茶殼中原花青素和茶皂素的同步提取工藝

熊偉，李雄輝，付建平，王慧賓，朱仁果，韓曉丹

（江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，江西南昌330096）

茶殼中原花青素和茶皂素的同步提取工藝

熊偉，李雄輝，付建平，王慧賓，朱仁果，韓曉丹

（江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，江西南昌330096）

以茶殼為原料，同步提取其中的原花青素和茶皂素，采用單因素和響應(yīng)面試驗相結(jié)合的方法，得到最佳工藝參數(shù)：提取溫度為67℃，提取時間為109min，乙醇濃度為65%，液料比為19mL/g，在此條件下，原花青素的得率為5.37%，茶皂素的得率為11.97%，綜合評分值為99.17。

茶殼；原花青素；茶皂素；提??；綜合評分

茶殼是油茶去仁后留下的外種皮［1］。目前，茶殼一般被廢棄，僅有少部分作為初級燃料、培養(yǎng)食用菌以及用于制造活性碳、糠醛等物質(zhì)［2-3］?？傮w而言，茶殼的利用率一直較低，以茶殼為原料開發(fā)出的產(chǎn)品存在附加值低、轉(zhuǎn)化率不高等缺點，更值得關(guān)注的是，以茶殼為原料提取純化高活性物質(zhì)的研究一直較少。

隨著研究的深入，有研究報道在茶殼中發(fā)現(xiàn)含有原花青素和茶皂素［4-5］。原花青素是具有C6-C3-C6結(jié)構(gòu)的黃烷醇及其聚合體，具有很強的抗氧化能力，目前主要從葡萄籽中提取分離［6-7］。茶皂素是一種良好的表面活性劑，目前主要從茶粕中提?。?-9］。本研究以廉價易收集的茶殼為原料，同步提取其中的原花青素和茶皂素等活性成分，最大限度的提高了原料的綜合利用率和利用水平。本研究旨在提高茶殼的深加工水平，提高油茶副產(chǎn)品的附加值，延伸油茶加工的產(chǎn)業(yè)鏈。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

茶殼：采自江西德興，60℃干燥24 h備用；原花青素對照品、茶皂素對照品：天津市尖峰天然產(chǎn)物研究開發(fā)有限公司；香草醛，鹽酸，冰乙酸，乙醇均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

TU-1810紫外分光光度計：北京普析科學(xué)儀器有限責(zé)任公司；RE52CS旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化科技有限公司；JM-10002天平：余姚市紀銘稱重校驗設(shè)備公司；高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1原花青素和茶皂素的同步提取工藝

準確稱取100 g干燥后的茶殼，粉碎至60目過篩，采用乙醇浸提其中的原花青素和茶皂素，浸提完畢后，離心得到濾液，檢測濾液中的原花青素和茶皂素含量，計算原花青素和茶皂素的得率。分別研究不同的提取溫度（40、50、60、70、80℃），提取時間（30、60、90、120、150 min），乙醇濃度（10%、30%、50%、70%、90%），液料比（5、10、15、20、25 mL/g）對原花青素和茶皂素得率的影響，確定提取的最佳工藝參數(shù)。

1.3.2響應(yīng)面分析法優(yōu)化提取工藝

綜合前面單因素試驗結(jié)果，采用響應(yīng)面法對結(jié)果進行優(yōu)化，根據(jù)Box-Behnken實驗設(shè)計原理，以提取溫度、提取時間、乙醇濃度、液料比為影響因素，采用四因素三水平的響應(yīng)面分析方法，實驗因素水平編碼表見表1。

表1　因素水平編碼表Table 1Coding of factors and levels

由于原花青素和茶皂素的得率都需要考慮，所以響應(yīng)面結(jié)果以兩者加權(quán)值的綜合評分來進行分析，其中原花青素和茶皂素的權(quán)重各占50%。計算公式為：

式中：Y為綜合評分值；P為原花青素的得率；PMAX為該組試驗結(jié)果中原花青素得率的最高者；S為茶皂素的得率；SMAX為該組試驗結(jié)果中茶皂素得率的最高者。

1.3.3檢測方法

原花青素的檢測采用“鹽酸—香草醛”法［10］。茶皂素的檢測采用“香草醛一冰乙酸”比色法［11］。

2　結(jié)果與分析

2.1不同提取條件對原花青素和茶皂素得率的影響2.1.1提取溫度對原花青素和茶皂素得率的影響

提取溫度對原花青素和茶皂素得率的影響見圖1。

圖1　提取溫度對原花青素和茶皂素得率的影響Fig.1Effects of extraction temperature on yield of procyanidins and saponin

