含水正丁醇同步提取茶葉籽油和茶皂素工藝

谷政偉 姚 磊 李 丹 劉智超 樊蘇萍

(湖南航天天麓新材料檢測有限責(zé)任公司，長沙 410004)

茶葉籽油來自山茶科山茶屬植物茶樹(Camelliasinensis(L.)O.Kuntze)的種子[1-2]，該植物廣泛分布在我國的的云南、湖北、湖南、河南、浙江、福建、江西、廣東和山東等地[3]。茶葉籽油含有豐富的不飽和脂肪酸，尤其是油酸和亞油酸[4-5]，其他生物活性物質(zhì)如茶多酚、維生素E、甾醇和角鯊烯等也有一定含量[6-7]，因此茶葉籽油是一種理想的食用油料。在中國，每年有大量的茶葉籽被棄之不用[8]，造成資源浪費(fèi)；同時(shí)近些年，我國的食用油供給緊張[9]，因此有必要加大對茶葉籽的開發(fā)力度。

茶葉籽亦含茶皂素，其屬于糖苷類化合物，易溶于熱水及正丁醇等試劑，是一種性能良好的天然表面活性劑，且具有殺蟲和抑菌等作用[10-12]；因此可被應(yīng)用在紡織、農(nóng)業(yè)、建材、采油和采礦等領(lǐng)域[13]。正丁醇被允許作為食品添加劑使用[14]，通過提取技術(shù)得到的油脂中殘留的微量正丁醇不會影響身體健康。

含水正丁醇同步提取油脂和茶皂素技術(shù)已用于油茶餅粕[15]，但鮮有含水正丁醇同步提取茶葉籽油和茶皂素的文獻(xiàn)。本文擬以正丁醇(含水10%)為提取溶劑，采用機(jī)械攪拌和手動(dòng)磨漿為輔助手段從茶葉籽中提取茶葉籽油和茶皂素，并利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)技術(shù)對它們進(jìn)行分離，擬為茶葉籽的綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶皂素素標(biāo)準(zhǔn)品(純度：HPLC≥98%)，其他試劑為分析純，正丁醇(含水10%以增強(qiáng)提取溶劑對茶皂素的溶解能力)，茶葉籽(干物質(zhì)含油12.15%，干物質(zhì)含茶皂素6.70%)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

BSXT-02-150索氏抽提器，F(xiàn)K-J1500H數(shù)顯恒溫恒速加熱攪拌器，手動(dòng)磨漿機(jī)，RE-301旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，TU1900紫外可見分光光度計(jì)。

1.3 方法

1.3.1 茶皂素標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

按參考文獻(xiàn)[15]操作。

1.3.2 工藝流程

將茶葉籽去殼，放入干燥箱，在50 ℃條件下干燥48 h。取出茶葉籽，冷卻至室溫，剪成2～4 瓣。取100 g茶葉籽，放入提取瓶中，加入正丁醇(含水10%)，蓋上保鮮膜，在加熱條件下攪拌一段時(shí)間，轉(zhuǎn)入手動(dòng)磨漿機(jī)中磨勻。將得到的勻漿用紗布過濾，對濾渣進(jìn)行重復(fù)提取和過濾步驟。收集濾液至蒸餾燒瓶，利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(80 ℃)回收濾液中的正丁醇和水。當(dāng)冷凝管中30 min內(nèi)無液體滴落，取下蒸餾燒瓶并傾出瓶內(nèi)液體得茶葉籽油。用適量50 ℃的水洗下附著在燒瓶內(nèi)壁的固體至蒸發(fā)皿，在50 ℃水浴鍋上把水分蒸干得茶皂素粗品。

1.3.3 計(jì)算公式

茶葉籽油提取得率按下式計(jì)算：

(1)

式中：w為茶葉籽油提取得率/%；m1為茶葉籽油的質(zhì)量/g；m0為茶葉籽樣品的質(zhì)量/g。

茶皂素提取得率按下式計(jì)算：

(2)

式中：b為茶皂素提取得率/%；m2為茶皂素的質(zhì)量/g。

茶皂素純度按下式計(jì)算：

(3)

式中：p為茶皂素純度/%；m3為茶皂素粗品中茶皂素的質(zhì)量/g；m4為茶皂素粗品的質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 液料比對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

在提取溫度55 ℃、提取時(shí)間50 min和提取次數(shù)2次條件下，考察液料比分別為0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2.0∶1、2.5∶1、3.0∶1 mL/g時(shí)，對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響。

如圖1所示，在0.5∶1～1.5∶1 mL/g范圍內(nèi)，當(dāng)液料比增大，茶葉籽油和茶皂素提取得率隨之上升。這是因?yàn)橐毫媳仍龃罂杉哟髠髻|(zhì)動(dòng)力[16]，有利于茶葉籽油和茶皂素進(jìn)入到提取溶劑當(dāng)中。當(dāng)液料比增至1.5∶1 mL/g，茶葉籽油和茶皂素提取得率增加不明顯。因此在后續(xù)的單因素實(shí)驗(yàn)中，把液料比定為1.5∶1 mL/g。

圖1 液料比對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

2.1.2 提取溫度對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

在液料比1.5∶1 mL/g、提取時(shí)間50 min和提取次數(shù)2 次條件下，考察提取溫度分別為45、55、65、75、85、95 ℃時(shí)，對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響。

