易笑生 劉汝寬 肖志紅 吳 紅 谷政偉 黎繼烈 李昌珠

(中南林業(yè)科技大學(xué)1，長沙 410004)(湖南省林業(yè)科學(xué)院2，長沙 410004)(國家油茶工程技術(shù)研究中心3，長沙 410004)

正丁醇提取油茶餅粕中茶油和茶皂素的研究

易笑生1劉汝寬2,3肖志紅2,3吳 紅2谷政偉1黎繼烈1李昌珠2

(中南林業(yè)科技大學(xué)1，長沙 410004)(湖南省林業(yè)科學(xué)院2，長沙 410004)(國家油茶工程技術(shù)研究中心3，長沙 410004)

為了充分利用冷榨油茶餅粕，采用正丁醇提取冷榨餅粕中的茶油和茶皂素，對浸提時間、次數(shù)、溫度以及料液比進(jìn)行了單因素試驗(yàn)。利用Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計及響應(yīng)面分析方法進(jìn)行優(yōu)化。用氣質(zhì)聯(lián)用儀對試驗(yàn)提取的茶油和冷榨茶油中的脂肪酸成分進(jìn)行測量和比較。結(jié)果表明，在浸提次數(shù)4次、料液比1∶1.36、溫度80 ℃、浸提時間2.57 h條件下，茶油提取率(92.88±1.41)%，茶皂素提取率(43.2±0.94)%。通過氣質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，正丁醇提取的茶油和冷榨茶油的化學(xué)成分相似，表明正丁醇法提取的茶油能很好的保持茶油原有的品質(zhì)。

正丁醇 茶油 茶皂素 氣質(zhì)聯(lián)用

茶油是我國食用油主要品種之一[1]，茶油的成分以不飽和脂肪酸為主，油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74%～87%，具有抗血管硬化和降血壓的功效[2-4]，在調(diào)節(jié)血膽固醇、抑制組織過氧化作用等方面優(yōu)于富含多不飽和脂肪酸的油脂[5-7]。近年來，茶油加工提倡冷榨，通?？梢蕴崛〕鲈现?6%～92%的茶油，冷榨后油茶餅粕中還含有不低于8%茶油和9%～14%茶皂素。茶皂素是一種天然非離子型表面活性劑[8]，具有良好的乳化、分散、濕潤、發(fā)泡及去污等性能，并有抗?jié)B、消炎、鎮(zhèn)痛及擴(kuò)張血管等作用[9]，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及醫(yī)藥衛(wèi)生行業(yè)有著良好的應(yīng)用前景[10]。因此，油茶餅粕中剩余物茶油和茶皂素的提取分離受到很多學(xué)者的關(guān)注，陳德軍[11]利用甲醇和6#溶劑混合浸取茶籽，通過分層得到茶油和粗茶皂素；現(xiàn)有的生產(chǎn)企業(yè)通常是用6#溶劑浸提出油茶餅粕中剩余物的茶油，茶皂素則少有利用。生產(chǎn)中用6#溶劑雖然提取率高，但6#溶劑閃點(diǎn)為-30 ℃，在生產(chǎn)操作過程中危險性大，且很有利用價值的茶皂素沒有提取出來。如何安全高效提取油茶餅粕中剩余物茶油和茶皂素，是油茶加工產(chǎn)業(yè)增效要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。正丁醇的閃點(diǎn)為35 ℃，相對6#溶劑來說安全性高，對維生素E、角鯊烯、麥角甾醇和卵磷脂等有很強(qiáng)的溶解能力。本研究選用正丁醇為溶劑，將油茶餅粕中的剩余物茶油、茶皂素和卵磷脂等同時提取出來，再進(jìn)行分離，分別得到目標(biāo)產(chǎn)物茶油、茶皂素等，為油茶餅粕的高效綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷榨油茶餅粕(含油8.45%，含茶皂素9.28%)、冷榨茶油：湖南林之神生物科技有限公司；C8-C22標(biāo)準(zhǔn)脂肪酸：Supelco Analytical co. ltd.。

