茶樹葉片中茶皂素提取工藝優(yōu)化

姚玉仙，張明澤，劉麗萍，楊小禮

黔南民族師范學(xué)院生物科學(xué)與農(nóng)學(xué)院（都勻 558000）

茶皂素（Tea saponin）又名茶皂苷，是一類齊墩果烷型五環(huán)三萜類皂苷的混合物，其基本結(jié)構(gòu)由皂苷元、糖體、有機酸組成[1-2]。茶皂素的用途廣泛，因其具有較強的發(fā)泡、乳化、分散、濕潤、抗?jié)B、消炎、鎮(zhèn)痛、抗癌等作用，被廣泛應(yīng)用于化妝品、食品、醫(yī)藥、建筑等領(lǐng)域，可作為生物農(nóng)藥、農(nóng)藥增效劑、洗滌劑、食品添加劑、水泥減水劑和穩(wěn)泡劑等[3]。中國茶葉資源豐富，2017年茶園面積與茶葉產(chǎn)量均居世界第一，但在傳統(tǒng)茶葉出現(xiàn)產(chǎn)大于銷的背景下，中低檔茶和夏秋茶資源的利用率偏低，而茶葉深加工是提高茶資源利用率、茶產(chǎn)業(yè)規(guī)模與效益的重要途徑，茶皂素生物活性理論研究與應(yīng)用的不斷深入將推動其相關(guān)功能產(chǎn)品的開發(fā)與市場拓展[4]。茶皂素的提取方法主要以水提及醇提為主[5]，水提法存在能耗高、分離困難、純度低等缺點[6]，醇提取法因有機溶劑的比熱容比水小，所以整個提取過程中能耗得到有效降低，并且提取率高、純度優(yōu)[7]。提取茶皂素的原料主要有油茶茶籽粕和茶殼等[8-10]，利用夏季茶樹葉片作為原料提取茶皂素的研究報道較少。為了提高夏秋茶資源利用效率，試驗以乙醇作為提取溶劑，考察液料比、乙醇體積分數(shù)、浸提溫度、浸提時間等因素對夏秋茶葉片中茶皂素提取效果的影響，通過正交試驗探索乙醇提取茶皂素的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

于夏季采集茶樹老葉片（都勻毛尖茶地方品種），烘干粉碎后過孔徑0.180 mm篩，用自封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

無水乙醇、濃硫酸、香草醛（均為分析純試劑）。

1.2 儀器與設(shè)備

L5S紫外可見分光光度計（上海析譜儀器有限公司）；2XZ-1型旋片式真空泵（浙江黃巖醫(yī)療器械廠）；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）；DK-8D電熱恒溫水槽（上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）；101型電熱鼓風干燥箱（北京科偉永興儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 茶皂素提取工藝流程

1.3.2 茶皂素提取方法

用電子天平稱取5 g烘干至恒重的茶粉，置于250 mL錐形瓶中，按照單因素及正交試驗工藝進行提取，趁熱過濾，濾液回流濃縮至黏糊狀，烘干至恒重，得茶皂素粗提物，稱其質(zhì)量計數(shù)。

1.3.3 茶皂素標準曲線繪制

以純化的茶皂素為標準品，配制茶皂素標準溶液。稱取0.01 g干燥標準品，用適量80%乙醇將其溶于10 mL容量瓶中，定容搖勻，標準溶液的質(zhì)量濃度為1 mg/mL。采用濃硫酸-香草醛顯色法[11]測定吸光度（A）。

茶皂素最大吸收波長的確定。用移液器精確吸取1 mL標準溶液，置于10 mL容量瓶中，加入0.5 mL 8%香草醛乙醇溶液和4 mL 77%硫酸溶液，用去離子水定容，搖勻?；旌衔镉?0 ℃加熱15 min，冰水冷卻10 min后，取出放至室溫。以試劑空白為參比，在400～ 700 nm波長下測定茶皂素吸收光譜，茶皂素的最大吸收波長為452 nm（圖1）。

圖1 茶皂素吸收光譜

標準曲線的繪制。取0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL茶皂素標準溶液于10 mL容量瓶中，按確定茶皂素最大吸收波長的方法加入其他試劑，在452 nm波長下測定吸光度。以茶皂素質(zhì)量濃度（C）為橫坐標，吸光度（A）為縱坐標，建立茶皂素質(zhì)量濃度與吸光度的關(guān)系曲線（圖2），其回歸方程為A=5.631 4C+0.001 4，R2=0.995 9。

圖2 茶皂素標準曲線

1.3.4 粗提物中茶皂素含量測定及茶葉中茶皂素得率計算

稱取0.5 g烘干至恒重的茶皂素粗提物，置于10 mL容量瓶中，加適量80%乙醇使之溶解，定容搖勻，即得供試溶液。用移液器吸取1 mL供試溶液加入10 mL容量瓶中，吸光度測定參照1.3.3中標準曲線繪制步驟。粗提物中茶皂素含量（ω）利用式（1）計算，茶葉中茶皂素得率（Y）利用式（2）計算。

隨著我國鐵路的不斷發(fā)展，鐵路在運行過程中的安全性問題日益凸顯，視頻監(jiān)控在鐵路交通安全中起著至關(guān)重要的作用。通過攝像頭監(jiān)控、互聯(lián)網(wǎng)的傳播，監(jiān)控畫面實時顯示，鐵路部門可以利用視頻中的有效圖像信息，對視頻流進行處理，從而有效地保證鐵路系統(tǒng)的正常運營。因此，如何快速有效地提取鐵路視頻圖像中的關(guān)鍵幀信息，是本文研究的重點。

