龙眼茶茶粕中茶皂素提取工艺的研究

游瑞云，郑珊瑜，陈榕，张仁堃，卢玉栋

(1.福建师范大学 材料科学与工程学院，福建 福州 350007;2.福建师范大学 化学与化工学院，福建 福州 350007;3.福建胜华农业科技发展有限公司，福建 福州 350007)

龙眼茶不仅具有果皮薄、出籽率高、含油率也高的优点，而且抗炭疽病和抗风力也比较强，并能相对稳定地遗传给后代，因此得到了广泛的引种栽培，目前龙眼茶主要分布在福建省的戴云山、鹫峰山区域间的广大低山、丘陵地区［1］。

茶粕是油茶籽经压榨提取茶油后的残渣，其中含有茶油、茶皂素、蛋白质等各种具有利用价值的有效成分。近年来，开展了茶粕多糖［2］、蛋白质［3］、多肽［4］、菌体蛋白饲料［5-6］、茶皂素提取［7］等方面的研究。

为了更好地提高龙眼茶种植效益，本文利用龙眼茶茶粕为原料提取茶皂素。茶皂素是一种性能优良的非离子表面活性剂，广泛应用于日化、建材、纺织、农药以及一些其它领域，其经济价值较高［8］。茶皂素易溶于水和醇类溶剂，但水会使大量的淀粉糊化、蛋白质胶体化，从而使提取工艺中的固液分离困难;超声波是物质介质中的一种弹性机械波，目前已广泛应用于植物中活性成分的提取，本文主要研究超声波辅助乙醇提取茶皂素的最佳工艺。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

龙眼茶茶粕，由福建省胜华农业科技有限公司提供;无水乙醇、丙酮、HCl、NaOH、正己烷、无水乙醇均为化学纯。

HH-2 数显恒温水浴锅;AN0221 型分析天平;SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵;101-1AB 型电热鼓风干燥箱;索氏脂肪抽提器;R-201 旋转蒸发器;TU-1900 双光束紫外可见分光光度计;KQ2200B 型超声波清洗器;FZ102 微型植物试样粉碎机。

1.2 实验方法

1.2.1 龙眼茶茶粕基本组成成分测定

1.2.1.1 水分含量测定 105 ℃恒重法，参考《粮食、油料检验水分测定法》(GB 5497—85)。

1.2.1.2 灰分含量测定 灼烧重量法，参考《粮食、油料检验灰分测定法》(GB 5505—85)。

1.2.1.3 粗蛋白含量的测定 用微量凯氏法，参考《粮食、油料检验粗蛋白测定法》(GB 5511—85)。

1.2.1.4 粗纤维含量的测定 用水解重量法，参考《粮食、油料检验粗纤维测定法》(GB 5515—85)。

1.2.1.5 粗脂肪含量测定 用索氏提取法，参考《粮食、油料检验粗脂肪测定法》(GB 5512—85)。1.2.1.6 糖类含量的测定 直接滴定法。

1.2.1.7 茶皂素含量的测定 精确称取龙眼茶茶粕10 g，置索氏抽提器中，石油醚60 ℃回流4 h 脱脂后，烘干，然后用80%乙醇80 ℃回流5 h，直至回流液无色，在滤液中加入20 mL 浓盐酸，加热回流1 h后常压过滤得到沉淀，最后将沉淀用热水洗涤呈中性后于105 ℃烘箱中烘至恒重，用电子天平精确称量，得沉淀重。根据下面公式计算茶皂素的含量:

茶皂素=沉淀重/(0.492 1 ×10)×100%。

1.2.2 龙眼茶茶粕中茶皂素的提取 称取经粉碎的脱脂油茶籽饼粕30 g 于250 mL 三口烧瓶中，加入一定量浓度的乙醇溶液浸提，过滤得到的滤液经旋转蒸发仪加热浓缩，最后在70 ℃烘箱中干燥得到粗茶皂素。脱脂茶籽粕提取茶皂素流程如下。

茶皂素得率=茶皂素质量×茶皂素的纯度/干燥茶籽饼粕×100%。

在浸提时，分别对乙醇浓度A(0%，25%，50%，65%，75%，85%，95%)，浸提时间B(0.5，1，1.5，2，2.5 h)，浸提剂乙醇用量即料液比C(1∶2，1∶3，1∶4，1∶5)，浸提温度D(60，70，80，90 ℃)作为单一变量，确定茶皂素提取的最佳条件。

1.2.3 超声波辅助乙醇法制茶皂素 称取经粉碎的脱脂油茶籽饼粕30 g，用75%乙醇溶液120 mL在超声波辅助下浸提，过滤得到的滤液经旋转蒸发仪加热浓缩，最后在70 ℃烘箱中干燥得到粗茶皂素。

