmittelsicherheit, 2011，6(1)：9-12

[3]张正香，宋红，张茂详．茶籽油综合利用探讨[J]．粮油科技，1999(2)：11-12

[4]钟丹，蒋孟良，王霆．茶油的化学成分、药理作用及临床应用研究进展[J]．中南药学，2012，10(4)：299-303

[5]丁志，杨钟鸣，张冰冰，等．山茶油对血脂的实验研究[J]．中国茶油，2003，25(6)：20-21

[6]陈梅芳，顾景范，孙明堂，等．茶油延缓动脉硬化形成及其机理的探讨[J]．营养学报，1996，18(1)：13-18

[7]尹彩娜，施用晖，王艳艳，等．猪油、茶油及氧化茶油对小鼠抗氧化能力及血脂代谢的影响[J]．营养学报，2008，30(6)：624-626

[8]李升锋，尹国，刘学铭，等.茶皂素性质、提取、精制及应用[J].粮食与油脂，2003(11)：17-18

[9]Chattopadhyay P，Besra S E，Gomes A，et al．Anti-inflammatory activity of tea (camellia sinensis) root extract [J]．Life Science，2004，74(15)：1839-1845

[10]张星海，杨贤强．茶皂素性质及应用研究近况[J]．福建茶叶，2003(2)：17-19

[11]陈德军．混合溶剂浸取油茶籽及大孔树脂纯化茶皂素的研究[D]．南京：南京工业大学，2005

[12]王金元，费学谦，罗凡．大孔树脂纯化油茶皂素工艺的研究[J]．广东农业科学，2011(9)：95-98

[13]曾红燕，李昌珠，蒋丽娟．用GC-MS分析不同方法提取的脂肪酸[J]．热带亚热带植物学报，2005，13(3)：271-274

[14]农惠亮，蓝晓步，诸葛明丽，等．气相色谱测定茶油中油酸含量[J]． 粮食科技与经济，2013,10(5)：24-26．

Research on Tea Oil and Tea Saponin Extracted by N-butyl Alcohol from Pressed Camellia Cake

Yi Xiaosheng1Liu Rukuan2,3Xiao Zhihong2,3Wu Hong2Gu Zhengwei1Li Jilie1Li Changzhu2

(Central South University of Forestry and Technology1, Changsha 410004)(Hunan Academy of Forestry2, Changsha 410004)(National Engineering Research Center of Oiltea Camellia3, Changsha 410004)

In order to make full use of the cold pressed camellia cake, by adopting the tea oil and saponin extracted by n-butyl alcohol from cold pressed camellia cake, the single factor experiment can be conducted for extracting time, times of extracting, temperature and ratio of material to solvent,. Then the Box-Behnken experimental design and response surface methodology were taken on regression analysis. Through gas chromatograph-mass spectrometer analysis, the fatty acid composition in the extracted tea oil and cold pressed tea oil was measured and compared. The result showed that under the temperature 80 ℃, with times of extracting being 4, ratio of material to solvent being 1∶1.36 and extracting time being 2.57 h, the extraction rates of tea oil and saponin were respectively (92.88±1.41)% and (43.2±0.94)%. It was found that through the gas chromatograph-mass spectrometer analysis, chemical compound of tea oil extracted by n-butyl alcohol was similar to that of cold pressed tea oil, which showed the tea oil extracted by n-butyl alcohol could well preserve the original quality of tea oil.

n-butyl alcohol, tea oil, tea saponin, gas chromatograph-mass spectrometer

TQ644.14

A

1003-0174(2016)04-0067-05

国家科技支撑计划(2011BAD22B04)，国家油茶工程技术研究中心开放基金(2014CZ01-1)，湖南省科技计划(2014NK3126)，湖南省林业科技计划(XLK 201412)

2014-08-11

易笑生，男，1991年出生，硕士，农产品生物加工

黎继烈，女，1959年出生，教授，农产品生物加工

李昌珠，男，1963年出生，研究员，资源植物利用