生物型环保洗涤剂的制备研究

秦勉，麻文效*，胡洋



生物型环保洗涤剂的制备研究

秦勉，麻文效*，胡洋

（内蒙古工业大学轻工与纺织学院，内蒙古呼和浩特，010080）

本研究以茶籽粉为原料，采醇醇结合法对茶皂素提取纯化，通过单因素实验分析吸光度获得最佳提取工艺：在80℃、pH=9、料液比为1:15的条件下利用80%的乙醇溶液提取90min，再用正丁醇沉淀。将其与MES、APG等复配制备洗涤助剂，并对毛绒织物进行洗涤实验，探究了最佳比例。结果表明，对于复配后的洗剂，效果最优的组成比例为：茶皂素5.5%、MES11.0%、APG 5.5%、柠檬酸钠4.5%、甜菜碱5%、CMC3%、JFC2.5%、蒸馏水62%。制备的洗涤剂取得了良好的实验效果，并有着良好的应用前景.

茶皂素；洗涤剂；复配；环保

引言

茶皂素是一种天然的、绿色安全的非离子表面活性剂[1]，是生产洗涤剂的理想原料[2]。茶皂素不仅具有乳化、稳泡、发泡、分散等理化性能[3]，还具有抗菌、消炎、解毒、抗氧化等方面的生理作用[4]。本研究旨在从茶籽粉中提取茶皂素，随后复配其它助剂，开发一类新型的环保型毛绒洗涤剂。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

材料：茶籽粉、石油醚、无水乙醇、蒸馏水、浓硫酸、香草醛、α-萘酚、醋酐、MES、APG、柠檬酸钠、甜菜碱、羧甲基纤维素、JFC、α-萘酚、醋酐、阿拉伯树胶粉、蓖麻油、羊毛脂、磷脂、液体石蜡、炭黑等。

仪器：DF-101S集热式加热磁力搅拌器（予华仪器有限责任公司）；旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；722N可见分光光度计（菁华科技仪器有限公司）；循环水式多用真空泵（长城科工贸有限公司）；索氏提取器（那艾精密仪器）；全自动白度仪（辰泰克仪器技术有限公司）等。

1.2 茶皂素的提取及纯化

称取60g茶籽粉，用石油醚加热回流5h，烘干待用。将脱脂茶粉在特定的条件下，用乙醇溶液提取。滤液中加入10%明矾回流去除蛋白质。离心，浓缩烘干得茶皂素粗产品。称取一定量的茶皂素粗产品制成水溶液，使用正丁醇对茶皂素进行沉淀纯化，过滤、烘干得到纯化后的茶皂素。

1.3 茶皂素的脱色

采用H2O2溶液进行茶皂素脱色处理[5]。

1.4 茶皂素洗涤剂复配工艺

设计四组实验，配方如表1所示。实验通过改变茶皂素、MES和APG三者质量比配置洗涤剂。然后测试洗涤剂的去污力、稳定性、pH值和起泡性能[6]。

表1 试验配比

1.5 洗涤剂检测方法

1.5.1 稳定性的测试方法

根据国家标准GB9985-2000对洗涤剂的稳定性测试要求测试[7]。

1.5.2 去污力测试方法

去污力是表征洗涤剂去污效力的一个重要指标[8]。在所有去污方法中，光学白度法是出现时间最早、持续时间最长和使用最普遍的检测去污力的方法。故采用光学白度法测试。

1.5.3 起泡性测试方法

采用静态消泡法[9]测试洗涤液的起泡高度，以此判断所配洗涤液的洗涤效果。

2 结果与讨论

2.1 茶皂素提取条件的确定

2.1.1 探究提取温度对提取效果的影响

如图1，茶皂素的得率随着温度的升高而逐渐增大，当温度处在70℃～80℃时，茶皂素得率最高，当温度继续升高时，茶皂素的得率有所下降。分析可知，其中一个原因是当温度升高时，提取液中乙醇发生挥发，乙醇体积分数降低，导致茶皂素得率下降。另外一个原因是随着温度升高，茶籽粉中的杂质会大量溶出，导致颜色加深。同时，杂质中的蛋白质、果胶等会再高温下变性。由于变性后的蛋白质和果胶会包裹茶皂素于沉淀物中，导致提取困难，提取液中茶皂素含量下降，得率会下降。最佳提取温度为80℃。

