龍眼茶茶粕中茶皂素提取工藝的研究

游瑞云，鄭珊瑜，陳榕，張仁堃，盧玉棟

(1.福建師范大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350007;2.福建師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007;3.福建勝華農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，福建 福州 350007)

龍眼茶不僅具有果皮薄、出籽率高、含油率也高的優(yōu)點(diǎn)，而且抗炭疽病和抗風(fēng)力也比較強(qiáng)，并能相對(duì)穩(wěn)定地遺傳給后代，因此得到了廣泛的引種栽培，目前龍眼茶主要分布在福建省的戴云山、鷲峰山區(qū)域間的廣大低山、丘陵地區(qū)［1］。

茶粕是油茶籽經(jīng)壓榨提取茶油后的殘?jiān)?，其中含有茶油、茶皂素、蛋白質(zhì)等各種具有利用價(jià)值的有效成分。近年來(lái)，開(kāi)展了茶粕多糖［2］、蛋白質(zhì)［3］、多肽［4］、菌體蛋白飼料［5-6］、茶皂素提取［7］等方面的研究。

為了更好地提高龍眼茶種植效益，本文利用龍眼茶茶粕為原料提取茶皂素。茶皂素是一種性能優(yōu)良的非離子表面活性劑，廣泛應(yīng)用于日化、建材、紡織、農(nóng)藥以及一些其它領(lǐng)域，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高［8］。茶皂素易溶于水和醇類溶劑，但水會(huì)使大量的淀粉糊化、蛋白質(zhì)膠體化，從而使提取工藝中的固液分離困難;超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波，目前已廣泛應(yīng)用于植物中活性成分的提取，本文主要研究超聲波輔助乙醇提取茶皂素的最佳工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

龍眼茶茶粕，由福建省勝華農(nóng)業(yè)科技有限公司提供;無(wú)水乙醇、丙酮、HCl、NaOH、正己烷、無(wú)水乙醇均為化學(xué)純。

HH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋;AN0221 型分析天平;SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵;101-1AB 型電熱鼓風(fēng)干燥箱;索氏脂肪抽提器;R-201 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器;TU-1900 雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);KQ2200B 型超聲波清洗器;FZ102 微型植物試樣粉碎機(jī)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 龍眼茶茶粕基本組成成分測(cè)定

1.2.1.1 水分含量測(cè)定 105 ℃恒重法，參考《糧食、油料檢驗(yàn)水分測(cè)定法》(GB 5497—85)。

1.2.1.2 灰分含量測(cè)定 灼燒重量法，參考《糧食、油料檢驗(yàn)灰分測(cè)定法》(GB 5505—85)。

1.2.1.3 粗蛋白含量的測(cè)定 用微量凱氏法，參考《糧食、油料檢驗(yàn)粗蛋白測(cè)定法》(GB 5511—85)。

1.2.1.4 粗纖維含量的測(cè)定 用水解重量法，參考《糧食、油料檢驗(yàn)粗纖維測(cè)定法》(GB 5515—85)。

1.2.1.5 粗脂肪含量測(cè)定 用索氏提取法，參考《糧食、油料檢驗(yàn)粗脂肪測(cè)定法》(GB 5512—85)。1.2.1.6 糖類含量的測(cè)定 直接滴定法。

1.2.1.7 茶皂素含量的測(cè)定 精確稱取龍眼茶茶粕10 g，置索氏抽提器中，石油醚60 ℃回流4 h 脫脂后，烘干，然后用80%乙醇80 ℃回流5 h，直至回流液無(wú)色，在濾液中加入20 mL 濃鹽酸，加熱回流1 h后常壓過(guò)濾得到沉淀，最后將沉淀用熱水洗滌呈中性后于105 ℃烘箱中烘至恒重，用電子天平精確稱量，得沉淀重。根據(jù)下面公式計(jì)算茶皂素的含量:

茶皂素=沉淀重/(0.492 1 ×10)×100%。

1.2.2 龍眼茶茶粕中茶皂素的提取 稱取經(jīng)粉碎的脫脂油茶籽餅粕30 g 于250 mL 三口燒瓶中，加入一定量濃度的乙醇溶液浸提，過(guò)濾得到的濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀加熱濃縮，最后在70 ℃烘箱中干燥得到粗茶皂素。脫脂茶籽粕提取茶皂素流程如下。

茶皂素得率=茶皂素質(zhì)量×茶皂素的純度/干燥茶籽餅粕×100%。

在浸提時(shí)，分別對(duì)乙醇濃度A(0%，25%，50%，65%，75%，85%，95%)，浸提時(shí)間B(0.5，1，1.5，2，2.5 h)，浸提劑乙醇用量即料液比C(1∶2，1∶3，1∶4，1∶5)，浸提溫度D(60，70，80，90 ℃)作為單一變量，確定茶皂素提取的最佳條件。

