油茶籽粕茶皂素脱毒技术及综合利用的研究进展

■ 莫燕婷 曹清明 王薇薇 李爱科 段 涛 王 丽*

（1.中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南长沙 410004；2.国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037）

油茶（Camellia oleiferaAbel.）是我国南方地区主要种植的木本油料树种之一，栽培面积大，2021 年我国油茶籽产量为394 万吨，加工副产物油茶籽饼粕产量占总量的77.07%以上[1]。在传统油脂加工中，油茶籽粕常被用于低附加值产品，如肥料、清塘剂，甚至直接丢弃[2]。油茶籽粕富含丰富的营养成分，粗蛋白占14%～20%，糖类占30%～40%，可作为一种优质的非常规饲料原料。同时，油茶籽粕中含有15%～20%的茶皂素和少量的单宁[3-4]。茶皂素是一种结构类似五环三萜类中齐墩果烷型的混合物，由皂苷元、糖体和有机酸组成，具有抗炎、抗癌、抗氧化、抑菌、降血糖、保肝解毒、减肥、止痒等功能[5-8]，但是过量的茶皂素与构成动物红细胞膜的胆固醇成分作用，会破坏细胞膜，引发溶血现象且导致饲料适口性差，限制了油茶籽粕在饲料中的应用[9-10]。因此，提高油茶籽粕附加值主要有两种途径。一是脱毒后油茶籽粕用作饲料原料；二是提取油茶籽粕中活性成分用于食品、日用化工、农药等领域。文章对油茶籽粕中茶皂素的脱毒方法进行了总结，并对油茶籽粕在畜禽饲料中的应用研究和茶皂素的开发利用进行总结，以期提高油茶籽粕的综合利用价值。

1 油茶籽粕茶皂素脱毒方法

目前油茶籽粕的脱毒方法有蒸气爆破法、浸提法和生物法。蒸气爆破法和浸提法是传统常用的脱毒手段，但存在营养成分损失及试剂残留等问题。生物法包括酶解法、微生物发酵法和菌酶协同发酵法，具有绿色、安全、高效的优势，也可有效提高油茶籽粕中营养物质含量。

9月10日，中国编制机构网发布了《国家卫生健康委员会职能配置、内设机构和人员编制规定》（以下简称《规定》），国家卫健委机构职能大调整，工作重点予以明确。

1.1 蒸气爆破法

蒸气爆破可破坏生物质组织细胞层间的细胞壁结构，增大茶皂素表面张力，从而实现目标物高效降解、脱毒[11]。油茶籽粕经蒸气爆破预处理，破坏原有的结构，促进油茶籽粕中茶皂素释放，李恒等[12]将茶籽粕在1.2 MPa 高压下处理60 s，扫描电镜下观察到油茶粕表面呈现蓬松状态，细胞壁被破坏，茶皂素释放量增加。同时，Sui 等[13]对茶叶废弃物喷洒含硒纯化水后进行蒸气爆破（2.0 MPa、211 ℃）预处理，改变了茶叶废弃物的物理、化学特性，结果咖啡因、皂苷提取率分别提高14.10%、28.80%。蒸气爆破处理油茶籽粕不仅可以促进茶皂素降解，还可以促进粗纤维的降解，提高油茶籽粕的营养价值，且无有机试剂残留[14-15]，但蒸气爆破设备造价高，加工成本也高，不利于推广使用。

1.2 浸提法

1.2.1 热水浸提法

热水浸提是利用茶皂素溶于热水的性质进行提取，是一种操作简单、低成本、环境友好的方法，适用于中小型企业[16]。研究结果表明，热水浸提脱毒效果与浸提次数相关，浸提次数为3 次时，茶皂素得率为8.01%，而浸提1 次茶皂素得率仅为2.50%[17]。热水脱毒次数的增加会引起油茶籽粕中部分粗蛋白和大量水溶性糖类损失，并且热水提取得到的茶皂素纯度低，含有多糖等成分，不利于回收再利用[18]。