從圖1可以看出，原花青素和茶皂素的得率隨著提取溫度的升高，表現(xiàn)出先增后減的趨勢，且分別在60℃和70℃達到峰值。這可能是因為溫度的升高，可以使得茶殼中活性成分在溶劑中擴散加速，從而提高溶劑的浸出率。但當溫度上升到一定程度，由于原花青素和茶皂素結(jié)構(gòu)中含有一定的酚羥基，容易發(fā)生一些不可逆的化學(xué)反應(yīng)，從而使得率降低。所以，提取溫度取60℃～70℃為宜。

2.1.2提取時間對原花青素和茶皂素得率的影響

提取時間對原花青素和茶皂素得率的影響見圖2。

從圖2可以看出，隨著提取時間的延長，原花青素和茶皂素的得率逐漸增大，并在90 min時兩者都達到極值，繼續(xù)增加提取時間，原花青素的得率基本保持不變，而茶皂素的得率則明顯下降。所以，提取時間應(yīng)取90 min～120 min為宜。

2.1.3乙醇濃度對原花青素和茶皂素得率的影響

乙醇濃度對原花青素和茶皂素得率的影響見圖3。

圖3　乙醇濃度對原花青素和茶皂素得率的影響Fig.3Effects of ethanol concentration on yield of procyanidins and saponin

從圖3可以看出，隨著乙醇濃度的增大，原花青素和茶皂素的得率均呈現(xiàn)先增后減的趨勢，且分別在50%和70%時達到峰值。這可能是因為，隨著乙醇濃度的升高，提取液的極性減小，這就有利于極性較小的原花青素和茶皂素類物質(zhì)的溶出，但當乙醇濃度增大到一定程度時，一些脂溶性雜質(zhì)的溶出量也增加，而這些成分極性比原花青素和茶皂素更低，更易溶解在溶劑中，從而導(dǎo)致得率的下降。所以，乙醇濃度取50%～70%為宜。

2.1.4液料比對原花青素和茶皂素得率的影響

液料比對原花青素和茶皂素得率的影響見圖4。

圖4　液料比對原花青素和茶皂素得率的影響Fig.4Effects of ratio of solvent to material on yield of procyanidins and saponin

從圖4中可以看出，原花青素和茶皂素得率隨著液料比的增加而不斷增加，但當液料比達到15 mL/g以上時，得率已基本趨于穩(wěn)定，上升較慢。繼續(xù)加大液料比，不僅沒有提高得率，而且加大了溶劑用量和加重了濃縮任務(wù)，增加了提取成本。因此，液料比應(yīng)取15 mL/g～20 mL/g為宜。

2.2響應(yīng)面分析法優(yōu)化試驗條件

表2為響應(yīng)面試驗的結(jié)果，共進行了29次試驗，其中前24次為析因?qū)嶒?，?次為中心實驗，用來估計試驗誤差。利用Design-Expert軟件對表2的數(shù)據(jù)進行多項式回歸分析，各因素經(jīng)回歸擬和后，得到回歸方程為：

表2　響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2Response surface experimental design and results

式中：Y為綜合評分值；A為提取溫度，℃；B為提取時間，min；C為乙醇濃度，%；D為液料比，mL/g。

模型的方差分析及模型系數(shù)顯著性檢驗結(jié)果見表3。

表3　回歸方差分析Table 3The results of regression analysis

從表3的分析結(jié)果可知，整體模型的“Pr＞F”小于0.000 1，而當“Pr＞F”值小于0.01即表示該項指標顯著，所以整體模型是高度顯著的，而且方程的失擬項不顯著，表明該二次方程高度擬合，試驗誤差小，因此可用該回歸方程代替試驗點對試驗結(jié)果進行分析和預(yù)測。

從表3回歸模型系數(shù)顯著性分析結(jié)果可以看出，單因素中的提取溫度（A），提取時間（B），乙醇濃度（C）對綜合評分均有顯著的影響，液料比（D）對綜合評分的影響不顯著，各單因素的影響大小分別為：A＞C＞B＞D。二次項中，A2、B2、C2對綜合評分影響顯著，D2對綜合評分影響不顯著。交互項對綜合評分的影響均為不顯著，說明各單因素之間的相互交叉影響很小。

根據(jù)回歸方程，做出響應(yīng)面圖，圖5直觀的反映了各因素對綜合評分值的影響。

比較響應(yīng)面圖可知，提取溫度A，提取時間B，乙醇濃度C的影響較為顯著，表現(xiàn)為曲線較陡；而液料比D則影響不顯著，表現(xiàn)為曲線較為平滑。這與表3中各影響因素對綜合評分值影響大小次序：A＞C＞B＞D是相互一致的。

