油茶粕中茶皂素连续提取工艺的研究

栗铭泽，郭少海，杜孟浩，费学谦，钟海雁

(1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，杭州311400； 2.中南林业科技大学 食品科学与工程学院，长沙410004)

综合利用

油茶粕中茶皂素连续提取工艺的研究

栗铭泽1，2，郭少海1，杜孟浩1，费学谦1，钟海雁2

(1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，杭州311400； 2.中南林业科技大学 食品科学与工程学院，长沙410004)

对油茶粕中茶皂素连续提取工艺进行研究。首次采用油茶粕造粒后连续提取茶皂素的方法，以乙醇为浸提溶剂，模拟工厂逆流连续提取的生产工艺。通过对提取时间、提取温度、物料含水率的单因素实验，并经过三因素三水平正交实验优化，得到了茶皂素连续提取的最佳工艺条件为：提取温度65℃，提取时间120 min，物料含水率6.57%。在最佳工艺条件下，茶皂素残留为1.79%。

油茶粕；茶皂素；造粒；连续提取

目前我国油茶种植面积约366.67万hm2，榨油后可产生50万t油茶粕[1-3]。油茶粕本身具有较高的经济价值，其中茶皂素含量更是高达10%～15%[4]。茶皂素是一种天然的非离子表面活性剂，可作为乳化剂、分散剂及气泡剂的天然原料[5]。近年来的研究[6-7]表明，茶皂素具有抗菌、消炎、抗氧化及保护胃黏膜的作用。

目前茶皂素提取方法有水提-沉淀法[8]、水提-醇萃法[9]、超声波辅助提取法[10]、混合溶剂提取法[11]等。这些方法在其各自的实验条件下，都取得了一定的效果。但受设备、能耗、产能等诸多因素的限制，大多数方法均不宜实现工业化生产。

逆流连续提取工艺是一种较为先进的提取方法[12]，在医疗、化工、保健食品等行业已经有广泛的应用[13]。该方法采用正向进料，逆向进溶剂的方式，使得溶剂和物料在浸提设备中逆向运行，用新鲜的溶剂提取待提取物质残留最低的物料，低浓度料液浸泡待提取物质含量低的物料，高浓度料液浸泡待提取物质含量高的物料及未浸提的新鲜物料。但该方法在茶皂素工业生产中的应用并不广泛。主要原因是局部物料渗透困难导致茶皂素残留高。为解决此问题，本文首次采用了将油茶粕造粒后提取的方法。油茶粕造粒，也叫制粒，即将油茶粕经加工制成具有一定形状与大小粒状物。造粒后的油茶粕可以显著提高连续提取生产中溶剂的渗透性，防止黏附、降低堆积密度、预防设备堵塞。通过将油茶粕造粒，提高提取过程中溶剂的渗透性，从而提高得率，降低残留。

本文使用乙醇作为溶剂，首次采用油茶粕造粒后连续提取的方法提取茶皂素，以期为工业逆流连续提取茶皂素工艺的改进提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

油茶粕：浙江久晟茶业发展有限公司提供(茶皂素含量12%～15%)；茶皂素标准品(纯度99%)：实验室自制；香草醛(AR)，无水乙醇(AR)，硫酸(AR)。

DGG-9140电热恒温鼓风干燥箱；S-114电子天平(0.000 1 g)；电子天平(0.01 g)；XW-80A旋涡混合仪；Avanti J-E离心机，美国贝克曼库尔特公司；XMTE-8112恒温水浴锅；UV-2550紫外-可见分光光度计，日本岛津公司；SZLH32制粒机，溧阳汇达机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 油茶粕造粒

油茶粕经制粒机造粒。制粒机工艺参数如下：筛板孔径3 mm，蒸汽压力0.1 MPa，转速150 r/min。得到含水率9%左右的造粒油茶粕(以下简称油茶粕粒)作为进一步实验的原料。

