正丁醇萃取茶皂素的研究

李 祥， 曹江絨， 種亞莉

(1.陜西科技大學 化學與化工學院， 陜西 西安 710021； 2.北京弘祥隆生物科技股份有限公司, 北京 100085)

0 引言

茶籽經榨油處理后得到的殘余物被稱為茶籽粕，茶籽粕中含有一定量的茶皂素[1]，茶皂素是一種五環(huán)三萜類皂苷，其基本結構由皂苷元、糖體、有機酸組成[2,3].茶皂素是一種性能優(yōu)良的非離子天然表面活性劑，具有良好的乳化、分散、濕潤、發(fā)泡、穩(wěn)泡以及去污等表面活性[4,5]，同時還具有抗?jié)B、消炎、抗氧化、殺菌、抗高血壓、抗?jié)B透和抑制酒精吸收等生物活性[6,7].所以，茶皂素可用來制造各種類型的洗滌劑、化妝品、泡沫劑、乳化劑、殺蟲劑和其他藥劑[8,9].

陳秋平[10]等以75 v/v乙醇萃取茶籽粕所得的粗品茶皂素為原料，以正丁醇和丙酮為純化劑，研究純化劑對粗品茶皂素純化效果的影響，結果表明，丙酮純化茶皂素的產率較低，對環(huán)境污染大，并且價格也較正丁醇高.曾韜等[11]以95 v/v乙醇浸提茶籽粕所得的粗茶皂素為原料，用適量熱水稀釋，最后用正丁醇轉萃，得到提取率≥12%，純度為85%的茶皂素.劉紅梅等[12]用沉淀法制取茶皂素，先將浸提液用氧化鈣沉淀，沉淀率為87.88%，再用碳酸氫銨作為皂素釋放劑，釋放率為71.36%，此法得到的精制茶皂素得率和純度都相對較低.王金元[13]等采用AB-8大孔樹脂對油茶皂素進行分離純化，純化后油茶皂素的純度為88.5%.

本文以茶皂素粗品為原料，以茶皂素回收率為評價指標，以水飽和正丁醇為純化劑，在單因素試驗的基礎上，采用正交試驗法，系統(tǒng)研究水飽和正丁醇對茶皂素轉溶效果的影響，并確定了最佳轉溶條件，得到了純度≥97%、回收率≥54.25%的乳白色的茶皂素，達到了提高茶皂素純度及回收率，降低茶皂素純化成本的目的.該萃取茶皂素的方法國內鮮見報道.

1 材料與方法

1.1 原料

自制茶皂素粗品.

1.2 試劑與主要儀器

茶皂素標準品，購于西安依科生物技術有限公司；無水乙醇、正丁醇、冰醋酸、香草醛、濃硫酸、碳酸氫鈉均為分析純，購于西安化學試劑公司.

7230G型可見分光光度計(購于上海精密科學儀器有限公司)，HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋(購于國華電器有限公司)， DZF-6050型真空干燥箱(購于上海一恒科學儀器有限公司)，R201L型旋轉蒸發(fā)儀(購于上海申生科技有限公司)，PB-20型pH計(購于北京賽多利斯有限公司).

1.3 試驗方法

1.3.1 茶皂素含量的測定

稱取8.3 mg自制純品茶皂素，溶解于10 mL 70%甲醇中，定容.用濃硫酸-香草醛[14,15]顯色法顯色，在550 nm波長下測吸光度，代入其回歸方程A=8.091 8C+0.062 6(R2=0.998 9)，計算茶皂素的濃度，分別按式1、式2計算茶皂素的純度和回收率.

(1)

(2)

式中：C-茶皂素的純度(%)；c-由回歸方程計算出的樣品溶液中的濃度(mg/mL)；x-溶液的稀釋倍數(shù)；v-溶液的體積(mL)；Y-茶皂素的回收率(%)；M1-測吸光度稱取的茶皂素純品的量(mg)；M2-茶皂素回收純品的量(mg)；M3-所稱茶皂素粗品的量(mg).

1.3.2 茶皂素的萃取工藝

稱取自制茶皂素粗品，用熱水配制成一定濃度的液體，用萃取劑進行萃取，在不同的萃取劑、萃取劑用量、pH、粗品質量分數(shù)、萃取次數(shù)等條件下進行萃取之后得清液.將清液在真空度為0.09 MPa，溫度為70 ℃下濃縮至膏狀，之后放入烘箱中烘干至恒重得茶皂素純品.

1.3.3 正交優(yōu)化試驗

根據(jù)單因素的試驗結果，選擇萃取劑用量(A)、pH(B)、粗品質量分數(shù)(C)、萃取次數(shù)(D)作為考察因素，采用四因素三水平法設計正交試驗，以進一步優(yōu)化萃取條件.因素水平表見1.

表1 因素和水平

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 萃取劑的選擇

稱取2份粗品茶皂素，編號1，2.用10 mL熱水溶解，分別調節(jié)pH值為5，待冷卻后，1號加入30 mL的正丁醇，2號加入30 mL的水飽和正丁醇溶液，萃取兩次，考察不同萃取劑對茶皂素回收率的影響，結果如圖1.

圖1 萃取劑的選擇

由圖1可知，用水飽和正丁醇萃取茶皂素得率明顯高于用正丁醇萃取茶皂素得率.這是由于正丁醇和水是微溶關系，而用正丁醇作為提取劑的時候往往涉及到分液，這樣會產生大量乳化層，難以分層，而用水飽和正丁醇以后乳化層會大大減少，水飽和的正丁醇溶液增加了正丁醇的溶解度，適用于深度萃取，因此選用水飽和正丁醇溶液作為萃取劑.

