超聲波輔助乙醇-氨水提取茶皂素的工藝研究*

何自強， 張惠玲， 張新歡

(武漢生物工程學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程系，湖北 武漢 430415)

超聲波輔助乙醇-氨水提取茶皂素的工藝研究*

何自強*， 張惠玲， 張新歡

(武漢生物工程學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程系，湖北 武漢 430415)

以茶籽粉為原料，采用超聲波輔助乙醇-氨水法提取茶皂素，探討了料液比、乙醇濃度、氨水濃度、超聲浸提溫度、超聲浸提時間等單因素對茶皂素得率的影響，再經(jīng)正交試驗，得到茶皂素提取的最佳工藝：料液比為1∶10，乙醇濃度為75%，氨水濃度為0.5%，超聲浸提溫度為80 ℃，超聲浸提時間為55 min.此條件下茶皂素含量為93.68%，得率19.50%.該方法操作簡單，縮短了茶皂素的提取時間，提高了茶皂素的得率，且純度較高.

茶籽粉；茶皂素；超聲波；乙醇；氨水；提取

茶皂素，又稱茶皂苷，是從山茶科山茶屬植物中提取得到的五環(huán)三萜類糖苷化合物[1]。在茶籽、茶葉、茶樹莖及根系中均有分布，尤以茶籽中含量最多[2]。純品茶皂素是無色微細(xì)柱狀結(jié)晶，分子式為C57H90O28，熔點為220～224 ℃[1]，易溶于熱水、含水甲醇、含水乙醇和正丁醇中，不溶于乙醚、丙酮及苯等溶劑[3]。茶皂素是一種性能優(yōu)良的天然非離子型表面活性劑，具有良好的乳化、分散、發(fā)泡、潤濕等功能，并且有消炎、鎮(zhèn)痛、抗?jié)B透等藥理作用，廣泛應(yīng)用于洗滌、毛紡、針織、醫(yī)藥、日用化工等領(lǐng)域[4]。

目前，提取茶皂素的方法主要有：水提法、有機溶劑浸提法、混合溶劑浸提法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、超臨界萃取法等[5]。這些方法各有優(yōu)缺點，但相較而言，超聲波法提取茶皂素的得率較高[5]。

超聲波作用于料液時產(chǎn)生空化效應(yīng)，強大的壓力瞬間破壞茶籽細(xì)胞壁，同時超聲波產(chǎn)生的振動加強了其細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)(如茶皂素、單寧等)的釋放、擴散及溶解，且生物活性保持不變[6]，已廣泛應(yīng)用于植物中活性成分的提取[7]，且有研究證實氨水可增加茶皂素的溶解度[8]。

目前，超聲波法提取茶皂素的研究較多，但提取后的純度不高[9，10]，純化和后處理繁瑣，且純化后損失較大，使其工業(yè)化生產(chǎn)受到一定限制。

本文以脫脂茶籽粉為原料，以茶皂素得率為評價指標(biāo)，采用超聲波輔助乙醇-氨水法提取茶皂素，探討了各工藝參數(shù)對茶皂素得率的影響，確定提取茶皂素的最佳工藝條件，旨在提高茶皂素得率的同時，提高純度.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶籽粉(120目)：湖南長沙潔然天成；茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品(HPLC≥98%)：西安一禾生物技術(shù)有限公司；無水乙醇、氨水(25%)、香草醛、濃硫酸均為分析純.

1.2 儀器與設(shè)備

AUY120電子天平：日本島津公司；SK1200H 超聲波清洗儀(50 W，53 kHz)：上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司；TU-1810 紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；TG16-WS臺式高速離心機：長沙湘智離心機儀器有限公司；RE-52 AAA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海嘉鵬科技有限公司；DHG-9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科技有限公司；XT-4雙目顯微熔點測定儀：北京泰克儀器有限公司.

1.3 實驗方法

1.3.1 茶皂素的提取工藝 稱取10 g脫脂茶籽粉，以一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇為提取劑，在不同的料液比、氨水濃度、超聲浸提溫度、超聲浸提時間下進行提取。提取過程如下：

1.3.2 茶皂素最大吸收波長的確定[1]準(zhǔn)確稱取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品0.102 9 g，用50%乙醇溶解，置于100 mL容量瓶中定容，配成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液，搖勻備用.

采用濃硫酸-香草醛顯色法測定吸光度(A).

取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1 mL，加入0.4 mL 50%的乙醇，再加入80 g/L香草醛溶液0.5 mL，于冰水浴中加入4 mL 77%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的硫酸，搖勻，于60 ℃水浴加熱15 min，然后置于冰水浴中冷卻10 min，取出恢復(fù)至室溫，以試劑空白為參比，測定茶皂素的吸光度，得到最大吸收波長515 nm(見圖1).

1.3.3 茶皂素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[1]取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL于10 mL容量瓶中，再分別加入0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.0 mL50%的乙醇，其他按1.3.2的步驟操作，在515 nm波長下測吸光度.以質(zhì)量濃度C(mg/mL)為橫坐標(biāo)，吸光度(A)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見圖2),得到該標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為：A=3.351 4C-0.007 6，R2=0.993 1.