超临界CO2萃取是一种利用超临界流体和原料内部成分充分接触实现萃取的方法，在减压条件下，使目标物萃取出。该方法常用于医药、食品、天然香料等领域。目前超临界CO2萃取常被用于油茶籽油的提取，以得到色泽浅、抗氧化能力高、酸价低、不饱和脂肪酸含量增加的油[36]。王羚等[37]以油茶粕为原料，在温度45 ℃、压力30 MPa、75%乙醇条件下萃取3.5 h，茶皂素提取率为89.21%，而且超临界CO2提取的茶皂素表面张力和接触角较小，发泡、乳化能力较强，利于茶皂素进一步加工利用，同时超临界萃取可有效保留油茶粕中的热敏性营养成分。

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茶皂素难溶于无水甲醇和无水乙醇，易溶于含水甲醇和含水乙醇。用无水乙醇在pH 为10、固液比为1：12、温度75 ℃条件下浸提3 h，茶皂素得率为9.30%[19]。而含一定量水的醇试剂提取率会稍高，采用70%乙醇溶液提取茶皂素，料液比为1：10、温度78 ℃条件下提取55 min，茶皂素得率达到22.41%[20]。此外，茶皂素的浸出效果与试剂的极性相关（见表1），甲醇浸提效果较乙醇效果好[21-24]。刘尧刚[29]分别利用水、95%甲醇及95%乙醇提取茶皂素，结果95%甲醇提取率最高，为14.45%。为寻求用时更短、更高效的脱毒技术，超声波或微波辅助处理是目前自然界植物有效成分提取的理想手段。超声波利用产生的空穴作用可以加快微粒的碰撞，破坏细胞壁；微波则是将微波能快速传递至物质内部，达到瞬时升温的效果。微波辅助80%乙二醇和微波辅助乙醇皆具有短时、高效的优点。由表1可知，两种方法提取时茶皂素得率相近，分别为17.52%[26]、18.35%[27]，微波-超声波协同处理茶皂素，得率进一步提高，但同时得率受提取试剂的影响，研究发现水或醇微波-超声波协同辅助浸提茶皂素得率分别为12.38%[28]、23.62%[29]。陈小红等[30]进行微波-超声波协同浸提，先利用微波功率700 W 处理120 s，再用72%乙醇溶液（固液比1 ：11），在超声波功率79 W条件下浸提76 min，茶皂素得率为13.5%，其脱毒工艺技术流程如图1 所示。司喜艳等[31]在相同的条件下用超声波、微波、超声波-微波协同3 种方法提取油茶粕茶皂素，提取率分别为69.06%、71.40%、98.30%，结果表明，有机溶剂的浸提效率较热水好，微波-超声波辅助可缩短浸提时间。但有机溶剂成本高、不易去除，且对动物具有毒害作用。

图1 微波-超声波协同脱毒工艺流程

表1 不同浸提方法对油茶饼粕中茶皂素脱毒效果

1.2.3 碱处理浸提法

茶皂素是一类偏酸性混合物，调节油茶籽粕至中性或偏碱性，可提高茶皂素的浸出率。朱俊朋等[32]用水提-醇萃法提取茶皂素，结果表明，当浸提温度为90 ℃、料液比为1：7、pH 7 时，浸提110 min 得率最高，为8.33%。胡福田等[27]发现pH与油茶籽粕中茶皂素得率成正比，通过正交试验，pH为11时茶皂素得率为12.38%。虽然碱性条件下茶皂素浸提率大于偏酸或中性条件，但不适合工业生产使用，因容器设备需具备较高的耐碱要求，增加成本。

1.2.4 亚临界水提取法

亚临界水提取法是一种利用亚临界水（100～374 ℃）进行提取的绿色、无液态废液产生、高效短时、低耗能、连续工作的新型方法。水处于亚临界、温度升高的环境下，氢键被破坏，极性降低，得到与甲醇、乙醇相似的性质[33]。李振海等[34]对油茶饼粕茶皂素的亚临界水萃取条件进行响应面优化，在固液比为1：11、压力3.0 MPa、125 ℃下萃取32 min，茶皂素提取率为72.2%。Wu等[35]利用亚临界水萃取方法，在料液比1：8.33（g/mL）、121.11 ℃下提取32.07 min，也得到类似结果，茶皂素提取率为74.21%。

中国现有的文化创意产业园区可分为五大类，即产业型、混合型、艺术型、休闲娱乐型和地方特色型，每一类型的园区数目及比例如图2所示[1].

