基于油茶餅粕中茶皂素醇提工藝條件優(yōu)化措施

摘 要：本文選取乙醇作為試驗(yàn)溶劑，以油茶餅粕作為主要試驗(yàn)材料，通過設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化油茶餅粕中茶皂素醇提取工藝。其中，單因素試驗(yàn)涉及到的因素有乙醇濃度、料液比、提取溫度和提取時(shí)間。結(jié)果表明，茶皂素最佳醇提取工藝為乙醇濃度70%、料液比1∶8（m∶V）、提取溫度70 ℃、提取時(shí)間90 min。

關(guān)鍵詞：茶皂素;餅粕;油茶

Optimization of Alcohol Extraction Conditions of Tea Saponin from Oil-tea-cakes

ZHU Feifan

（Shaoyang University， Shaoyang 422000， China）

Abstract： In this paper， ethanol was selected as the test solvent， and Camellia oleifera cake was used as the main test material， and the alcohol extraction process of tea saponin from Camellia oleifera cake was optimized by designing a single factor experiment and a response surface methodology. Among them， the factors involved in the single factor test are ethanol concentration， solid-liquid ratio， extraction temperature and extraction time. The results showed that the optimal extraction process of tea saponin alcohol was as follows： ethanol concentration of 70%， solid-liquid ratio of 1∶8 （m∶V）， extraction temperature of 70 ℃， and extraction time of 90 min.

Keywords： tea saponin; cakes; oil-tea camellia

油茶餅粕成分較為豐富，包括單寧、皂素、粗纖維和粗蛋白等，可以采取一系列提取工藝加以處理，從中獲取所需成分。目前，油茶餅粕在飼料添加劑制備、茶皂素提取中的應(yīng)用較多[1]。其中，茶皂素又被稱為茶皂甙，屬于非離子表面活性劑，性能較好，且具備濕潤、乳化、發(fā)泡、分散等功效，同時(shí)還可以起到鎮(zhèn)痛、抗菌、抗癌等作用，在藥劑制備中應(yīng)用較為廣泛[2]。茶皂素主要分布在茶樹莖、茶籽、茶油餅粕中，相比之下，茶油餅粕的含量較高，如何從茶油餅粕中有效提取茶皂素成為當(dāng)前重點(diǎn)研究內(nèi)容[3-4]。目前關(guān)于油茶餅粕中茶皂素的提取研究較少，提取工藝條件存在較大的優(yōu)化空間，本文選取成本較低，應(yīng)用規(guī)模較大的乙醇作為提取溶劑展開試驗(yàn)研究[5]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油茶餅粕為油茶籽經(jīng)過脫殼處理后，壓榨、取油得以獲取，由湘西木本世家農(nóng)企提供。

葡萄糖、茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品、丙酮、乙酸乙酯、乙醇、濃硫酸、香草醛、蒽酮、葡萄糖和無水乙醚，二級品，由湘西木本世家農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠，儀器型號為RE-52A;電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司，儀器型號為JA2003;恒溫水浴鍋，北京國華醫(yī)療器械廠，儀器型號為DSY-2-4;固體樣品粉碎機(jī)，江蘇金壇市億通電子有限公司，儀器型號為XA-1;循環(huán)水式真空泵，浙江黃巖求精真空泵廠，儀器型號為SHZ-D;集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，天津科諾儀器設(shè)備有限公司，儀器型號為DF-101S;醫(yī)用超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司，儀器型號為KQ-250E;真空離心濃縮儀，湘儀離心機(jī)儀器有限公司，儀器型號為ZLS-1;可見分光光度計(jì)，上海菁華科技有限公司，儀器型號為722;真空干燥箱，上海博訊事業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠，儀器型號為DZF-6050。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 茶皂素醇提工藝與操作

（1）關(guān)于茶皂素醇提的工藝流程如下。①取適量油茶餅粕，將其粉碎。②采取脫脂操作，對粉碎后的油茶餅粕加以處理。③將脫脂后的油茶餅粕放在干燥環(huán)境中，去除其中水分。④采取抽濾工藝，提取純凈的油茶餅粕。⑤運(yùn)用真空工藝提純油茶餅粕。⑥向油茶餅粕中添加適量丙酮。⑦收集混合后的材料，并將其沉淀。⑧待沉淀材料干燥后，生成茶皂素粗品。

（2）具體操作要點(diǎn)如下。①浸提溶劑設(shè)定為石油醚，將油茶餅粕放在石油醚中，而后粉碎，控制提取溫度保持在60 ℃。②控制脫脂時(shí)間為6 h。③材料與溶劑的比例為1∶8，即料液比為1∶8。④按照設(shè)定的料液比，將經(jīng)過脫脂處理后的油茶餅粕和溶劑放入磨口燒瓶中，開展水浴回流試驗(yàn)，其中，水浴溫度穩(wěn)定在80 ℃，回流持續(xù)2 h。⑤回流結(jié)束后，趁著溫度沒有降低，對其采取過濾處理，完成真空濃縮，而后立即向其中添加丙酮。⑥油茶餅粕干燥期間，控制環(huán)境溫度為50 ℃。

