水酶法提取茶叶籽油及副产物茶皂素工艺研究

王晓琴

水酶法提取茶叶籽油及副产物茶皂素工艺研究

王晓琴

(华侨大学化工学院，厦门 361021)

我国茶叶籽资源丰富但开发利用极为有限，采用纤维素酶开展茶叶籽油水酶法提取工艺研究，并对提取废弃液中茶皂素溶出率进行了测定。结果表明各因素对出油率影响次序为酶用量＞料液比＞酶解温度＞酶解时间且均达极显著水平，最佳工艺条件为酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解温度60℃、酶解时间3．5 h，验证试验中茶叶籽出油率为23．8%;废弃液中的茶皂素溶出率最高可达6．8%。以上结果为茶叶籽油提取开发提供了基础资料及理论依据。

茶叶籽油 茶皂素 纤维素酶 水酶法

我国作为产茶大国茶树种植面积达1 600万亩，保守估计每年茶叶籽产量80万吨［1－2］，如此丰富茶叶籽资源尚未广泛开发利用，这在产茶大省福建境内表现尤为突出，绝大部分茶叶籽废弃田间自生自灭。茶叶籽含油量约30%，油脂组成与橄榄油类似具有较高的营养价值，且茶皂素质量分数达10%左右［3－4］，其开发利用将大力促进茶区经济的进一步发展。水酶法是一种较为先进的油脂提取技术，可利用酶降解纤维素、果胶等植物细胞壁组成部分帮助油脂释放，处理条件温和，避免高温处理导致食用油苯并芘等间接致癌物超标可能等问题，具有“安全、高效、绿色”等特点，在菜籽、玉米胚芽、玫瑰果、向日葵、油茶等不同油料作物开发上均见研究报道［5－9］。本研究采用水酶法开展茶叶籽油提取工艺研究，并同时对提取工艺副产物茶皂素溶出率进行测定，旨在为茶叶籽的综合开发提供基础数据及理论指导。

1 材料与方法

1．1 材料与仪器

铁观音茶叶籽(粗脂肪30．2%、蛋白质11．2%、茶皂素10．9%、灰分 3．4%、水分 5．8%):安溪茶叶科学研究所。

纤维素酶:北京索莱宝科技有限公司;无水乙醚、硫酸:国际集团化学试剂有限公司;无水乙醇:北京宗荣宝科技有限公司;香兰素、香草醛:阿拉丁公司。

DF－I集热式磁力搅拌器:江苏省荣华仪器制造有限公司;RE52CS旋蒸蒸发器:上海亚荣生化仪器厂;SHZ－D(Ⅲ)循环水式真空泵:上海贺德实验设备有限公司;V－1200型可见分光光度计:上海美谱达仪器有限公司。

1．2 试验方法

1．2．1 提取工艺流程

出油率测定:出油率=油样质量/茶籽粉质量(10 g)×100%

茶皂素溶出率测定:采用浓硫酸－香草醛法［9］测定废弃液中茶皂素浓度。

茶皂素溶出率=茶皂素浓度×废弃液体积/茶籽粉质量(10 g)×100%

1．2．1 单因素试验

1．2．1．1 酶用量对出油率及茶皂素溶出率的影响

在料液比为1∶4(g∶mL)、酶解温度为55℃条件下酶解 2．5 h，考察酶用量 6、24、42、60、78 U/g(茶叶籽粉)对出油率的影响，同时对提取工艺副产物茶皂素溶出率进行测定。

1．2．1．2 料液比对出油率及茶皂素溶出率的影响

在酶用量42 U/g、酶解温度为55℃条件下酶解2．5 h，考察料液比 1∶2、1∶3、1∶4、1∶5 及 1∶6 对出油率的影响，同时对提取工艺副产物茶皂素溶出率进行测定。