式中：A為吸光度；V為測定用供試溶液體積；N為稀釋倍數(shù)；m為茶皂素粗提物干質(zhì)量，g；M為提取所用茶粉干質(zhì)量，g。

1.3.5 單因素試驗

以粗提物中茶皂素含量和茶葉中茶皂素得率為試驗指標，選取液料比、乙醇體積分數(shù)、浸提溫度和浸提時間4個因素進行單因素試驗。各因素水平的設(shè)計見表1。各單因素試驗的基本條件為：液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數(shù)60%、浸提溫度60 ℃、浸提時間1.5 h。

表1 單因素試驗各因素及水平

1.3.6 正交試驗

在單因素基礎(chǔ)上，對液料比、乙醇體積分數(shù)、浸提溫度和浸提時間4個因素選用L9(34)正交表設(shè)計正交試驗，優(yōu)化夏季茶樹老葉中茶皂素的提取工藝。具體因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 液料比對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

由圖3可知，液料比10∶1（mL/g）時，粗提物中茶皂素含量最高，為13.85%。液料比10∶1～20∶1（mL/g）時，粗提物中茶皂素含量隨液料比增加而下降；液料比大于20∶1（mL/g）時，粗提物中茶皂素含量趨于穩(wěn)定。液料比30∶1（mL/g）時，茶葉中茶皂素得率最高，為2.76%。液料比越大，傳質(zhì)推動力越大，提取速度越快，茶葉中茶皂素得率越高。但是隨液料比增大，可溶性物質(zhì)溶出量增加，導(dǎo)致粗提物中茶皂素含量降低；同時，溶劑的使用量增加，濃縮時間延長，成本增加。因此，考慮提取的經(jīng)濟成本及茶皂素粗提物純化的難度，選擇液料比10∶1～20∶1（mL/g）為宜。

2.1.2 乙醇體積分數(shù)對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

由圖4可知，乙醇體積分數(shù)70%時粗提物中茶皂素含量和茶葉中茶皂素得率均最高，分別為12.43%和2.78%。隨乙醇體積分數(shù)增大，兩者均呈先增加后降低的趨勢，這可能與茶皂素更易溶于極性大小與其相似的乙醇溶液中有關(guān)。乙醇體積分數(shù)小于70%利于易溶于水的蛋白質(zhì)和糖等雜質(zhì)析出，粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率均降低。因此，乙醇體積分數(shù)選擇60%～80%為宜。

圖3 液料比對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

圖4 乙醇體積分數(shù)對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

2.1.3 浸提溫度對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

由圖5可知，溫度60 ℃時粗提物中茶皂素含量和茶葉中茶皂素得率均最高，分別為12.34%和2.66%。隨溫度增高，兩者總體均呈先增加后降低的趨勢。隨著溫度升高，茶皂素的溶解度增加，溫度達到60 ℃時，茶皂素浸出率最大。隨溫度繼續(xù)增高，乙醇更易揮發(fā)，同時雜質(zhì)溶出量增加，導(dǎo)致粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率下降。因此，溫度選擇60～80 ℃為宜。

圖5 溫度對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

2.1.4 浸提時間對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

由圖6可知，浸提時間1.5 h時粗提物中茶皂素含量和茶葉中茶皂素得率均最高，分別為12.34%和2.67%。隨浸提時間延長，兩者總體均呈先增加后降低的趨勢。浸提時間大于1.5 h時，雜質(zhì)逐漸溶出，溶液中溶質(zhì)濃度趨于飽和，浸提速率減慢，茶皂素得率下降。因此，浸提時間選擇1～2 h為宜。

圖6 浸提時間對粗提物中茶皂素含量及茶葉中茶皂素得率的影響

2.2 正交試驗結(jié)果分析

茶皂素提取正交試驗結(jié)果如表3所示。

表3 茶皂素提取正交試驗結(jié)果

由表3可知，就粗提物中茶皂素含量而言，茶皂素提取工藝的影響因素主次順序為A＞C＞B＞D，即液料比與浸提溫度影響較大，乙醇體積分數(shù)與浸提時間影響較小，提取茶皂素的最佳工藝為A3B3C2D3，即液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數(shù)80%、浸提溫度70 ℃、浸提時間2 h；就茶葉中茶皂素得率而言，茶皂素提取工藝的影響因素主次順序為A＞B＞D＞C，即液料比影響最大，其次為乙醇體積分數(shù)，浸提時間和浸提溫度影響較小，提取茶皂素的最佳工藝為A3B1C3D3，即液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數(shù)60%、浸提溫度80 ℃、浸提時間2 h。

根據(jù)綜合平衡法，由極差值大小可知，影響粗提物中茶皂素含量的關(guān)鍵因素是A和C，故最優(yōu)水平組合為A3C2；影響茶葉中茶皂素得率的關(guān)鍵因素是A和B，故最優(yōu)水平組合為A3B1。因此，提取夏季茶樹葉片中茶皂素的最佳工藝為A3B1C2D3，即液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數(shù)60%、浸提溫度70 ℃、浸提時間2 h。

3 結(jié)論

利用乙醇浸提法對夏季茶樹葉片中茶皂素的提取工藝進行優(yōu)化，得出最佳的提取工藝：液料比20∶1（mL/g）、乙醇體積分數(shù)60%、浸提溫度70 ℃、浸提時間2 h。我國夏秋茶資源豐富，試驗結(jié)果為其作為茶皂素提取原料提供試驗指導(dǎo)，對于拓展茶產(chǎn)業(yè)鏈、增加茶產(chǎn)品的附加值具有重要意義。