1.2.2 茶皂素逆流连续提取工艺

实验模拟工厂逆流连续提取工艺如图1所示。

图1 茶皂素逆流连续提取工艺流程图

由图1可以看出，1～12号容器分别添加50.0 g油茶粕粒，按料液比1∶2加入85%乙醇提取。每单位时间内转移提取液至下一容器，同时初始容器中通入等量新鲜溶剂。每份油茶粕粒提取6次，至12号容器第一次提取完成结束实验。取7号容器油茶粕粒测定茶皂素残留，取12号容器提取液测定茶皂素得率。

1.2.3 茶皂素含量的测定

1.2.3.1 茶皂素标准溶液的配制

精确称取茶皂素标准品0.025 g，用85%乙醇溶解，并定容到50 mL容量瓶中，摇匀，即得茶皂素标准溶液。

1.2.3.2 最大吸收波长的确定

参考陈莹等[14]的方法并改进。量取茶皂素标准溶液1 mL于10 mL具塞试管中，准确加入1 mL 8%香草醛溶液，于冰水浴中加入8 mL 77%硫酸溶液，摇匀，于60℃水浴加热显色30 min，然后置于冰水浴中冷却10 min，取出试管置于室温下直至温度与室温持平，以试剂空白为参比，用1 cm比色皿在紫外-可见分光光度计上扫描，得到最大吸收波长为540 nm。

1.2.3.3 标准曲线的绘制

准确量取茶皂素标准溶液0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 mL于带塞试管中，加85%乙醇定容至1 mL，按1.2.3.2方法反应后，在最大吸收波长下测定吸光度，并以吸光度(y)对质量浓度(x)绘图，得到茶皂素标准曲线y=0.001 5x-0.088 5，相关系数R2=0.999 1。

1.2.3.4 茶皂素得率及茶皂素残留的计算

(1)茶皂素得率的计算

参考刘红梅[15]的方法计算茶皂素得率。

(2)茶皂素残留的计算

将7号容器油茶粕粒烘干、粉碎后，取5 g于索氏抽提器中，用85%乙醇沸水浴抽提10 h，将抽提液定容到250 mL容量瓶中。再取1 mL定容到10 mL容量瓶中。按照1.2.3.2方法测定。计算茶皂素质量浓度。茶皂素残留的计算方法如下：

式中：c为茶皂素质量浓度，mg/L；V为抽提液的体积，L；n为抽提液的稀释倍数；m为油茶粕粒质量，g。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 提取温度对茶皂素得率及残留的影响

在提取时间180min、物料含水率9%的条件下，考察提取温度对茶皂素得率及残留的影响。结果见图2。

图2 提取温度对茶皂素得率及残留的影响

由图2可以看出，随着提取温度的升高，茶皂素的得率上升，55℃时，得率最高，之后，随提取温度升高茶皂素的得率下降；随着提取温度升高，茶皂素的残留降低，在55℃时残留最低；之后随提取温度的升高，残留小幅升高后趋于稳定。

2.1.2 提取时间对茶皂素得率及残留的影响

在提取温度55℃、物料含水率9%的条件下，考察提取时间对茶皂素得率及残留的影响。结果见图3。

图3 提取时间对茶皂素得率及残留的影响

由图3可以看出，随着提取时间的延长，茶皂素得率总体呈上升趋势。在120min之后，茶皂素得率变化并不明显，基本趋于稳定；茶皂素残留随着提取时间的延长呈现快速降低的趋势，在提取时间为120min时，茶皂素的残留最低，之后茶皂素残留基本趋于稳定。