图1 提取温度对提取效果的影响

Figure 1 Effect of extraction temperature on extraction efficiency

2.1.2 探究提取时间对提取效果的影响

由图2可知，当提取时间从70min延长至90min时，茶皂素的得率和纯度逐渐提高，时间延长至90min后，茶皂素的得率和纯度有所下降。分析可知，当提取时间过长时，茶皂素会发生氧化变性，导致茶皂素的得率和纯度会下降。最佳提取时间为90min。

图2 提取时间对提取效果的影响

Figure 2 The effect of the extraction time on the extraction effect

2.1.3 探究乙醇体积分数对提取效果的影响

从图3中所示，当乙醇的体积分数为60%～80%时，茶皂素的得率和纯度逐渐增加，在80%时达到最大，以后逐渐降低。

图3 乙醇体积分数对提取效果的影响

Figure 3 Effect of ethanol volume fraction on extraction efficiency

分析可知，茶皂素难溶于无水乙醇而易溶于乙醇溶液。当乙醇体积分数过低时，大量的水溶性杂质会溶于乙醇溶液，导致茶皂素后期的分离与纯化比较困难，使茶皂素的得率下降。当乙醇浓度过高时，茶皂素会发生部分沉淀且蛋白质杂质会发生凝聚，导致茶皂素得率和纯度下降。故综合考虑乙醇体积分数的工艺选择为80%。

2.1.4 探究料液比对提取效果的影响

从图中4所示，当料液比控制在1:5～1:15之间时，茶皂素的得率和纯度逐渐提高，当料液比超过1:15时，茶皂素的得率和纯度有所下降。当料液比过大时，提取液回收成本加大。故综合考虑茶皂素提取所需料液比的工艺选择为1:15。

图4 料液比对提取效果的影响

Figure 4 Effect of the ratio of material to material on extraction

2.1.5 探究pH值对提取效果的影响

如图5所示，不同酸碱条件下对茶皂素提取效果的影响。随着溶液pH的增大即碱性的增强，茶皂素的得率和纯度会有所增加，当pH达到8时达到最大。但随着碱性的持续增强，茶皂素中的酸性大分子会溶出包裹茶皂素，导致茶皂素的得率和纯度会下降。故综合考虑茶皂素提取所需pH值最佳工艺选择为8。

图5 pH值对提取效果的影响

Figure 5 Effect of pH on extraction efficiency

2.2 洗涤剂检测结果

2.2.1 稳定性的测试结果

根据国家标准GB9985-200对洗涤剂的稳定性测试要求，实验结果如表2所示。

表2 稳定性试验结果

可知，当温度为-5℃时，样品A和样品B出现分层，但样品C未出现分层，说明样品C在-5℃时稳定性良好。当温度处于25℃时，样品A、B、C、D均分层，说明样品A、B、C、D在25℃时均稳定性良好。当温度处于40℃时，样品A和样品B出现水状不粘稠现象，但样品C和样品D均未出现分层，说明样品C和样品D在40℃稳定性良好。通过上面现象可以总结出：样品A和样品B在高温时和低温时均不稳定，而样品C和样品D在各温度下状态稳定。

2.2.2 去污力测试结果

去污力测定如表3所可知，当样品的配比不同时，表中四种洗涤剂的去污率存在差异。当试验配比茶皂素：MES：APG的比例为1：2：1时，洗涤剂去污能力最好。当试验配比为1：1：2时，洗涤剂去污能力最差。样品A、B、C、D的去污率大小为C>B>A>D。分析可知：当样品C的试验配比为1：2：1，样品B试验配比为2：1：1时，样品C的去污能力大于样品D的去污能力。说明茶皂素作为主要表面活性剂其去污能力弱于MES作为主要表面活性剂时其去污能力。当试验配比为1：1：2时，样品D的去污能力最差，说明APG作主要成分去污能力较差，作为辅助试剂效果良好。

