油茶籽粕中茶皂素的提取纯化工艺研究

◎ 吕复云，胡 姝,2

（1.连云港市质量技术综合检验检测中心，江苏 连云港 222005；2.江苏海洋大学 食品科学与工程学院，江苏 连云港 222005）

我国拥有丰富的油茶资源，油茶加工业已形成一定规模，但其加工过程中产生大量的油茶籽粕，被废弃或焚烧，造成资源的极大浪费，探究油茶籽粕的再利用具有很大的经济和社会效益[1]。研究发现，油茶籽粕中含有多种有效成分，如茶皂素、生物碱和多酚类等，其中茶皂素具有良好的溶血性、抗菌性等多种生理活性，可广泛应用于日化、医药、农药等行业。茶皂素又名茶皂苷，由配体、亲水性糖和有机酸组成的混合物，具有溶于热水而不溶于冷水的特性[2]，在极性混合有机溶剂中具有较好的溶解性，如乙醇水溶液。纯茶皂素是无色的微柱状结晶，容易吸收水分，有苦味，并且辛辣，刺激鼻黏膜。茶皂素可引起动物红细胞的溶血，因为其有一定的乳化、起泡性和毒性，因此在农药的制作过程中，常用作佐剂添加在农药产品中以提高药效[3]。本文以油茶籽粕为原料提取茶皂素，优化提取纯化工艺参数，为提升油茶籽粕的再利用价值提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

油茶籽粕，市售；茶皂素标准品≥95%、石油醚（CnH2n+2）（石油醚沸程为30～60 ℃）、无水乙醇、香草醛、浓硫酸、氢氧化钠、盐酸、AB-8大孔树脂（以上试剂均为分析纯）。

1.2 仪器与设备

主要的实验仪器型号及生产厂家见表1。

表1 仪器设备表

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

茶皂素的提取工艺流程为油茶籽粕粉碎→过筛→脱脂→无水乙醇浸提→过滤→真空浓缩→冷冻真空干燥→粗皂素品→大孔树脂过滤→无水乙醇洗脱→冷冻真空干燥→茶皂素纯品。

1.3.2 油茶籽粕预处理

将无霉变的油茶籽粕粉碎，过40目筛备用。称取磨碎的油茶籽粕粉20.0 g置于250 mL索氏抽提器中。加入200 mL石油醚60 ℃水浴回流2 h进行脱脂，残渣用石油醚洗脱一次，过滤，挥发干残渣中的石油醚。根据《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》（GB 5009.6—2016）石油醚提取法得到脱脂率≥95%的脱脂油茶籽粕[3]。

1.3.3 茶皂素提取

将10 g处理后的油茶籽粕置于250 mL的烧杯中，油茶籽粕和无水乙醇的料液比为1∶8（g∶mL），将配比好的样品放入50 ℃的水中趁热过滤1 h，使用50 mL的无水乙醇对残渣进行洗涤过滤，将过滤好的提取物真空浓缩至25 mL，将浓缩液置于-70 ℃的冷冻真空干燥环境中，即得粗茶皂素[4]。

1.3.4 大孔树脂纯化粗茶皂素

（1）茶皂素粗提液的制备。用50 ℃100 mL热水对粗茶皂素进行溶解，并进行抽滤，过滤掉不溶物质，用蒸馏水定容到1 000 mL容量瓶中备用。

（2）大孔树脂预处理。将AB-8型大孔树脂放置在5%的盐酸中浸泡3 h左右，采用蒸馏水洗至中性，继续用5%的氢氧化钠进行浸泡3 h，用蒸馏水洗至中性以备用。

（3）静态吸附及洗脱。将预处理的AB-8大孔树脂置于250 mL的锥形瓶中，加入茶皂素粗提液，放置2 h，直到大孔树脂过滤完成后，用蒸馏水清洗树脂表面的残留液，用50 mL的无水乙醇进行洗脱，最后将洗脱液进行冷冻干燥而获得茶皂素纯品[5]。

1.3.5 单因素实验

单因素实验设计如表2所示。

表2 单因素实验设计表

1.3.6 茶皂素提取工艺的正交实验设计

以料液比、乙醇浓度、浸提温度以及浸提时间为考察因素，以茶皂素提取率为指标，进行L9(34)正交实验，确定最适宜的茶皂素提取工艺参数，正交实验因素水平设计见表3。

表3 正交实验因素水平表

1.4 标液配制

取茶皂素标准样品25 mg置于烧杯中，加入80%的无水乙醇溶解并定容到25 mL的容量瓶中，配制成浓度为1 g·L-1的茶皂素标准溶液备用，用移液枪精确移取茶皂素标准溶液0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL和0.5 mL，分别置于10 mL的具塞量筒中，并加蒸馏水至溶液体积为0.5 mL，精密加入0.5 mL 8%香草醛溶液混合。将试管置于冰水混合物中，并加77%（质量分数）硫酸4 mL，摇匀，置于水浴锅中60 ℃水浴加热15 min后，取出置于冰水混合物中水浴中冷却10 min，取出放至室温，以试剂空白为对照，在其最大吸收波长550 nm处测其吸光度。

