油茶籽粕中化學(xué)成分與提取工藝研究進(jìn)展

王宗成 ，秦源，劉艷芳，朱攀宇，李治章 ，羅小芳 *

1. 湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院（永州 425199）；2. 湖南科技學(xué)院，湘南優(yōu)勢(shì)植物資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（永州 425199）；3. 湖南科技學(xué)院湖南省銀杏工程技術(shù)研究中心（永州 425199）

油茶系山茶科山茶屬，是中國(guó)特有的一種優(yōu)良的多年生木本油料植物。中國(guó)已有2 000多年的栽培經(jīng)驗(yàn)，種植面積達(dá)五千多畝地。油茶籽粕又稱油茶籽餅，是油茶籽提油后的副產(chǎn)物，主要用于動(dòng)物飼料、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域[1]。中國(guó)每年能產(chǎn)80多萬 t的油茶籽，經(jīng)過壓榨后剩下的油茶籽粕有50多萬 t。油茶籽粕中含有豐富的茶皂素、茶多糖、茶多酚、糖萜素，黃酮類等多種活性成分，利用價(jià)值高[2]。近年來，對(duì)油茶籽粕的化學(xué)成分及提取工藝的研究越來越多。通過對(duì)其化學(xué)成分、提取工藝的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為油茶籽粕的深入研究與資源利用開發(fā)提供參考。

1 化學(xué)成分

1.1 茶皂素

油茶籽粕中含有多種營(yíng)養(yǎng)成分，其中茶皂素含量豐富[3]。日本學(xué)者青山新次郎首次從茶葉中提取出一種新的皂苷，經(jīng)過研究確定為茶皂素[4]。茶皂素又稱茶皂苷，其基本結(jié)構(gòu)是由有機(jī)酸、糖體和配基組成的[5-7]，屬于五環(huán)三萜類皂苷，化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。分子式為C57H90O26，分子量為1 023 D，元素分析值C=59.23%，H=7.09%，pH為5.0～6.5，表面張力為47～51 N，熔點(diǎn)為223～224 ℃，其水溶液無不溶物。天然的茶皂素是無色、微細(xì)柱狀晶體，味苦辛辣，具有吸濕性，同時(shí)具有刺激鼻黏膜的特性、皂苷的通性[8]。其苷元是β-香樹素的衍生物。目前已經(jīng)鑒定出了茶葉皂素的4種苷元，茶籽皂素的7種苷元。其中糖體主要有木糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖醛酸等，有機(jī)酸主要有肉桂酸、當(dāng)歸酸、醋酸等，有機(jī)酸又和苷元上的羥基結(jié)合形成酯[9-10]。

圖1 茶皂素結(jié)構(gòu)圖

茶皂素是由親水性的糖體和疏水性的配位基團(tuán)所構(gòu)成，是一種純天然的非離子型表面活性劑，能顯著降低液體表面張力[11]。具有乳化、分散、潤(rùn)濕、去污、發(fā)泡、穩(wěn)泡等能力，且不受水質(zhì)硬度影響；能溶于水、甲醇、熱的乙醇及苯等極性較大的有機(jī)溶劑中，可用水或有機(jī)溶劑提取和精制皂素。此外，還具有殺菌消炎、抗氧化、鎮(zhèn)痛、抗癌等藥理作用。由于茶皂素具有上述等特點(diǎn)且作為一種綠色環(huán)保添加劑，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于輕紡織業(yè)、農(nóng)業(yè)、建材、采油及采礦等行業(yè)[2,12]。

1.2 茶多糖

茶籽多糖，是具有特殊生物活性的一類酸性多糖或酸性糖蛋白，結(jié)合有大量的礦物質(zhì)元素。油茶餅粕中的多糖主要由6種單糖組成，即甘露糖30.06%、半乳糖22.92%、阿拉伯糖18.17%、鼠李糖11.39%、葡萄糖11.26%和木糖6.22%，平均分子量為2 000[13]。

茶籽多糖具有降血糖、降血壓、降血脂、增強(qiáng)免疫力、減慢心率、增加冠脈流量、抗凝血、抗血栓和耐缺氧等作用[14-16]，近年來研究發(fā)現(xiàn)茶籽多糖還具有修復(fù)糖代謝紊亂、治療糖尿病的功效[17]。從茶籽餅粕中分離出來的多糖能促進(jìn)和蛋白質(zhì)的合成，激活免疫系統(tǒng)活性，同細(xì)胞與細(xì)胞的識(shí)別、細(xì)胞間物質(zhì)的傳輸、免疫功能的調(diào)節(jié)、癌癥的診斷與治療等都密不可分[15]，并且茶籽餅粕多糖沒有細(xì)胞毒性，使得茶籽多糖生物資源的研究、開發(fā)和利用日益活躍，在功能食品和臨床上有著廣泛使用價(jià)值。中國(guó)是世界主要產(chǎn)油茶國(guó)，油茶籽資源極為豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，榨油之后的茶籽餅粕中含有豐富糖類，因此，從茶籽餅粕中提取茶籽多糖具有重要實(shí)際意義[18]。