1．2．1．3 酶解温度对出油率及茶皂素溶出率的影响

在酶用量42 U/g、料液比为1∶4酶解2．5 h条件下，考察酶解温度45、50、55、60及65℃对出油率的影响，同时对提取工艺副产物茶皂素溶出率进行测定。

1．2．1．4 酶解时间对出油率及茶皂素溶出率的影响

在酶用量42 U/g、料液比为1∶4、酶解温度为55 ℃条件下，考察酶解时间 0．5、1．5、2．5、3．5 及4．5 h对出油率的影响，同时对提取工艺副产物茶皂素溶出率进行测定。

1．2．2 正交试验设计

根据单因素试验结果，开展L9(34)正交试验。以出油率为试验指标，设置4因素3水平试验。每个试验组合重复3次，结果取其平均值。

表1 正交试验设计因素和水平表

2 结果与分析

2．1 酶用量对出油率及茶皂素溶出率的影响

酶用量对出油率及茶皂素溶出率的影响见图1。当酶用量由6 U/g增至60 U/g，纤维素酶对细胞壁中的纤维素降解更为充分，从细胞中释放的油脂和茶皂素逐渐增多，茶皂素对于油脂提取具有两方面的影响，一方面可减低料液黏度，利于油脂提取;同时皂素与脂肪形成胶束，形成乳浊液难以分离［11］。图1表明10 g茶籽粉中加入600 U酶，即酶用量为60 U/g时出油率最高达22．3%，而再继续增加酶用量茶皂素溶出率继续增加而出油量下降。这可能由于上述茶皂素的双向作用，其中机理尚待进一步研究。

图1 酶用量对出油率及茶皂素溶出率的影响

2．2 酶解温度对出油率和茶皂素溶出率的影响

随着酶解温度不断升高，纤维素酶酶活不断增强，当酶解温度升至60℃酶用量仅为42 U/g出油率也高达22．3%，当温度升至65℃酶活下降出油率随之降低(图2)。可能由于随着温度升高茶皂素在水中的溶解度不断增大，其溶出率随着温度升高不断增大。由图2可见，酶解温度60℃为茶叶籽油提取工艺的最适温度。

图2 酶解温度对出油率和茶皂素溶出率的影响

2．3 料液比对出油率和茶皂素溶出率的影响

料液比为1∶2至1∶5之间出油率和茶皂素溶出率随着料液比增大而增加，当料液比为1∶6时出油率下降而茶皂素溶出率继续上升(图3)。这可能由于随着料液比增大酶浓度在料浆中减小而影响了油脂的提取，而茶皂素随着料液比增加溶解度不断增大，同时与油脂作用影响后者提取。图3表明茶叶籽油提取工艺的最佳料液比为1∶5。

图3 料液比对出油率和茶皂素溶出率的影响

2．4 酶解时间对出油率和茶皂素溶出率的影响

酶解时间对出油率和茶皂素溶出率影响如图4所示。随着酶解时间的延长出油率和茶皂素溶出率不断增大，当酶解时间为3．5 h出油率最大，继续延长1 h出油率下降而茶皂素溶出率继续增加至6．8%，在茶籽油提取工艺中副产物茶皂素溶出率均小于其在茶叶籽含量(约10%)，在提油工艺中不可同时兼顾茶皂素最佳工艺条件，酶解3．5 h是茶叶籽油提取工艺中最适处理时间(图4)。

图4 酶解时间对出油率和茶皂素溶出率的影响

2．5 正交试验

正交试验结果极差和方差分析表明，对出油率各因素影响次序为A酶用量＞C料液比＞B酶解温度＞D酶解时间，均极显著影响出油率，茶叶籽油提取工艺最优组合为A2B2C2D2，即酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解温度 60 ℃、酶解时间 3．5 h(表 2，表3)。在此条件下开展3次重复验证试验，出油率分别为 23．6%、23．8%及 23．9%，平均值为 23．8%，高于正交试验结果中最高值22．7%，支持A2B2C2D2为最优工艺条件筛选结论。

