国内茶皂素的提取工艺研究进展

2018-03-28李曰鹏任士伟

山东化工 2018年7期

尤龙，李曰鹏，黄平，任士伟,2,3*

(1.金正大生态工程集团股份有限公司，山东临沂 276700； 2.养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室，山东临沂 276700； 3.农业部植物营养与新型肥料创制重点实验室，山东临沂 276700)

茶皂素又名茶皂甙，其基本结构是由甾体、糖体和配基通过碳氧键链接组成的，属于五环三萜类皂甙，其甙元是β-香树素的衍生物。一般由茶籽中提取出来的一类糖甙化合物，不但是是一种性能良好的天然表面活性剂，并且还具有乳化、去污、抗菌消炎、杀灭病毒、抗氧化、驱虫等多种生理活性。目前，已被广泛应用于轻工、日用化工、农药、饲料、食品、纺织等领域。

我国茶树种植面积广，茶籽资源十分丰富，具有很大的市场潜力，茶皂素的开发应用必将带动经济的发展和科技的进步。但是由于目前茶皂素的提取纯化工艺瓶颈，提取出的茶皂素纯度低、结构被破坏，很难满足高精端领域的应用，如化妆品、医药等。寻找高效、完善的提取茶皂素的方法不但是科技进步的需求，也是现如今市场的需求。国内对茶皂素的提取从20世纪50年代已经开始研究，经过几十年的发展，对茶皂素的提取有了深入的认识，也取得了长足的进步。目前提取方法主要有水溶剂法、有机溶剂法及其它一些新型提取工艺。

1 水溶剂法提取工艺

使用水溶剂提取茶皂素是被最早开发的工艺，主要是依据茶皂素易溶于热水的性质。水提法工艺相对简单，主要包括粉碎、热溶、浓缩、干燥阶段，并且整个提取过程操作安全系数高、无有害气体及液体产生，属环境友好型。水溶液易得、成本低，经过浓缩干燥产生的水汽可冷凝回收重新利用，无污水处理成本。

水提法在工艺上具有明显的优点，但产品的纯度和品质相对较差。主要是长时间的水提过程，会使茶皂素发生水解，使其品质下降；茶籽中含有大量的淀粉、蛋白胶体，水提过程中随之溶于水溶液中，分离过程较难，茶皂素纯度降低。

崔永堂等发明了一种用水作溶剂直接从茶叶籽仁中提取茶皂素和茶叶籽油的新工艺。首先以水作溶剂，将茶叶籽仁中的茶皂素提取出来，然后继续提取茶叶籽油。主要工艺流程包括茶叶籽的剥壳清理、茶叶籽仁粉碎、外加热四级逆流水浸提取、破乳分离、离心脱水、超滤纯化、纳滤浓缩、喷雾干燥等。并且提取茶叶籽油后的物料可继续回收利用用作饲料添加剂。该工艺流程简单方便，制油过程不丧失油的结构未遭到破坏，茶籽中活性物质及茶油本身的香味得到保留；且整个工艺过程无有毒有害污染物产生；得到的精制茶叶籽油质量较好，色泽油亮[1]。蔡朝容为了降低茶皂素的水解反应，进一步优化了水浸法提取茶皂素的浸提工艺。主要利用除酶剂苯甲酸钠具有抑制茶籽中水解酶的作用，在水提过程中对茶皂素的水解问题进行了综合探讨。研究了除酶剂苯甲酸钠加入量、水提pH值、水提温度、固液比、水提时间、茶籽粒度、搅拌次数等因素对茶皂素提取率的影响。通过正交实验得出最优水提条件为：除酶剂加入量0.5%，水提pH值= 9，水提温度60 ℃，水提时间3h，茶籽粒度40目，固液比为1∶10，搅拌次数5次。在此提取条件下，茶皂素提取率达9.18%[2]。

2 有机溶剂法提取工艺

有机溶剂法与水提取法原理相似，同样是根据茶皂素容易溶解在溶剂中的原理，选取一种或多种溶剂对茶皂素进行提取。提出过程同样主要包括粉碎、热溶、浓缩、干燥阶段，因有机溶剂的比热容比水小，所以在整个提取过程中能耗能得到有效的降低，并且提取率高，提取出的茶皂素杂质少，纯度优。但有机溶剂沸点相对较低，且易燃易爆，容易挥发，生产过程中危险系数较大，所以对设备的要求高，投资成本加大。