1.3 茶多酚

油茶籽中含有許多藥用有效成分，其中，茶多酚是油茶籽中的藥效成分之一[19]。茶多酚具有抗氧化、抗腫瘤和癌變、抗病毒、抑菌等藥效，是一種天然的植物藥用成分。對(duì)食品中的色素和維生素類有保護(hù)作用，使食品在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持原有色澤與營(yíng)養(yǎng)水平，能有效防止食品、食用油類的腐敗，并能消除異味；在飲料生產(chǎn)中，茶多酚不僅可作為果味茶、檸檬茶等飲料的添加劑，還能抑制豆奶、果汁、汽水等飲料中的VA、VC等多種維生素的氧化破壞；在新鮮蔬菜、水果上噴淋低濃度的茶多酚溶液，可有效抑制細(xì)菌繁殖，保持蔬菜、水果的色澤，起到保鮮防腐的目的；茶多酚對(duì)肉類及其腌制產(chǎn)品也具有良好保質(zhì)抑菌效果，并具有除臭、去腥、防止氧化變色等作用[20]。

1.4 茶蛋白

油茶籽粕為油茶籽脫脂后產(chǎn)物，蛋白質(zhì)含量為12%～15%，其氨基酸組成為17種，其中7種是人體必需的氨基酸[21-22]。油茶餅粕蛋白較強(qiáng)的乳化性和較強(qiáng)的吸油性[2,23]，可將其作為生產(chǎn)蛋白飲料、沖調(diào)食品、焙烤食品的蛋白質(zhì)強(qiáng)化劑，以及作為醬油等發(fā)酵產(chǎn)品的蛋白原料。用蛋白酶水解油茶籽粕蛋白制備小分子多肽，易被人體消化吸收，不僅能提供人體生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還具有很強(qiáng)的抗氧化、降血脂、免疫調(diào)節(jié)和降血壓等生理保健功能[24-25]。目前，多種油料種子餅粕如大豆、油菜、花生和棉籽等，因其含有高品質(zhì)植物蛋白，被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)[4,26]。因此，茶蛋白具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是一種良好的具有開發(fā)潛力的蛋白質(zhì)資源。

1.5 糖萜素

糖萜素是由浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院研究人員從山茶屬植物種籽餅粕中提取的三萜皂苷類與糖類的混合物產(chǎn)品，是由糖類（≥30%）、配糖體（≥30%）和有機(jī)酸組成的天然活性物質(zhì)，是純天然植物提取物，不含任何化學(xué)合成成分，可作為綠色飼料添加劑，糖萜素飼料添加劑已獲得中國(guó)、美國(guó)、澳大利亞和俄羅斯等國(guó)的發(fā)明專利，2000年7月，中國(guó)綠色食品發(fā)展中心為糖萜素頒發(fā)AA級(jí)純天然綠色飼料添加劑證書[3,11]。糖萜素作為飼料添加劑有獨(dú)特的優(yōu)越性，其有效化學(xué)成分穩(wěn)定，與其他飼料添加劑不存在抗擾作用，無藥殘、無抗藥性、無任何配伍禁忌，可配伍性強(qiáng)，可配制成預(yù)混合飼料，與其他營(yíng)養(yǎng)性和非營(yíng)養(yǎng)性飼料添加劑配伍使用效果更好，能適當(dāng)降低氧化劑和酸化劑的使用量。應(yīng)用糖萜素后，機(jī)體免疫力增強(qiáng)，日常治療用藥大大減少，高溫條件下使用，具抗熱應(yīng)激效果，無需再使用抗熱應(yīng)激劑[27-29]。一般情況下在日糧中200～1 000 mg/kg，可安全替代抗生素藥物，使畜禽產(chǎn)品達(dá)到安全無殘留，以生產(chǎn)出安全的動(dòng)物性綠色食品[30]。

