超声波辅助乙醇提取油茶饼粕中茶皂素的工艺研究

赵文净 吴明霞 蔡烈伟

摘要：试验采用超声波辅助乙醇提取脱脂油茶饼粕中的茶皂素，以茶皂素提取率为考核指标，通过单因素试验和正交试验，优化超声波辅助乙醇提取茶皂素的最佳工艺条件为：固液比1∶7，超声波功率为总功率的90%，提取温度45 ℃，超声时间55 min，在此条件下，茶皂素的提取率可达7.48%。

关键词：超声波;乙醇;提取;油茶饼粕;茶皂素

Study on Ultrasonic Assisted Ethanol Extraction of Tea Saponin

ZHAO Wenjing1，2， WU Mingxia1， CAI Liewei1，2*

1. Ningde Normal University， Ningde 352100， China;

2. The Tea Sensory Evaluation Research Center of Ningde Normal University， Ningde 352100， China

Abstract： In this experiment， ultrasonic-assisted ethanol extraction was used to extract tea saponin from defatted camellia cake. With the extraction rate of tea saponin as the evaluation index， the optimum conditions for ultrasonic-assisted ethanol extraction of tea saponin were optimized by single factor experiment and orthogonal experiment as follows ： the solid-liquid ratio was 1∶7， ultrasonic power was 90% of the total power， extraction temperature was 45 °C， ultrasonic time was 55 min. Under these conditions， the extraction rate of tea saponin could reach 7.48%.

Keywords： ultrasonic， ethanol， extraction， oil-tea camellia cake， tea saponin

茶皂素，又称作茶皂甙，是一类天然糖甙化合物，是从山茶科、山茶属植物中提取出来的一种由配基、糖体和有机酸的基本结构构成的一种五环三萜类皂苷化合物[1-2]。由于糖体、有机酸及相应配基上的羟基是亲水集团，而皂苷元的配基主体为疏水，它们之间相互作用共同构成了茶皂素的复杂结构，赋予了茶皂素抗氧化[3]、抗菌消炎[4]、抗肿瘤[5]等優良特性。茶皂素已被广泛应用于食品、医药、农药、日用化工及材料加工等领域。

目前，茶皂素的提取方法主要有水提法、有机溶剂法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、生物提取法和索氏提取法等[6-7]。水提法能耗高、纯度低[8];有机溶剂提取法有机溶剂使用量大，成本较高且对环境有一定的污染[9];微波提取效率高但设备投资高、辐射较大[10];生物提取法对温度要求较高，且可溶性杂质较多等[10];超声波辅助乙醇提取法利用超声波的空化作用[11]，加快茶皂素从细胞内向乙醇溶液中扩散溶解的速度，具有提取时间短、能耗低、设备要求低等优点。

油茶饼粕是油茶茶籽被挤压后的残渣，其内含12%～18%的茶皂素、15%的水分、15%的蛋白质、40%的糖类、3%的单宁、0.95%的咖啡碱等，其加工利用价值很高[12]。本试验采用超声波辅助乙醇提取脱脂油茶饼粕中的茶皂素，通过单因素试验考察提取温度、超声波功率（占总功率的百分比）、提取时间以及固液比等因素对茶皂素提取率的影响，并设计正交试验方法，优化超声波辅助乙醇提取茶皂素的最佳工艺条件。

1  材料与方法

1.1 试验材料

油茶饼粕;无水乙醇、石油醚、浓硫酸、香草醛等均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产;茶皂素标准品，纯度96%以上，上海源叶生物科技有限公司生产。

1.2  试验仪器与设备

多功能粉碎机（800A，永康市红太阳机电有限公司）、磁力搅拌器（ZNCLD180*180，河南爱博特科技发展有限公司）、电热恒温水浴锅（HWS-24，上海一恒科学仪器有限公司）、数控超声波清洗器（KQ-50DEA，昆山市超声仪器有限公司）、鼓风干燥箱（DHG-9070A，上海飞越试验仪器有限公司）、分光光度计（722N，上海佑科仪器仪表有限公司）等。

1.3  试验方法

1.3.1  原料预处理

粉碎：将干燥后的油茶饼粕粉碎过40目筛。

脱脂：将粉碎过筛后的油茶饼粕置于磁力搅拌器，用60～90 ℃的石油醚对油茶饼粕进行脱脂处理4h。

干燥：脱脂后的油茶饼粕置于65 ℃的烘箱中烘干至恒重。

1.3.2  标准曲线的绘制

配制溶液：称取0.8 g香草醛固体溶于10 mL无水乙醇中配成0.08 g/mL香草醛溶液;取154 mL的浓硫酸加入到46 mL的蒸馏水中配成77%（体积分数）的浓硫酸;取50 mg茶皂素标准品，加入80%的乙醇溶液定容到50 mL，制成1 mg/mL的茶皂素标准液。

建立标准曲线：取标准溶液置于具塞试管中，分别向6支试管内加入80%的乙醇至0.5 mL，准确加入0.08 g/mL香草醛溶液0.5 mL;将具塞试管放入冰水浴中，同时加入硫酸溶液;再放入60 ℃的水浴中反应 15 min，冰水浴中冷却至室温，在最大吸收波长550 nm处用1 cm比色皿测定其吸光度。