如圖2所示，在45～75 ℃范圍內(nèi)，隨著提取溫度升高，茶葉籽油和茶皂素提取得率增大。這是因?yàn)闇囟壬呤狗肿舆\(yùn)動(dòng)速度加快，對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞作用增大，同時(shí)提取溶劑對目標(biāo)成分的溶解能力隨溫度上升而增強(qiáng)，這些因素都有利于茶葉籽油和茶皂素從細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散至提取溶劑當(dāng)中。75 ℃以后，茶葉籽油提取得率增加不明顯，茶皂素提取得率繼續(xù)增加，當(dāng)溫度大于85 ℃，茶皂素提取得率增加不明顯?？紤]到溫度越高，越易產(chǎn)生致癌物質(zhì)苯并芘[17-18]，因此在后續(xù)的單因素實(shí)驗(yàn)中，將提取溫度定為75 ℃。

圖2 提取溫度對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

2.1.3 提取時(shí)間對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

在液料比1.5∶1 mL/g、提取溫度75 ℃和提取次數(shù)2 次條件下，考察提取時(shí)間別為30、50、70、90、110、130 min時(shí)，對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響。

如圖3所示，在30～90 min范圍內(nèi)，隨著提取時(shí)間延長，茶葉籽油和茶皂素提取得率逐漸增加。這是因?yàn)楫?dāng)提取時(shí)間延長，累積在提取溶劑中的茶葉籽油和茶皂素逐漸增多。

圖3 提取時(shí)間對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

90 min以后，茶葉籽油和茶皂素提取得率增加不明顯。因此在后續(xù)的單因素實(shí)驗(yàn)中將提取時(shí)間定為90 min。

2.1.4 提取次數(shù)對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

在液料比1.5∶1 mL/g、提取溫度75 ℃和提取時(shí)間90 min條件下，考察提取次數(shù)分別為1、2、3、4、5、6 次時(shí)，對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響。

如圖4所示，當(dāng)提取次數(shù)大于2次，茶皂素提取得率增加不明顯，茶葉籽油提取得率繼續(xù)增加。當(dāng)提取次數(shù)大于3次，茶葉籽油提取得率增加不明顯，這是因?yàn)樵诖藯l件下，提取次數(shù)已不是影響茶葉籽油提取得率的主要因素。因此把最優(yōu)提取次數(shù)定為3次。

圖4 提取次數(shù)對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以茶葉籽油提取得率(Y)為評價(jià)指標(biāo)，利用響應(yīng)面軟件Design Expert8.05b對液料比(A)、提取溫度(B)和提取時(shí)間(C)這3 個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)因素及水平如表1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2的數(shù)據(jù)利用Design Expert8.0.5b進(jìn)行回歸分析，得到茶葉籽油提取得率(Y)的二次回歸方程如下：

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素及水平表

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Y=10.41+0.41A+0.65B+0.45C+0.034AB+0.28AC+0.069BC-0.53A2+0.26B2-0.30B2

2.2.2 回歸模型的方差分析

采用 Design Expert 8.05b軟件，對回歸方程各項(xiàng)的方差作出分析，結(jié)果如表3所示。 此模型P<0.01，表明達(dá)到了極顯著的水平。A、B、C、AC、A2、B2和C2是差異極顯著變量(P﹤0.01)，AB和BC是差異不顯著變量(P>0.05)。從F值可知，各因素對得率影響大小順序是B>C>A。該回歸方程的決定系數(shù)(R2)為0.985 4，說明該模型能較好的描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。模型修正決定系數(shù)(RAdj2)為0.972 2，說明該模型能解釋97.22%的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。失擬值為0.101 3，不顯著(P>0.05)，說明回歸方程擬合度好。

表3 響應(yīng)面回歸統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

2.2.3 最佳提取工藝提條件的確定及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)二次線性回歸方程的分析結(jié)果，茶葉籽油的最優(yōu)提取條件為：液料比 1.79∶1、提取溫度75 ℃、提取時(shí)間89.7 min，在此條件下提取3 次，茶葉籽油提取得率的預(yù)測值為11.66%?？紤]到實(shí)驗(yàn)的可操作性，把最優(yōu)提取參數(shù)設(shè)置為液料比 1.79∶1、提取溫度75 ℃、提取時(shí)間90 min和提取次數(shù)3 次，在此條件下，進(jìn)行8組平行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)茶葉籽油提取得率(11.63±0.03)%，茶皂素提取得率(5.09±0.02)%，純度(47.15±0.28)%。茶葉籽油提取得率與預(yù)測值基本相符，表明該模型適用于正丁醇(含水10%)提取茶葉籽油工藝。

3 結(jié)論

本研究以茶葉籽為提取原料，利用機(jī)械攪拌和磨漿為輔助手段，使用正丁醇(含水10%)同步提取茶葉籽油和茶皂素，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)技術(shù)對它們進(jìn)行分離，同時(shí)回收正丁醇和水以循環(huán)利用。在提取過程中采取單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化提取工藝，得到最適提取參數(shù)：液料比1.79∶1、提取溫度75 ℃、提取時(shí)間90 min和提取次數(shù)3 次。在此條件下茶葉籽油提取得率(11.63±0.03)%，茶皂素提取得率(5.09±0.02)%，純度(47.15±0.28)%。該結(jié)果對茶葉籽資源的進(jìn)一步開發(fā)與利用有一定借鑒價(jià)值。