1.2.3 超聲波輔助乙醇法制茶皂素 稱取經(jīng)粉碎的脫脂油茶籽餅粕30 g，用75%乙醇溶液120 mL在超聲波輔助下浸提，過(guò)濾得到的濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀加熱濃縮，最后在70 ℃烘箱中干燥得到粗茶皂素。

1.2.4 茶皂素的定量分析 用電子天平稱取茶皂素2 g 左右，放入100 mL 燒杯中，加入40 mL 沸水使之溶解。趁熱常壓過(guò)濾，用沸水洗滌3 次，每次約10 mL，然后在濾液中加入20 mL 濃鹽酸，加熱回流1 h后常壓過(guò)濾得到沉淀，最后將沉淀用熱水洗滌呈中性后于105 ℃烘箱中烘至恒重，用電子天平精確稱量，得沉淀重。根據(jù)下面公式計(jì)算茶皂素的純度:茶皂素純度=沉淀重/(0.492 1×樣品重)×100%。

2 結(jié)果與討論

2.1 龍眼茶茶粕基本成分

表1 列出了龍眼茶茶粕的基本成分。

表1 龍眼茶茶粕基本成分Table 1 Components of Camellia Meiocarpa seed cake

由表1 可知，龍眼茶茶粕中茶皂素含量達(dá)到13.4%，粗脂肪含量占到2.3%，本項(xiàng)目以提取殘油后的龍眼茶茶粕為原料提取茶皂素。

2.2 浸提溫度對(duì)茶皂素得率的影響

為了考察浸提溫度對(duì)茶皂素得率的影響，保持乙醇濃度75%，料液比1∶4，浸提時(shí)間2 h 的條件下，分別利用不同的浸提溫度對(duì)茶籽餅粕進(jìn)行茶皂素提取，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 浸提溫度對(duì)茶皂素得率的影響Table 2 Effect of extraction temperature on the yield of tea saponin

溶質(zhì)在溶劑中的溶解度一般都是隨著溫度的升高而增大，當(dāng)溫度升高時(shí)，浸取液的溶質(zhì)濃度會(huì)增加，同時(shí)由于溫度的上升會(huì)導(dǎo)致溶液的粘度下降，擴(kuò)散系數(shù)增大，從而促使浸取速度增快。由表2 可知，隨著溫度的升高，茶皂素的得率與質(zhì)量不斷升高，當(dāng)浸提溫度為80，90 ℃時(shí)，茶皂素得率分別為12.7%，12.8%;當(dāng)溫度為90 ℃時(shí)，雖然茶皂素的得率最高，但茶皂素的純度有所下降，這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高，溶液粘性增大，茶粕中的蛋白、單寧等也容易浸出，所以80 ℃為茶皂素的最佳浸提溫度。

2.3 浸提時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響

為了考察浸提時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響，保持乙醇濃度75%，浸提溫度80 ℃，料液比1∶4 的條件下，分別測(cè)定了不同浸提時(shí)間后茶皂素的得率，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 浸提時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響Table 3 Effect of time on the yield of tea saponin

由表3 可知，隨著時(shí)間的增加，茶皂素的得率增加。當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到2 h 時(shí)，茶皂素的提取基本完成，茶皂素的得率為12.7%，其后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，茶皂素的質(zhì)量雖然增大，但得率基本不變，這是因?yàn)檫_(dá)到一定時(shí)間后，液體主體溶質(zhì)濃度增加，傳質(zhì)動(dòng)力減少，浸取速度下降，大部分的茶皂素都已經(jīng)浸提出來(lái)，之后浸出的是淀粉等其他雜質(zhì)，從而造成純度下降，因此，選擇2 h 為浸提的最佳時(shí)間。

2.4 料液比對(duì)茶皂素得率的影響

為了考察不同料液比對(duì)茶皂素得率的影響，保持乙醇濃度75%，浸提溫度80 ℃，浸提時(shí)間2 h 的條件下，分別用1∶2，1∶3，1∶4，1∶5，1∶6 的料液比對(duì)茶籽餅粕進(jìn)行茶皂素提取，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 料液比對(duì)茶皂素得率的影響Table 4 Effect of liquid-solid ratio on the yield of tea saponin

由表4 可知，茶皂素的得率隨著溶劑量的增加而不斷增大，最后趨于穩(wěn)定，茶皂素的質(zhì)量呈不斷上升的趨勢(shì)。但料液比從1∶3 增加至1∶4 時(shí)，茶皂素的得率迅速增加，進(jìn)一步增加料液比，茶皂素得率增加不明顯。因此提高料液比會(huì)加快浸取的速度，提高茶皂素的得率，但料液比繼續(xù)增加時(shí)，茶皂素的純度反而下降，因此要選擇合適的料液比為1∶4。