1.6 黃酮類化合物

俞斌等[32]建立油茶枯餅中兩種黃酮苷的液相色譜法測(cè)定，這2種化合物分別為即山奈酚3-O-（2-O-p-D-半乳糖-6-O-α-L-鼠李糖）-β-D-葡萄糖苷和山奈酚3-O-（2-O-β-D-木糖-6-O-α-L-鼠李糖）-β-D-吡喃葡萄糖苷。陳虹霞等[33]以65%乙醇對(duì)茶籽餅進(jìn)行提取，并以中低壓色譜、HPLC等分離制備得到2個(gè)黃酮苷，通過結(jié)構(gòu)鑒定確定化合物分別為山奈酚3-O-（2-O-p-D-半乳糖-6-O-α-L-鼠李糖）-β-D-葡萄糖苷和山奈酚3-O-（2-O-β-D-木糖-6-O-α-L-鼠李糖）-β-D-吡喃葡萄糖苷。油茶餅粕黃酮常用于動(dòng)物飼料配方中，其高值產(chǎn)品仍有待開發(fā)[22]。

1.7 其他成分

油茶籽粕中除了上述幾種主要活性成分之外，還含有5%粗脂肪、6%粗纖維、6%灰分、2%單寧、0.95%咖啡堿和14%水分；一些抑菌活性物質(zhì)，如黑曲霉、黑根霉等[34]。此外，Mg、Fe、Ca、Mn、Zn、Cu等礦質(zhì)元素含量較為豐富，而不利于動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的有害元素Cd、Pb含量卻很低或近于零[2]。

2 提取方法

油茶籽粕含有多種化學(xué)成分，由于這些化合物分別屬于不同種類，其性質(zhì)、結(jié)構(gòu)也有很大差別，因此，要根據(jù)這些化合物的結(jié)構(gòu)、存在形式及性質(zhì)選擇合適的提取方法。常用到的提取方法有水提取法、有機(jī)溶劑提取法、堿提酸沉法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法等[35-36]。在各種工藝中，正交設(shè)計(jì)與響應(yīng)面法常用于工藝優(yōu)化，解決生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題。

2.1 熱水提取法

水提法，又稱為煎煮法，適用于在水中溶解度比較大的化合物。一般運(yùn)用水提法時(shí)都會(huì)采用熱水進(jìn)行提取，以提高效率。水提法成本低，操作簡(jiǎn)單，而且無毒無害，這是其他的提取方法無可替代的。蔡朝容[40]通過試驗(yàn)改進(jìn)提取方法，主要采用除酶劑苯甲酸鈉有效抑制茶皂素水解，使得茶皂素收率提高。其中苯甲酸鈉加入量0.5%，料液比1︰10（g/mL），茶粕的粒度40目，攪拌次數(shù)5次，提取溫度60 ℃，pH 9，茶皂素得率為9.18%。任仙娥等[41]采用水提取油茶籽粕中糖萜素，其優(yōu)化工藝為：浸提溫度90 ℃、浸提時(shí)間3 h、浸提料液比1︰15（g/mL）、浸提次數(shù)2次，糖萜素得率17.3%。范燕華等[42]以油茶籽餅粕為原料，先用熱水浸提，再用堿法提取堿溶性油茶籽餅粕多糖，應(yīng)用正交試驗(yàn)優(yōu)化堿溶性油茶籽餅粕多糖的提取工藝。結(jié)果表明，堿溶性油茶籽餅粕多糖提取的最佳工藝條件是：料液比1︰30（g/mL），提取溫度90 ℃，堿濃度0.4 mol·L-1，提取時(shí)間2 h。在此條件下多糖得率達(dá)到8.25%。

另外，一般水提法用時(shí)較長(zhǎng)。而長(zhǎng)時(shí)間熱水浸提，可能會(huì)使得其中部分化合物水解，或者大量水溶性雜質(zhì)溶出，導(dǎo)致后續(xù)處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力。所以，目前很少單獨(dú)采用水提法，一般都會(huì)結(jié)合其他方法。

2.2 有機(jī)溶劑提取法

有機(jī)溶劑提取法是目前使用比較廣泛的方法。該法是利用原材料中不同的化學(xué)成分在不同溶劑中溶解度的差異，從而對(duì)目標(biāo)成分進(jìn)行富集。常用的溶劑為甲醇、乙醇等。但是由于甲醇毒性比較大、沸點(diǎn)低以及易燃易爆等原因，其使用并不如乙醇廣泛[43]。

