天然表面活性剂茶皂素研究概况

蔡京荣 吕佳佳

（阳煤丰喜泉稷能源有限公司，山西稷山，043200）

茶皂素（Tea Saponin，TAS），又称茶皂苷，是一类从茶籽饼中提取的五环三萜类糖苷化合物的总称[1]，该化合物是一种天然非离子型表面活性剂，HLB值为16，具有良好的发泡、稳泡、分散、去污、乳化、润湿等功能，还具有抗菌消炎[2]、抗氧化、抗高血压、杀虫等生理活性，其应用涉及农业、日化、食品、医药等领域[3]。本文从茶皂素的结构、物化性质、化学和生物性能、提取工艺、应用等方面的研究进行了综述，以期为茶皂素的有关研究提供参考。

1 茶皂素的结构和性质

1.1 化学结构

茶皂素的化学结构比较复杂，主体部分由糖体、有机酸和皂苷元组成，其中糖体主要有半乳糖、葡萄糖醛酸、木糖、阿拉伯糖等4种，有机酸主要有醋酸、当归酸、肉桂酸等三种，皂苷元为β-香树素的衍生物茶皂草精醇（A～E）和山茶皂苷（B、D）等7种。典型的茶皂素的化学结构如下图1所示：

图1 典型的茶皂素结构

1.2 茶皂素的性质

1.2.1 理化性质

茶皂素分子结构中含有亲水基（糖体）和憎水基（皂苷元、有机酸），一般呈白色或淡黄色无定形粉末状，纯净的茶皂素为白色柱状晶体，有较强的吸湿性和苦辛辣味，相对分子质量1200～2800[4]，熔点范围192～237℃[5]，易溶于含水甲醇和含水乙醇、醋酐、冰醋酸、吡啶等，不溶于丙酮、石油醚、乙醚、苯等有机溶剂，难溶于无水甲醇、无水乙醇。HLB值为16，具有乳化、润湿、增溶和去污作用，可以作为乳化剂在水包油型乳液中使用。

1.2.2 生物活性

（1）抗菌、抗病毒作用

研究表明，茶皂素具有抗菌抗病毒活性[6]，尤其对植物感染病毒的效果甚佳，有望应用于植物病害的防治。

（2）抗氧化作用

茶皂素不仅能够消除外源性氧自由基，还可以通过对CAT、DPPH、GSH-PX、MDA、SOD、羟基等自由基含量的调节，发挥其抗氧化作用[7]。

（3）抗渗消炎作用

茶皂素对过敏症慢反应物质之一的白三烯D4具有显著的抵抗作用，并对角叉胶诱发大鼠足浮肿的抑制作用明显[8]。

（4）抗肿瘤作用

茶皂素对在癌症化学预防中发挥关键作用的天然奎宁氧化还原酶有显著的诱导活性，在抗肿瘤方面具有一定的作用[9]。

（5）降血脂作用

茶皂素可通过降低血液黏度、促进血液循环、促进血脂代谢而改善血液流变的各项指标，预防动脉粥样硬化[10]。

（6）溶血活性

茶皂素可与红细胞膜上的胆固醇结合，改变膜的通透性，使细胞质外渗，导致整个红细胞最终分解，还能与细胞膜上的受体以糖苷键的形式结合，使得红细胞膜的结构以及结合蛋白和跨膜蛋白受到破坏[11]。

另外，茶皂素还具有抑制酒精吸收，保护机体对抗有毒化学物质或解毒，增加胃肠吸收功能，提高机体免疫力，促进植物生长等作用。

2 茶皂素的提取方法

国内对茶皂素提取的研究始于20世纪50年代，经过多年的发展，目前获得应用的主要有水提取法和有机溶剂法，以及一些新型提取工艺。

2.1 热水提取法

热水提取法是基于茶皂素能溶解于热水的性质，其优势在于工艺简单、水资源易得且可以循环使用、生产成本低、对环境污染较小；不足之处在于热水处理量大，会将蛋白质、多糖、淀粉、单宁、残余油脂等一并溶解，使后续分离困难，还会出现淀粉糊化、蛋白质胶体化等问题，最终产品纯度低、质量差、色泽深。