1.3.2 油茶餅粕中茶皂素醇提得率單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)置4組單因素試驗(yàn)，包括乙醇濃度、料液比、提取溫度、提取時(shí)間，每一項(xiàng)單因素的試驗(yàn)內(nèi)容和方法如下。

（1）乙醇濃度單因素試驗(yàn)。其他因素保持不變，將乙醇濃度作為唯一變量，通過調(diào)整乙醇濃度，開展多組試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)茶皂素得率。其中，乙醇濃度設(shè)定7組，以10%遞增，從30%濃度遞增至90%。在此期間，料液比設(shè)定為1∶10（m∶V），水浴浸提時(shí)間持續(xù)90 min，控制溫度50 ℃。

（2）料液比單因素試驗(yàn)。其他因素保持不變，將料液比作為唯一變量，通過調(diào)整料液比開展多組試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)茶皂素得率。其中，料液比設(shè)定7組，料液比（m∶V）依次為1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12和1∶14。

（3）提取溫度單因素試驗(yàn)。其他因素保持不變，將提取溫度作為唯一變量，通過調(diào)整提取溫度開展多組試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)茶皂素得率。其中，乙醇濃度為70%，料液比為1∶8（m∶V），水浴浸提時(shí)間持續(xù)90 min，設(shè)定溫度30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃。

（4）提取時(shí)間單因素試驗(yàn)。其他因素保持不變，將提取時(shí)間作為唯一變量，通過調(diào)整提取時(shí)間開展多組試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)茶皂素得率。其中，乙醇濃度為70%，料液比為1∶8（m∶V），水浴浸提時(shí)間持續(xù)30 min、50 min、70 min、90 min、110 min、130 min和150 min，控制溫度80 ℃。

1.3.3 油茶餅粕中茶皂素醇提條件優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，選取對茶皂素得率影響較大的因素作為變量，按照Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定本次試驗(yàn)響應(yīng)值為茶皂素得率，創(chuàng)建響應(yīng)分析試驗(yàn)。其中，響應(yīng)因素和水平均為3，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對提取工藝參數(shù)采取優(yōu)化處理。具體設(shè)計(jì)如表1所示。

1.3.4 油茶餅粕中茶皂素醇提標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

取無水乙醇10 mL，香草醛0.8 g，將兩者混合得到香草醛溶液。選取濃度為80%的乙醇溶液作為定容試劑，對標(biāo)準(zhǔn)品25 mg茶皂素進(jìn)行定容，定容量為50 mL，形成標(biāo)準(zhǔn)溶液。而后從標(biāo)準(zhǔn)溶液中提取適量茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液，作為試驗(yàn)材料，共計(jì)6份，取量分別為0 mL、0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL及0.5 mL，分別向這6份標(biāo)準(zhǔn)溶液中添加水，直至溶液量達(dá)到0.5 mL。而后分別向各個(gè)容器中添加香草醛溶液，溶液的濃度和添加量分別為80 g/L、0.5 mL。將裝有不同量茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液的器皿放于冰水中，而后向容器中添加硫酸溶液（濃度為77%），添加量為4 mL，搖勻溶液。將容器放在加熱裝置中，加熱溫度至60 ℃，持續(xù)時(shí)間15 min。達(dá)到設(shè)定的加熱時(shí)間后置于冰水浴中進(jìn)行冷卻，持續(xù)時(shí)間10 min。達(dá)到設(shè)定的冷卻時(shí)間后，取出裝有茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液的器皿，將其放置于溫室中，選取濃度為80%的乙醇溶液對其采取定容處理，當(dāng)器皿中的溶液達(dá)到25 mL時(shí)，停止定容，而后搖勻器皿中的溶液。選取比色皿（尺寸1 cm）作為檢測裝置，以分光光度計(jì)550 nm作為檢測環(huán)境，將器皿放置在此環(huán)境中，通過檢測溶液的吸光度，繪制茶皂素醇提標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.5 相關(guān)計(jì)算

（1）關(guān)于茶皂素含量的計(jì)算。按照1.3.4的操作步驟，制備溶液，需要做出的調(diào)整為稱量25 mg粗品，選取濃度為80%的乙醇溶液作為定容試劑，將溶劑定容至50 mL，生成待測溶液。按照試驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn)，從器皿中吸取5 mL茶皂素溶液，作為待測液。待測液中茶皂素含量計(jì)算公式如下：

