茶壳中原花青素和茶皂素的同步提取工艺

熊伟，李雄辉，付建平，王慧宾，朱仁果，韩晓丹

（江西省科学院应用化学研究所，江西南昌330096）

茶壳中原花青素和茶皂素的同步提取工艺

熊伟，李雄辉，付建平，王慧宾，朱仁果，韩晓丹

（江西省科学院应用化学研究所，江西南昌330096）

以茶壳为原料，同步提取其中的原花青素和茶皂素，采用单因素和响应面试验相结合的方法，得到最佳工艺参数：提取温度为67℃，提取时间为109min，乙醇浓度为65%，液料比为19mL/g，在此条件下，原花青素的得率为5.37%，茶皂素的得率为11.97%，综合评分值为99.17。

茶壳；原花青素；茶皂素；提取；综合评分

茶壳是油茶去仁后留下的外种皮［1］。目前，茶壳一般被废弃，仅有少部分作为初级燃料、培养食用菌以及用于制造活性碳、糠醛等物质［2-3］。总体而言，茶壳的利用率一直较低，以茶壳为原料开发出的产品存在附加值低、转化率不高等缺点，更值得关注的是，以茶壳为原料提取纯化高活性物质的研究一直较少。

随着研究的深入，有研究报道在茶壳中发现含有原花青素和茶皂素［4-5］。原花青素是具有C6-C3-C6结构的黄烷醇及其聚合体，具有很强的抗氧化能力，目前主要从葡萄籽中提取分离［6-7］。茶皂素是一种良好的表面活性剂，目前主要从茶粕中提取［8-9］。本研究以廉价易收集的茶壳为原料，同步提取其中的原花青素和茶皂素等活性成分，最大限度的提高了原料的综合利用率和利用水平。本研究旨在提高茶壳的深加工水平，提高油茶副产品的附加值，延伸油茶加工的产业链。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

茶壳：采自江西德兴，60℃干燥24 h备用；原花青素对照品、茶皂素对照品：天津市尖峰天然产物研究开发有限公司；香草醛，盐酸，冰乙酸，乙醇均为分析纯。

1.2仪器与设备

TU-1810紫外分光光度计：北京普析科学仪器有限责任公司；RE52CS旋转蒸发仪：上海亚荣生化科技有限公司；JM-10002天平：余姚市纪铭称重校验设备公司；高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司。

1.3试验方法

1.3.1原花青素和茶皂素的同步提取工艺

准确称取100 g干燥后的茶壳，粉碎至60目过筛，采用乙醇浸提其中的原花青素和茶皂素，浸提完毕后，离心得到滤液，检测滤液中的原花青素和茶皂素含量，计算原花青素和茶皂素的得率。分别研究不同的提取温度（40、50、60、70、80℃），提取时间（30、60、90、120、150 min），乙醇浓度（10%、30%、50%、70%、90%），液料比（5、10、15、20、25 mL/g）对原花青素和茶皂素得率的影响，确定提取的最佳工艺参数。

1.3.2响应面分析法优化提取工艺

综合前面单因素试验结果，采用响应面法对结果进行优化，根据Box-Behnken实验设计原理，以提取温度、提取时间、乙醇浓度、液料比为影响因素，采用四因素三水平的响应面分析方法，实验因素水平编码表见表1。

表1　因素水平编码表Table 1Coding of factors and levels

由于原花青素和茶皂素的得率都需要考虑，所以响应面结果以两者加权值的综合评分来进行分析，其中原花青素和茶皂素的权重各占50%。计算公式为：

式中：Y为综合评分值；P为原花青素的得率；PMAX为该组试验结果中原花青素得率的最高者；S为茶皂素的得率；SMAX为该组试验结果中茶皂素得率的最高者。

1.3.3检测方法

原花青素的检测采用“盐酸—香草醛”法［10］。茶皂素的检测采用“香草醛一冰乙酸”比色法［11］。

2　结果与分析

2.1不同提取条件对原花青素和茶皂素得率的影响2.1.1提取温度对原花青素和茶皂素得率的影响

提取温度对原花青素和茶皂素得率的影响见图1。

图1　提取温度对原花青素和茶皂素得率的影响Fig.1Effects of extraction temperature on yield of procyanidins and saponin

从图1可以看出，原花青素和茶皂素的得率随着提取温度的升高，表现出先增后减的趋势，且分别在60℃和70℃达到峰值。这可能是因为温度的升高，可以使得茶壳中活性成分在溶剂中扩散加速，从而提高溶剂的浸出率。但当温度上升到一定程度，由于原花青素和茶皂素结构中含有一定的酚羟基，容易发生一些不可逆的化学反应，从而使得率降低。所以，提取温度取60℃～70℃为宜。

2.1.2提取时间对原花青素和茶皂素得率的影响

提取时间对原花青素和茶皂素得率的影响见图2。

从图2可以看出，随着提取时间的延长，原花青素和茶皂素的得率逐渐增大，并在90 min时两者都达到极值，继续增加提取时间，原花青素的得率基本保持不变，而茶皂素的得率则明显下降。所以，提取时间应取90 min～120 min为宜。

2.1.3乙醇浓度对原花青素和茶皂素得率的影响

乙醇浓度对原花青素和茶皂素得率的影响见图3。

图3　乙醇浓度对原花青素和茶皂素得率的影响Fig.3Effects of ethanol concentration on yield of procyanidins and saponin