图2 茶皂素热水提取流程

马力等[12]的研究结果显示，在固液比1∶11（g/mL），提取温度80℃，提取时间6h，萃取液pH值9的条件下，使用热水提取茶饼中茶皂素，收率可达95.50%。

2.2 有机溶剂萃取法

有机溶剂萃取法是利用茶皂素易溶于含水甲醇、含水乙醇和正丁醇等有机溶剂的性质而达到萃取的目的。该类方法的优势在于，工艺相对简单，具有操作容易、萃取速度快、效率高、选择性好、容量大、产品易分离、有机试剂再生容易、试剂回收率高、回收溶剂能耗低、操作安全的特点，且得到的茶皂素产品收率也比水提法要高，产品色泽好、纯度高、质量好。不足之处在于，生产设备需要密闭性好，设备投资大，生产成本高，有些有机萃取剂具有一定的毒性，有机溶剂用量大等。目前常用的萃取剂有正丁醇和乙醇等。

张宁等[13]的研究结果显示，在料液比1∶20（w/v），温度70℃的条件下，用60%乙醇浸提2h，茶皂素的提取率为17.4%左右

李祥等[14]的研究结果显示，在pH值为4的条件下，用水饱和正丁醇对粗茶皂素提取3次，产品茶皂素的纯度可达到97%，且色泽较好。

图3 茶皂素乙醇提取流程

图4 茶皂素正丁醇提取流程

2.3 其他方法

2.3.1 超声波辅助萃取

超声波可以使细胞壁在强大的压力下破裂，在短时间内完成有效成分的提取，还可加强细胞内物质的释放、扩散以及溶解，有效提高物质的提取速率并且保持被浸提物质的生物活性不变。该技术可有效地缩短萃取时间，节约成本。

图5 茶皂素超声波辅助提取流程

袁红江[15]的研究结果显示，在固液比1∶0（g/mL），提取温度 60℃，超声波功率600W，pH值12的条件下，采用超声波提取茶饼中的茶皂素，收率超过10.06%。

2.3.2 微波辅助萃取

微波可使细胞内部的温度和压力升高至临界点，导致细胞壁的破裂，有效成分就会被萃取剂溶解，可有效缩短萃取时间。提取流程如图6。

图6 茶皂素微波辅助提取流程

吴雪辉[16]的研究结果显示，在微波功率800W、辐射时间280s、粒度〈180mm、固液比1∶18（g/mL）的条件下，用微波进行辅助萃取，茶皂素最终提取率可达 11%以上。

2.3.3 膜辅助精制

膜在一定压力下可拦截大分子物质，让小分子物质透过，从而实现分离、净化、提纯的目的。在天然产物提取有效成分浓缩方面得到广泛应用。

图7 茶皂素膜辅助提取流程

顾春雷等[17]的研究结果显示，采用0.5mm的陶瓷膜对茶皂素进行浓缩提纯，收率达72%，纯度达93%。

2.3.4 大孔树脂辅助提取

大孔树脂可通过物理吸附有选择性地从溶液中吸附有机物质，它不溶于酸碱、对有机物选择性好， 不受低分子物质和无机盐的影响，在物质的分离纯化方面已经得到广泛运用。

张海龙等[18]等的研究结果显示，采用D4020型大孔树脂对浓度为2mg/mL的茶皂素萃取液进行纯化，茶皂素在大孔树脂上吸附率为0.83，解吸率达0.99，回收率达82%，纯度达81%。

图8 茶皂素大孔树脂提取流程

3 茶皂素的纯化方法

经初步浸提得到的茶皂素浸提液中，含有色素、糖类、蛋白质、粗纤维、粗脂肪等杂质，需要做进一步的纯化，方可达到所要求的纯度，目前常用的纯化方法主要有以下几种。

3.1 重结晶法

该方法是将粗茶皂素溶解于热乙醇中，反复过滤2～3次，合并滤液，向滤液中加入盐酸，冷却、静置后有结晶析出，多次重结晶，即可得到色泽佳、纯度高的茶皂素。但该方法的产率较低，不适合工业化生产。

