山茶油中茶皂素的分離及其性能分析

張 瑤，李欣蓉，王承明(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，武漢 430070)

綜合利用

山茶油中茶皂素的分離及其性能分析

張 瑤，李欣蓉，王承明
(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，武漢 430070)

從山茶油中分離出茶皂素，采用單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)提取的茶皂素性能進(jìn)行分析，并與粕中茶皂素進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，茶皂素最優(yōu)提取工藝條件為：以無水乙醇為提取劑，液料比11∶1，提取時(shí)間1.25 h，提取溫度60℃。在最優(yōu)條件下，茶皂素的提取率為(82.50±0.03)%。經(jīng)紅外光譜分析，油中茶皂素結(jié)構(gòu)與粕中茶皂素結(jié)構(gòu)存在一些差異，且油中茶皂素的起泡性、泡沫穩(wěn)定性和表面活性均強(qiáng)于粕中茶皂素。

山茶油；茶籽粕；茶皂素；分離；性能

茶皂素是一類齊墩果烷型五環(huán)三萜類皂苷的混合物[1]，具有良好的表面活性和生物活性[2-5]，在日化、醫(yī)藥、食品、建材和農(nóng)藥等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用[6-7]。茶皂素主要存在于山茶科山茶屬植物的種子中[8]，本實(shí)驗(yàn)室前期發(fā)現(xiàn)，茶皂素不僅可從茶籽粕中分離，而且在山茶油中也有檢出。由于茶籽粕的水溶性更好，而山茶油的脂溶性更好[9]，故推測油中和粕中茶皂素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可能不同。目前從茶籽粕中分離茶皂素已有大量研究[10-13]，而從山茶油中分離茶皂素的研究鮮有報(bào)道。

本文旨在從山茶油中分離茶皂素，利用響應(yīng)面法獲得最優(yōu)提取條件，并通過傅里葉紅外光譜進(jìn)行定性，同時(shí)評(píng)價(jià)其起泡性、泡沫穩(wěn)定性和表面活性，為油中茶皂素的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品(純度96%)，上海紫一試劑有限公司；山茶油(成品)、茶籽粕，德興市源森紅花茶油有限公司；香草醛、甲醇、正丙醇、乙二醇、無水乙醇、α-萘酚、醋酐、溴化鉀、濃硫酸、氫氧化鈉，均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

722型可見分光光度計(jì)；HH.S11-2型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；AL204電子分析天平；DHG-9070A型電熱恒溫干燥箱；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式真空泵；FJ200-SH數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī)；Nicolet Nexus FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀，美國Thermo；320-S pH計(jì)；K100表面界面張力儀，德國KRUSS；204F1差示掃描量熱儀，德國耐馳儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 茶皂素含量的測定

參照文獻(xiàn)[14]采用香草醛-硫酸比色法測定茶皂素的含量。繪制的線性回歸方程為：y=0.858 9x-0.003 2，R2=0.997 9。

1.2.2 茶皂素的提取

茶籽粕中茶皂素的提取工藝：按陳瑩[13]方法提取。

油中茶皂素的提?。喝∵m量山茶油于錐形瓶中，加入一定量的提取劑，并在一定溫度下磁力攪拌一定時(shí)間，離心后收集上清液，濃縮，采用香草醛-硫酸比色法進(jìn)行定量分析。提取率(Y)的計(jì)算公式如下：

Y=m1/m2×100%

式中：m1為提取溶液中茶皂素的質(zhì)量；m2為山茶油中茶皂素的質(zhì)量，測得山茶油中茶皂素的含量為3.2%。

1.2.3 提取方法的優(yōu)化

采用單因素實(shí)驗(yàn)考察了溶劑體積分?jǐn)?shù)、液料比、提取時(shí)間和提取溫度對(duì)茶皂素提取率的影響，確定各因素的最優(yōu)參數(shù)。恒定參數(shù)設(shè)置為：溶劑體積分?jǐn)?shù)100%，液料比10∶1，提取時(shí)間1 h，提取溫度50℃。在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。

1.2.4 茶皂素的純化

參照文獻(xiàn)[15]采用化學(xué)沉淀-釋放法純化茶皂素。

1.2.5 茶皂素的初步定性

采用差示掃描量熱儀和傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)提取的茶皂素進(jìn)行初步定性。

1.2.6 茶皂素的性能測定

采用Waring-Blender攪拌法進(jìn)行茶皂素泡沫性質(zhì)的測定[16]，攪拌速度6 500 r/min，攪拌時(shí)間5 min。采用表面界面張力儀進(jìn)行茶皂素表面張力的測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取劑的篩選