（1）

式中：m為待測液中樣品質(zhì)量，mg;m1為標(biāo)準(zhǔn)曲線中標(biāo)定的茶皂素含量，mg;R代表茶皂素含量，%。

（2）關(guān)于茶皂素得率的計(jì)算。此項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

（2）

式中：R為茶皂素含量，%;Y為茶皂素得率，%;m0為油茶餅粕質(zhì)量，g;m1為提取物質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 油茶餅粕中茶皂素醇提標(biāo)準(zhǔn)曲線

按照設(shè)1.3.4操作，繪制曲線圖，結(jié)果如圖1所示。其中，橫坐標(biāo)為質(zhì)量濃度，縱坐標(biāo)為吸光度，茶皂素醇提標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為：y=9.16x+0.065 4（R2=0.993 2）。

2.2 油茶餅粕中茶皂素醇提得率單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 乙醇濃度單因素試驗(yàn)

本次試驗(yàn)以乙醇濃度作為單因素，設(shè)定7組不同乙醇濃度，測得茶皂素得率結(jié)果如表2所示。觀察表2中測試結(jié)果可知，茶皂素得率隨著乙醇濃度的增加，先增加而后逐漸減少。其中，70%濃度為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)溶液中的乙醇濃度<70%時(shí)，茶皂素得率隨著乙醇濃度的增大而增加;當(dāng)乙醇濃度>70%后，茶皂素得率隨著乙醇濃度的增大而逐漸減少?？紤]到乙醇濃度較低情況下，不利于浸提液濃縮，因此最佳乙醇濃度為70%。

2.2.2 料液比單因素試驗(yàn)

本次試驗(yàn)以料液比作為單因素，設(shè)定7組不同料液比，測得茶皂素得率結(jié)果如表3所示。由表3中統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，茶皂素得率隨著料液比的增加呈現(xiàn)出先增加后小幅度下降趨勢，最后趨于穩(wěn)定，且此時(shí)茶皂素得率與料液比1∶8條件下的結(jié)果相同?？紤]到料液比過大，易導(dǎo)致溶質(zhì)濃度變小。因此選取最佳料液比為1∶8（m∶V）。

2.2.3 提取溫度單因素試驗(yàn)

本次試驗(yàn)以提取溫度作為單因素，設(shè)定7組不同提取溫度，測得茶皂素得率結(jié)果如表4所示。

表4中統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，茶皂素得率隨著提取溫度的增加呈現(xiàn)出先增加后逐漸減小的趨勢。其中，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的提取溫度為70 ℃。考慮到溫度過高，可能加快乙醇揮發(fā)速度。因此設(shè)定最佳提取溫度為70 ℃。

2.2.4 提取時(shí)間單因素試驗(yàn)

本次試驗(yàn)以提取時(shí)間作為單因素，設(shè)定7組不同提取時(shí)間，測得茶皂素得率結(jié)果如表5所示。對比表5中的測試結(jié)果可知，茶皂素得率隨著提取時(shí)間的增加，先增加而后逐漸減小。其中，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的提取時(shí)間為90 min。為了避免過程時(shí)間的提取導(dǎo)致乙醇大量揮發(fā)，因此設(shè)定最佳提取時(shí)間為90 min。

2.3 油茶餅粕中茶皂素醇提條件優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

按照表1中的因素水平開展響應(yīng)面試驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。

2.4 最優(yōu)條件驗(yàn)證

本研究采用回歸統(tǒng)計(jì)方法，對表6中的數(shù)據(jù)加以統(tǒng)計(jì)分析，得到回歸方程Y=8.23-0.11X1-0.037X2+0.041X3+0.20X1X2-0.14X1X3-0.053X2X3-0.25X12-0.055X22-0.077X32。利用軟件Design-Exper對上述回歸方程加以處理，經(jīng)過二次型變異分析，得到方程的方差結(jié)果。結(jié)果顯示，模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著，由此可以判斷，本次試驗(yàn)得到的二次回歸方程具有較好的預(yù)測性能，能夠很好的預(yù)測響應(yīng)值。由預(yù)測模型得出最佳工藝為料液比為1∶8（m∶V），提取溫度為70 ℃，提取時(shí)間為90 min。

3 結(jié)論

本文圍繞茶皂素醇提工藝條件優(yōu)化方法展開探究，以單因素試驗(yàn)作為基礎(chǔ)，獲取各項(xiàng)因素的最佳參數(shù)值，作為工藝條件優(yōu)化突破口。通過開展條件優(yōu)化試驗(yàn)，對因素水平開展響應(yīng)面試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，最佳乙醇濃度為70%，最佳料液比為1∶8（m∶V），最佳提取溫度為70 ℃，最佳提取時(shí)間為90 min。經(jīng)過最優(yōu)條件驗(yàn)證，確定該結(jié)果可以作為工藝條件優(yōu)化參考依據(jù)。

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基金項(xiàng)目：邵陽學(xué)院研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（CX2020SY057）。

作者簡介：朱飛凡（1992—），女，湖南新邵人，碩士在讀。研究方向：食品工程。