3.2 化学沉淀法

该方法是将醋酸铅、氧化钡、氢氧化钙等沉淀剂加入茶皂素溶液中，使其与茶皂素结合而沉淀，再加入盐酸、碳酸氢钠、碳酸氢铵等沉淀转化剂，释放出茶皂素[19]。

3.3 絮凝剂法

该方法是使用硫酸铝钾、聚三氯化铁、乙醇、聚丙烯乙酰胺等絮凝剂将浸提液中的杂质絮凝沉淀，将杂质除去；或者用丙酮、乙醚、铅盐等絮凝剂将茶皂素絮凝沉淀，从而分离出茶皂素[20]。

3.4 硅胶柱层析法

该方法是利用硅胶容易吸附极性物质，不易吸附弱极性物质的特性，将不同极性物质在硅胶柱上分离出来。该方法易找到合适的分离条件，得到的茶皂素质量较好，但产量低，不适用于工业生产。

3.5 大孔树脂法

大孔吸附树脂可以高效分离中草药的有效成分，具有高稳定性、选择性强、高效节能、不受无机物影响、回收率高、连续化程度高等诸多优点，但预处理和清洗难度大，有机残留物高[21]。

4 茶皂素的主要应用

4.1 日化领域

茶皂素可添加在洗发水、沐浴露、香皂等产品中，起到去污、保湿和抗紫外线的作用，同时可以消炎止痒，去头皮屑。与化学合成的表面活性剂相比，具有高效、对环境友好、高生物降解、无毒无公害等优点。

4.2 农业领域

茶皂素在农药生产中，常用作润湿剂、增效剂、杀虫剂、杀菌剂。用作润湿剂和增效剂时，可使药剂更好地富集，提高药剂润湿效果，使药剂充分发挥杀虫、灭虫卵的作用，能显著提高农药的药性，降低农药用量。用作杀虫剂和杀菌剂时，会直接通过胃毒和触杀的作用杀死害虫和虫卵。同时对某些难以杀死或是不能抑制的病菌具有特殊功效。

4.3 医药领域

茶皂素可通透毛细管，减轻炎症；可预防心血管疾病和支气管炎等；可抑制酵母生长[22]；可通过抑制细菌来治疗多种皮肤病；可用作“土农药”来杀死水稻病害（如稻瘟病和稻纹枯病）；可抑制酒精吸收，用以醒酒。

4.4 建材领域

茶皂素在建材行业中，常用作稳定剂和发泡剂，可通过改善物料的气孔结构，有效提高料浆的稳定性，使得建筑更加稳定。用作发泡剂时，可使制作品具有隔热、隔音性能，大幅降低重量，减少生产成本，也能使施工加快建造速度，降低建造费用。

4.5 采油、采矿领域

茶皂素对烃类化合物具有良好的分离效果，通过科学的处理，可制作成油田开采的发泡剂，能有效地提高石油的采油率，也可用于消灭病菌、防漏防渗、加固油井等作业中；在采矿行业中，可以制作成采矿浮选剂，能显著提高浮选的效果。

5 结束语

我国作为农业大国，各种茶籽类植物产量丰富，在生产茶皂素方面具有得天独厚的资源优势，但就目前茶皂素的研究和开发现状来看，还存在许多问题，首先是高品质的茶皂素提取尚未大规模开发，就目前的主要提取工艺来说，热水提取工艺得到的产品纯度低，色泽深，质量差，杂质多，且收率低，生产成本高；有机溶剂提取工艺虽然使产品品质得到改善，但投资高，工艺复杂；一些辅助提取技术虽然可进一步提高产品品质，但要实现工业化生产，尚需时日。其次，茶皂素虽然已经在农业、建材、医药、日化等领域获得了应用，但有关基础理论的研究还不够深入。

今后有关研究的重点，其一是在现有提取技术的基础上，通过优化来缩短工艺流程或是采用离子液体等其他萃取技术，同时对现有纯化技术进一步优化，早日实现高品质茶皂素的规模化生产；其二是对茶皂素的结构、药理活性及其构效关系进行更深入的研究，重视各部位茶皂素结构和活性的差异以及新药理作用的开发，为茶皂素的开发应用创造更广阔的前景。