正丁醇萃取茶皂素的研究

李 祥， 曹江绒， 种亚莉

(1.陕西科技大学 化学与化工学院， 陕西 西安 710021； 2.北京弘祥隆生物科技股份有限公司, 北京 100085)

0 引言

茶籽经榨油处理后得到的残余物被称为茶籽粕，茶籽粕中含有一定量的茶皂素[1]，茶皂素是一种五环三萜类皂苷，其基本结构由皂苷元、糖体、有机酸组成[2,3].茶皂素是一种性能优良的非离子天然表面活性剂，具有良好的乳化、分散、湿润、发泡、稳泡以及去污等表面活性[4,5]，同时还具有抗渗、消炎、抗氧化、杀菌、抗高血压、抗渗透和抑制酒精吸收等生物活性[6,7].所以，茶皂素可用来制造各种类型的洗涤剂、化妆品、泡沫剂、乳化剂、杀虫剂和其他药剂[8,9].

陈秋平[10]等以75 v/v乙醇萃取茶籽粕所得的粗品茶皂素为原料，以正丁醇和丙酮为纯化剂，研究纯化剂对粗品茶皂素纯化效果的影响，结果表明，丙酮纯化茶皂素的产率较低，对环境污染大，并且价格也较正丁醇高.曾韬等[11]以95 v/v乙醇浸提茶籽粕所得的粗茶皂素为原料，用适量热水稀释，最后用正丁醇转萃，得到提取率≥12%，纯度为85%的茶皂素.刘红梅等[12]用沉淀法制取茶皂素，先将浸提液用氧化钙沉淀，沉淀率为87.88%，再用碳酸氢铵作为皂素释放剂，释放率为71.36%，此法得到的精制茶皂素得率和纯度都相对较低.王金元[13]等采用AB-8大孔树脂对油茶皂素进行分离纯化，纯化后油茶皂素的纯度为88.5%.

本文以茶皂素粗品为原料，以茶皂素回收率为评价指标，以水饱和正丁醇为纯化剂，在单因素试验的基础上，采用正交试验法，系统研究水饱和正丁醇对茶皂素转溶效果的影响，并确定了最佳转溶条件，得到了纯度≥97%、回收率≥54.25%的乳白色的茶皂素，达到了提高茶皂素纯度及回收率，降低茶皂素纯化成本的目的.该萃取茶皂素的方法国内鲜见报道.

1 材料与方法

1.1 原料

自制茶皂素粗品.

1.2 试剂与主要仪器

茶皂素标准品，购于西安依科生物技术有限公司；无水乙醇、正丁醇、冰醋酸、香草醛、浓硫酸、碳酸氢钠均为分析纯，购于西安化学试剂公司.

7230G型可见分光光度计(购于上海精密科学仪器有限公司)，HH-2型数显恒温水浴锅(购于国华电器有限公司)， DZF-6050型真空干燥箱(购于上海一恒科学仪器有限公司)，R201L型旋转蒸发仪(购于上海申生科技有限公司)，PB-20型pH计(购于北京赛多利斯有限公司).

1.3 试验方法

1.3.1 茶皂素含量的测定

称取8.3 mg自制纯品茶皂素，溶解于10 mL 70%甲醇中，定容.用浓硫酸-香草醛[14,15]显色法显色，在550 nm波长下测吸光度，代入其回归方程A=8.091 8C+0.062 6(R2=0.998 9)，计算茶皂素的浓度，分别按式1、式2计算茶皂素的纯度和回收率.

(1)

(2)

式中：C-茶皂素的纯度(%)；c-由回归方程计算出的样品溶液中的浓度(mg/mL)；x-溶液的稀释倍数；v-溶液的体积(mL)；Y-茶皂素的回收率(%)；M1-测吸光度称取的茶皂素纯品的量(mg)；M2-茶皂素回收纯品的量(mg)；M3-所称茶皂素粗品的量(mg).

1.3.2 茶皂素的萃取工艺

称取自制茶皂素粗品，用热水配制成一定浓度的液体，用萃取剂进行萃取，在不同的萃取剂、萃取剂用量、pH、粗品质量分数、萃取次数等条件下进行萃取之后得清液.将清液在真空度为0.09 MPa，温度为70 ℃下浓缩至膏状，之后放入烘箱中烘干至恒重得茶皂素纯品.

1.3.3 正交优化试验

根据单因素的试验结果，选择萃取剂用量(A)、pH(B)、粗品质量分数(C)、萃取次数(D)作为考察因素，采用四因素三水平法设计正交试验，以进一步优化萃取条件.因素水平表见1.

表1 因素和水平

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 萃取剂的选择

称取2份粗品茶皂素，编号1，2.用10 mL热水溶解，分别调节pH值为5，待冷却后，1号加入30 mL的正丁醇，2号加入30 mL的水饱和正丁醇溶液，萃取两次，考察不同萃取剂对茶皂素回收率的影响，结果如图1.