2.1.3 物料含水率对茶皂素得率及残留的影响

在提取时间150min、提取温度55℃的条件下，考察物料含水率对茶皂素得率及残留的影响。结果见图4。

图4 物料含水率对茶皂素得率及残留的影响

由图4可以看出，随物料含水率升高，茶皂素得率先升高后下降，在物料含水率为7%时达到最高，之后呈下降趋势；残留先下降后升高，在物料含水率为7%时获得最低残留，在物料含水率8%以上残留基本趋于稳定。在含水率过低的情况下，茶皂素得率很低。推断在物料含水率过低的情况下，乙醇溶液不能迅速浸透物料，因而导致得率不高。物料含水率过高的情况下，会影响到乙醇溶液提取茶皂素的效率。

2.2 正交实验

在单因素实验的基础上，以茶皂素残留为指标，以提取温度、提取时间、物料含水率为因素进行正交实验。正交实验因素水平见表1，正交实验结果及分析见表2。

表1 正交实验因素水平

表2 正交实验结果及分析

根据表2，做三因素的效应图如图5所示。

图5 因素效应图

由表2可以看出，影响茶皂素残留的主次因素顺序是：提取温度>物料含水率>提取时间。得出最佳的工艺条件为A3B2C3，即提取温度65℃，提取时间150 min，物料含水率6.57%。由图5可以看出，提取时间超过120 min之后，提取时间对茶皂素残留的影响很微弱，考虑到产能问题，选择A3B1C3更适合工业生产，即提取温度65℃，提取时间120 min，物料含水率6.57%。

按照优化条件进行验证实验，茶皂素残留为1.79%，略优于正交实验的最优结果，证明了优化方案的可行性。

2.3 油茶粕造粒连续提取的中试实验

根据实验结果，于2015年6月30日—7月3日在浙江久晟茶业发展有限公司采用逆流连续提取方法进行了中试实验。中试的工艺条件为：乙醇体积分数80%～87%，料液比1∶2，提取温度60～65℃，提取时间120～140 min，物料含水率6.3%～7.8%，进料速度0.8 t/h。提取后测得茶皂素残留为2.66%～3.21%。进一步验证了该方法在工业生产中的可行性。

3 结 论

本研究证明了油茶粕造粒后连续提取的可行性。实验得出油茶粕造粒连续提取的最佳工艺条件为：提取温度65℃，提取时间120 min，物料含水率6.57%。在最佳条件下，茶皂素残留为1.79%，远低于目前连续提取工业生产的平均水平(8%左右)。

较为关键的是采用造粒提取。以往的工业生产中，油茶粕粉碎烘干后直接提取，导致浸提溶剂渗透困难，茶皂素残留居高不下。而油茶粕经过造粒后，溶剂能够浸透到物料内部，也更有利于提取。实验证明，造粒连续提取方法得率高、残留低，在未来的油茶粕副产品开发中前景广阔。

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Continuous extraction of tea saponin from oil-tea camellia seed meal

LI Mingze1，2，GUO Shaohai1，DU Menghao1，FEI Xueqian1，ZHONG Haiyan2

(1. Research Institute of Subtropical Forestry，Chinese Academy of Forestry，Hangzhou 311400，China;2. College of Food Science and Technology，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China)

The process of continuous extraction of tea saponin from oil-tea camellia seed meal was studied. The method of continuous extraction after oil-tea camellia seed meal granulation was proposed for the first time. Ethanol was used as extraction solvent and the production process of countercurrent continuous extraction in factories was simulated. Through single factor experiment of extraction time，extraction temperature and moisture content of material，and optimization of three-factor and three-level orthogonal experiment，the optimal continuous extraction conditions of tea saponin were obtained as follows：extraction temperature 65℃，extraction time 120 min, moisture content of material 6.57%. Under these conditions，the residue of tea saponin was 1.79%.

oil-tea camellia seed meal；tea saponin; granulation; continuous extraction

2016-03-30；

2016-09-11

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 (RISF201361324)

栗铭泽(1988)，男，在读硕士，研究方向为食品加工与安全(E-mail)limingze8807@163.com。

郭少海，教授级高级工程师(E-mail)guoshaohai@126.com。

TS229;TQ423

A

1003-7969(2017)01-0121-04