國內(nèi)茶皂素的提取工藝研究進展

尤 龍，李曰鵬，黃 平，任士偉,2,3*

(1.金正大生態(tài)工程集團股份有限公司，山東 臨沂 276700； 2.養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點實驗室，山東 臨沂 276700； 3.農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點實驗室，山東 臨沂 276700)

茶皂素又名茶皂甙，其基本結(jié)構(gòu)是由甾體、糖體和配基通過碳氧鍵鏈接組成的，屬于五環(huán)三萜類皂甙，其甙元是β-香樹素的衍生物。一般由茶籽中提取出來的一類糖甙化合物，不但是是一種性能良好的天然表面活性劑，并且還具有乳化、去污、抗菌消炎、殺滅病毒、抗氧化、驅(qū)蟲等多種生理活性。目前，已被廣泛應(yīng)用于輕工、日用化工、農(nóng)藥、飼料、食品、紡織等領(lǐng)域。

我國茶樹種植面積廣，茶籽資源十分豐富，具有很大的市場潛力，茶皂素的開發(fā)應(yīng)用必將帶動經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步。但是由于目前茶皂素的提取純化工藝瓶頸，提取出的茶皂素純度低、結(jié)構(gòu)被破壞，很難滿足高精端領(lǐng)域的應(yīng)用，如化妝品、醫(yī)藥等。尋找高效、完善的提取茶皂素的方法不但是科技進步的需求，也是現(xiàn)如今市場的需求。國內(nèi)對茶皂素的提取從20世紀(jì)50年代已經(jīng)開始研究，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，對茶皂素的提取有了深入的認(rèn)識，也取得了長足的進步。目前提取方法主要有水溶劑法、有機溶劑法及其它一些新型提取工藝。

1 水溶劑法提取工藝

使用水溶劑提取茶皂素是被最早開發(fā)的工藝，主要是依據(jù)茶皂素易溶于熱水的性質(zhì)。水提法工藝相對簡單，主要包括粉碎、熱溶、濃縮、干燥階段，并且整個提取過程操作安全系數(shù)高、無有害氣體及液體產(chǎn)生，屬環(huán)境友好型。水溶液易得、成本低，經(jīng)過濃縮干燥產(chǎn)生的水汽可冷凝回收重新利用，無污水處理成本。

水提法在工藝上具有明顯的優(yōu)點，但產(chǎn)品的純度和品質(zhì)相對較差。主要是長時間的水提過程，會使茶皂素發(fā)生水解，使其品質(zhì)下降；茶籽中含有大量的淀粉、蛋白膠體，水提過程中隨之溶于水溶液中，分離過程較難，茶皂素純度降低。

崔永堂等發(fā)明了一種用水作溶劑直接從茶葉籽仁中提取茶皂素和茶葉籽油的新工藝。首先以水作溶劑，將茶葉籽仁中的茶皂素提取出來，然后繼續(xù)提取茶葉籽油。主要工藝流程包括茶葉籽的剝殼清理、茶葉籽仁粉碎、外加熱四級逆流水浸提取、破乳分離、離心脫水、超濾純化、納濾濃縮、噴霧干燥等。并且提取茶葉籽油后的物料可繼續(xù)回收利用用作飼料添加劑。該工藝流程簡單方便，制油過程不喪失油的結(jié)構(gòu)未遭到破壞，茶籽中活性物質(zhì)及茶油本身的香味得到保留；且整個工藝過程無有毒有害污染物產(chǎn)生；得到的精制茶葉籽油質(zhì)量較好，色澤油亮[1]。蔡朝容為了降低茶皂素的水解反應(yīng)，進一步優(yōu)化了水浸法提取茶皂素的浸提工藝。主要利用除酶劑苯甲酸鈉具有抑制茶籽中水解酶的作用，在水提過程中對茶皂素的水解問題進行了綜合探討。研究了除酶劑苯甲酸鈉加入量、水提pH值、水提溫度、固液比、水提時間、茶籽粒度、攪拌次數(shù)等因素對茶皂素提取率的影響。通過正交實驗得出最優(yōu)水提條件為：除酶劑加入量0.5%，水提pH值= 9，水提溫度60 ℃，水提時間3h，茶籽粒度40目，固液比為1∶10，攪拌次數(shù)5次。在此提取條件下，茶皂素提取率達(dá)9.18%[2]。