表3 去污力值的测试结果

2.3.3 起泡性测试结果

起泡性实验结果如表4可知，实验开始时，样品A、B、C的起泡高度几乎一致，而样品D起泡高度最低，原因是样品D中表面活性剂的浓度比较低，导致起泡高度略低于其余几组。实验进行至5min后，样品A、B、C泡沫高度差异明显，其中样品D扔保持最低，四种样品泡沫高度由小到大的顺序为D

表4 起泡性测试结果

3 结束语

（1）在茶皂素的提取的单因素实验中，得出茶皂素提取的最佳温度为80℃、最佳时间为90min、最佳乙醇体积分数为80%、最佳料液比为1:15、最佳pH值为8。

（2）对于洗涤剂复配，效果最优的组成比例为：茶皂素5.5%、MES11.0%、APG 5.5%、柠檬酸钠4.5%、甜菜碱5%、CMC3%、JFC2.5%、蒸馏水62%。

（3）茶皂素作为非离子表面活性剂其去污能力不如MES强，但与其复配与MES复配效果显著增强。因此茶皂素作为天然提取产品，对制备生态环保型洗剂有着良好的前景。

[1] 刘昕. 基于茶皂素分子改性的表面活性剂的研究[D]. 山东. 齐鲁工业大学, 2013.

[2] 李扬. 茶皂素提取及其洗涤产品的开发研究[D]. 广东.华南农业大学, 2016.

[3] 程文娟. 茶皂素提取纯化及其在婴幼儿香波沐浴露中的应用[D]. 江西.南昌大学, 2015.

[4] 王延芳. 油茶皂素及其水解产物的分离及降血脂抗氧化活性研究[D]. 广东.华南理工大学, 2012.

[5] 程轶群. 油茶皂苷的纯化及脱色工艺研究[D]. 安徽农业大学, 2012.

[6] 杜志平, 王万绪, 台秀梅. 脂肪酸甲酯磺酸盐的制备、性能及应用研究进展[J]. 日用化学品科学, 2012, 35(4): 1-13.

[7] 郁培云. 抗抑菌洗涤剂的研究与制备[D].天津.天津大学, 2015.

[8] 韩向丽. 含有棕榈酸甲酯磺酸盐和直链烷基苯磺酸的低密度无磷洗衣粉的性能[J]. 中国洗涤用品工业, 2014, (12): 52-53.

[9] 高阳. 茶绿色无磷餐具洗涤剂的研究与开发[D]. 吉林:东北师范大学, 2015.

[10] 曾昭琼. 有机化学实验第三版—糖类物质的性质[J]. 高等教育出版社, 2000, 5(3): 179- 182.

[11] 姜昊宇. 油茶籽壳中茶皂素的提取纯化及性质初步研究[D]. 上海:上海师范大学, 2015.

Study on Preparation of New Bio Friendly Detergent

QIN Mian, MA Wenxiao*, HU Yang

(College of Light Industry and Textile, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot, Inner Mongolia, 010080, China)

In this study, the tea saponin was extracted and purified by the method of alcohol and alcohol, and the optimum extraction process was obtained by single factor experiment. The optimum extraction conditions were as follows: at 80 ℃, pH = 9, the ratio of material to liquid was 1:15 Under the use of 80% ethanol solution for 90min, and then n-butanol precipitation. And the MES, APG and other complex preparation of detergent additives, and the plush fabric washing experiments, to explore the best ratio. The results showed that the optimum composition ratio was as follows: tea saponin 5.5%, MES11.0%, APG 5.5%, sodium citrate 4.5%, betaine 5%, CMC3%, JFC2. 5%, distilled water 62%. The prepared detergent has achieved good experimental results and has a good application prospect.

Tea saponin; detergent; complex; environmental protection.

秦勉, 麻文效, 胡洋. 生物型环保洗涤剂的制备研究[J]. 数码设计, 2017, 6(5): 52-54.

QIN Mian, MA Wenxiao, HU Yang. Study on Preparation of New Bio Friendly Detergent[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 52-54.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.021

TP323

A

1672-9129(2017)05-0052-03

2017-02-13；

2017-03-05。

秦勉（1995-），男，硕士。主要从事纺织化学试剂方向的研究。

麻文效。E-mail:1649396631@qq.com