生物法提取纯天然茶籽油联产茶皂素工艺研究

徐国念，吴 莎，万端极

（湖北工业大学膜技术研究所，湖北 武汉430068）

茶籽油，是从山茶科油茶树种子中获得的，是我国最古老的木本食用植物油之一，具有良好的功能作用，如改善血液循环、促进消化系统功能、增强内分泌系统功能、强化骨骼系统功能、预防癌症、防辐射、抗衰老及保护皮肤等［1］。茶皂素是从山茶科植物的种子中提取的皂素类糖苷化合物，是一种天然非离子型表面活性剂，具有良好的乳化、分散、发泡、湿润等功能，还具有消炎、镇痛、抗渗透等药理作用［2］。

目前茶籽油的生产工艺基本都是采用机械和热力学处理，其中机械处理对油籽细胞破坏程度有限，无论是压榨还是浸出，油路都不宽泛；而湿热处理又会使蛋白质、维生素E、维生素P等热敏性物质剧烈变性，影响油料中高附加值产品的综合利用。

作者以机械力加酶催化打破细胞壁和内质网膜，在水相环境中利用生物水解解除蛋白质被膜对油脂小颗粒的束缚，进而利用离心力，使释放到水相中的油脂聚集上浮而分离出来，得到纯天然精品茶籽油［3］。由于该技术对细胞结构的足够破坏和均匀分散，油脂提取率较机械压榨法更高，同时不使用有机溶剂，避免了潜在的安全危险。另外，由于整个加工过程在水相中完成，无高温，条件温和，减少了传统油脂精炼工艺中的水化脱胶、脱酸、高温脱嗅等过程，保证了油脂的纯天然风味和纯天然营养物质的活性。此外，分离油脂所得的水相经膜技术纯化浓缩，可得到高纯度的天然茶皂素。为纯天然茶籽油及茶皂素的研究探索了一条新途径。

1 实验

1．1 材料、试剂与仪器

油茶籽，采自江西宜春。

盐酸、氢氧化钾、乙醇、乙醚，Sigma化学试剂公司；碘、碘化钾、硫代硫酸钠，上海国药集团；其它试剂均为分析纯或生化专用试剂。

膜设备，湖北工业大学膜技术研究所；电子分析天平，上海奥豪斯公司；UV－755S型紫外可见分光光度计，上海棱光技术有限公司；旋转蒸发仪，郑州长城科工贸有限公司；PHS－4型精密pH酸度计，上海伟业仪器厂；三相离心机，上海安亭科学仪器厂。

1．2 方法

1．2．1 工艺流程油茶籽→脱壳→烘干→磨浆→酶解→三相离心三相离心油相→冬化→离心→天然茶籽油

三相离心水相→精制→超滤膜→透过液→纳滤膜→截留液→干燥→天然茶皂素

1．2．2 茶籽油的提取

以油茶籽为原料，脱壳得到茶籽仁，烘干，然后磨浆，添加碱性蛋白酶，在55℃、pH值8．5条件下酶解一定时间，经三相离心、冬化和离心分离得到茶籽油。其中酶解条件及终点判断以茶籽油的提取率确定。

1．2．3 膜技术除杂浓缩制备茶皂素

经过三相离心得到的水相组分复杂，必须进行除杂、分离纯化、浓缩，以减少后续干燥处理量，降低能耗，节约成本。将经过三相离心后的水相选择适宜的超滤膜除去其中的悬浮物颗粒、杂蛋白、纤维素等杂质，然后选择适宜的纳滤膜进行浓缩、脱盐。以分离效果、产品纯度及通量大小来确定膜的型号及操作条件。

1．2．4 分析检测

油脂含量测定：GB／T 5009．6－2003 第一法［4］；茶皂素纯度测定：重量法［5］。

2 结果与讨论

2．1 酶用量对提油率的影响

底物浓度为5%，酶解时间为3h，考察酶用量（占原料比，下同）对提油率的影响，结果见图1。

图1 酶用量对提油率的影响Fig．1 The effect of enzyme amount on oil extraction rate

由图1可知，随着酶用量的增加，提油率呈升高趋势并最终趋于稳定。当酶用量低于0．5%时，提油率升高显著；酶用量达到0．5%时，提油率达到95%；酶用量超过0．5%后，提油率升高不明显。因此，选择最佳酶用量为0．5%。

