膜技术精制茶皂素的工艺研究

刘 锐，李 猷，万端极

(1.湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430068；2.湖北工业大学膜技术研究所，湖北 武汉 430068)

茶皂素是木本油料植物油茶(Camellia oleifera)含有的一类天然糖甙化合物，属皂素类，是一种优异的天然表面活性剂，具有良好的发泡乳化、分散润湿和渗透功能，并具有抗菌消炎、镇痛、抗肿瘤等药理功效。因此，在化妆品、洗涤剂和医药等领域应用广泛[1]。我国是世界上油茶分布最广、品种最多、产量最高的国家[2]，但目前国内的粗茶皂素生产工艺流程复杂、能耗大，产品纯度低、色泽差、收率低[3，4]，不能满足市场的要求[5]。

膜技术是一门新型分离技术，兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级滤过以及过程简单、易于自动化控制等特性[6]，在天然产物有效成分的提取浓缩方面得到了广泛应用[7]。

作者在此以水酶法提取茶油后的皂素溶液为原料，依次通过微滤膜、纳滤膜、干燥等工序精制茶皂素，确定了茶皂素精制的膜技术参数，拟为膜技术精制茶皂素的工业化提供参考。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

水酶法提取茶油后的皂素溶液由湖北工业大学膜技术研究所提供。实验用试剂均为分析纯。

H.H.S 11-2型电热恒温水浴锅，上海医疗器械五厂；旋转蒸发仪、索氏提取器，上海青浦沪西仪器厂；KQ-400DB型数控超声波清洗仪，昆山超声仪器有限公司；UV-400DB型紫外可见分光光度计，美国UNICO公司；BS224S型电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；微滤膜组件、纳滤膜组件，湖北工业大学膜技术研究所。

1.2 方法

膜技术精制茶皂素的工艺流程如下：水酶法提取茶油后的皂素溶液→微滤膜除杂→纳滤膜浓缩→烘干→茶皂素。

1.2.1 微滤膜除杂

以300 nm和150 nm的微滤膜为过滤介质，比较pH值1.5、5.5、13.0条件下的分离纯化效果。

1.2.2 纳滤膜浓缩

选用截留分子量为500 Da的纳滤膜对除杂后的物料进行浓缩。

1.2.3 干燥

纳滤浓缩液在55 ℃、常压条件下鼓风干燥，制得茶皂素。

1.3 检测方法

皂素含量采用SN/T 1852-2006[8]方法测定。

2 结果与讨论

2.1 微滤膜除杂结果

分别将水酶法提取茶油后的皂素溶液调pH值至1.5、5.5、13.0，采用300 nm和150 nm的微滤膜除杂，测定膜通量，结果见图1。

图1 微滤膜纯化效果

由图1a可知，pH值为1.5时，300 nm微滤膜开机后，膜通量随时间的延长缓慢衰减，在20 min内稳定在175.0 L·m-2·h-1以上，到50 min时衰减速率加快，85 min后膜通量衰减至95.3 L·m-2·h-1左右，平均膜通量为129.5 kg·m-2·h-1，浓缩倍数为5.72倍。150 nm微滤膜的膜通量变化与300 nm微滤膜基本一致，平均膜通量为109.3 kg·m-2·h-1，浓缩倍数为4.53倍。300 nm微滤膜的平均膜通量比150 nm微滤膜的大18.48%。

由图1b可知，pH值为5.5时，两种微滤膜开机后，随时间的延长膜通量衰减趋势较pH值1.5时明显，85 min后300 nm微滤膜的膜通量衰减至75.6 L·m-2·h-1左右，150 nm微滤膜的膜通量衰减至65.3 L·m-2·h-1左右。300 nm微滤膜的平均膜通量为119.9 kg·m-2·h-1，浓缩倍数为4.82倍；150 nm微滤膜的平均膜通量为99.3 kg·m-2·h-1，浓缩倍数为4.13倍。300 nm微滤膜的平均膜通量比150 nm微滤膜的大20.85%。

由图1c可知，pH值为13.0时，两种微滤膜开机后，膜通量明显低于pH值1.5时的膜通量。在40 min内，膜通量均随时间的延长而稳定衰减，300 nm微滤膜的膜通量在100 L·m-2·h-1以上，150 nm微滤膜的膜通量在90 L·m-2·h-1以上；50～85 min时，膜通量衰减较快，300 nm微滤膜的膜通量衰减至30.9 L·m-2·h-1左右，150 nm微滤膜的膜通量衰减至20.0 L·m-2·h-1左右。300 nm微滤膜的平均膜通量为89.9 kg·m-2·h-1，浓缩倍数为4.32倍；150 nm微滤膜的平均膜通量为78.3 kg·m-2·h-1，浓缩倍数为3.83倍。300 nm微滤膜的平均膜通量比150 nm微滤膜的大14.81%。