1.2.4 茶皂素的定量分析 用电子天平称取茶皂素2 g 左右，放入100 mL 烧杯中，加入40 mL 沸水使之溶解。趁热常压过滤，用沸水洗涤3 次，每次约10 mL，然后在滤液中加入20 mL 浓盐酸，加热回流1 h后常压过滤得到沉淀，最后将沉淀用热水洗涤呈中性后于105 ℃烘箱中烘至恒重，用电子天平精确称量，得沉淀重。根据下面公式计算茶皂素的纯度:茶皂素纯度=沉淀重/(0.492 1×样品重)×100%。

2 结果与讨论

2.1 龙眼茶茶粕基本成分

表1 列出了龙眼茶茶粕的基本成分。

表1 龙眼茶茶粕基本成分Table 1 Components of Camellia Meiocarpa seed cake

由表1 可知，龙眼茶茶粕中茶皂素含量达到13.4%，粗脂肪含量占到2.3%，本项目以提取残油后的龙眼茶茶粕为原料提取茶皂素。

2.2 浸提温度对茶皂素得率的影响

为了考察浸提温度对茶皂素得率的影响，保持乙醇浓度75%，料液比1∶4，浸提时间2 h 的条件下，分别利用不同的浸提温度对茶籽饼粕进行茶皂素提取，结果见表2。

表2 浸提温度对茶皂素得率的影响Table 2 Effect of extraction temperature on the yield of tea saponin

溶质在溶剂中的溶解度一般都是随着温度的升高而增大，当温度升高时，浸取液的溶质浓度会增加，同时由于温度的上升会导致溶液的粘度下降，扩散系数增大，从而促使浸取速度增快。由表2 可知，随着温度的升高，茶皂素的得率与质量不断升高，当浸提温度为80，90 ℃时，茶皂素得率分别为12.7%，12.8%;当温度为90 ℃时，虽然茶皂素的得率最高，但茶皂素的纯度有所下降，这是因为温度过高，溶液粘性增大，茶粕中的蛋白、单宁等也容易浸出，所以80 ℃为茶皂素的最佳浸提温度。

2.3 浸提时间对茶皂素得率的影响

为了考察浸提时间对茶皂素得率的影响，保持乙醇浓度75%，浸提温度80 ℃，料液比1∶4 的条件下，分别测定了不同浸提时间后茶皂素的得率，结果见表3。

表3 浸提时间对茶皂素得率的影响Table 3 Effect of time on the yield of tea saponin

由表3 可知，随着时间的增加，茶皂素的得率增加。当提取时间达到2 h 时，茶皂素的提取基本完成，茶皂素的得率为12.7%，其后随着时间的延长，茶皂素的质量虽然增大，但得率基本不变，这是因为达到一定时间后，液体主体溶质浓度增加，传质动力减少，浸取速度下降，大部分的茶皂素都已经浸提出来，之后浸出的是淀粉等其他杂质，从而造成纯度下降，因此，选择2 h 为浸提的最佳时间。

2.4 料液比对茶皂素得率的影响

为了考察不同料液比对茶皂素得率的影响，保持乙醇浓度75%，浸提温度80 ℃，浸提时间2 h 的条件下，分别用1∶2，1∶3，1∶4，1∶5，1∶6 的料液比对茶籽饼粕进行茶皂素提取，结果见表4。

表4 料液比对茶皂素得率的影响Table 4 Effect of liquid-solid ratio on the yield of tea saponin

由表4 可知，茶皂素的得率随着溶剂量的增加而不断增大，最后趋于稳定，茶皂素的质量呈不断上升的趋势。但料液比从1∶3 增加至1∶4 时，茶皂素的得率迅速增加，进一步增加料液比，茶皂素得率增加不明显。因此提高料液比会加快浸取的速度，提高茶皂素的得率，但料液比继续增加时，茶皂素的纯度反而下降，因此要选择合适的料液比为1∶4。

2.5 乙醇浓度对茶皂素得率的影响

为了考察乙醇浓度对茶皂素得率的影响，保持浸提温度80 ℃，料液比1∶4，浸提时间2 h 的条件下，分别利用0%，25%，50%，65%，75%，85%，95%浓度的乙醇对茶籽饼粕进行茶皂素提取，结果见表5。

表5 乙醇浓度对茶皂素得率的影响Table 5 Effect of ethanol concentraction on the yield of tea saponin

