油茶粕茶皂素超聲助乙醇提取工藝優(yōu)化

陶偉明 張?jiān)慈? 甘平洋 陳昌勇 朱鳳霞 劉博

摘要：以油茶粕為原料，通過(guò)超聲輔助醇提法提取茶皂素，研究了乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、浸提溫度、浸提時(shí)間對(duì)茶皂素提取率的影響，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化超聲輔助乙醇提取茶皂素的工藝條件。經(jīng)研究表明，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為75%，料液比為1：20（g/mL），溫度為60 ℃，浸提時(shí)間為90 min時(shí)，茶皂素提取率達(dá)到最高值。

關(guān)鍵詞：油茶粕;茶皂素;醇提法;超聲波

中圖分類號(hào)：TS229文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210623

油茶，山茶科山茶屬植物，為我國(guó)四大木本油料樹種之一，至今已有2 000余年的種植歷史，尤其是在我國(guó)南方被廣泛種植[1]。隨著茶油市場(chǎng)逐漸被認(rèn)可，我國(guó)油茶林種植面積呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，目前已達(dá)350萬(wàn)hm²。油茶粕作為油茶籽提取茶油之后的副產(chǎn)物，年產(chǎn)量達(dá)176萬(wàn)t。但由于油茶粕具有刺激性氣味且味苦，通常在提取完茶油后會(huì)將其丟棄，導(dǎo)致利用率較低。茶皂素作為油茶粕主要的活性成分，含量高達(dá)18%，具有較強(qiáng)的發(fā)泡、乳化、分散、濕潤(rùn)等作用，以及抑菌、消炎、鎮(zhèn)痛、抗癌等生理活性[2]。其中，尤以抑菌作用最為顯著，可用于開發(fā)綠色天然食品防腐劑，也可應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)。

茶皂素從1931年首次被分離出來(lái)后，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，其提取工藝也正在不斷的改進(jìn)和發(fā)展[3]。王佳佳等[4]報(bào)道了熱水連續(xù)多級(jí)逆流提取油茶皂素的最優(yōu)工藝：?jiǎn)渭?jí)提取時(shí)間85 min，提取溫度80 ℃，料液比1：16（g/mL），油茶粕提取粒度60～100目。在單級(jí)提取基礎(chǔ)上，確定連續(xù)多級(jí)逆流提取的優(yōu)化提取級(jí)數(shù)為3級(jí)，每級(jí)優(yōu)化的提取時(shí)間為20 min。此工藝操作簡(jiǎn)單，且成本較低，對(duì)設(shè)備要求不高，綠色環(huán)保，但提取效率較低，不宜工業(yè)化生產(chǎn)。本研究以油茶粕為原料，采用超聲輔助醇提法提取茶皂素，通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)其提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期提供一種綠色高效的茶皂素提取新技術(shù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

油茶粕：湖南金霞油茶科技有限公司;無(wú)水乙醇（分析純）：北京化工廠。

1.2儀器與設(shè)備

SB-5200DT型超聲波清洗儀：上海一恒科學(xué)儀器有限公司;SPX6201Z型電子天平：奧豪斯儀器上海有限公司;TG18G-H型高速離心機(jī)：湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司;SHA-Q型恒溫震蕩箱：常州市中貝儀器有限公司;RE52-98型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠;101-1AB型鼓風(fēng)干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1工藝流程

原料→粉碎→過(guò)篩→干燥→乙醇→離心分離→旋蒸→干燥→粗茶皂素

1.3.2提取方法

取一定量的油茶粕，粉碎過(guò)60目篩，于鼓風(fēng)干燥箱中在60 ℃下干燥至油茶粕的水分含量≤5%，于通風(fēng)干燥處儲(chǔ)藏備用。準(zhǔn)確稱取10 g原料于150 mL錐形瓶中，以一定比例體積分?jǐn)?shù)的乙醇水溶液作為浸提液，在一定溫度下恒溫水浴浸提一定時(shí)間，同時(shí)加以超聲波輔助（300 W）浸提，離心（4 000 r/min，20 min）分離去除沉淀，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)（60 ℃，40 r/min ）、冷凍干燥（-50 ℃，48 h）后得到粗提物茶皂素。

1.3.3茶皂素提取率計(jì)算

茶皂素提取率=（w₂/w₁）×100%（1）

式中：w₁為油茶粕初始質(zhì)量，g;w₂為粗提物干燥后稱重質(zhì)量，g。

1.3.4單因素試驗(yàn)

以茶皂素得率為試驗(yàn)指標(biāo)，選取液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、浸提溫度和浸提時(shí)間4個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探究各因素對(duì)茶皂素提取率的影響。各因素工藝條件見表1。

1.3.5正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了確定最優(yōu)工藝參數(shù)，本研究通過(guò)分析單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定影響茶皂素提取率的主要因素和最佳提取水平范圍。根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，對(duì)液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、浸提溫度和浸提時(shí)間4個(gè)因素選用L₉（3⁴）正交表設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，見表2。

