茶皂素水溶液的双氧水脱色工艺研究

刘尧刚

摘 要：对茶皂素水溶液的脱色工艺进行了分析研究，考察了脱色温度、双氧水用量、脱色时间和溶液pH对脱色效果的影响。选用L9（34）正交表，对脱色温度、双氧水用量、脱色时间和溶液pH四个因素进行正交试验，得出最佳脱色条件为：双氧水用量为茶皂素水溶液体积的25%、调节pH值为6.0，60℃水浴50min。在最佳条件下验证试验，脱色率可达91.62%。

关键词：双氧水 茶皂素 脱色

引言

茶皂素是皂素中的一类，是从山茶科植物种子中提取出来的一种糖甙化合物。广泛存在于各种茶类植物中，其基本结构包括配基、糖体及有机酸。茶皂素是一种纯天然非离子型表面活性剂，具有乳化、分散、润湿、去污、发泡、稳泡等多种表面活性。茶皂素还具有显著的祛痰、止咳、消炎、镇痛、抗渗透、杀菌、杀虫及促进植物生长等作用，因而广泛应用于日用化工、农药、医药、食品及建材、冶金和金属材料加工等许多领域[1～3]。

在茶皂素提取过程中，一方面部分天然色素一同溶出，另一方面由于蛋白质、多糖和多酚类化合物等杂质存在，有部分色素生成，使得精制后的茶皂素产品颜色较深，影响产品外观及档次，限制了产品使用范围。本文主要研究双氧水对茶皂素水溶液的脱色，找出脱色的最佳工艺条件。

1、材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料

脱壳冷榨油茶籽饼，由湖北黄袍山保健食品有限公司提供。

1.1.2 主要试剂和仪器

H2O2（30%）、无水乙醇、浓硫酸、香草醛等，均为分析纯。

7200型可见分光光度计（尤尼柯仪器有限公司），AL 204 电子分析天平（梅特勒-托利多），HHS型恒温水浴锅（上海博迅实业有限公司医疗设备厂），GXZ-9070 ME数显鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂），E52CS 旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂），SHZ-Ⅲ 循环水真空泵（上海亞荣生化仪器厂），90-2型 定时恒温磁力搅拌器（上海沪西分析仪器厂有限公司），320-S pH计（梅特勒-托利多）等。

1.2 方法

1.2.1 双氧水脱色原理

过氧化氢是一种无色无臭的液体，可与水以任何比例混合，它氧化性较强，酸性较弱，其电离常数甚小。过氧化氢的脱色原理是依赖它在水溶液中电离出的过氧氢根离子HO2-去进攻色素的结果。在酸性和碱性介质中双氧水被“活化”，易形成HO2-。而HO2-又是一种亲核试剂，易引发过氧化氢分解，产生游离基，游离基一旦与茶皂素水溶液中的色素作用，便可使之脱色。

1.2.2 原料处理

脱壳冷榨油茶籽饼，经实验室粉碎过40目筛、6号溶剂脱脂、脱溶及脱水后得到实验用油茶粕，茶皂素含量为14.86%，脂肪含量为2.01%，水分含量为3.35%。

1.2.3 茶皂素水溶液的制备

取15g油茶粕，置于500mL磨口烧瓶中，加入7倍量的工业甲醇，在55℃水浴恒温振荡器中浸提2h，将过滤后的混合液脱溶、脱水后得粗茶皂素；将粗茶皂素溶解到一定量温水中，加入10%絮凝剂，快速搅拌1min，加入10%助剂，慢速搅拌2min，静置4h后过滤；在滤液中加入的沉淀剂（茶皂素质量的1.4倍）搅拌2h，静置2h后过滤，在滤饼中加入转化剂（沉淀剂质量的2倍），60℃搅拌1h，过滤得纯化后的茶皂素水溶液，茶皂素浓度为5mg/100mL。

1.2.4 茶皂素含量测定

比色法。

1.2.5 脱色率的计算

由于茶皂素水溶液在460nm处有最大吸收波长[4，5]。故选择460nm为检测波长测定其吸光度。并按下式计算脱色率。

1.2.6 双氧水脱色的单因素试验

1.2.6.1 脱色温度的确定

取20mL茶皂素水溶液六份，置于250mL烧杯中，加入15%的H2O2，分别在30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃下加搅拌60min后过滤，测定滤液吸光度。

1.2.6.2 双氧水用量的确定

取20mL茶皂素水溶液六份，置于250mL烧杯中，加入H2O2的量分别为溶液体积的5%、10%、15%、20%、25%、30%，60℃下搅拌60min后过滤，测定滤液吸光度。

1.2.6.3 脱色时间的确定

取20mL茶皂素水溶液六份，置于250mL烧杯中，加入20%的H2O2，分别在60℃下加搅拌20 min，40min，60min，80min，100min，120min后过滤，测定滤液吸光度。