刘北平等选用无水乙醇为提取剂，探讨了醇法提取脱脂油茶籽饼中茶皂素的工艺条件。实验过程中依次考察了提取温度、提取时间、液固比各个因素对茶皂素得率的影响，且在此基础上利用响应面法对工艺条件进行最终优化。优化结果得出：乙醇溶剂提取茶皂素的最佳提取工艺条件为：提取温度为77 ℃，提取时间为1.5 h，液固比为5∶1。最佳工艺条件下茶皂素得率达15.99%[3]。

张辉等采用石油醚-甲醇两相混合溶剂法同时提取油茶籽枯饼中的茶油和茶皂素，并探讨混合溶剂萃取茶油机理。分别考察了甲醇浓度、混合溶剂用量，烃醇质量比，萃取温度、萃取时间对萃取率的影响，确定出最佳工艺参数为：甲醇浓度90%，固液质量比1∶3，烃醇质量比1∶1，萃取温度50 ℃，萃取时间90min，萃取2次。最佳工艺条件写粗茶油得率为8.42%，茶皂素得率为7.01%。实验中测得提取出的粗茶油颜色呈褐黄色，凝固点-2 ℃，酸值6.489mg(KOH)/g，皂化值199.821mg(KOH)/g，碘值78.616g/(100g)，粗茶油中不饱和脂肪酸含量高达85%，粗茶油质量较好。混合溶剂萃取测得：茶油在石油醚-95%甲醇体系两相中分配系数达527.03，石油醚-甲醇混合溶液提取茶油籽枯饼中茶油与茶皂素是可行的[4]。

张长发等公开了一种使用索氏提取器从油茶籽饼中提取茶皂素的方法。在索氏提取器中加入油茶籽一至三重量体积比的异丙醇提取剂，经加热回流提取，蒸馏、蒸发处理后获得高纯度的茶皂素(实施例中茶皂素最高纯度达到97.3%)。本发明所使用的异丙醇提取剂可以重复回收利用；茶皂素提取率高，提取速度快，所得产品纯度高等优点[5]。

3 其它新型提取工艺

随着研究的深入，一些新的方法逐渐被应用到茶皂素的提取上。如超声波辅助法、微波辅助法、超临界法等。新法在提取速率和提取效率上都有很大的提高，其中超声波辅助法和微波辅助法在极端的时间内就可以得到很高的收率。虽然新法在提取速率上有很大的提升，但由于其它物质的溶入，使得产品的纯度降低。同时初期设备投资较大，操作工艺较为复杂，影响工业化大规模生产，目前仅在实验室取得较好的成果。

李祥等采用脱油处理的茶籽粕为原料，使用超声波法辅助甲醇提取茶皂素。实验中以茶皂素提取率为指标，用单因素试验考察了甲醇浓度、超声时间、超声频率、萃取温度、萃取时间等对萃取率的影响，并以响应曲面法进行优化。最终得出的最佳提取工艺条件为：甲醇体积分数为80%，5 g茶籽粕甲醇用量45mL，超声时间为30min，超声频率为25.97kHz，萃取时间1h，萃取温度57 ℃。在最佳条件下，得到茶皂素纯度为85%，萃取率达94.28%[6]。

吴雪辉等以油茶饼粕为原料，采用正交试验法探讨了影响微波辅助法提取油茶饼粕中茶皂素效果的因素。实验得出茶皂素提取最优工艺如下：固液质量比1∶18、微波功率为800W、辐射时间为280s、原料粒度小于180μm。在此条件下茶皂素的得率达11.98%。并以此为基础，采用“黑箱方法”，建立起各影响因素(微波功率、辐射时间、提取剂用量、原料粒度)与茶皂素提取效果之间的综合数学模型，然后再逐渐逼近实验数据。用Matlab7.3软件按最小二乘法原则，确定模型中的待定系数值。最后用实验结果与该模型进行对比，所得理论值和实验值之间的绝对误差小于0.016%，说明该模型可以准确的描述油茶饼粕中茶皂素的微波提取过程[7]。

吕晓玲等研究了CO2超临界流体萃取茶籽饼粕中茶皂素的条件，确定最佳超临界萃取工艺为：压力25MPa、温度50 ℃，采用体积分数65%乙醇为夹带剂，CO2流量25～30 L/h，萃取时间为3h。在最佳萃取条件下茶皂素的收率达15.23%，纯度达78.65%[8]。