1.3 超临界CO2萃取法

1.2.2 有机溶剂浸提法

在使用传感器前，需要在系统中执行注册阶段。首先，证书中心生成传感器的公钥K1，并发送给相应的传感器。其次，传感器使用公钥K1加密其身份信息idn和随机数R，并将加密结果E1返回给证书中心。最后，证书中心收到加密结果E1后，用其私钥K′1来解密，并对其中的信息进行审核。如果审核通过，则向传感器发送其使用的公钥和私钥(Ks,K′s)。

1.4 生物方法

油茶粕的细胞壁是影响茶皂素浸出原因之一，可添加纤维素酶、果胶酶等酶类破坏细胞壁，进而提高茶皂素浸出效果。酶解法具有操作简单、环保、能耗低等特点。周红宇等[38]对水酶法提取茶皂素条件进行优化，结果表明，在温度为50 ℃、6.0 mg/g纤维素酶、料液比1：25 条件下提取2 h，茶皂素得率最高。喻冬秀等[39]在0.6 mL 纤维素酶、料液比为1：20、温度为70 ℃条件下提取0.5 h，得到茶皂素得率3.97%。王晓琴等[40]对果胶酶提取茶叶籽油及茶皂素条件进行响应面优化，在0.2%果胶酶、45 ℃、酶解3.8 h 条件下，茶叶籽油产出量达到最高，且茶皂素得率也较高。

1.4.1 酶解法

1.4.2 发酵法

发酵的原理类似于酶解法，是利用菌株代谢产生的酶使油茶粕中的粗纤维、生物碱、皂苷等成分降解，提升饼粕饲喂价值的方法。由表2可知，柠檬酸杆菌、黑曲霉对茶皂素降解率分别为82.60%[41]、93.96%[42]。混菌发酵如黑曲霉和地衣芽孢杆菌混合发酵对茶皂素降解率为94.91%[43]，枯草芽孢杆菌和黑曲霉混合发酵对茶皂素降解率为93.28%[44]。周浩宇等[47]对化学及微生物发酵脱除茶皂素效果进行比较，经混合菌（枯草芽孢杆菌、黑曲霉、产朊假丝酵母）固态发酵，茶皂素降解率最高，为87.83%，且发酵后油茶籽粕粗蛋白含量升高。利用柠檬酸杆菌、米曲霉、啤酒酵母和乳酸菌进行混菌发酵，油茶粕中蛋白质含量增加了6.20%，粗纤维和茶皂素含量分别减少了14.60%、2.08%[45]。马力等[48]研究发现，以产复合酶的米曲霉作发酵菌株，接种于用热水处理脱去部分茶皂素的16.0 g 油茶籽粕中，菌株生长良好且测定发酵后油茶籽粕中蛋白质含量最高，从10.82%增加至13.93%。目前油茶籽粕降解茶皂素常用菌中，黑曲霉能产生纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶等多种酶系，将大分子物质分解成小分子物质，酵母菌、乳酸菌则能产生多种香味成分，改善饲料风味[43，45]。使用微生物发酵处理油茶籽粕，既实现了脱毒，又增加了油茶籽粕中营养物质含量，提高了油茶籽粕的适口性，同时可以起到优化胃肠道环境、提高免疫力、促生长等作用[49]，是一种成本较低、绿色无污染的方法[50]。