由表5 可知，随着乙醇浓度的不断提高，茶皂素得率呈先上升后下降的趋势，利用75%的乙醇浓度对茶籽饼粕提取茶皂素，得率达到最高，为12.7%。这说明一定浓度乙醇溶液提取茶皂素的效果要好于纯水、低浓度或高浓度乙醇溶液，因为茶粕中含有蛋白质、淀粉、可溶性多糖等杂质，这些杂质在水中容易被浸出，造成溶液浓度增加，形成溶液的粘度增加，影响了茶皂素的得率。一定乙醇浓度可以减少大量杂质的浸出，提高茶皂素的得率，而随着乙醇浓度的不断增加会使茶皂素的得率下降，这是因为乙醇浓度的提高会加快蛋白质果胶等物质的凝固，阻止反应继续进行，且茶皂素不溶于无水乙醇。

2.6 超声波浸提时间对茶皂素得率的影响

为了考察不同超声波辅助浸提时间对茶皂素得率的影响，保持超声波清洗器的超声频率为40 kHz，超声功率为300 W，乙醇浓度为75%，料液比为1∶4，溶液的温度保持在80 ℃条件下，分别利用不同超声波提取时间对茶籽饼粕进行茶皂素提取，结果见表6。

由表6 可知，随着超声时间的增加，茶皂素的质量与得率均随之提高，当超声时间达到50 min 时，茶皂素得率达到最高，为12.8%。而当提取时间进一步增加时，茶皂素的得率并没有提高。由于茶籽饼粕颗粒内部茶皂素的溶解和扩散均需要一定的时间，所以延长超声波作用时间，有利于提取完全。但是随着提取时间的延长，茶皂素的质量进一步增加，但得率不会继续提高，因此造成茶皂素纯度下降。

表6 超声波提取时间对茶皂素得率的影响Table 6 Effect of ultrasonic extraction time on the yield of tea saponin

2.7 超声波功率对茶皂素得率的影响

在料液比1∶4，超声浸提时间50 min，浸提温度80 ℃的条件下，选择了100，200，300，400，500，600 W六个超声功率来实验，考察超声功率对茶皂素含量及得率的影响，结果见表7。

表7 超声波功率对茶皂素得率的影响Table 7 Effect of ultrasonic power on the yield of tea saponin

由表7 可知，随着超声功率的提高，所得茶皂素的含量及得率均有所提高，但幅度不大，功率达到500 W 时茶皂素的质量及得率基本达到最大。功率再增大，茶皂素质量进一步增加，但纯度反而略有降低，其原因可能是对于一定频率和一定发生面的超声波来说，功率增大，声强随着增大。单位时间内超声产生的空化事件增多，从而有利于茶皂素的提取。但是不能无限制的增大超声功率，太高的声强产生的大量空泡通过反射声波可能减少能量的传递，并且与声强的增加呈非线性关系，也不利于茶皂素的提取。

3 结论

(1)龙眼茶茶粕中提取茶皂素的最佳工艺条件:浸提时间为2 h，乙醇浓度为75%，料液比为1∶4，提取溶液温度为80 ℃。

(2)超声波辅助乙醇法提取茶皂素降低了能耗，同时提高了茶皂素的质量和茶皂素的得率，较佳提取工艺参数为:超声频率为40 kHz，超声功率为500 W，浸提时间为50 min，乙醇浓度为75%，料液比为1∶4，提取溶液温度为80 ℃。

(3)利用超声波辅助乙醇法提取茶皂素的得率为12.9%，茶皂素纯度为65.6%。

［1］ 熊年康，郭江，陈祥平，等. 油茶优良农家品种龙眼茶的丰产性状研究［J］. 福建林业科技，1987，54(2):29-36.

［2］ 刘小如，张丽美，胡蒋宁，等. 油茶粕多糖的分级纯化及结构研究［J］.食品科学，2013，23:96-102.

［3］ 张新昌.油茶粕蛋白的分离纯化及功能特性研究［D］.长沙:中南林业科技大学，2013.

［4］ 龚吉军.油茶粕多肽的制备及其生物活性研究［D］.长沙:中南林业科技大学，2011.

［5］ 邓桂兰.混合菌发酵油茶粕生产菌体蛋白饲料的研究［J］.粮食与饲料工业，2008(6):30-32.

［6］ 马力，陈永忠，彭邵锋，等. 油茶粕最优培养基及混菌生产蛋白饲料的研究［J］. 中南林业科技大学学报，2013，10:34-37.

［7］ 刘尧刚，胡健华，周易枚.油茶粕中茶皂素提取工艺优化的研究［J］.粮油加工，2008(6):80-83.

［8］ 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.