本實(shí)驗(yàn)擬比較甲醇、蒸餾水、無水乙醇、乙二醇、正丙醇作為提取劑對(duì)山茶油中茶皂素提取率的影響，但由于甲醇具有一定的毒性，因此排除甲醇作為提取劑。準(zhǔn)確移取4份10 mL山茶油于100 mL錐形瓶中，分別加入蒸餾水、無水乙醇、乙二醇、正丙醇各40 mL于60℃恒溫浸提2 h后負(fù)壓濃縮，以茶皂素提取率為指標(biāo)，比較各提取劑對(duì)茶皂素的提取效果。

在實(shí)驗(yàn)過程中，由于正丙醇同顯色劑反應(yīng)，為了避免錯(cuò)誤，因此排除正丙醇作為茶皂素的提取劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無水乙醇作為提取劑時(shí)茶皂素的提取率(56.72%)明顯高于使用蒸餾水或乙二醇得到的結(jié)果(分別為0.79%和1.22%)。因此，本實(shí)驗(yàn)選用無水乙醇作為提取劑。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)(見圖1～圖4)

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)茶皂素提取率的影響

由圖1可知，茶皂素的提取率受乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響較大，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，提取率顯著增加。因此，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為100%。

圖2 液料比對(duì)茶皂素提取率的影響

由圖2可知，在液料比1∶1～10∶1范圍內(nèi)，隨著液料比的增加，茶皂素提取率呈線性增加，這是因?yàn)闃悠吩谌軇┲械姆稚⒊潭仍黾?，接觸面積增大。在較低液料比時(shí)，樣品沒有完全分散開來，未在溶劑中充分釋放茶皂素。在較高液料比時(shí)，樣品在溶劑中分散較開并充分釋放茶皂素。在液料比10∶1～13∶1 時(shí)，提取率略有下降。因此，選擇10∶1作為最優(yōu)液料比。

圖3 提取時(shí)間對(duì)茶皂素提取率的影響

由圖3可知，隨著提取時(shí)間從0.5 h延長到1 h，提取率顯著增加。大部分茶皂素在前1 h已被提取出來。1 h后，雜質(zhì)被更多地提取出來，造成茶皂素提取率下降。因此，選擇1 h作為最優(yōu)提取時(shí)間。

圖4 提取溫度對(duì)茶皂素提取率的影響

由圖4可知，在40～60℃范圍內(nèi)，隨著提取溫度的升高提取率增加。因?yàn)殡S著溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)增加，樣品更容易分散在溶劑中。此外，在較高溫度下，溶劑的溶解能力增加，這都有利于茶皂素的提取。在60～80℃范圍內(nèi)，隨著提取溫度的升高，提取率逐漸下降，這可能是因?yàn)檩^高的溫度會(huì)破壞茶皂素的結(jié)構(gòu)或使其變性。因此，選擇60℃作為最優(yōu)提取溫度。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇無水乙醇作為提取劑。以液料比(A)、提取溫度(B)、提取時(shí)間(C)為因素，茶皂素提取率(Y)為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)三因素三水平的實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化提取工藝，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表1。

通過軟件Design-Expert 8.0對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元擬合處理，得到茶皂素提取率對(duì)各因素的模型方程為：

Y=79.788 00+6.625 00A-1.121 25B+5.711 25C+2.582 50AB-1.832 50AC+1.365 00BC-6.541 50A2-9.804 00B2-4.974 00C2

對(duì)該模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表2 方差分析

通過回歸分析預(yù)測最優(yōu)條件為液料比11.33∶1、提取溫度60℃、提取時(shí)間1.25 h，茶皂素提取率的預(yù)測值為82.82%。為了方便操作，將最優(yōu)條件修正為：液料比11∶1，提取溫度60℃，提取時(shí)間1.25 h。茶皂素提取率的實(shí)測值為(82.50±0.03)%，與預(yù)測值無顯著性差異。

對(duì)提取的茶皂素進(jìn)行純化，測得最終茶皂素的純度為91.12%。

2.4 初步定性分析

精確稱取3.39 mg制得的茶皂素，采用差示掃描量熱儀進(jìn)行分析。分析條件：以N2為保護(hù)氣，程序設(shè)定為初始溫度30℃，升溫速率為10℃/min，終止溫度為300℃。結(jié)果表明茶皂素吸熱熔融峰值約為224℃，與報(bào)道的茶皂素熔點(diǎn)223～224℃[17]幾乎一致。

