茶皂素研究進展

李國武，郭 晨，段一凡，肖文軍（湖南農(nóng)業(yè)大學茶學教育部重點實驗室，湖南省植物功能成分利用協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128）

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茶皂素研究進展

李國武，郭 晨，段一凡，肖文軍*
（湖南農(nóng)業(yè)大學茶學教育部重點實驗室，湖南省植物功能成分利用協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128）

摘要：茶皂素是廣泛存在于山茶科山茶屬植物中的一類生物活性物質，在食品、日化、建材等領域具有廣闊的開發(fā)利用前景。茶葉籽及茶葉中含有較高含量的茶皂素，但因其不是評價茶產(chǎn)品品質的主要成分而相對研究及開發(fā)利用較少。本文從茶皂素的理化性質、制備技術、分析方法、生物活性、產(chǎn)品開發(fā)與應用等方面進行了綜述，以期為茶葉籽與茶葉中茶皂素的開發(fā)利用提供參考。

關鍵詞：茶；茶皂素；研究進展

茶皂素（Tea Saponin）又名茶皂甙，是存在于山茶科（茶、山茶、油茶）植物中的一類齊墩果烷型三萜類皂苷混合物［1］，主要儲藏于茶籽和茶葉中，其中干茶葉籽中含量4%～6%。茶皂素具有豐富的表面活性和生物活性［2］，如發(fā)泡、穩(wěn)泡、分散等多種表面活性及溶血和魚毒、抗?jié)B消炎等生物活性，廣泛用于農(nóng)業(yè)、日化、建材、醫(yī)藥等領域。我國茶葉資源豐富，茶皂素作為茶葉生產(chǎn)的重要副產(chǎn)物，具有重要的開發(fā)價值。

筆者從茶皂素的理化性質、制備技術、分析方法、生物活性、產(chǎn)品開發(fā)與應用等方面進行綜述，以期為茶皂素的高效開發(fā)利用提供參考。

1　茶皂素的理化性質

1.1組成和結構

茶皂素是皂素中的一種，廣泛存在于山茶科植物種子、葉片等器官中，是一類結構比較復雜的糖甙類化合物，由皂苷元、糖體、糖醛酸和有機酸四部分組成［3］。糖體包括葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖和鼠李糖等，糖醛酸有葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸，有機酸為當歸酸、肉桂酸和醋酸等。石館守三等［4］研究茶皂素的分子式表明，茶皂素平均分子式為C57H90O26，分子量1203。通常情況下茶皂素為混合物，現(xiàn)已分離鑒定出茶籽皂苷元7種、茶葉皂苷元4種。茶皂素結構復雜多樣，因茶樹品種、生長環(huán)境及不同部位而不同；另一方面，因不同的皂苷元或相同皂苷元的糖體與有機酸連接順序和方式不同而發(fā)生改變［5］。

隨著分離鑒定分析方法及現(xiàn)代高靈敏儀器的不斷發(fā)展，高效液相色譜和反相高效液相色譜與質譜聯(lián)用、核磁共振等技術方法的引入，使得分離和鑒定新的茶皂素成為可能。目前，已有10多種新型皂苷被分離鑒定。Sagesaka等［6］分離鑒定了一種新型茶葉皂苷B1的結構，隨后Kitagawa等［7］又從茶樹種子中分離出了兩種新的?；凝R墩果烷型三萜類皂苷結構（茶皂苷E1和E2）。接著，Murakami等［8，9］從斯里蘭卡茶籽中分離了9種茶籽皂苷，分別命名為Assamsaponins A-J。不僅如此，有學者從山茶樹根中分離出了3種茶皂素單體且確定了其結構，分別命名為山茶皂苷A、山茶皂苷B和山茶皂苷C。

1.2理化性質

純品茶皂素是白色微細柱狀結晶體，熔點為223℃～224℃，具有皂甙的通性。味苦而辛辣，能起泡，吸濕性強，并有溶血作用，pH值為5.0～6.5，表面張力為47～51N［32］。茶籽皂素的結晶不溶于乙醚、石油醚、丙酮、氯仿、苯等溶劑，難溶于冷水、無水甲醇、無水乙醇，但可溶于溫水、醋酸乙酯和二硫化碳，易溶于含水甲醇、含水乙醇、正丁醇及冰醋酸、醋酐和吡啶中。

