生物型環(huán)保洗滌劑的制備研究

秦勉，麻文效*，胡洋

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生物型環(huán)保洗滌劑的制備研究

秦勉，麻文效*，胡洋

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)輕工與紡織學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特，010080）

本研究以茶籽粉為原料，采醇醇結(jié)合法對茶皂素提取純化，通過單因素實驗分析吸光度獲得最佳提取工藝：在80℃、pH=9、料液比為1:15的條件下利用80%的乙醇溶液提取90min，再用正丁醇沉淀。將其與MES、APG等復(fù)配制備洗滌助劑，并對毛絨織物進(jìn)行洗滌實驗，探究了最佳比例。結(jié)果表明，對于復(fù)配后的洗劑，效果最優(yōu)的組成比例為：茶皂素5.5%、MES11.0%、APG 5.5%、檸檬酸鈉4.5%、甜菜堿5%、CMC3%、JFC2.5%、蒸餾水62%。制備的洗滌劑取得了良好的實驗效果，并有著良好的應(yīng)用前景.

茶皂素；洗滌劑；復(fù)配；環(huán)保

引言

茶皂素是一種天然的、綠色安全的非離子表面活性劑[1]，是生產(chǎn)洗滌劑的理想原料[2]。茶皂素不僅具有乳化、穩(wěn)泡、發(fā)泡、分散等理化性能[3]，還具有抗菌、消炎、解毒、抗氧化等方面的生理作用[4]。本研究旨在從茶籽粉中提取茶皂素，隨后復(fù)配其它助劑，開發(fā)一類新型的環(huán)保型毛絨洗滌劑。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

材料：茶籽粉、石油醚、無水乙醇、蒸餾水、濃硫酸、香草醛、α-萘酚、醋酐、MES、APG、檸檬酸鈉、甜菜堿、羧甲基纖維素、JFC、α-萘酚、醋酐、阿拉伯樹膠粉、蓖麻油、羊毛脂、磷脂、液體石蠟、炭黑等。

儀器：DF-101S集熱式加熱磁力攪拌器（予華儀器有限責(zé)任公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；722N可見分光光度計（菁華科技儀器有限公司）；循環(huán)水式多用真空泵（長城科工貿(mào)有限公司）；索氏提取器（那艾精密儀器）；全自動白度儀（辰泰克儀器技術(shù)有限公司）等。

1.2 茶皂素的提取及純化

稱取60g茶籽粉，用石油醚加熱回流5h，烘干待用。將脫脂茶粉在特定的條件下，用乙醇溶液提取。濾液中加入10%明礬回流去除蛋白質(zhì)。離心，濃縮烘干得茶皂素粗產(chǎn)品。稱取一定量的茶皂素粗產(chǎn)品制成水溶液，使用正丁醇對茶皂素進(jìn)行沉淀純化，過濾、烘干得到純化后的茶皂素。

1.3 茶皂素的脫色

采用H2O2溶液進(jìn)行茶皂素脫色處理[5]。

1.4 茶皂素洗滌劑復(fù)配工藝

設(shè)計四組實驗，配方如表1所示。實驗通過改變茶皂素、MES和APG三者質(zhì)量比配置洗滌劑。然后測試洗滌劑的去污力、穩(wěn)定性、pH值和起泡性能[6]。

表1 試驗配比

1.5 洗滌劑檢測方法

1.5.1 穩(wěn)定性的測試方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB9985-2000對洗滌劑的穩(wěn)定性測試要求測試[7]。

1.5.2 去污力測試方法

去污力是表征洗滌劑去污效力的一個重要指標(biāo)[8]。在所有去污方法中，光學(xué)白度法是出現(xiàn)時間最早、持續(xù)時間最長和使用最普遍的檢測去污力的方法。故采用光學(xué)白度法測試。

1.5.3 起泡性測試方法

采用靜態(tài)消泡法[9]測試洗滌液的起泡高度，以此判斷所配洗滌液的洗滌效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 茶皂素提取條件的確定

2.1.1 探究提取溫度對提取效果的影響

如圖1，茶皂素的得率隨著溫度的升高而逐漸增大，當(dāng)溫度處在70℃～80℃時，茶皂素得率最高，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，茶皂素的得率有所下降。分析可知，其中一個原因是當(dāng)溫度升高時，提取液中乙醇發(fā)生揮發(fā)，乙醇體積分?jǐn)?shù)降低，導(dǎo)致茶皂素得率下降。另外一個原因是隨著溫度升高，茶籽粉中的雜質(zhì)會大量溶出，導(dǎo)致顏色加深。同時，雜質(zhì)中的蛋白質(zhì)、果膠等會再高溫下變性。由于變性后的蛋白質(zhì)和果膠會包裹茶皂素于沉淀物中，導(dǎo)致提取困難，提取液中茶皂素含量下降，得率會下降。最佳提取溫度為80℃。