2 有機溶劑法提取工藝

有機溶劑法與水提取法原理相似，同樣是根據(jù)茶皂素容易溶解在溶劑中的原理，選取一種或多種溶劑對茶皂素進行提取。提出過程同樣主要包括粉碎、熱溶、濃縮、干燥階段，因有機溶劑的比熱容比水小，所以在整個提取過程中能耗能得到有效的降低，并且提取率高，提取出的茶皂素雜質(zhì)少，純度優(yōu)。但有機溶劑沸點相對較低，且易燃易爆，容易揮發(fā)，生產(chǎn)過程中危險系數(shù)較大，所以對設(shè)備的要求高，投資成本加大。

劉北平等選用無水乙醇為提取劑，探討了醇法提取脫脂油茶籽餅中茶皂素的工藝條件。實驗過程中依次考察了提取溫度、提取時間、液固比各個因素對茶皂素得率的影響，且在此基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面法對工藝條件進行最終優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果得出：乙醇溶劑提取茶皂素的最佳提取工藝條件為：提取溫度為77 ℃，提取時間為1.5 h，液固比為5∶1。最佳工藝條件下茶皂素得率達(dá)15.99%[3]。

張輝等采用石油醚-甲醇兩相混合溶劑法同時提取油茶籽枯餅中的茶油和茶皂素，并探討混合溶劑萃取茶油機理。分別考察了甲醇濃度、混合溶劑用量，烴醇質(zhì)量比，萃取溫度、萃取時間對萃取率的影響，確定出最佳工藝參數(shù)為：甲醇濃度90%，固液質(zhì)量比1∶3，烴醇質(zhì)量比1∶1，萃取溫度50 ℃，萃取時間90min，萃取2次。最佳工藝條件寫粗茶油得率為8.42%，茶皂素得率為7.01%。實驗中測得提取出的粗茶油顏色呈褐黃色，凝固點-2 ℃，酸值6.489mg(KOH)/g，皂化值199.821mg(KOH)/g，碘值78.616g/(100g)，粗茶油中不飽和脂肪酸含量高達(dá)85%，粗茶油質(zhì)量較好?；旌先軇┹腿y得：茶油在石油醚-95%甲醇體系兩相中分配系數(shù)達(dá)527.03，石油醚-甲醇混合溶液提取茶油籽枯餅中茶油與茶皂素是可行的[4]。

張長發(fā)等公開了一種使用索氏提取器從油茶籽餅中提取茶皂素的方法。在索氏提取器中加入油茶籽一至三重量體積比的異丙醇提取劑，經(jīng)加熱回流提取，蒸餾、蒸發(fā)處理后獲得高純度的茶皂素(實施例中茶皂素最高純度達(dá)到97.3%)。本發(fā)明所使用的異丙醇提取劑可以重復(fù)回收利用；茶皂素提取率高，提取速度快，所得產(chǎn)品純度高等優(yōu)點[5]。

3 其它新型提取工藝

隨著研究的深入，一些新的方法逐漸被應(yīng)用到茶皂素的提取上。如超聲波輔助法、微波輔助法、超臨界法等。新法在提取速率和提取效率上都有很大的提高，其中超聲波輔助法和微波輔助法在極端的時間內(nèi)就可以得到很高的收率。雖然新法在提取速率上有很大的提升，但由于其它物質(zhì)的溶入，使得產(chǎn)品的純度降低。同時初期設(shè)備投資較大，操作工藝較為復(fù)雜，影響工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，目前僅在實驗室取得較好的成果。