2　茶皂素的制備技術

2.1提取技術

茶皂素的傳統(tǒng)提取方法主要有熱水浸提法和有機溶劑提取法。隨著科技的不斷進步，茶皂素提取方法也變得更加多樣，出現(xiàn)了超聲波、微波輔助提取、大孔吸附樹脂法、膜分離法及酶法等。

熱水浸提法是根據(jù)茶皂素溶于熱水的性質，是最先運用到茶皂素提取的方法，工藝簡單、投資少、成本低及見效快等，但容易水解茶皂素、淀粉糊化及蛋白質膠體化等。陳海輝等［10］在浸提前通過抑制、消除茶籽餅中水解酶活性，再用納濾膜濃縮澄清的浸提液，減少茶皂素損失，有效去除浸提液中的雜質，取得了較好的效果。馬力等［11］優(yōu)化固液比、提取溫度、萃取液pH值、提取時間等條件，茶皂素的得率為95.50%，但是耗時較長、提取的茶皂素純度低且純化困難。與此同時，通過熱水結合有機溶劑提取、沉淀劑沉淀也取得了較大發(fā)展。劉紅梅等［12］探究了沉淀劑氧化鈣和碳酸氫銨提取茶皂素，結果表明提取的茶皂素雜質少，純度較高。有研究者［13］研究比較了水提法和水提醇沉法，發(fā)現(xiàn)水提醇沉法有較高的純度，所以溶劑或沉淀劑提取法有利于茶皂素的精制。

有機溶劑提法在茶皂素的提取中具有相當重要的地位，其提取原理與水提法相似。醇類溶劑沸點低，雜質較少，工藝簡單，萃取速度快、效率高、選擇性好、容量大、產(chǎn)品易分離提取，純度較水提法高。其提取的產(chǎn)品可作為生化試劑和醫(yī)藥原料。劉堯剛等［14］研究了甲醇作提取劑，并用體積分數(shù)為70%的含水甲醇，固液比為1∶7（g/mL），溶液pH值為10.5，浸提溫度55℃，提取2 h，茶皂素的得率為14.45%，得率相對較低。

李敏等［15］通過優(yōu)化粒度、體積分數(shù)、固液比、pH值、浸取溫度、時間等條件，茶皂素得率為20.54%，但溶劑消耗太多。于輝等［16］用正丙醇作提取劑提取油茶餅粕中的茶皂素，以得率為優(yōu)化對象時得20.31%的得率，純度為62.78%；以純度為優(yōu)化對象時，得茶皂素純度72.06%、得率15.31%。乙醇作提取劑，相對甲醇較安全，且易得，較丁醇成本相對較低，在工藝生產(chǎn)中被廣泛運用。

劉昌盛等［17］用去殼油茶餅粕作原料，采用超聲波提取茶皂素，得茶皂素提取率達96.1%，純度58.28%，雖提取率較高，但純度低；戚曉陽等［18］以油茶籽粕為原料，采用超聲-水浸提法提取茶皂素，經(jīng)單因素實驗和正交試驗法，得最優(yōu)工藝參數(shù)：茶籽粕顆粒粒度60～100目、料液比為1∶9、超聲提取40 min、超聲溫度50℃，在此條件下茶皂素得率21.32%，得率有很大提高。另外，曹江絨等［19］用超聲波輔助甲醇提取茶皂素法，經(jīng)工藝優(yōu)化后得率高達24.16%，但甲醇有毒，提取溫度不宜過高，需要較高的控制技術?？梢钥闯龀暡ㄝo助法縮短了提取時間，降低了能耗，同時提高了茶皂素的得率，有利于工業(yè)上的應用。

Ganzler［20］等在1986年提出微波輔助萃取技術，并從土壤、飼料、種子、食品中成功萃取分離化合物。吳雪輝等［21］以油茶餅粕為原料，用水作溶劑微波輔助提取茶皂素，茶皂素的得率為11.98%，得率比單純水浸提高較大。龔志華等［22］以茶籽為原料，考察了微波強度、提取時間、乙醇濃度、料液比等因素，結果表明茶籽皂苷得率可達18.56%，與常規(guī)水浸、醇提法相比大大提高，提取時間明顯縮短，不過溶劑消耗較大，工藝仍有待改進。此外，生物法提取茶皂素也有報道。徐國念等［23］選擇堿性蛋白酶對油茶籽仁進行酶解，經(jīng)三相離心，膜分離技術可獲得具有高生物活性的天然茶皂素，純度高達90%，具有較大的提取參考價值。