表2 不同微生物发酵条件对茶皂素的降解效果

1.4.3 菌酶协同法

菌酶协同法是在微生物发酵过程中，加入一定量酶活性高的制剂，在酶及微生物共同作用下进行发酵的方法。发酵原料中的茶皂素、单宁等抗营养成分降解、还原糖含量升高、可消化蛋白增加，使动物机体免疫力增强，同时促进机体生长和消化[51-52]。王郝为[53]对比热水、无水乙醇浸提、酶解、混菌发酵及菌酶协同对油茶籽粕茶皂素脱毒效果发现，菌酶协同法最优，茶皂素残留量为4.41%，并且粗纤维降解率达67%，蛋白质提高了63.79%。菌酶协同方法避免了热水浸提引起的营养成分损失及有机试剂残留，毒素降解效率高于单一酶解效率，发挥更高效的脱毒作用。

朱世贤(1993-)，男，硕士研究生，主要研究方向为激光雷达数据采集和处理.Email: zhu_shixian@tju.edu.cn

2 油茶籽粕的综合利用

2.1 油茶籽粕在畜禽饲料中的应用

茶皂素是限制油茶粕用于饲料的原因之一，高含量茶皂素不仅影响饲料的风味、口感，并且对畜禽有溶血作用。已有研究发现，茶皂素添加量高于0.5%时，肠道中的分泌型免疫球蛋白A 减少、肿瘤坏死因子-α释放增加，引发肠道疾病及炎症[9]。但是，利用残留少量茶皂素的油茶籽粕代替部分基础日粮则有利于畜禽的生长，也可提高饲料利用率。曾馥平等[54]使用脱毒后含2.03%皂素油茶粕喂养猪，结果未出现毒理反应且适口性好。同时，用含4.41%茶皂素油茶籽粕喂养公鸭，收集粪便进行养分含量测定，发现公鸭对饲料中营养成分和氨基酸等的利用率提高[53]。谢明志等[55]设置0.1、0.2、0.3 mg/g 三个梯度浓度茶皂素喂养蛋鸡，与对照组相比，含0.2 mg/g 茶皂素日粮的产蛋率、蛋重量显著提高，钙、磷、粗灰分利用率显著提高，且料蛋比显著降低。

此外，油茶籽粕中的三萜类成分与糖类组成的混合物，即糖萜素，是一种天然绿色的饲料添加剂，能增强畜禽的免疫能力，代替抗生素类药物，减少畜禽抗生素残留及危害[56]。Wang 等[57]向玉米、豆粕等日粮中添加500 mg/kg 糖萜素，可提高仔猪的抗氧化性能，但过量使用会引起仔猪平均日采食量和平均日增重降低，造成血液指标异常和器官损伤。Liu 等[58]也有类似结果，使用400 mg/kg 糖萜素治疗大鼠，动物体内总抗氧化能力显著提高至48.27%，且抗氧化酶活性增强，改善大鼠尿液代谢。同时糖萜素由于含有丰富的功能性低聚糖，可促进肠道有益菌如双歧杆菌的生长繁殖，抑制大肠杆菌等有害菌生长[59-60]。

2.2 油茶籽粕在食品中的应用

油茶籽粕含有丰富的营养成分，利用现代技术对其进行开发，通过直接使用或提取其成分作为食品添加剂添加到食品中，可增强食品的功能特性。李梦丹等[61]将米曲霉发酵的油茶籽粕酱与豆酱1：3混合，得到色泽光亮、无苦味、稠度适中的油茶籽粕豆酱。利用超声辅助碱溶酸沉淀法在料液比1：20、pH 为10、温度50 ℃条件下超声1.0 h 后，从油茶籽粕中得到无异味、无杂质、白色的粗蛋白粉[62]。此外，油茶籽粕中含有的多肽、多糖、多酚成分，可用于保健食品的生产。

2.3 油茶籽粕在乙醇生产上的应用

油茶籽粕中纤维素在酶作用下降解成葡萄糖，用于生产乙醇，聂斌英等[63]利用发酵法制取乙醇，通过酸-黄孢原毛平革菌-酶处理油茶饼粕中的纤维素、木质纤维等成分成还原糖，添加0.40%酵母，起始pH 为5，乙醇提取率为94.30%。Chang 等[64]通过响应面法在30 ℃、接种量为16%、含水量为55%条件下进行混菌固态发酵预处理油茶籽粕后，添加小麦曲（12.0%）和活性酵母（1.2%），生产得到氨基酸、酚类成分丰富和微量茶皂素的油茶黄酒。

