茶粕中茶皂素提取分离工艺的研究

唐鹏程 王文渊 朱龙军（永州职业技术学院，湖南 永州 425100）

茶粕中茶皂素提取分离工艺的研究

唐鹏程 王文渊 朱龙军（永州职业技术学院，湖南 永州 425100）

永州是油茶植物种植的大市，油茶种植面积约占全市的16.7%，居于湖南省的第二位。茶粕是油茶榨油后剩下的渣饼，里面富含丰富的茶皂素成分，茶皂素为齐敦果烷型五环三萜类皂苷，是一种性能优良的非离子型天然表面活性剂，同时还具有抗癌、镇痛及消炎等生理活性。本文以茶皂素产率为考察目标，从pH、温度、料液比、乙醇浓度等影响因素就茶皂素提取分离工艺进行了单因素的研究，并对茶皂素的提取进行了正交试验，最终确定了醇提茶皂素的最优化工艺。

茶粕；茶皂素；定量分析；提取；纯化

目前，国内外提取茶皂素的方法主要有有机溶剂法和水浸法，另外，还有在此基础上推出的一些新方法，有机溶剂法常以乙醇或丁醇为浸提剂，该方法用时短，所得茶皂素纯度高；而由于水浸法所得茶皂素纯度低，限制了茶皂素的应用范围，一般不大使用。本文从油茶榨油后剩下的渣饼（茶粕）中茶皂素的提取纯化着手，旨在提高对茶粕的利用率，以茶粕为原料，乙醇为浸提剂，对茶皂素的测定方法、提取工艺及分离工艺进行了研究和优化，提高了茶皂素的获得率、降低了生产的成本。

1 茶粕中茶皂素的性质

茶粕中茶皂素主要有三个特性。一是生理活性：包括溶血性，显著的抗渗透和消炎能力，抑制霉菌生长的作用，此外，还具有促进植物生长、杀菌杀虫、止咳镇痛及怯痰消炎等多种生理功能；二是表面活性：茶皂素是一种性能优良的天然表面活性剂，具有润湿、稳泡、去污、乳化、分散、发泡等多种表面活性，还是制备水包油（O/W）型乳液的良好乳化剂；三是理化性质：茶皂素水溶液为茶褐色，无不溶物，具有苦辛辣味，还能被氢氧化钡、醋酸铅、盐基性醋酸铅所沉淀，析出云状物，而对氯化钡和氯化铁不产生沉淀。

2 常见的茶粕中茶皂素的分离提取技术的简介

目前所用的方法主要为水提法和有机溶剂法，水提法提取的茶皂素多为浆料，纯度低、颜色深、质量差，再次纯化较困难；有机溶剂法与水提法相比，所得的茶皂素纯度有明显的提高，但有机溶剂法一次性投资较大，提取时间增加，产品获得率不高，醇类溶剂有一定毒性，生产成本高，溶剂消耗大，工艺复杂，设备要求高，不利于茶皂素产品的工业化。此外，还有一些基础方法上研制出的新方法，例如，水提-醇萃法、超声波法、脱脂-浸提-脱色法以及稀酸、稀碱提取法等。

3 茶皂素提取分离工艺的研究

3.1 实验材料和仪器

实验材料：

本实验所选用的实验仪器与材料均符合国家标准规定。其中实验原材料油茶籽，由湖南金浩植物油有限公司提供。

本实验所需的化学试剂有：无水乙醇AR、浓硫酸AR、乙醚AR、氢氧化钠AR、硫酸钾AR、酒石酸钠AR、甲基红溶液AR、次甲基蓝溶液AR、蒸馏水（由于实验数据要求精度较高所以我们采用二次水的高纯水作为实验用水）。

实验仪器：

86-1型微型植物试样粉碎机（上海市美利达仪器有限公司）、BD-211电子分析天平（北京瑞利分析仪器公司）、DD-S型恒温水浴锅(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)、RGD-34型旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）、SHZ-Ⅲ型循环水真空泵（上海亚荣生化仪器厂）、

FDZ-6200型真空干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)、VVX型分光光度计（北京瑞利分析仪器公司）、PLF-2013低速离心机（TIAN WAN仪器有限公司）、EFD-204水浴恒温振荡器（江苏荣华仪器制造有限公司）、SZ93-1自动双重纯水蒸馏器（上海市美利达仪器有限公司）、115-A pH计（上海市美利达仪器有限公司）。

3.2 实验方法

本实验将乙醇作为实验材料的提取机对茶粕中的茶皂素进行提取，通过复杂的实验将含有较多杂质的茶皂素提取出来，实验步骤分为以下几步：

（1）茶粕原材料的处理：经过实验室仪器的脱壳处理，将油茶籽处理为一定目数的均匀粉末，并使用有机溶剂将其处理得到可以进行实验用的茶粕。（实验过程中值得注意的是对茶粕进行处理时一定要注意脱脂，脱水量要达到试验要求）。

（2）对茶粕中的各类主要成分进行测定：通过失重法对含水量进行测定；使用灼烧法对灰度进行测定；通过标准测试方法对粗蛋白的含量进行测定；采用滴定法对糖含量进行测定；采用香草醛-浓硫酸比色法对茶皂素含量的进行测定。