2.2分離純化技術

大孔樹脂是一類物化穩(wěn)定性高、吸附選擇性好、再生簡單、解析條件溫和、環(huán)境污染少的高分子聚合物，不受無機鹽和低分子物質的影響，因此也被廣泛應用于茶皂素的分離純化。徐德平等［24］用經(jīng)乙醇處理的茶籽餅提取物為原料，考察了幾種大孔吸附樹脂對茶皂素的吸附和解析情況，結果表明AB-8樹脂效果最為理想。李紅冰等［25］采用D101大孔吸附樹脂對油茶粕中茶皂素純化，茶皂素純度由初提物的64.90%提高至96.93%，說明其純化效果顯著。劉傳芳等［26］比較了重結晶法和大孔樹脂吸附法對提取高純茶皂素的效果，表明兩法的純度都在96%以上，但大孔樹脂吸附純化法的茶皂素產(chǎn)品純度和得率均優(yōu)于重結晶法，更適合工業(yè)化生產(chǎn)。

膜技術在茶皂素分離純化中也具有較大作用，該技術較傳統(tǒng)工藝耗時短、能耗低、效益較高、提取的茶皂素產(chǎn)品質量好等優(yōu)點。李梅生等［27］用微濾-超濾組合工藝精制茶皂素可得到純度91%、得率66%的茶皂素。

除上述方法，還有一些新的茶皂素分離純化方法。曹江絨等［19］研究了用飽和正丁醇純化茶皂素的方法，最終得茶皂素產(chǎn)品純度97%、回收率53.25%，表明正丁醇對萃取和純化茶皂素具有重要作用。

2.3脫色技術

脫色工藝分物理和化學等方法?；瘜W吸附可以很好的吸附酚類化合物及黃酮、蒽醌等酚酸類色素。彭維等［28］對比三種吸附樹脂前處理純化保健食品中的茶皂苷，結果表明，D-101型大孔吸附樹脂與D-941離子交換樹脂聯(lián)用脫色效果最好。在化學方法脫色方面，孫冀平等［29］對比研究了幾種脫色劑的脫色效果，結果顯示，H2O2的脫色效果最好，不會產(chǎn)生雜質。近年來，隨著研究和科技的不斷發(fā)展，膜分離脫色法也取得了喜人的進展［30］，得到了質量較好的茶皂素。

3　茶皂素的分析方法

茶皂素定量分析方法常用的有重量分析法和比色法。朱全芬［31］最早詳細研究了重量法，最終得到換算系數(shù)為0.4921。重量法數(shù)值重現(xiàn)性強、準確性高，但分析需要的時間長、操作不便，不適合工業(yè)檢驗。

比色法是根據(jù)皂苷類化合物的顯色反應，選擇與其特定反應的顯色劑，并利用吸光度，再用皂苷純品的標準曲線來定量。謝秋英等［32］以自制茶皂素純品為標樣，采用香草醛-濃硫酸顯色法，繪制標準曲線，測得含量為80.9%的成品茶皂素。該法易于操作，所需試劑少，分析快，準度高，適合工業(yè)分析應用，但比色法容易受試劑和雜質影響，相對來說靈敏性欠佳。

隨著科技的不斷發(fā)展，高效液相色譜法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）在定量茶皂素上的應用越來越受歡迎。以高壓液體作流動相，用細小顆粒作高效固定相柱色譜的分離技術，具有高壓、高效、高靈敏度、應用范圍廣、載液流速快等特點。劉新清等［33］用高效液相色譜法進行定量分析茶皂素，得變異系數(shù)0.65%，回收率為98.37%～101.67%，相關性大。賀國文［34］用反相高效液相色譜法（RPHPLC）檢測茶皂素含量，以RP-ODS（150mm X4.6 mm，C18，5μm）作分析柱，甲醇作流動相，一定的流速和檢測波長下測得茶籽餅茶皂素中的含量為12.71%。此法較其他方法具有高靈敏、高效等優(yōu)點。此外，有采用熒光光度法和薄層掃描法用于茶皂素分析的報道。