圖5　各因素交互效應(yīng)對綜合評分影響的響應(yīng)面圖Fig.5Response surface map of cross effects of each factor on comprehensive score

根據(jù)模型對提取工藝的最佳工藝參數(shù)進行預(yù)測：當提取溫度A為66.98℃，提取時間B為109.12 min，乙醇濃度C為65.09%，液料比D為18.63 mL/g時，在此條件下，綜合評分值理論上可達99.76?？紤]到實際操作的便利，將最佳工藝條件修正為：提取溫度A為67℃，提取時間B為109 min，乙醇濃度C為65%，液料比D為19 mL/g時，在此條件下進行3次平行試驗并取平均值，得到原花青素的得率為5.37%，茶皂素的得率為11.97%，經(jīng)計算綜合評分值為99.17，與理論預(yù)測值基本相符。

3　結(jié)論

1）采用乙醇同步浸提茶殼中的原花青素和茶皂素，并對提取物的得率進行綜合評分，與分步提取相比，節(jié)省了時間和設(shè)備，縮短了工藝流程，提高了原料利用率，實現(xiàn)了茶殼的綜合利用，適合茶殼深加工的工業(yè)化生產(chǎn)。

2）采用響應(yīng)面分析法，優(yōu)化了茶殼中原花青素和茶皂素的同步提取工藝條件，并得到與實際擬和程度較高的模型：提取溫度為67℃，提取時間為109 min，乙醇濃度為65%，液料比為19 mL/g時，在此條件下，原花青素的得率為5.37%，茶皂素的得率為11.97%，綜合評分值為99.17。

［1］楊坤國.茶籽綜合利用的研究、生產(chǎn)及應(yīng)用［J］.湖北化工，1996（4）：30-32

［2］馬力.油茶籽的綜合開發(fā)研究［J］.江蘇食品與發(fā)酵，2007（3）：20-24

［3］朱琴，周建平.茶籽殼的加工應(yīng)用［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2007（3）：36-37

［4］崔介君，孫培龍，馬新.原花青素的研究進展［J］.食品科技，2003（2）：92-94

［5］彭應(yīng)兵，周建平，郭華.微波輔助法提取茶皂素的工藝研究［J］.食品與發(fā)酵科技，2009，45（2）：30-32

［6］王璐，鄭茂強，王猛，等.葡萄籽原花青素的分離純化研究［J］.糧食與食品工業(yè)，2009，16（1）：26-28

［7］李春陽，許時嬰，王璋.從葡萄籽中提取分離原花青素的研究［J］.中外葡萄與葡萄酒，2004（4）：20-23

［8］李明靜，劉繡華，趙育梁，等.從茶籽餅粕中提取茶皂素的研究［J］.精細化工，2002，19（4）：187-188

［9］談天，郭興鳳，何有緣，等.茶籽餅粕中茶皂素提取條件的優(yōu)化［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，28（2）：42-45

［10］李鳳英，崔蕊靜，鄭立紅，等.植物中原花青素含量的分析測定［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2004，30（5）：147-149

［11］周盛敏，楊光，劉燦召.混合溶劑法從油茶餅粕中提取茶皂素的研究［J］.食品科技，2008（9）：184-188

Synchronous Extraction of Procyanidins and Saponin from Episperm of Tea Seeds

XIONG Wei，LI Xiong-hui，F(xiàn)U Jian-ping，WANG Hui-bin，ZHU Ren-guo，HAN Xiao-dan
（Institute of Applied Chemistry，Jiangxi Academy of Sciences，Nanchang 330096，Jiangxi，China）

The synchronous extraction of procyanidins and saponin from episperm of tea seeds was researched. The optimum conditions were determined by the one-factor and response surface tests：the extraction temperature was 67℃，the extraction time was 109 min，the concentration of ethanol was 65%，the ratio of solvent to material was 19 mL/g.Under the optimum conditions，the yield of procyanidins was 5.37%，the yield of saponin was 11.97%，the comprehensive score was 99.17.

episperm of tea seeds；procyanidins；saponin；extraction；comprehensive evaluation

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.008

江西省科技支撐計劃項目（20151BBF60002）；江西省科學(xué)院重大科技專項（2016-YZD1-01）；江西省科學(xué)院青年基金項目（2013-YQC-6）

熊偉（1982—），男（漢），副研究員，碩士研究生，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)。

2015-10-21