梁帆等[44]采用有機(jī)溶劑法提取湘優(yōu)2號(hào)油茶籽中的黃酮，通過考察料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度及提取時(shí)間4個(gè)因素，得出最優(yōu)工藝，此時(shí)總黃酮得率3.91%。劉堯剛[45]利用甲醇為提取劑來提取茶皂素，試驗(yàn)中含水甲醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1︰7（g/mL），pH 10.5，提取溫度55 ℃，提取時(shí)間2 h，得到茶皂素得率為14.45%。任仙娥等[41]采用乙醇提取油茶籽粕中糖萜素的優(yōu)化工藝為：乙醇體積分?jǐn)?shù)60%～70%、浸提溫度90 ℃、浸提時(shí)間3 h、浸提料液比1︰15（g/mL）、浸提次數(shù)2次，糖萜素得率為31.5%。李祥等[46]以粗茶皂素為原料，當(dāng)水飽和正丁醇用量35 mL，pH 4，粗產(chǎn)品茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，提取次數(shù)3次時(shí)，茶皂素的純度可達(dá)97%，并且茶皂素色澤好。肖燕等[47]研究油茶餅中兩種黃酮苷類化合物的提取工藝，得到2種黃酮的得率分別為12.56%和13.03%。陳佩云[48]以總酚含量為標(biāo)準(zhǔn)判斷提取效果，選擇乙醇熱回流的方法對(duì)油茶餅總酚進(jìn)行優(yōu)化提取。以溶劑濃度、提取溫度、提取時(shí)間、提取料液比4個(gè)影響因素對(duì)油茶籽餅進(jìn)行單因素試驗(yàn)，并通過五因素四水平的L16(45)正交試驗(yàn)得出最優(yōu)提取條件：乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、提取時(shí)間3 h、提取溫度80 ℃及提取料液比1︰20（g/mL）。最優(yōu)提取液的總酶含量為1 437.21±

26 .18 mg/100 g。

有機(jī)溶劑提取法具有得率高、產(chǎn)品雜質(zhì)少、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)，但也有其局限，即成本較高，對(duì)設(shè)備要求較高，而且有機(jī)溶劑都有一定的毒性，對(duì)身體有損害。

2.3 堿提酸沉法

黃酮類化合物大多具有酚羥基，這一結(jié)構(gòu)的存在使得這類化合物易溶于堿液，而難溶于酸，以至析出沉淀[13,49]。因此就可有效地將黃酮類化合物從混合物中提取出來，且純度較高。該方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備的要求也不高。但堿液濃度不宜偏高，否則就會(huì)破壞黃酮類化合物結(jié)構(gòu)，使其失去原有的生物活性。

丁丹華等[50]采用堿溶酸沉法制備油茶籽粕蛋白，在測(cè)定等電點(diǎn)基礎(chǔ)上探討油茶籽粕粉碎粒度、浸提液pH、料液比、浸提時(shí)間、浸提溫度對(duì)蛋白提取率的影響。設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，得出提取茶籽粕蛋白最佳工藝條件：料液比1︰25（g/mL）、pH 10、浸提時(shí)間80 min、浸提溫度45 ℃和粉碎粒度80目，在此條件下，蛋白提取率為57.8%。

2.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法，是指以微波與其他的提取方法相結(jié)合，如有機(jī)溶劑提取法或水提法等，其中微波作為輔助手段的一種新的提取方法[51]。微波具有很強(qiáng)的穿透性，同時(shí)熱效率高、穿透率強(qiáng)，已被廣泛應(yīng)用于天然有效成分的提取。該方法具快速、高效、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

陳力[52]在提取油茶粕中黃酮類成分時(shí)，比較微波輔助提取法、溶劑提取法、熱回流提取法和超聲輔助提取法4種方法，結(jié)果表明，微波輔助法的提取效率最高，微波輔助僅提取15 min顯著高于2 h溶劑提取法和2 h加熱回流提取法的效果，而略低于2 h超聲輔助提取法，但是在提取時(shí)間上縮短約2/3。肖新生等[43]利用微波法提取油茶籽餅中的脂類物質(zhì)的工藝條件，考察了種類、溶劑用量、萃取溫度、萃取時(shí)間、微波功率等對(duì)脂類物質(zhì)提取率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用正己烷為溶劑，溶劑用量7∶1（mL/g），當(dāng)萃取溫度60 ℃，萃取時(shí)間12 min，微波功率300 W時(shí)，一次萃取率可達(dá)85.2%。采用兩次萃取法，提取率可達(dá)98.3%。

在微波輔助作用下，能大幅縮少提取時(shí)間，但由于微波會(huì)對(duì)人體造成很大危害，所以為防止微波泄漏，對(duì)設(shè)備有較高的要求。另外，提取過程耗電量較大，成本高，因此這種提取方法目前并沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)使用。