2.5 乙醇濃度對(duì)茶皂素得率的影響

為了考察乙醇濃度對(duì)茶皂素得率的影響，保持浸提溫度80 ℃，料液比1∶4，浸提時(shí)間2 h 的條件下，分別利用0%，25%，50%，65%，75%，85%，95%濃度的乙醇對(duì)茶籽餅粕進(jìn)行茶皂素提取，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 乙醇濃度對(duì)茶皂素得率的影響Table 5 Effect of ethanol concentraction on the yield of tea saponin

由表5 可知，隨著乙醇濃度的不斷提高，茶皂素得率呈先上升后下降的趨勢(shì)，利用75%的乙醇濃度對(duì)茶籽餅粕提取茶皂素，得率達(dá)到最高，為12.7%。這說(shuō)明一定濃度乙醇溶液提取茶皂素的效果要好于純水、低濃度或高濃度乙醇溶液，因?yàn)椴杵芍泻械鞍踪|(zhì)、淀粉、可溶性多糖等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在水中容易被浸出，造成溶液濃度增加，形成溶液的粘度增加，影響了茶皂素的得率。一定乙醇濃度可以減少大量雜質(zhì)的浸出，提高茶皂素的得率，而隨著乙醇濃度的不斷增加會(huì)使茶皂素的得率下降，這是因?yàn)橐掖紳舛鹊奶岣邥?huì)加快蛋白質(zhì)果膠等物質(zhì)的凝固，阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，且茶皂素不溶于無(wú)水乙醇。

2.6 超聲波浸提時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響

為了考察不同超聲波輔助浸提時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響，保持超聲波清洗器的超聲頻率為40 kHz，超聲功率為300 W，乙醇濃度為75%，料液比為1∶4，溶液的溫度保持在80 ℃條件下，分別利用不同超聲波提取時(shí)間對(duì)茶籽餅粕進(jìn)行茶皂素提取，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6 可知，隨著超聲時(shí)間的增加，茶皂素的質(zhì)量與得率均隨之提高，當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到50 min 時(shí)，茶皂素得率達(dá)到最高，為12.8%。而當(dāng)提取時(shí)間進(jìn)一步增加時(shí)，茶皂素的得率并沒(méi)有提高。由于茶籽餅粕顆粒內(nèi)部茶皂素的溶解和擴(kuò)散均需要一定的時(shí)間，所以延長(zhǎng)超聲波作用時(shí)間，有利于提取完全。但是隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，茶皂素的質(zhì)量進(jìn)一步增加，但得率不會(huì)繼續(xù)提高，因此造成茶皂素純度下降。

表6 超聲波提取時(shí)間對(duì)茶皂素得率的影響Table 6 Effect of ultrasonic extraction time on the yield of tea saponin

2.7 超聲波功率對(duì)茶皂素得率的影響

在料液比1∶4，超聲浸提時(shí)間50 min，浸提溫度80 ℃的條件下，選擇了100，200，300，400，500，600 W六個(gè)超聲功率來(lái)實(shí)驗(yàn)，考察超聲功率對(duì)茶皂素含量及得率的影響，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 超聲波功率對(duì)茶皂素得率的影響Table 7 Effect of ultrasonic power on the yield of tea saponin

由表7 可知，隨著超聲功率的提高，所得茶皂素的含量及得率均有所提高，但幅度不大，功率達(dá)到500 W 時(shí)茶皂素的質(zhì)量及得率基本達(dá)到最大。功率再增大，茶皂素質(zhì)量進(jìn)一步增加，但純度反而略有降低，其原因可能是對(duì)于一定頻率和一定發(fā)生面的超聲波來(lái)說(shuō)，功率增大，聲強(qiáng)隨著增大。單位時(shí)間內(nèi)超聲產(chǎn)生的空化事件增多，從而有利于茶皂素的提取。但是不能無(wú)限制的增大超聲功率，太高的聲強(qiáng)產(chǎn)生的大量空泡通過(guò)反射聲波可能減少能量的傳遞，并且與聲強(qiáng)的增加呈非線性關(guān)系，也不利于茶皂素的提取。

3 結(jié)論

(1)龍眼茶茶粕中提取茶皂素的最佳工藝條件:浸提時(shí)間為2 h，乙醇濃度為75%，料液比為1∶4，提取溶液溫度為80 ℃。

(2)超聲波輔助乙醇法提取茶皂素降低了能耗，同時(shí)提高了茶皂素的質(zhì)量和茶皂素的得率，較佳提取工藝參數(shù)為:超聲頻率為40 kHz，超聲功率為500 W，浸提時(shí)間為50 min，乙醇濃度為75%，料液比為1∶4，提取溶液溫度為80 ℃。

(3)利用超聲波輔助乙醇法提取茶皂素的得率為12.9%，茶皂素純度為65.6%。

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