表2 正交试验结果及极差分析

正交试验同时测定了茶皂素溶出率，极差分析表明最优组合出现在正交设计中，即A1B3C3D3，茶皂素溶出率为6．7%，低于单因素试验结果6．8%。因本研究旨在研究茶叶籽油的提取工艺，所以茶皂素正交试验结果在此略去。

表3 正交试验结果方差分析

3 结论

以铁观音茶籽为材料，采用纤维素酶开展茶叶籽油水酶法提取工艺研究，并探索了副产物茶皂素的得率，结果表明采用纤维素酶开展茶叶籽油水酶法提取，最佳工艺条件为酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解温度60℃、酶解时间3．5 h，茶叶籽出油率为23．8%。另外提取废弃液中可同时回收茶皂素，溶出率最高可达6．8%，表明水酶法在茶叶籽综合开发上具有技术优势，同时提取油脂和茶皂素具有广阔的应用前景。

志谢:马英、彭婷等同学参加了本研究试验工作，在此一并志谢!

［1］曾益坤．茶叶籽制油及综合开发利用［J］．中国油脂，2006，31(1):69－71

［2］黄群，麻成金，余佶．茶叶籽油溶剂浸提及精炼研究［J］中国粮油学报，2008，23(6):131－136

［3］张伟敏，魏静，钟耕茶．茶叶籽与其他油料作物油脂理化与功能性质的比较［J］．中国食品添加剂，2007，30(2):145－149

［4］Guo Hua，Zhou Jianping，Luo Junwu．Determination of the composition of fatty acids from tea seed oil．Journal of Zhejiang University(Agric．＆Life Sci．)，2010，36(2):212－220

［5］章绍兵，王璋．水酶法提取菜籽乳化油的工艺研究［J］．农业工程学报，2006，22(11):250－253

［6］王素梅．玉米胚芽酶法提油工艺及其机理研究［D］．无锡:江南大学，2003

［7］Szentmihalv I K，Vinkler P，Lakatosb L，et al．Rose hip(Rosa canina L．)oil obtained from waste hipseeds by different extraction methods［J］．Bioresource Tech－nology，2002，82:195－201

［8］王超，方柔，仲山民，等．水酶法提取山茶油的工艺研究［J］．食品工业科技，2006，22(11):267－270

［9］迟晓星，赵东星．水酶法提取葵花籽油的研究［J］．中国粮油学报，2010，25(2):71－74

［10］傅春玲，洪奇华．阮辉，等．茶皂素定蕈测定方法的研究［J］．杭州大学学报，1997，7，24(3):239－241

［11］郭华．高档茶籽油的提取及茶籽综合利用技术研究［D］．长沙:湖南农业大学，2007．

Study on Aqueous Enzymatic Extraction of Tea－seed Oil and Tea Saponin

Wang Xiaoqin
(Huaqiao University，Xiamen 361021)

The resource of tea seeds is abundant but has not been developed and utilized widely in our country．In this paper，the research of aqueous enzymatic extraction of tea－seed oil was performed with cellulase and the leaching rate of tea saponin extracted from waste solution was determined as well．The results showed that the optimum extraction parameters were cellulase dose 60 U/g，solid/liquid 1∶5，extraction temperature 60℃ and extraction time 3．5 h and the influence sequence was cellulase dose＞solid/liquid ratio＞enzymolysis temperature＞enzymolysis time．Under the conditions above，the oil yield ratio reached 23．8%and the maximum leaching rate of tea saponin in waste solution was up to 6．8%．The above results provided basic information and theoretical reference for extraction and development of tea seed oil．

tea－seed oil，tea saponin，cellulase，aqueous enzymatic extraction

TS225．1

A

1003－0174(2011)11－0076－04

泉州市科技计划(2010N9)

2011－02－08

王晓琴，女，1977年出生，讲师，博士，植物活性成分开发