2 结果与分析

2.1 标准曲线

以茶皂素标准溶液的浓度X（g·L-1）为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，得到标准方程Y=1.123 0X+0.045 1，R2=0.997 6（图 1）。

图1 茶皂标准曲线图

2.2 单因素实验结果

2.2.1 浸提时间对茶皂素得率的影响

选用1∶8的料液比，80%的无水乙醇浸提溶剂，以及50 ℃的浸提温度，分析不同浸提时间对茶皂素得率的影响。由图2可知，随着浸提时间的增加，茶皂素得率先增加后减少，在浸提时间为2.0 h时达到峰值。当浸提时间超过2.0 h后，茶皂素得率开始下降。可能是因为浸泡时间过短或过长都会使茶皂素水解变质，浸提时间过短，茶皂素没能完全与浸提溶剂结合，茶皂素未能完全析出；时间过长会导致杂质析出影响茶皂素的提取，因此选取浸提时间为2.0 h较为合适。

图2 浸提时间对茶皂素得率的影响图

2.2.2 浸提温度对茶皂素得率的影响

选用料液比为1∶8，浸提溶剂为80%的无水乙醇，浸提时间为2.0 h，考察不同浸提温度对茶皂素得率的影响。结果如图3所示，随着浸提温度的升高，茶皂素得率呈先增加后减少的趋势。当浸提温度调整为60 ℃时，茶皂素的得率最高，可能是因为升高温度加剧了分子运动，杂质被快速吸附；当温度逐渐升至60 ℃以上，茶皂素的得率开始迅速下降。考虑到无水乙醇在高温下与水形成共沸混合物易挥发，溶剂浓度几乎达到平衡，导致部分茶皂素分解。油茶籽粕与无水乙醇没有得到充分混合，茶皂素未能完全浸出，导致茶皂素得率下降。因此，选取最适浸提温度为60 ℃。

图3 浸提温度对茶皂素得率的影响图

2.2.3 乙醇浓度对茶皂素得率的影响

选用料液比为1∶8，浸提时间为2.0 h，浸提温度为60 ℃，考察不同乙醇浓度对茶皂素得率的影响。由图4可知，不同浓度的乙醇溶液具有不同的极性，随着乙醇浓度的增加，茶皂素的得率先增大后减小，当乙醇浓度增加到60%时，得率达到最大值。由于茶皂素对水-乙醇溶液具有较好的溶解性，而难以溶于无水乙醇，导致提取液乙醇浓度大于60%时得率下降。可见，最佳乙醇浓度为60%。

图4 乙醇浓度对茶皂素得率的影响图

2.2.4 料液比对茶皂素得率的影响

选用浸提溶剂为60%的无水乙醇，浸提温度60 ℃，浸提时间为2.0 h，考察不同料液比对茶皂素得率的影响，结果如图5所示。随着提取液的增大茶皂素得率呈先增加后趋于平缓的趋势。在料液比为1∶10时茶皂素得率达到最佳效果，之后茶皂素得率变化呈缓慢趋势，可能是因为茶皂素析出已达到饱和，结合经济条件，选用料液比1∶10最为合适。

图5 料液比对茶皂素得率的影响 图

2.3 茶皂素提取工艺的正交实验结果

正交实验结果见表4。

表4 正交实验结果表

通过极差分析，茶皂素提取纯化工艺条件优先顺序C＞A＞B＞D，优化方案为A2B1C3D2，即浸提温度为60 ℃、料液比为1∶10、乙醇浓度为60%，浸提时间为2.0 h，该条件下重复3次实验，平均得率为（22.36±0.15）%，结果优于正交实验中A3B1C3D2的值。实验结果表明，在最优组合A2B1C3D2条件下茶皂素得率较高，得到的最优提取条件可行度高。

2.4 茶皂素的纯化结果

将得到的茶皂素粗品采用AB-8大孔树脂法进行纯化，得到纯度为88.20%的茶皂素纯品。经过大孔树脂提纯法获得了质感细腻、色泽淡黄或浅棕、纯度更高，且无明显大颗粒物质的茶皂素。结果见图6。

图6 茶皂素成品图

3 结论

本文研究了油茶籽粕中茶皂素提取工艺及分离纯化工艺。结果表明，料液比为1∶10（g∶mL），提取时间为2.0 h，提取温度为60 ℃，乙醇浓度为60%，粗茶皂素的提取率为（22.36±0.15）%，用AB-8型大孔树脂对粗茶皂素的进行静态吸附，茶皂素的纯度达88.20%。油茶籽粕中茶皂素研究应用前景广阔、利用率大，由于自身能力水平有限，关于茶皂素提取工艺优化仍存在一定的局限性，相关方面的研究有待进一步加强。