2.5 超聲輔助提取法

超聲提取技術(shù)是依靠超聲波的機(jī)械粉碎和空化作用，利用液體空穴的形成、增大和閉合產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，使細(xì)胞破碎釋放出胞內(nèi)物，強(qiáng)化傳質(zhì)過程。王良貴[7]以油茶籽粕為原料，建立以75%乙醇為提取劑的料液pH、浸提溫度、浸提時(shí)間、液固比、超聲波功率等因素與茶皂素提取率間數(shù)學(xué)模型，據(jù)此確定最佳工藝條件：料液pH 8.0、浸提溫度40 ℃、浸提時(shí)間4 h、料液比1︰8（g/mL）和超聲波功率80 W。此時(shí)實(shí)際茶皂素提取率為8.041%（n=5），與模型預(yù)測(cè)接近。朱赟豪等[53]采用超聲波輔助堿溶酸沉法提取油茶籽蛋白。在單因素基礎(chǔ)上通過正交試驗(yàn)選出最佳超聲參數(shù)，并得出最佳提取工藝條件：料液比1︰20（g/mL），pH 10，超聲溫度50 ℃，超聲功率300 W，超聲時(shí)間60 min。在此條件下，油茶籽蛋白提取率可達(dá)57.82%。謝陽姣等[54]以超聲輔助提取油茶籽餅多酚，達(dá)到較高提取率。

2.6 其他方法

除上述方法外，其他提取方法有酶解法[55-57]、超臨界流體萃取法[57-58]、反膠束萃取法[26]、半仿生提取法、膜分離法[59]等。目前對(duì)油茶籽粕的研究逐漸深入，未來將重點(diǎn)研究對(duì)該類化合物更高效、更快速的提取方法和高純度化合物的制備及鑒定。

3 結(jié)語與展望

中國(guó)是世界上油茶籽產(chǎn)量最大、品種最多的國(guó)家，據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2017年底，我國(guó)油茶林面積430多萬hm2，油茶年產(chǎn)量達(dá)60多萬 t，油茶籽粕年均產(chǎn)量約180萬 t，但這些油茶籽粕未得到充分有效利用，造成資源的極大浪費(fèi)[60-61]。油茶籽粕中含有多種有效成分，具有抑菌活性及抗氧化活性等，油茶籽粕作為潛在的資源，其利用應(yīng)得到進(jìn)一步開發(fā)。

通過查閱大量文獻(xiàn)，初步總結(jié)油茶籽粕的化學(xué)成分與提取工藝。目前，對(duì)油茶籽粕有效成分的研究主要集中在茶皂素、茶多酚、茶多糖和糖萜素等單一成分的提取研究，且中國(guó)至今尚未有規(guī)模化生產(chǎn)油茶籽蛋白的報(bào)道[62]，對(duì)于油茶籽粕蛋白的制取也研究較少，一般只采用傳統(tǒng)的堿提酸沉方法，不僅工藝復(fù)雜，蛋白得率較低，而且提取過程中有部分蛋白質(zhì)變性，并且提取工藝需要消耗大量的酸與堿，排出的廢水也會(huì)造成嚴(yán)重環(huán)境污染。所以尋找一個(gè)新型高效的油茶籽蛋白提取分離技術(shù)非常重要。因此，從油茶籽粕中提取和制備其活性成分，對(duì)于油茶籽粕的有效利用具有重要意義。

熱水提取法和有機(jī)溶劑提取法是油茶籽粕中有效成分提取的主要方法。其中，水提法與醇提法相比，水提法得到的皂素純度差，顏色較深，而且不易濃縮[15]。有機(jī)提取溶劑主要為甲醇、乙醇和正丁醇[2]。有機(jī)溶劑提取法存在溶劑回收和產(chǎn)品中有機(jī)溶劑殘留等問題，浸提時(shí)有機(jī)溶劑的揮發(fā)也對(duì)環(huán)境和健康帶來危害，提取溶劑的選擇應(yīng)向綠色化、環(huán)保型發(fā)展。微波輔助提取與超聲輔助提取能縮短提取時(shí)間，增大提取率。微波提取法與超聲波提取和索氏提取相比較，微波萃取在保證提取率和產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，所需時(shí)間較短。堿提酸沉法主要用于黃酮類成分的提取，該方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高。油茶籽粕有效成分的提取應(yīng)向工藝整合以實(shí)現(xiàn)多種成分綜合利用的方向發(fā)展。