1.3.4 茶皂素含量的測定 稱取50 mg左右的茶皂素產(chǎn)品，用50%乙醇溶液溶解定容至10 mL容量瓶中，其他按1.3.2的步驟操作，在515 nm波長下測其吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)回歸方程計算茶皂素含量，再求出茶皂素產(chǎn)品得率.

茶皂素含量和得率的計算公式如下：

(1) 茶皂素的含量X=CVn/m1×100%

(2) 茶皂素的得率Y=Xm2/m0×100%

其中：X為茶皂素的含量；Y為茶皂素的得率；C為由標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計算出的樣品溶液的濃度(mg/mL)；V為測量液的體積(mL)；n為樣品的稀釋倍數(shù)；m1為測吸光度所用的茶皂素粗品的質(zhì)量(mg)；m2為茶皂素粗品的質(zhì)量(mg)；m0為茶籽粉質(zhì)量(mg).

2 結(jié)果與討論

2.1 料液比對茶皂素得率的影響

稱取10 g茶籽粉(120目)，乙醇濃度為40%，氨水濃度為1.5%，超聲浸提溫度為60 ℃，超聲浸提時間為40 min，料液比分別為1∶5、1∶7、1∶9、1∶11、1∶13.按1.3.4的方法測定提取物含量，計算茶皂素得率，考察料液比對茶皂素得率的影響.結(jié)果如圖3所示.

由圖3可知，料液比在1∶5至1∶11之間時，茶皂素得率逐漸增大，因為料液比大，有利于增加茶籽粉與有機溶劑的接觸面積.料液比達到1∶11時，茶皂素得率最大，說明在此料液比下，大部分茶皂素已被浸提出來.而繼續(xù)增大料液比，茶皂素得率反而緩慢下降，可能是蛋白質(zhì)、糖類等雜質(zhì)分子溶出，且料液比過大，消耗的溶劑量增多，濃縮、干燥能耗增加，生產(chǎn)成本增大.綜合考慮各因素，確定最佳料液比為1∶11.

2.2 乙醇濃度對茶皂素得率的影響

稱取10 g茶籽粉(120目)，料液比為1∶11，氨水濃度為1.5%，超聲浸提溫度為60 ℃，超聲浸提時間為40 min，乙醇濃度分別為0%、20%、40%、60%、80%、100%.按1.3.4的方法測定提取物含量，計算茶皂素得率，考察乙醇濃度對茶皂素得率的影響.結(jié)果如圖4所示.

由圖4可知，乙醇濃度為80%時，茶皂素得率達到最大值19.17%，繼續(xù)增加乙醇濃度，茶皂素得率又會明顯降低.因茶皂素易溶于含水乙醇，難溶于無水乙醇，且乙醇濃度過大，加快了蛋白質(zhì)、淀粉、可溶性多糖等雜質(zhì)的凝固，抑制了茶皂素的釋放，使得茶皂素得率降低.綜合考慮各因素，確定最佳乙醇濃度為80%.

2.3 氨水濃度對茶皂素得率的影響

稱取10 g茶籽粉(120目)，料液比為1∶11，乙醇濃度為80%，超聲浸提溫度為60 ℃，超聲浸提時間為40 min，氨水濃度分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%.按1.3.4的方法測定提取物含量，計算茶皂素得率，考察氨水濃度對茶皂素得率的影響.結(jié)果如圖5所示.

由圖5可知，隨著氨水濃度增大，茶皂素得率呈下降趨勢，氨水濃度為0.5%時，茶皂素得率最大.結(jié)果表明，弱堿條件有利于茶皂素的提取，但溶液pH過高，部分堿溶性雜質(zhì)也會溶出，會吸附結(jié)合部分茶皂素，導(dǎo)致茶皂素得率降低.綜合考慮各因素，確定最佳氨水濃度為0.5%.

2.4 超聲浸提溫度對茶皂素得率的影響

稱取10 g茶籽粉(120目)，料液比為1∶11，乙醇濃度為80%，氨水濃度為0.5%，超聲浸提時間為40 min，超聲浸提溫度分別為40、50、60、70、80、90 ℃.按1.3.4的方法測定提取物含量，計算茶皂素得率，考察超聲浸提溫度對茶皂素得率的影響.結(jié)果如圖6所示.

由圖6可知，隨著浸提溫度的升高，茶皂素得率出現(xiàn)增大和減小交替現(xiàn)象，80 ℃時茶皂素得率達到最大值17.91%.說明在80 ℃時，茶皂素在溶液中的溶解度最大.而溫度高于80 ℃，會造成部分茶皂素的分解，同時蛋白質(zhì)等雜質(zhì)的不可逆變性凝固加劇，導(dǎo)致少量茶皂素被吸附結(jié)合，茶皂素得率下降.綜合考慮各因素，確定最佳超聲浸提溫度為80 ℃.