4　茶皂素的活性

4.1表面活性

茶皂素因其分子中含有親水性的糖體部分和疏水性的皂甙配基部分而成為性能優(yōu)良的天然非離子型表面活性劑，具有發(fā)泡、穩(wěn)泡、分散、濕潤等多種表面活性。親水親油平衡值（HLB）、表面張力、臨界膠束濃度及起泡能力等是油茶皂素表面活性劑的主要性能參數(shù)。臨界膠束濃度是表面活性劑分子在溶劑中締合形成膠束的最低濃度，陳志勇等研究油茶皂素的表面活性時發(fā)現(xiàn)，其臨界膠束濃度為0.4%～0.5%［35］，說明茶皂素具有較強的表面活性。

4.2生物活性

茶皂素獨特的結構使得其具有特別的生物活性，具有溶血和魚毒、抗?jié)B消炎、抗菌、抑制乙醇吸收、抗高血壓等作用。

茶皂素溶血現(xiàn)象僅對血紅細胞有效，對白細胞無影響。產(chǎn)生溶血前提是要與血液中的血紅細胞直接接觸，有研究表明茶皂素對冷血動物有毒，而對人畜口服無毒［36］。

在抗?jié)B消炎方面，呂曉玲等［37］純化油茶皂素，發(fā)現(xiàn)具有顯著的抗氧化性和清除活性氧自由基的作用?？咕矫妫S繼光［38］等采用菌絲體生長速率抑制法測得茶皂素對12種植物病菌的抑菌活性，在較低質量濃度下茶皂素對柑橘青霉病菌和稻瘟病菌的抑菌等作用十分明顯。

據(jù)研究茶皂素還能有效降低血液、肝臟、胃中的乙醇與乙醛濃度，對抑制酒精吸收具有很大的作用。Tsukamoto S［39］等通過動物實驗證明茶皂素能明顯降低肝及血液中的乙醇含量，從而達到抑制酒精吸收的效果。另外，Sagesaka等［40］進行降壓實驗，結果發(fā)現(xiàn)降壓效果顯著等。

5　茶皂素產(chǎn)品開發(fā)與應用

因茶皂素具有良好的表面活性和生物活性，現(xiàn)已在農(nóng)業(yè)、日化、建材等領域被廣泛應用。

農(nóng)業(yè)上，有研究表明油茶皂素對防治病蟲害具有較好的效果［41］，對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和安全貯藏具有較好的推廣作用。此外，Wickremasinghe R L［42］等用經(jīng)純化后的茶皂素處理茶苗，能促進其生長和提高茶葉產(chǎn)量。在動物實驗研究方面，茶皂素能促使蝦蛻皮，促進蝦的生長，在蝦的養(yǎng)殖中具有重要作用［43］。

在建材上，有研究者將茶皂素加入到水泥、砂及粉末燃料組成的混合料，能制成性能較好的輕質建筑材料［44］。此外，有研究者將其運用到洗滌劑開發(fā)，取得了良好的效果。另據(jù)相關專利報道，茶皂素改性后，在清涼飲料和酒類中，加入24～25 mg/L可防止酵母生長，穩(wěn)定酒質。茶皂素在采油、采礦行業(yè)得到應用，經(jīng)科學處理，專門制作成油田開采的發(fā)泡劑，可以有效提高石油采油率和質量。

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Research Progress on Tea Saponin

LI Guo-wu，GUO Chen，DUAN Yi-fan，XIAO Wen-jun*
（Key Lab of Tea of Ministry of Education Hunan Agricultural University， Collaborative Innovation Center of the Utilization of Hunan Botanical Functional Ingredients， Changsha， 410128， China）

Abstract：Tea saponin is an biological activity material of the same class.widely exist in Theaceae Camellia plant. Which has expansive development and utilization prospect in Food. Daily use chemical. Building materials feld etc Tea seed and tea have high content Tea saponin， but it has less research and development utilization cause it is not the main evaluation criterion of tea product quality. In this paper， the tea saponin physicochemical property， preparation technics， analytical method， biological activity， product development and application were reviewed attempting to provide a reference for development and utilization tea saponin of tea and tea seed.

Key words：Tea，Tea Saponin，Research Progress

中圖分類號：S571.1

文獻標識碼：A

文章編號：1009-525X（2016）01-14-18， 22

收稿日期：2016-01-18

修訂日期：2016-02-24

基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃項目（2011BAD10B00）

作者簡介：李國武（1989-），男，湖南永州人，在讀碩士研究生，研究方向：茶及植物功能成分利用研究。

*通訊作者：肖文軍，xiaowenjungong@163.com