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)茶皂素提取率的影響

茶皂素易溶于熱水，水乙醇、正丁醇等有機(jī)溶劑中，因水提法能耗高且不易分離，無(wú)水乙醇提取茶皂素成本過(guò)高，故在一般工業(yè)生產(chǎn)中多采用含水乙醇提取法為主[5]。據(jù)圖1可知，不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇水溶液對(duì)茶皂素的提取率有明顯的影響。隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，茶皂素的得率明顯提高，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為75%時(shí)，提取率達(dá)到最高值7.2%。因此，可取乙醇體積分?jǐn)?shù)75%為合適的提取溶劑。

2.1.2料液比對(duì)茶皂素提取率的影響

據(jù)圖2可知，茶皂素提取率與料液比呈正相關(guān)，在料液比為1：20（g/mL）時(shí)，提取率達(dá)到最高值。油茶粕經(jīng)干燥粉碎過(guò)篩后，表面積增加，隨著料液比增加，與浸提液接觸面積不斷擴(kuò)大，混合充分，傳質(zhì)推動(dòng)力越大，提取速度更快。在當(dāng)料液比達(dá)到一定比例時(shí)，提取率逐漸趨于平緩。因此，料液比應(yīng)選擇在1：20（g/mL）為宜。

2.1.3浸提溫度對(duì)茶皂素提取率的影響

由圖3可知，隨溫度增高，提取率呈先增加后降低的趨勢(shì)，在浸提溫度為60 ℃時(shí)，油茶粕中茶皂素提取率最高，為6.8%。隨溫度繼續(xù)增高，易導(dǎo)致茶皂素結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時(shí)高溫條件下，乙醇易揮發(fā)，體積分?jǐn)?shù)下降，導(dǎo)致油茶粕中茶皂素提取率下降。因此，浸提溫度控制在60 ℃為宜。

2.1.4浸提時(shí)間對(duì)茶皂素提取率的影響

由圖4可知，隨著浸提時(shí)間的增加，油茶粕中茶皂素完全溶解于乙醇水溶液中，因此茶皂素提取率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)浸提時(shí)間為90 min時(shí)，茶皂素提取率達(dá)到最高值，為6.6%。隨著浸提時(shí)間的持續(xù)增加，油茶粕中的多糖、蛋白質(zhì)等水溶性雜質(zhì)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。綜上，應(yīng)選擇浸提時(shí)間為90 min。

2.2正交試驗(yàn)

由表3可知，影響茶皂素提取率的因素主次順序?yàn)锳>C>D>B，即乙醇體積分?jǐn)?shù)為主要影響因素，其次分別為浸提溫度、浸提時(shí)間、料液比，并得到最佳提取工藝為A₂B₂C₂D₂，即料液比1：20 （g/mL），乙醇濃度75%，浸提溫度60 ℃，浸提時(shí)間90 min。在此條件下進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得到茶皂素提取率為7.62%。

3結(jié)論

本試驗(yàn)采用超聲輔助醇提法提取油茶粕中的茶皂素，通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)其提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得出最佳提取工藝條件為料液比1：20（g/mL），乙醇濃度75%，浸提溫度60 ℃，浸提時(shí)間90 min。相對(duì)于傳統(tǒng)的茶皂素提取工藝手段，利用超聲波施加高頻振動(dòng)以及茶皂素易溶于乙醇的特點(diǎn)，能降低成本，為工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒[6]。

參考文獻(xiàn)

[1]李家賢，黃華林，趙超藝，等.廣東油茶品種資源現(xiàn)狀及育種方向[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，38（20）：34-35.

[2]韓曉彤，庫(kù)海福，李霞，等.大孔樹脂HPD400分離茶皂素的研究[J].糧油食品科技，2014，22（6）：39-43.

[3] 丁富成，鮑妮娜，胡巧緣.茶皂素的提取方法研究進(jìn)展[J].陰山學(xué)刊（自然科學(xué)版），2018，32（1）：116-118.

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[5]石珊珊.茶皂素提取并提純工藝研究概述[J].糧食與食品工業(yè)，2019，26（3）：25-29.

[6]陳慧玲，劉芳，蘇張蕾，等.超聲波輔助乙醇提取茶皂素工藝研究[J].寧德師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，31（2）：187-191.

Study on the New Technology of Extracting Tea Saponin with Ultrasonic and Alcohol Extraction

Tao Weiming1，Zhang Yuanquan1，Gan Pingyang2，Chen Changyong2，Zhu Fengxia2，Liu Bo1

（1. Hunan Grain Group Co，Ltd，Changsha，Hunan 410008;

2. Zhongnan Grain，Oil and Food Research Institute Co，Ltd，Changsha，Hunan 410008）

Abstract：The tea saponin was extracted by ultrasonic-assisted alcohol extraction method with Camellia oleifera meal as raw material. The effects of ethanol volume fraction，material-to-liquid ratio，extraction temperature，and extraction time on the extraction rate of tea saponin were studied，and the ultrasonic assistance was optimized through orthogonal experiments. The technological conditions for extracting tea saponin by ethanol. Studies have shown that when the ethanol volume fraction is 75%，the material-liquid ratio is 1 ：20 （g/mL），the temperature is 60 ℃，and the extraction time is 90 minutes，the extraction rate of tea saponin reaches the best value.

Key words：camellia oleifera meal，tea saponin，alcohol extraction，ultrasound