2．2 底物浓度对提油率的影响

酶用量为0．5%，酶解时间为3h，考察底物浓度对提油率的影响，结果见图2。

图2 底物浓度对提油率的影响Fig．2 The effect of substrate concentration on oil extraction rate

由图2可知，随着底物浓度的增大，提油率呈升高趋势。当底物浓度低于3%时，提油率升高显著；当底物浓度为4%时，提油率达到94%；当底物浓度大于4%时，提油率升高不明显。因此，选择最佳底物浓度为4%。

2．3 酶解时间对提油率的影响

底物浓度为4%，酶用量为0．5%，考察酶解时间对提油率的影响，结果见图3。

图3 酶解时间对提油率的影响Fig．3 The effect of enzymolysis time on oil extraction rate

由图3可知，随着酶解时间的延长，提油率呈升高趋势。酶解时间在2～4h时，提油率升高显著；酶解时间为4h时，提油率达到95%；当酶解时间超过4h后，提油率升高不明显。因此，选择最佳酶解时间为4h。

所得茶籽油产品，经检测，各项指标均符合国家标准。

2．4 一级膜除杂分离茶皂素

选择超滤膜作为一级膜除杂，超滤膜工作参数为：进口压力1．0MPa，出口压力0．85MPa，温度40℃，表面流速4．0m·s－1。将水相155L经过纤维素脂超滤膜处理。测定膜通量、浓缩液及透过液的体积和检测指标，结果见图4和表1。

图4 一级膜过程膜通量与时间的关系Fig．4 The relationship between membrane flux of first－stage and time

由图4可知，随着时间的延长，膜通量先升高后降低，然后趋于平缓；当时间超过70min后，超滤膜通量逐渐衰减。但在膜运行过程中，超滤膜通量衰减不显著，说明超滤膜材料具有较好的亲水性，膜对蛋白质的吸引力很小，同时物料透过膜所受阻力也较小，膜通量较大且运行稳定，可满足工业化生产的需要。

表1 一级膜除杂结果Tab．1The result of first－stage membrane for removing the impurities

由表1可知，经过一级膜除杂，水相达到了较高的浓缩倍数19．75，平均膜通量为124．5L·h－1·m－2，茶皂素纯度达到79%，虽有一定的损失，不过损失量较小，说明选择超滤膜作为一级膜除杂，达到了预期的效果。

2．5 二级膜浓缩纯化茶皂素

选择纳滤膜作为二级膜浓缩，纳滤膜工作参数为：进口压力2．0MPa，出口压力1．8MPa，温度35℃，表面流速4．0m·s－1。将透过液50L经过聚偏二氟乙烯纳滤膜处理。测定膜通量、浓缩液及透过液的体积和检测指标，结果见图5和表2。

图5 二级膜过程膜通量与时间的关系Fig．5 The relationship between membrane flux of second－stage and time

表2 二级膜浓缩结果Tab．2 The result of second－stage membrane for enrichment

由图5可知，在二级膜运行过程中，膜通量随时间的延长逐渐衰减，但运行稳定，没有出现拐点即快速衰减或突然无通量的情况，可满足工业化生产的需要。

由表2可知，经过二级膜浓缩，一级膜透过液的浓缩倍数为9．8，平均膜通量为77．3L·h－1·m－2，茶皂素纯度高达90%，说明选择纳滤膜作为二级膜浓缩效果理想。

3 结论

选择碱性蛋白酶对油茶籽仁进行酶解，酶用量（占原料比）为0．5%、底物浓度为4%、酶解时间为4h，经三相离心，茶籽油的提取率高达95%，所得产品属于纯天然高级健康食用植物油，各项指标均符合国家标准。通过一级膜除杂、二级膜浓缩可制得具有高生物活性的天然茶皂素，且纯度高达90%。表明生物法提取纯天然茶籽油、膜分离技术联产茶皂素是完全可行的，为纯天然茶籽油及茶皂素的研究提供了一条新途径。

［1］庄瑞林．中国油茶（第二版）［M］．北京：中国林业出版社，2008：1－14．

［2］张星海，杨贤强．茶皂素性质及应用研究近况［J］．福建茶叶，2003，（2）：17－19．

［3］曾祥基．水酶法制油工艺研究［J］．成都大学学报（自然科学版），1996，15（1）：1－17．

［4］GB／T 5009．6—2003，食品中脂肪的测定［S］．

［5］刘红梅，周新跃，周建平，等．油茶皂素定量分析的研究［J］．生命科学仪器，2008，6（10）：13－16．