圖1 提取溫度對提取效果的影響

Figure 1 Effect of extraction temperature on extraction efficiency

2.1.2 探究提取時間對提取效果的影響

由圖2可知，當(dāng)提取時間從70min延長至90min時，茶皂素的得率和純度逐漸提高，時間延長至90min后，茶皂素的得率和純度有所下降。分析可知，當(dāng)提取時間過長時，茶皂素會發(fā)生氧化變性，導(dǎo)致茶皂素的得率和純度會下降。最佳提取時間為90min。

圖2 提取時間對提取效果的影響

Figure 2 The effect of the extraction time on the extraction effect

2.1.3 探究乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取效果的影響

從圖3中所示，當(dāng)乙醇的體積分?jǐn)?shù)為60%～80%時，茶皂素的得率和純度逐漸增加，在80%時達(dá)到最大，以后逐漸降低。

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取效果的影響

Figure 3 Effect of ethanol volume fraction on extraction efficiency

分析可知，茶皂素難溶于無水乙醇而易溶于乙醇溶液。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)過低時，大量的水溶性雜質(zhì)會溶于乙醇溶液，導(dǎo)致茶皂素后期的分離與純化比較困難，使茶皂素的得率下降。當(dāng)乙醇濃度過高時，茶皂素會發(fā)生部分沉淀且蛋白質(zhì)雜質(zhì)會發(fā)生凝聚，導(dǎo)致茶皂素得率和純度下降。故綜合考慮乙醇體積分?jǐn)?shù)的工藝選擇為80%。

2.1.4 探究料液比對提取效果的影響

從圖中4所示，當(dāng)料液比控制在1:5～1:15之間時，茶皂素的得率和純度逐漸提高，當(dāng)料液比超過1:15時，茶皂素的得率和純度有所下降。當(dāng)料液比過大時，提取液回收成本加大。故綜合考慮茶皂素提取所需料液比的工藝選擇為1:15。

圖4 料液比對提取效果的影響

Figure 4 Effect of the ratio of material to material on extraction

2.1.5 探究pH值對提取效果的影響

如圖5所示，不同酸堿條件下對茶皂素提取效果的影響。隨著溶液pH的增大即堿性的增強(qiáng)，茶皂素的得率和純度會有所增加，當(dāng)pH達(dá)到8時達(dá)到最大。但隨著堿性的持續(xù)增強(qiáng)，茶皂素中的酸性大分子會溶出包裹茶皂素，導(dǎo)致茶皂素的得率和純度會下降。故綜合考慮茶皂素提取所需pH值最佳工藝選擇為8。

圖5 pH值對提取效果的影響

Figure 5 Effect of pH on extraction efficiency

2.2 洗滌劑檢測結(jié)果

2.2.1 穩(wěn)定性的測試結(jié)果

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB9985-200對洗滌劑的穩(wěn)定性測試要求，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 穩(wěn)定性試驗結(jié)果

可知，當(dāng)溫度為-5℃時，樣品A和樣品B出現(xiàn)分層，但樣品C未出現(xiàn)分層，說明樣品C在-5℃時穩(wěn)定性良好。當(dāng)溫度處于25℃時，樣品A、B、C、D均分層，說明樣品A、B、C、D在25℃時均穩(wěn)定性良好。當(dāng)溫度處于40℃時，樣品A和樣品B出現(xiàn)水狀不粘稠現(xiàn)象，但樣品C和樣品D均未出現(xiàn)分層，說明樣品C和樣品D在40℃穩(wěn)定性良好。通過上面現(xiàn)象可以總結(jié)出：樣品A和樣品B在高溫時和低溫時均不穩(wěn)定，而樣品C和樣品D在各溫度下狀態(tài)穩(wěn)定。

2.2.2 去污力測試結(jié)果

去污力測定如表3所可知，當(dāng)樣品的配比不同時，表中四種洗滌劑的去污率存在差異。當(dāng)試驗配比茶皂素：MES：APG的比例為1：2：1時，洗滌劑去污能力最好。當(dāng)試驗配比為1：1：2時，洗滌劑去污能力最差。樣品A、B、C、D的去污率大小為C>B>A>D。分析可知：當(dāng)樣品C的試驗配比為1：2：1，樣品B試驗配比為2：1：1時，樣品C的去污能力大于樣品D的去污能力。說明茶皂素作為主要表面活性劑其去污能力弱于MES作為主要表面活性劑時其去污能力。當(dāng)試驗配比為1：1：2時，樣品D的去污能力最差，說明APG作主要成分去污能力較差，作為輔助試劑效果良好。