通過傅里葉紅外光譜對(duì)提取的茶皂素和茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行比較分析(見圖5)發(fā)現(xiàn)，與茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品一樣，樣品在1 500～1 200 cm-1范圍內(nèi)有中強(qiáng)的階梯峰證明了糖苷類物質(zhì)的存在，在1 720～1 600 cm-1處有吸收峰，為羰基的伸縮振動(dòng)峰。判斷該物質(zhì)為茶皂素。與粕中茶皂素的紅外光譜圖比較發(fā)現(xiàn)，在1 720～1 600 cm-1處油中茶皂素的振幅不大，峰形不明顯；粕中茶皂素在此范圍內(nèi)有1個(gè)較明顯的峰，說明油中茶皂素結(jié)構(gòu)中羰基含量比粕中茶皂素的低，油中茶皂素結(jié)構(gòu)稍異于粕中茶皂素結(jié)構(gòu)。

圖5 茶皂素的紅外光譜圖

2.5 起泡性和泡沫穩(wěn)定性(見圖6、圖7)

由圖6可知，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下油中茶皂素的起泡性稍強(qiáng)于粕中茶皂素的起泡性。由圖7可知，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下油中茶皂素的泡沫半衰期比粕中茶皂素的長，說明油中茶皂素的泡沫穩(wěn)定性較好。

圖6 兩種茶皂素的起泡性

圖7 兩種茶皂素的泡沫穩(wěn)定性

2.6 表面活性的測定(見圖8)

圖8 兩種茶皂素的表面張力

由圖8可知，油中茶皂素與粕中茶皂素的表面張力都隨濃度的增加而減小，當(dāng)濃度達(dá)到一定值后，其表面張力趨于穩(wěn)定。油中茶皂素的臨界膠束濃度為0.43%，最小表面張力為38.34 mN/m。粕中茶皂素的臨界膠束濃度為0.47%，最小表面張力為43.69 mN/m。油中茶皂素的最小表面張力稍低于粕中茶皂素的最小表面張力，說明油中茶皂素的表面活性比粕中茶皂素的強(qiáng)。

3 結(jié) 論

(1)采用溶劑提取法提取山茶油中的茶皂素，得到茶皂素的最優(yōu)提取條件為：以無水乙醇為提取劑，液料比11∶1，提取時(shí)間1.25 h，提取溫度60℃。在最優(yōu)條件下，所得茶皂素提取率為(82.50±0.03)%。

(2)對(duì)提取純化的茶皂素進(jìn)行初步定性，證實(shí)了茶皂素的存在。測得油中茶皂素的熔點(diǎn)為224℃，符合茶皂素的熔點(diǎn)范圍。油中茶皂素的傅里葉紅外光譜峰形不如粕中茶皂素的峰形明顯，說明油中茶皂素結(jié)構(gòu)有異于粕中茶皂素結(jié)構(gòu)。油中茶皂素的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均強(qiáng)于粕中茶皂素的起泡性和泡沫穩(wěn)定性；油中茶皂素的臨界膠束濃度為0.43%，最小表面張力為38.34 mN/m，粕中茶皂素的臨界膠束濃度為0.47%，最小表面張力為43.69 mN/m，油中茶皂素的表面活性稍強(qiáng)于粕中茶皂素的表面活性。

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Separationofteasaponinfromoil-teacamelliaseedoilanditsperformance

ZHANG Yao, LI Xinrong, WANG Chengming
(College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

Tea saponin was separated from oil-tea camellia seed oil. The extraction process was optimized by single factor experiment and response surface methodology, and the performance of the extracted tea saponin was analyzed and compared with that extracted from oil-tea camellia seed meal. The results showed that the optimal extraction conditions of tea saponin were obtained as follows: with anhydrous ethanol as extractant, ratio of solvent to material 11∶1,extraction time 1.25 h and extraction temperature 60℃. Under the optimal conditions, the extraction rate of tea saponin was (82.50±0.03)%. IR results showed that tea saponins from oil-tea camellia seed oil and oil-tea camellia seed meal had some differences in structure. The foamability, foam stability and surface activity of tea saponin from oil-tea camellia seed oil were better than those of tea saponin from oil-tea camellia seed meal.

oil-tea camellia seed oil; oil-tea camellia seed meal; tea saponin; separation; performance

2017-06-24；

2017-07-27

張 瑤(1993)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称窢I養(yǎng)與安全(E-mail)779737699@qq.com。

王承明，教授(E-mail)18971081261@126.com。

TS201.1;TQ646

A

1003-7969(2017)10-0126-05