经微滤膜除杂后的皂素含量测定结果见表1。

表1 微滤膜除杂处理后的皂素含量/%

由表1可知，在pH值为1.5、5.5、13.0条件下，300 nm微滤膜的皂素纯度比150 nm微滤膜的皂素纯度分别高6.01%、10.00%、9.95%，损失率分别大5.00%、1.00%、0.91%。pH值为1.5时的损失率最大，可能是由于酸性条件下皂素溶解度下降而导致的；pH值为5.5时，有部分蛋白质位于等电点，蛋白质的沉降造成部分皂素的损失，但是絮凝成微小颗粒的蛋白质粒径较大，膜通量稳定；pH值为13.0时，蛋白质及皂素的溶解度均较大，膜污染较严重。因此，选择300 nm微滤膜在pH值为5.5的条件下，对水酶法提取茶油后的皂素溶液进行除杂处理，能够去除其中的蛋白质、糖类等杂质；固体杂质去除率高并截留了大部分大分子物质，而保留了绝大多数的茶皂素。

2.2 纳滤膜浓缩结果

将经300 nm微滤膜除杂后的滤液调pH值至5.5，用截留分子量为500 Da的纳滤膜对其进行浓缩，测定膜通量，结果见图2。

图2 纳滤膜纯化效果

由图2可以看出，膜通量随时间的延长缓慢衰减，50 min时，膜通量衰减至0.54 kg·min-1·支-1左右，平均膜通量为1.056 kg·min-1·支-1，浓缩倍数为4.88倍。

经纳滤膜浓缩后的皂素含量测定结果见表2。

表2 纳滤膜浓缩后的皂素含量

由表2可知，纳滤膜皂素截留率为87.3%，皂素损失率为13.7%，固含量截留率为72.4%。因此，采用截留分子量为500 Da的纳滤膜对除杂后的物料进行浓缩，能保留大部分的茶皂素，达到浓缩的效果。

2.3 干燥处理结果

纳滤浓缩液在55 ℃、常压下，经鼓风干燥，得到2.3 kg纯度为91.01%的淡黄粗茶皂素，色泽较浅，可在工业上广泛应用。

3 结论

在pH值5.5条件下采用孔径为300 nm的微滤膜进行除杂，皂素含量由2.84%提高到11.09%，损失率为9.12%；采用截留分子量为500 Da的纳滤膜对除杂后的物料进行浓缩，皂素含量由3.57%提高到15.30%，损失率为13.7%，能够保留大部分的茶皂素，达到浓缩的效果；常压、55 ℃条件下，鼓风干燥制得纯度为91.01%的茶皂素。膜技术精制得到的茶皂素离医药级要求还有一定差距，可进一步精制。

[1] 金继曙，都述虎.油茶籽饼抗真菌活性成分的研究[J].天然产物研究与开发，1993，5(2)：48-52.

[2] 柳荣祥，朱全芬，夏春华.茶叶皂素研究现状[J].茶叶，1995，21(3)：2-5.

[3] Murakami T，Nakamura J，Matsuda H，et al.Bioactive saponins and glycosides.ⅩⅤ.Saponin constituents with gastroprotective effect from the seeds of tea plant，CamelliasinensisL.var.assamicaPierre，cultivate in Sri Lanka：Structures of assamsaponins A，B，C，D，and E[J].Chem Pharm Bull(Tokyo)，1999，47(12)：1759-1764.

[4] 柳荣祥，朱全芬，夏春华.茶皂素生物活性应用研究进展及发展趋势[J].茶叶科学，1996，16(2)：81-86.

[5] 李升锋，尹国，刘学铭，等.浅谈茶皂素的开发应用[J].粮油食品科技，2004，12(2)：47-48.

[6] 姜忠义，吴洪.超滤技术在现代中药生产中的应用[J].化工进展，2002，21(2)：122-126.

[7] 沈敏.陶瓷膜澄清中药水提液过程中膜污染的研究[D].南京：南京工业大学，2002.

[8] SN/T 1852-2006，出口茶皂素中皂甙含量的测定[S].