图1 萃取剂的选择

由图1可知，用水饱和正丁醇萃取茶皂素得率明显高于用正丁醇萃取茶皂素得率.这是由于正丁醇和水是微溶关系，而用正丁醇作为提取剂的时候往往涉及到分液，这样会产生大量乳化层，难以分层，而用水饱和正丁醇以后乳化层会大大减少，水饱和的正丁醇溶液增加了正丁醇的溶解度，适用于深度萃取，因此选用水饱和正丁醇溶液作为萃取剂.

2.1.2 水饱和正丁醇用量对茶皂素回收率的影响

称取6份粗品茶皂素，用10 mL热水溶解，配成质量分数为10%的茶皂素溶液，调节pH值为5，冷却待用，分别加入10 mL、20 mL、30 mL、40 mL、50 mL、60 mL的水饱和正丁醇溶液，振摇5 min，萃取1 h，萃取两次，考察水饱和正丁醇溶液用量对茶皂素回收率的影响，结果如图2.

图2 水饱和正丁醇用量对 茶皂素回收率的影响

由图2可知，随着水饱和正丁醇用量的增加，茶皂素回收率也随之急剧增加，当水饱和正丁醇用量达到30 mL时，之后再增加萃取剂用量，茶皂素回收率并没有较大变化，从节约成本考虑，宜选用30 mL的水饱和正丁醇较为合适.

2.1.3 pH值对茶皂素回收率的影响

称取6份粗品茶皂素，用10 mL热水溶解，配成质量分数为10%的茶皂素溶液，调节PH值分别为4、5、6、7、8、9左右，冷却待用，再加入30 mL的水饱和正丁醇溶液，振摇5 min，萃取1 h，萃取两次，考察pH值对茶皂素回收率的影响，结果如图3.

图3 pH对茶皂素回收率的影响

由图3可知，pH值在4到5时，茶皂素回收率不断增加，从5之后，其回收率不断减小，这种现象表明当pH值为5时，茶皂素回收率达到最大值.原因可能是由于茶皂素易溶于碱性溶液，使得萃取时更难将茶皂素从水溶液中萃取出来，因此，较适宜的pH值为5.

2.1.4 萃取次数对茶皂素回收率的影响

称取5份粗品茶皂素，用10 mL热水溶解，配成质量分数为10%的茶皂素溶液，调节PH值为5，冷却待用，加入30 mL的水饱和正丁醇溶液，振摇5 min，萃取1 h，考察萃取次数对茶皂素回收的影响，结果如图4.

图4 萃取次数对茶皂素回收率的影响

由图4可知，在茶皂素经水饱和正丁醇萃取一次时，茶皂素回收率很低，随后不断增加萃取次数，茶皂素回收率不断加大，但考虑到增加萃取次数会造成资源浪费、耗能过大、浪费溶剂等因素，合理考虑之后，选取萃取次数为3.

2.1.5 粗品质量分数对茶皂素回收率的影响

称取6份粗品茶皂素，用10 mL热水溶解，分别配成质量分数为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%的茶皂素溶液，调节pH值为5，冷却待用，加入30 mL的水饱和正丁醇溶液，振摇5 min，萃取1 h，萃取两次，考察粗品质量分数对茶皂素回收率的影响，结果如图5.

图5 粗品质量分数对茶皂素回收率的影响

由图5可知，质量分数从5%开始，一直持续增加，到粗品质量分数为25%时，茶皂素回收率达到最大.此时再增加质量分数，回收率随之下降，说明 30 mL的水饱和正丁醇从粗品中萃取已达到最大值，故选取粗品质量分数为25%.

2.2 正交优化萃取工艺

根据单因素的试验结果，和所设计的四因素三水平表，得到L9(43)9组试验，试验结果见表2.

表2 正交试验结果

由表2试验结果可知，所选取的四个因素水饱和正丁醇用量(A)、pH(B)、粗品质量分数(C)、萃取次数(D)对茶皂素回收率的影响次序是D>B>C>A，即萃取次数>pH>粗品质量分数>水饱和正丁醇用量.所以最佳的萃取优化工艺条件为A3B1C1D3，即：水饱和正丁醇用量为35 mL，pH为4，粗品质量分数为20%，萃取次数为3.

2.3 验证试验

采用上述优化出的工艺参数进行萃取试验，在水饱和正丁醇用量为35 mL，pH值为4，粗品质量分数为20%，萃取次数为3，进行3组平行的验证试验.测得茶皂素平均回收率为54.25%，纯度为97%，优于各组正交试验.

3 结论

本试验以实验室所研制的茶皂素粗品为原料，以水饱和正丁醇为纯化剂，以茶皂素回收率为评价指标，系统研究了各个单因素对茶皂素回收率的影响，采用正交试验法优化转萃得出最佳工艺条件，当水饱和正丁醇用量为35 mL，pH为4，粗品质量分数为20%，萃取次数为3时，将3次的滤液合并，旋转蒸发，烘干后得纯度为97%乳白色茶皂素产品.

本试验用水饱和正丁醇纯化粗品茶皂素可有效去除杂质和色素，该工艺流程简单，成本较低，茶皂素纯度、回收率高，为低成本下工业化生产纯度较高的茶皂素奠定了基础.

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