表3 去污力值的測試結(jié)果

2.3.3 起泡性測試結(jié)果

起泡性實驗結(jié)果如表4可知，實驗開始時，樣品A、B、C的起泡高度幾乎一致，而樣品D起泡高度最低，原因是樣品D中表面活性劑的濃度比較低，導(dǎo)致起泡高度略低于其余幾組。實驗進(jìn)行至5min后，樣品A、B、C泡沫高度差異明顯，其中樣品D扔保持最低，四種樣品泡沫高度由小到大的順序為D

表4 起泡性測試結(jié)果

3 結(jié)束語

（1）在茶皂素的提取的單因素實驗中，得出茶皂素提取的最佳溫度為80℃、最佳時間為90min、最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%、最佳料液比為1:15、最佳pH值為8。

（2）對于洗滌劑復(fù)配，效果最優(yōu)的組成比例為：茶皂素5.5%、MES11.0%、APG 5.5%、檸檬酸鈉4.5%、甜菜堿5%、CMC3%、JFC2.5%、蒸餾水62%。

（3）茶皂素作為非離子表面活性劑其去污能力不如MES強(qiáng)，但與其復(fù)配與MES復(fù)配效果顯著增強(qiáng)。因此茶皂素作為天然提取產(chǎn)品，對制備生態(tài)環(huán)保型洗劑有著良好的前景。

[1] 劉昕. 基于茶皂素分子改性的表面活性劑的研究[D]. 山東. 齊魯工業(yè)大學(xué), 2013.

[2] 李揚(yáng). 茶皂素提取及其洗滌產(chǎn)品的開發(fā)研究[D]. 廣東.華南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2016.

[3] 程文娟. 茶皂素提取純化及其在嬰幼兒香波沐浴露中的應(yīng)用[D]. 江西.南昌大學(xué), 2015.

[4] 王延芳. 油茶皂素及其水解產(chǎn)物的分離及降血脂抗氧化活性研究[D]. 廣東.華南理工大學(xué), 2012.

[5] 程軼群. 油茶皂苷的純化及脫色工藝研究[D]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

[6] 杜志平, 王萬緒, 臺秀梅. 脂肪酸甲酯磺酸鹽的制備、性能及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 日用化學(xué)品科學(xué), 2012, 35(4): 1-13.

[7] 郁培云. 抗抑菌洗滌劑的研究與制備[D].天津.天津大學(xué), 2015.

[8] 韓向麗. 含有棕櫚酸甲酯磺酸鹽和直鏈烷基苯磺酸的低密度無磷洗衣粉的性能[J]. 中國洗滌用品工業(yè), 2014, (12): 52-53.

[9] 高陽. 茶綠色無磷餐具洗滌劑的研究與開發(fā)[D]. 吉林:東北師范大學(xué), 2015.

[10] 曾昭瓊. 有機(jī)化學(xué)實驗第三版—糖類物質(zhì)的性質(zhì)[J]. 高等教育出版社, 2000, 5(3): 179- 182.

[11] 姜昊宇. 油茶籽殼中茶皂素的提取純化及性質(zhì)初步研究[D]. 上海:上海師范大學(xué), 2015.

Study on Preparation of New Bio Friendly Detergent

QIN Mian, MA Wenxiao*, HU Yang

(College of Light Industry and Textile, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot, Inner Mongolia, 010080, China)

In this study, the tea saponin was extracted and purified by the method of alcohol and alcohol, and the optimum extraction process was obtained by single factor experiment. The optimum extraction conditions were as follows: at 80 ℃, pH = 9, the ratio of material to liquid was 1:15 Under the use of 80% ethanol solution for 90min, and then n-butanol precipitation. And the MES, APG and other complex preparation of detergent additives, and the plush fabric washing experiments, to explore the best ratio. The results showed that the optimum composition ratio was as follows: tea saponin 5.5%, MES11.0%, APG 5.5%, sodium citrate 4.5%, betaine 5%, CMC3%, JFC2. 5%, distilled water 62%. The prepared detergent has achieved good experimental results and has a good application prospect.

Tea saponin; detergent; complex; environmental protection.

秦勉, 麻文效, 胡洋. 生物型環(huán)保洗滌劑的制備研究[J]. 數(shù)碼設(shè)計, 2017, 6(5): 52-54.

QIN Mian, MA Wenxiao, HU Yang. Study on Preparation of New Bio Friendly Detergent[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 52-54.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.021

TP323

A

1672-9129(2017)05-0052-03

2017-02-13；

2017-03-05。

秦勉（1995-），男，碩士。主要從事紡織化學(xué)試劑方向的研究。

麻文效。E-mail:1649396631@qq.com