3.3 单因素试验

乙醇浓度的选择：称取8份重量均为7g的茶粕，分别置于250ml的烧瓶中，将pH值固定在7的位置。分别加入不同浓度的乙醇溶液0%，15%；30%；45%；50%；65%；80%；100%。将温度控制在50oC，浸泡3个小时。过滤测定茶皂素的含量，从而判断乙醇浓度对茶皂素提取的影响。

温度的影响：称取6份重量均为7g的茶粕，分别置于250ml的烧瓶中，将pH值固定在7的位置。分别加入不同温度15oC；30oC；45oC；50oC；65oC；80oC。乙醇的浓度控制在65%，浸泡3个小时。过滤测定茶皂素的含量，从而判断提取温度对茶皂素提取的影响。

pH对茶皂素提取量的影响：称取6份重量均为7g的茶粕，分别置于250ml的烧瓶中，将温度控制在65oC。分别加入不同pH 5；6；7；8；9；10。乙醇的浓度控制在65%，浸泡3个小时。过滤测定茶皂素的含量，从而判断pH值对茶皂素提取的影响。

3.4 实验结果的收集与分析

将油茶籽进行预处理能够去除油茶籽的外壳，提高茶皂素的提取量，并且减少实验仪器的磨损，降低油茶籽壳中其他元素的影响。破碎均匀后的油茶籽能够更好的进行脱水脱脂。

茶粕中各类成分的组成

3.4.1 乙醇浓度对茶皂素提取率的影响：

从图中能够看出：茶皂素的得率随着甲醇的浓度升高而降低。但是乙醇浓度过于低时，浸提难度会相应增大，所以经过我们的测试：选择50%乙醇作为浸提剂，从图中能够看出此时得率为13.08%。

3.4.2 温度对茶皂素提取率的影响：

从图中能够看出当温度控制在60oC到80oC时，茶皂素的获取率为最高值的范围，由于我们实验所用有机溶剂易于挥发，并且温度升高，溶液粘性增加，淀粉糊化速度加快，阻止了茶皂素的析出，温度过高会使得茶皂素分解，所以综合各类影响，我们将提取分离的实验温度定为70oC。

3.4.3 pH值对茶皂素提取量的影响：

从图中能够看出：茶皂素的得率随着浸提液pH值的逐渐增大而增加，在pH值为10.0时，茶皂素得率达到最大值为14.01%。当pH值大于10的时候，随着数值的增加茶皂素的提取量逐渐降低，这可能是由于在碱性条件下，茶皂素本身所具有酸性特征与碱性作用，形成杂质，影响了香草醛浓硫酸显色反应。所以经过对数据的分析，我们将实验的pH值确定为10。

3.5 实验总结

通过改变实验的乙醇浓度，实提取实验的温度变化，和对pH值不同的情况下，对茶粕中茶皂素的提取率的研究，我们发现不同的乙醇浓度；提取温度和pH值对实验数据影响非常明显，经过实验数据的分析，我们将茶粕中茶皂素的分离提取工艺中的乙醇作为提取液时的浓度为：50%；提取反应温度为：70oC；提取液的pH值为10.将分离提取工艺的实验数据优化能够取得最佳的茶皂素提取量。

4 茶皂素膜分离纯化茶皂素工艺的研究及纯化后的茶皂素含量测定

本文中采用了膜分离技术并且与树脂联用，对茶皂素进行分离提纯，通过陶瓷膜和纳米滤膜进行茶皂素提纯。

4.1 提纯所需要的材料以及仪器

实验所需的材料：茶粕以及原材料已经在前文中给出，提纯实验所需要的有：大孔径树脂；陶瓷膜。

实验所需要的仪器：紫外可见光分光光度计可见分光光度计：311型，北京精密科学仪器有限公司；膜分离纯化仪器：广东大光膜分离设备工程有限公司；电热恒温水浴锅：FF-11s型，河南省美丽仪器厂；多功能溢流循环超声波萃取机

4.2 实验步骤

将茶皂素粗产品用于乙醇溶液中，配制成不同浓度的溶液，通过过滤膜进行提纯，搜集透过液进行测定，来判断不同的茶皂素的浓度对过滤效果的影响。

从图中能够看出，随着茶皂素浓度的增大，茶皂素的透过率和膜通量都会有较为明显的降低，当茶皂素浓度从1%增加到2%的时候，透过率从73.11%很明显的降到了32.19%；随着茶皂素浓度不断增加，下降趋势渐渐平缓。在膜分离过程中，在滤膜表面会积攒下很多茶皂素残渣，导致溶质在滤膜表面的浓度不断地增加，在浓度梯度的作用下，溶质由膜表面向本体溶液扩散，从而形成边界差，使流体阻力与局部渗透压增大，导致膜通量降低。

5 结语

综上所述，我国是油茶籽品种最多、分布最广、产量最高的国家，但由于油茶榨油后剩下的渣饼中的茶皂素味苦、有毒，限制了它的应用范围，目前而言大部分油茶籽粕都被直接用作清塘剂或肥料使用，还有些被当作燃料烧掉或廉价出口，给我国造成了巨大的资源浪费。因此，能研究出合理的茶皂素提取分离工艺，并将其发展成为工业化产业显得十分重要，新工艺的研究对我国的油茶种植、农副产物综合利用以及新产品开发等都具有深刻的意义。

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