2.5 超聲浸提時間對茶皂素得率的影響

稱取10 g茶籽粉(120目)，料液比為1∶11，乙醇濃度為80%，氨水濃度為0.5%，超聲浸提溫度為80 ℃，超聲浸提時間分別為20、40、60、80、100 min.按1.3.4的方法測定提取物含量，計算茶皂素得率，考察超聲浸提時間對茶皂素得率的影響.結(jié)果如圖7所示.

由圖7可知，茶皂素得率隨超聲浸提時間的增加而增大，但超過60 min后，增加較平緩.可能隨著超聲時間的增加，茶籽粉中的多糖、蛋白質(zhì)等水溶性雜質(zhì)溶出，將茶皂素分子包裹起來，阻止了茶皂素向溶液中擴散，導(dǎo)致茶皂素得率的增大趨勢減慢.而且超聲浸提時間過長，將增加能源消耗.綜合考慮各因素，確定最佳超聲浸提時間為60 min.

2.6 最佳工藝條件的選擇

從單因素實驗來看，氨水濃度對茶皂素得率的影響較顯著.因此，固定氨水濃度為0.5%，選取料液比(A)、乙醇濃度(B)、超聲浸提溫度(C)、超聲浸提時間(D)作為參考因素，設(shè)計3水平，以茶皂素得率為考察指標(biāo)設(shè)計L9(34)正交試驗，確定茶皂素提取的最佳工藝，因素水平表見表1，正交試驗結(jié)果見表2.

表1 正交因素水平表

表2 正交試驗設(shè)計L9(34)及結(jié)果

根據(jù)正交試驗結(jié)果可知，影響茶皂素得率的因素按影響程度由大到小排列為RB>RC>RD>RA,并得到最佳提取工藝為A1B1C2D1，即料液比1∶10，乙醇濃度75%，氨水濃度0.5%，超聲浸提溫度80 ℃，超聲浸提時間55 min.

2.7 茶皂素提取工藝驗證實驗

以茶皂素提取的最佳工藝進行3次平行實驗，驗證其提取工藝的穩(wěn)定性，即稱取茶籽粉10 g，料液比1∶10，乙醇濃度75%，氨水濃度0.5%，超聲浸提溫度80 ℃，超聲浸提時間55 min，按上述工藝提取茶皂素，結(jié)果見表3.

表3 茶皂素提取工藝驗證實驗

由表3可知，在料液比1∶10、乙醇濃度75%、超聲浸提溫度80 ℃、超聲浸提時間55 min、氨水濃度0.5%的提取條件下，茶皂素得率穩(wěn)定.

3 結(jié) 論

以乙醇為溶劑，茶籽粉為原料，采用超聲波輔助乙醇-氨水法提取茶皂素，考察了料液比、乙醇濃度、氨水濃度、超聲浸提溫度、超聲浸提時間對茶皂素得率的影響，再經(jīng)正交試驗得出茶皂素提取的最佳工藝為料液比1∶10，乙醇濃度75%，氨水濃度0.5%，超聲浸提溫度80 ℃，超聲浸提時間55 min，此條件下得率最高達到19.50%.

該工藝條件下，測其熔點為219～222 ℃，接近理論值[1]，因此提取后的茶皂素純度較高?？捎糜诖笠?guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，且后處理簡單，也可直接用于后續(xù)研究.

[1] 李祥，曹江絨，曹萬新，等.響應(yīng)面法優(yōu)化茶皂素的超聲波輔助提取工藝[J].中國油脂，2013,38(12)：72-75.

[2] 孟維，李湘洲，吳志平，等.AB-8型大孔吸附樹脂分離純化茶皂素工藝[J].食品科技，2013，38(1)：213-217.

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責(zé)任編輯：朱美香

Research on Extracting Technology of Tea Saponin by Ultrasonic Assisting Alcohol-Ammonia Water

HEZi-qiang*,ZHANGHui-ling,ZHANGXin-huan

(Department of Chemical and Environmental Engineering,Wuhan Bioengineering Institute,Wuhan 430415 China)

Tea saponin was extracted by ultrasonic assisting alcohol-ammonia water from camellia seed powder as raw material.Influences of ratio of material to liquid, concentration of alcohol, concentration of ammonia water,ultrasonic temperature and ultrasonic time were studied.By orthogonal experiment,the optimal extraction conditions were determined as below: ratio of material to liquid 1∶10, concentration of alcohol 75%, concentration of ammonia water 0.5%, ultrasonic temperature 80 ℃ and ultrasonic time 55 min. The content of tea saponin was 93.68% and the yield was 19.50% under these conditions.The method was simple and easily operated.It shortened the time of extraction of tea saponin and improved the yield of tea saponin,meanwhile the purity was higher.

camellia seed powder;tea saponin;ultrasonic; alcohol;ammonia water;extraction

2015-01-20

何自強(1976— )，男，湖北 隨州人，講師.E-mail:1049461766@qq.com

O658，TQ041

A

1000-5900(2015)02-0080-06