同样位于中国宝石城内的中国蓝宝石博物馆总面积8000平方米，共三层。博物馆的外观气魄宏伟，极为壮观，灵感源于昌乐古火山的六棱柱玄武岩形态，采用黑白灰经典色调，简洁而富有创意，象征了昌乐独特的地理环境，蕴含浓郁的现代气息。馆内收藏有大量的世界稀有宝石珍品2000多件，其中很多是绝无仅有的无价之宝，是国内收藏蓝宝石、宝玉石品种最多、最丰富的博物馆。馆内还配备了5D影院体验区，可模拟出火山喷发、风雨雷电等多种特技效果，将视觉、听觉、嗅觉、触觉和动感完美地融为一体，以超现实的视觉感受配以对身体的冲击，让游客亲身经历昌乐蓝宝石的形成、发现及加工生产的过程，最大限度地感受昌乐火山和蓝宝石的独特魅力。

2.4 油茶籽粕在日用化工中的应用

油茶籽粕中茶皂素是一种理想的表面活性剂，具有良好的起泡性、乳化性及抑菌性，用于洗涤剂、洗发水、化妆品等生产[65]。郭磊等[66]将腾冲红花油茶提取的茶皂素以10%与不同试剂进行组合制成复合洗涤剂，去污效果优于普通洗涤剂。将茶皂素添加到天然皂基中得到的肥皂去污性能理想、泡沫稳定且丰富、皂质坚硬[16]。此外，含5%茶皂素的洗涤剂可显著减少果实农药残留，且效果优于清水[67]。低剂量茶皂素可形成纳米乳液且在水中保持良好的稳定性，进而合成动物乳化剂[68]。利用茶皂素的生物活性，添加茶皂素2%～10%水溶液对皮肤无刺激性，且低于2%对眼无刺痛感，以5%茶皂素配制洗发水具有一定去屑、控油、止痒等作用[69]。

2.5 油茶籽粕在农药中的应用

我国是农业种植大国，有机磷、有机氯等是传统常用的防虫病害化学农药，过度使用会污染环境及危害人类的身体健康，并且长时间使用，害虫对传统农药表现出强耐药性。茶皂素对动物血红蛋白具有溶血作用。高晶等[70]以油茶粕为原料，制备一种绿色复合型皂苷清塘剂用于虾蟹养殖，含3.5 mg/L 油茶粕的清塘剂在8 h 内对以虾、蟹为食的鱼类清除效能最强且能够促进虾、蟹生长。Yang 等[71]发现，油茶粕中的皂苷成分对爪哇根结线虫的病原体具有溶解作用，可保护香蕉不受线虫危害及抑制爪哇木霉。有学者利用扫描电镜发现，茶皂素的杀虫机理可能为茶皂素破坏害虫的蜡质层降低几丁质含量，影响机体的水平衡，杀虫效果较好[72]。因此，研究茶皂素与化学农药复配使用，利用两者的协同效果，可减少高危害农药使用，开发更绿色的农药产品[73]。

3 结语

油茶籽粕富含多种生物活性成分，是一种潜在的多用途原料。然而高含量的茶皂素会造成动物溶血及适口性差等问题，限制其在畜禽饲料上的应用。传统的物理、化学方法只是满足简单的脱毒，效率较低、成本高。而在酶与微生物发酵协同下，可有效破坏油茶饼粕的细胞壁结构，降解茶皂素、粗纤维，提高粗蛋白、还原糖、多肽等含量，能代替部分基础日粮用于饲料中，降低原料成本，促进畜禽的生长和提高机体免疫功能。但目前对油茶籽粕代替日粮喂养畜禽研究较少，在饲料中使用还存在诸多问题需要进一步研究。除作饲料原料外，油茶籽粕的提取液可用于食品、日用化工及农药等领域，并且粕中的多糖、皂苷元等成分还可开发治疗癌症、结肠炎、糖尿病的药物。