1.2.6.4 溶液pH的确定

取20mL茶皂素水溶液六份，置于250mL烧杯中，加入20%的H2O2，分别调节pH值为4.0，6.0，8.0，10.0，11.0，12.0，在60℃下加搅拌60min后过滤，测定滤液吸光度。

1.2.7 茶皂素水溶液的脱色工艺件优化

对于选定适宜的脱色温度、双氧水用量、脱色时间和脱色pH等4个因素，选用L9（34）正交表确定最佳工艺条件。

2、结果与讨论

2.1 温度对脱色效果的影响

当脱色温度从30℃提高到60℃时，可显著提高脱色率，在60℃时，脱色率为65.43%，其后，脱色率随温度升高略有上升，但变化不明显，综合考虑到茶皂素在高温下易发生水解反应及降低能源消耗等因素，选择最佳脱色温度为60℃。

2.2 双氧水用量对脱色效果的影响

随着双氧水用量增加，脱色率逐渐升高，溶液颜色变浅，当双氧水用量大于20%后，双氧水用量增加，脱色率增加趋缓，又由于茶皂素中含有羟基等活泼基团，双氧水用量过大会导致茶皂素损失增加，因此选择双氧水的最佳用量为20%，此时脱色率为69.51%。

2.3 脱色时间对脱色效果的影响

脱色时间越长，脱色率越高，但在脱色时间达到60min后，脱色其本完成，其后随时间的延长，脱色率基本不变。另外，脱色时间过长将增加能源消耗，因此，选择最佳脱色时间为60min，脱色率为69.62%。

2.4 溶液pH对脱色效果的影响

可以看出，在溶液从碱性逐渐变为弱酸时，脱色效果越来越好，在pH为6.0时，脱色率为88.83%，其后，pH值继续降低，脱色率略有增加。又考虑到茶皂素在pH5.0～7.0范围内内较稳定，因此，选择双氧水脱色的最佳溶液pH为6.0。

2.5 正交实验

根据单因素实验结果，采用L9（34）正交表，以溶液脱色率为指标，考察脱色温度、双氧水用量、脱色时间和溶液pH值四个因素对茶皂素脱色效果影响，试验结果见表1。

从表1数据可以看出，各因素对茶皂素水溶液脱色效果的影响次序为：A（浸提温度）>B（双氧水用量）>D（溶液pH）>C（浸提时间）。由方差分析结果可知，脱色温度和双氧水用量是显著因素，对脱色率的影响较大。所以，确定最佳工艺条件为A2B3C1D2，即雙氧水用量为茶皂素水溶液体积的25%、调节pH值为6.0，60℃水浴50min。在最佳条件下脱色，得到茶皂素水溶液的脱色率为91.62%，比正交实验的最高得率（91.27%）还要高，因此确定该优化条件是可行的。

3、结论

（1）本文以双氧水为脱色剂，对茶皂素水溶液的脱色工艺进行了分析研究，考察了脱色温度、双氧水用量、脱色时间和溶液pH对脱色效果的影响。选用L9（34）正交表，对脱色温度、双氧水用量、脱色时间和溶液pH四个因素进行正交试验，得出最佳脱色条件为：双氧水用量为茶皂素水溶液体积的25%、调节pH值为6.0，60℃水浴50min。在最佳条件下验证试验，脱色率可达91.62%。

（2）双氧水是一种环保型的脱色剂，分解产物是氧和水，对环境不会造成污染，低浓度的双氧水不会破坏茶皂素结构[6，7]。以双氧水为脱水剂脱除茶皂素水溶液中的色素，工艺简单，易于操作，脱色效果好，易于工业化。

参考文献

[1]胡绍海，胡卫军，胡卫东.茶皂素在农药领域的应用研究[J].中国油脂，1997，22（4）：6l-62.

[2]叶雪良.茶皂素的开发与利用[J].化工生产与技术，2002，9（2）：6-8.

[3]夏春华，樊兴土，等.茶皂素洗理香波的研制与应用[J].中国洗涤用品工业，200l，（4），22-25.

[4]孙冀平，裘爱泳，胡学烟.茶皂素的脱色研究[J].中国油脂，2003，28（3）：42-45.

[5]程文娟，谢海荣，等.膜分离与大孔树脂联用技术纯化茶皂素[J].食品与机械，2015，（04）

[6]程轶群，赵敬娟，夏涛，杜先锋.茶皂素的陶瓷膜纯化工艺优化及脱色研究[J].农产品加工（学刊），2011，11：49-51.

[7] Hayashi K.， Aagesaka YM.， Suzuki T.， et al. Inactivation of human type A and B influenza viruses by tea-seed saponins[J]. Biosci Biotechol Biochem， 2000 Jan， 64（1）： 184-186.