1.3.3  单因素试验设计

固液比比较试验：称取4份经过预处理的油茶饼粕，每份5.0 g，分别放入4个干燥锥形瓶中，在提取温度为50 ℃，超声波时间为30 min，超声波功率为总功率150 W情况下，测定固液比为1∶6、1∶7、1∶8、1∶9时的茶皂素提取率。

提取温度比较试验：称取4份经过预处理的油茶饼粕，分别放入4个干燥锥形瓶中，固液比为1∶7，超声波时间为30 min，超声波功率为总功率150W，测定提取温度为40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃时的茶皂素提取率。

提取时间比较试验：称取4份经过预处理的油茶饼粕，分别放入4个干燥锥形瓶中，固液比为1∶7，超声波功率为总功率150W，提取温度为50 ℃。测定提取时间为40 min、50 min、60 min、70 min时的茶皂素提取率。

超声波功率比较试验：本试验中所使用的超声波总功率为150 W。称取4份经过预处理的油茶饼粕，分别放入4个干燥锥形瓶中，固液比1∶7，提取温度为50 ℃，提取时间为3 min，测定功率分别为总功率的70%、80%、90%、100%时的茶皂素提取率。

1.3.4  正交试验设计

根据单因素试验结果，在固液比为1∶7的条件下，以温度（A）、提取时间（B）、提取功率（C）为主要因素，进行正交试验（表1），确定最优提取条件。

1.3.5 茶皂素提取率的计算

茶皂素提取率=浸提液中茶皂素的质量/脱脂后油茶饼粕的质量×100%

2  结果与分析

2.1  标准曲线方程

以吸光度为纵坐标，茶皂素质量为横坐标绘制标准曲线，如图2所示，建立回归方程：

y = 1.22x + 0.038，R2 = 0.990 8。

2.2  单因素试验结果与分析

2.2.1  固液比对茶皂素提取率的影响

由固液比比较试验结果（图3）可知，固液比在1∶6至1∶7之间，随着固液比的增大，茶皂素提取率逐渐增加，在1∶7时达到最大值。但是当固液比为1∶7至1∶9之间，提取率一直下降，可能是由于固液比的增加引起可溶性物质的溶出量增加，导致茶皂素提取率下降。

2.2.2  提取温度对茶皂素提取率的影响

由提取温度比较试验结果（图4）可知，当提取温度从40 ℃升高到50 ℃时，茶皂素提取率增加，在50 ℃ 时达到最大值;当提取温度超过50 ℃ ，提取率减小。其原因可能是随着温度的升高，杂质的溶出量增加，且温度较高，乙醇易挥发，导致体积分数下降，从而使茶皂素提取率减小。

2.2.3  提取时间对茶皂素提取率的影响

由提取时间比较试验结果（图5）可知，提取时间从40 min到60 min时，随着提取时间的延长，茶皂素提取率逐渐增加，之后提取率减小。因为随着提取时间的增加，大多数的茶皂素已经被提取出来，油茶饼粕中的多糖、蛋白质等溶出，溶液浓度趋于饱和，浸提速率下降，茶皂素提取率降低;同时，长时间提取使能耗增加，但茶皂素提取率反而减小。

2.2.4  超声波功率对茶皂素提取率的影响

由超声波功率比较试验结果（图6）可知，当超声波功率为总功率的70%至80%时，茶皂素提取率增加，超声波功率为总功率的80%时达到最大，当超声波功率继续增加到总功率时，茶皂素提取率下降。

2.3  正交试验结果分析

以茶皂素提取率为指标，在固液比为1∶7的条件下，采用超声波辅助乙醇提取油茶饼粕中茶皂素的正交试验结果见表2。通过直观分析可以看出，各因素对茶皂素提取率的影响顺序为C>B>A，即超声波功率>提取时间>提取温度，最佳提取工艺条件为A1B1C3，即提取溫度为45 ℃、提取时间为55 min、超声波功率为总功率的90%，在此最佳条件下试验，得出茶皂素的提取率为7.48%，得率为18.35%。

3  结论

本试验通过超声波辅助乙醇提取茶皂素，由单因素试验和正交试验得出其最佳提取条件为：固液比为1∶7、提取温度为45 ℃、提取时间为55 min、超声波功率为总功率的90%。该条件下，茶皂素的提取率为7.48%，得率为18.35%。通过单因素和正交试验结果发现，因素之间可能存在交互作用。该试验所得茶皂素粗提物未进行纯化研究，方法可为后续研究提供方向。与水提法和有机溶剂提取法相比，超声波辅助乙醇提取法具有缩短提取时间、降低能耗、提高得率等优点。

参考文献

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基金项目：宁德市科技计划项目（20170047）、宁德师范学院科研发展基金（2019FZ03）。

作者简介：赵文净，女，讲师，主要从事茶叶加工及综合利用研究。*通信作者，E-mail：cypxcai@163.com。