从图3可以看出，随着乙醇浓度的增大，原花青素和茶皂素的得率均呈现先增后减的趋势，且分别在50%和70%时达到峰值。这可能是因为，随着乙醇浓度的升高，提取液的极性减小，这就有利于极性较小的原花青素和茶皂素类物质的溶出，但当乙醇浓度增大到一定程度时，一些脂溶性杂质的溶出量也增加，而这些成分极性比原花青素和茶皂素更低，更易溶解在溶剂中，从而导致得率的下降。所以，乙醇浓度取50%～70%为宜。

2.1.4液料比对原花青素和茶皂素得率的影响

液料比对原花青素和茶皂素得率的影响见图4。

图4　液料比对原花青素和茶皂素得率的影响Fig.4Effects of ratio of solvent to material on yield of procyanidins and saponin

从图4中可以看出，原花青素和茶皂素得率随着液料比的增加而不断增加，但当液料比达到15 mL/g以上时，得率已基本趋于稳定，上升较慢。继续加大液料比，不仅没有提高得率，而且加大了溶剂用量和加重了浓缩任务，增加了提取成本。因此，液料比应取15 mL/g～20 mL/g为宜。

2.2响应面分析法优化试验条件

表2为响应面试验的结果，共进行了29次试验，其中前24次为析因实验，后5次为中心实验，用来估计试验误差。利用Design-Expert软件对表2的数据进行多项式回归分析，各因素经回归拟和后，得到回归方程为：

表2　响应面试验设计及结果Table 2Response surface experimental design and results

式中：Y为综合评分值；A为提取温度，℃；B为提取时间，min；C为乙醇浓度，%；D为液料比，mL/g。

模型的方差分析及模型系数显著性检验结果见表3。

表3　回归方差分析Table 3The results of regression analysis

从表3的分析结果可知，整体模型的“Pr＞F”小于0.000 1，而当“Pr＞F”值小于0.01即表示该项指标显著，所以整体模型是高度显著的，而且方程的失拟项不显著，表明该二次方程高度拟合，试验误差小，因此可用该回归方程代替试验点对试验结果进行分析和预测。

从表3回归模型系数显著性分析结果可以看出，单因素中的提取温度（A），提取时间（B），乙醇浓度（C）对综合评分均有显著的影响，液料比（D）对综合评分的影响不显著，各单因素的影响大小分别为：A＞C＞B＞D。二次项中，A2、B2、C2对综合评分影响显著，D2对综合评分影响不显著。交互项对综合评分的影响均为不显著，说明各单因素之间的相互交叉影响很小。

根据回归方程，做出响应面图，图5直观的反映了各因素对综合评分值的影响。

比较响应面图可知，提取温度A，提取时间B，乙醇浓度C的影响较为显著，表现为曲线较陡；而液料比D则影响不显著，表现为曲线较为平滑。这与表3中各影响因素对综合评分值影响大小次序：A＞C＞B＞D是相互一致的。

图5　各因素交互效应对综合评分影响的响应面图Fig.5Response surface map of cross effects of each factor on comprehensive score

根据模型对提取工艺的最佳工艺参数进行预测：当提取温度A为66.98℃，提取时间B为109.12 min，乙醇浓度C为65.09%，液料比D为18.63 mL/g时，在此条件下，综合评分值理论上可达99.76。考虑到实际操作的便利，将最佳工艺条件修正为：提取温度A为67℃，提取时间B为109 min，乙醇浓度C为65%，液料比D为19 mL/g时，在此条件下进行3次平行试验并取平均值，得到原花青素的得率为5.37%，茶皂素的得率为11.97%，经计算综合评分值为99.17，与理论预测值基本相符。

3　结论

1）采用乙醇同步浸提茶壳中的原花青素和茶皂素，并对提取物的得率进行综合评分，与分步提取相比，节省了时间和设备，缩短了工艺流程，提高了原料利用率，实现了茶壳的综合利用，适合茶壳深加工的工业化生产。

2）采用响应面分析法，优化了茶壳中原花青素和茶皂素的同步提取工艺条件，并得到与实际拟和程度较高的模型：提取温度为67℃，提取时间为109 min，乙醇浓度为65%，液料比为19 mL/g时，在此条件下，原花青素的得率为5.37%，茶皂素的得率为11.97%，综合评分值为99.17。

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Synchronous Extraction of Procyanidins and Saponin from Episperm of Tea Seeds

XIONG Wei，LI Xiong-hui，FU Jian-ping，WANG Hui-bin，ZHU Ren-guo，HAN Xiao-dan
（Institute of Applied Chemistry，Jiangxi Academy of Sciences，Nanchang 330096，Jiangxi，China）

The synchronous extraction of procyanidins and saponin from episperm of tea seeds was researched. The optimum conditions were determined by the one-factor and response surface tests：the extraction temperature was 67℃，the extraction time was 109 min，the concentration of ethanol was 65%，the ratio of solvent to material was 19 mL/g.Under the optimum conditions，the yield of procyanidins was 5.37%，the yield of saponin was 11.97%，the comprehensive score was 99.17.

episperm of tea seeds；procyanidins；saponin；extraction；comprehensive evaluation

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.008

江西省科技支撑计划项目（20151BBF60002）；江西省科学院重大科技专项（2016-YZD1-01）；江西省科学院青年基金项目（2013-YQC-6）

熊伟（1982—），男（汉），副研究员，硕士研究生，研究方向：天然产物化学。

2015-10-21