2.1.2 水飽和正丁醇用量對茶皂素回收率的影響

稱取6份粗品茶皂素，用10 mL熱水溶解，配成質量分數(shù)為10%的茶皂素溶液，調節(jié)pH值為5，冷卻待用，分別加入10 mL、20 mL、30 mL、40 mL、50 mL、60 mL的水飽和正丁醇溶液，振搖5 min，萃取1 h，萃取兩次，考察水飽和正丁醇溶液用量對茶皂素回收率的影響，結果如圖2.

圖2 水飽和正丁醇用量對 茶皂素回收率的影響

由圖2可知，隨著水飽和正丁醇用量的增加，茶皂素回收率也隨之急劇增加，當水飽和正丁醇用量達到30 mL時，之后再增加萃取劑用量，茶皂素回收率并沒有較大變化，從節(jié)約成本考慮，宜選用30 mL的水飽和正丁醇較為合適.

2.1.3 pH值對茶皂素回收率的影響

稱取6份粗品茶皂素，用10 mL熱水溶解，配成質量分數(shù)為10%的茶皂素溶液，調節(jié)PH值分別為4、5、6、7、8、9左右，冷卻待用，再加入30 mL的水飽和正丁醇溶液，振搖5 min，萃取1 h，萃取兩次，考察pH值對茶皂素回收率的影響，結果如圖3.

圖3 pH對茶皂素回收率的影響

由圖3可知，pH值在4到5時，茶皂素回收率不斷增加，從5之后，其回收率不斷減小，這種現(xiàn)象表明當pH值為5時，茶皂素回收率達到最大值.原因可能是由于茶皂素易溶于堿性溶液，使得萃取時更難將茶皂素從水溶液中萃取出來，因此，較適宜的pH值為5.

2.1.4 萃取次數(shù)對茶皂素回收率的影響

稱取5份粗品茶皂素，用10 mL熱水溶解，配成質量分數(shù)為10%的茶皂素溶液，調節(jié)PH值為5，冷卻待用，加入30 mL的水飽和正丁醇溶液，振搖5 min，萃取1 h，考察萃取次數(shù)對茶皂素回收的影響，結果如圖4.

圖4 萃取次數(shù)對茶皂素回收率的影響

由圖4可知，在茶皂素經水飽和正丁醇萃取一次時，茶皂素回收率很低，隨后不斷增加萃取次數(shù)，茶皂素回收率不斷加大，但考慮到增加萃取次數(shù)會造成資源浪費、耗能過大、浪費溶劑等因素，合理考慮之后，選取萃取次數(shù)為3.

2.1.5 粗品質量分數(shù)對茶皂素回收率的影響

稱取6份粗品茶皂素，用10 mL熱水溶解，分別配成質量分數(shù)為5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%的茶皂素溶液，調節(jié)pH值為5，冷卻待用，加入30 mL的水飽和正丁醇溶液，振搖5 min，萃取1 h，萃取兩次，考察粗品質量分數(shù)對茶皂素回收率的影響，結果如圖5.

圖5 粗品質量分數(shù)對茶皂素回收率的影響

由圖5可知，質量分數(shù)從5%開始，一直持續(xù)增加，到粗品質量分數(shù)為25%時，茶皂素回收率達到最大.此時再增加質量分數(shù)，回收率隨之下降，說明 30 mL的水飽和正丁醇從粗品中萃取已達到最大值，故選取粗品質量分數(shù)為25%.

2.2 正交優(yōu)化萃取工藝

根據(jù)單因素的試驗結果，和所設計的四因素三水平表，得到L9(43)9組試驗，試驗結果見表2.

表2 正交試驗結果

由表2試驗結果可知，所選取的四個因素水飽和正丁醇用量(A)、pH(B)、粗品質量分數(shù)(C)、萃取次數(shù)(D)對茶皂素回收率的影響次序是D>B>C>A，即萃取次數(shù)>pH>粗品質量分數(shù)>水飽和正丁醇用量.所以最佳的萃取優(yōu)化工藝條件為A3B1C1D3，即：水飽和正丁醇用量為35 mL，pH為4，粗品質量分數(shù)為20%，萃取次數(shù)為3.

2.3 驗證試驗

采用上述優(yōu)化出的工藝參數(shù)進行萃取試驗，在水飽和正丁醇用量為35 mL，pH值為4，粗品質量分數(shù)為20%，萃取次數(shù)為3，進行3組平行的驗證試驗.測得茶皂素平均回收率為54.25%，純度為97%，優(yōu)于各組正交試驗.

3 結論

本試驗以實驗室所研制的茶皂素粗品為原料，以水飽和正丁醇為純化劑，以茶皂素回收率為評價指標，系統(tǒng)研究了各個單因素對茶皂素回收率的影響，采用正交試驗法優(yōu)化轉萃得出最佳工藝條件，當水飽和正丁醇用量為35 mL，pH為4，粗品質量分數(shù)為20%，萃取次數(shù)為3時，將3次的濾液合并，旋轉蒸發(fā)，烘干后得純度為97%乳白色茶皂素產品.

本試驗用水飽和正丁醇純化粗品茶皂素可有效去除雜質和色素，該工藝流程簡單，成本較低，茶皂素純度、回收率高，為低成本下工業(yè)化生產純度較高的茶皂素奠定了基礎.

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