李祥等采用脫油處理的茶籽粕為原料，使用超聲波法輔助甲醇提取茶皂素。實驗中以茶皂素提取率為指標(biāo)，用單因素試驗考察了甲醇濃度、超聲時間、超聲頻率、萃取溫度、萃取時間等對萃取率的影響，并以響應(yīng)曲面法進行優(yōu)化。最終得出的最佳提取工藝條件為：甲醇體積分?jǐn)?shù)為80%，5 g茶籽粕甲醇用量45mL，超聲時間為30min，超聲頻率為25.97kHz，萃取時間1h，萃取溫度57 ℃。在最佳條件下，得到茶皂素純度為85%，萃取率達(dá)94.28%[6]。

吳雪輝等以油茶餅粕為原料，采用正交試驗法探討了影響微波輔助法提取油茶餅粕中茶皂素效果的因素。實驗得出茶皂素提取最優(yōu)工藝如下：固液質(zhì)量比1∶18、微波功率為800W、輻射時間為280s、原料粒度小于180μm。在此條件下茶皂素的得率達(dá)11.98%。并以此為基礎(chǔ)，采用“黑箱方法”，建立起各影響因素(微波功率、輻射時間、提取劑用量、原料粒度)與茶皂素提取效果之間的綜合數(shù)學(xué)模型，然后再逐漸逼近實驗數(shù)據(jù)。用Matlab7.3軟件按最小二乘法原則，確定模型中的待定系數(shù)值。最后用實驗結(jié)果與該模型進行對比，所得理論值和實驗值之間的絕對誤差小于0.016%，說明該模型可以準(zhǔn)確的描述油茶餅粕中茶皂素的微波提取過程[7]。

呂曉玲等研究了CO2超臨界流體萃取茶籽餅粕中茶皂素的條件，確定最佳超臨界萃取工藝為：壓力25MPa、溫度50 ℃，采用體積分?jǐn)?shù)65%乙醇為夾帶劑，CO2流量25～30 L/h，萃取時間為3h。在最佳萃取條件下茶皂素的收率達(dá)15.23%，純度達(dá)78.65%[8]。

4 展望

茶皂素的提取工藝由水提法逐漸發(fā)展到有機溶劑法，再到微波輔助法、超聲波輔助法及超臨界萃取法，雖然在提取效率及提取純度都取得了很大的進步，可以在大部分產(chǎn)品中得到應(yīng)用，但并不能滿足現(xiàn)在醫(yī)藥行業(yè)及一些高端行業(yè)的需求。茶皂素的提取方法有待進一步的挖掘，滿足對不同行業(yè)的需求。

[1]崔永堂,孫瑞玉,王宏德.一種用水作溶劑直接從茶葉籽仁中提取茶皂素和茶葉籽油的新工藝:中國,CN101531690B[P].2011-09-14.

[2]蔡朝容. 水浸法提取油茶餅中茶皂素的水解抑制實驗研究[J].中國油脂,2012(7):75-78.

[3]劉北平,全昌云,黃小兵,等. 響應(yīng)面法優(yōu)化醇法提取茶皂素工藝研究[J].中國油脂,2013(6):84-86.

[4]張 輝,熊道陵,陳金洲,等.石油醚-甲醇提取茶油和茶皂素工藝研究[J].有色金屬科學(xué)與工程,2016(5):1-11.

[5]張長發(fā),黃東紅.一種從油茶籽餅中提取茶皂素的方法:中國,CN102875631B[P].2013-12-04.

[6]李 祥,曹江絨,曹萬新,等.響應(yīng)面法優(yōu)化茶皂素的超聲波輔助提取工藝[J].中國油脂,2013(12):72-75.

[7]吳雪輝,張喜梅.茶皂素微波提取過程的優(yōu)化及數(shù)學(xué)描述[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009(4):125-129.

[8]呂曉玲,李肇獎. CO2超臨界萃取油茶皂苷的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2005(1):23-26.

(本文文獻(xiàn)格式：尤龍，李曰鵬，黃平，等.國內(nèi)茶皂素的提取工藝研究進展[J].山東化工,2018,47(7):58-59.)