Scion-SQ氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)：美國布魯克公司；UV-2800雙光束/紫外可見分光光度計：北京瑞利分析儀器公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：鄭州長城科工貿(mào)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

取用粉碎機(jī)打成粉末(60～100目)的冷榨油茶餅粕500 g，在恒定條件下用一定量的正丁醇(含水5%)浸提，浸提液用4層紗布過濾。重復(fù)正丁醇浸提和過濾的步驟，收集合并每次紗布過濾的濾液，再用濾紙進(jìn)行過濾，收集濾液。濾液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中進(jìn)行減壓恒溫(80 ℃)蒸發(fā)正丁醇，蒸至燒瓶壁上有黃色吸附物時停止蒸發(fā)。將濃縮液倒入燒杯中，得到的沉淀先用正丁醇重復(fù)洗滌3次，洗滌液倒入濃縮液燒杯中，再用水洗，洗凈燒瓶收集水洗液，干燥為粗茶皂素。最后將燒杯中的液體再次倒入燒瓶中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，蒸發(fā)完全，收集液體為茶油。

1.3 單因素試驗(yàn)

由單因素試驗(yàn)確定浸提次數(shù)、料液比、浸提時間、浸提溫度對茶油和茶皂素提取率的影響。

1.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取對浸提過程影響較大的因素進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)，運(yùn)用統(tǒng)計軟件Design-expert 8.0對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，確定最佳的浸提參數(shù)。

1.5 粗茶皂素的含量測定

標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定：取20 mg茶皂素溶于蒸餾水，10 mL的容量瓶定容。分別取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL于帶塞的10 mL試管中，加水定容到2.5 mL，冰水浴條件下精確加入8%的香草醛乙醇溶液0.5 mL，然后加入77%硫酸溶液4 mL，搖勻，在60 ℃水浴15 min，冰水浴冷卻10 min，取出后靜置到室溫，空白試劑為參比，在波長545 nm處，測定吸光度[12]。以吸光度與標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度x(mg/mL，體積為2.5 mL)求得回歸方程為：y=0.225 8x-0.038 3，相關(guān)系數(shù)為R2=0.997 5。

粗茶皂素含量測定：取最佳條件下得到的干燥粗茶皂素，20 mg溶于蒸餾水，10 mL容量瓶定容。取2.5 mL于帶塞的10 mL試管中，處理方法同標(biāo)準(zhǔn)曲線測定相同，測定吸光值。

1.6 茶油GC-MS分析

氣相色譜條件：毛細(xì)管柱HP-88，100 m×0.25 mm×0.2 μm。進(jìn)樣口溫度：250 ℃，進(jìn)樣量10 μL，柱溫：100 ℃保持1 min，3 ℃/min升至220 ℃保持10 min，載氣為He(1 mL/min)。

質(zhì)譜條件：EI源，電離條件70 eV，離子源溫度：200 ℃，質(zhì)譜范圍：45～400 Amu，掃描周期：200 ms。

將C8～C22標(biāo)準(zhǔn)脂肪酸加正己烷(色譜純)稀釋為0.2 mg/mL，作為外標(biāo)物，進(jìn)行GC-MS檢測分析。

取20 mg左右待測樣品，加入4∶1正己烷-石油醚4 mL溶解油樣，再加入0.5 mol/L KOH-CH3OH溶液2 mL，振搖后置于50 ℃水浴中反應(yīng)，取出后加入2 mL蒸餾水并充分震動，靜置分層后取出上層有機(jī)相，加入一定量無水Na2SO4震蕩干燥1 h。取30 μL上述液體用正己烷稀釋到2 mL，用GC-MS分析[13-14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 浸提次數(shù)對提取率的影響

浸提次數(shù)對茶油和茶皂素提取率的影響如圖1所示。浸提次數(shù)低于3次的時候，茶油和茶皂素的提取率較低。這是由于浸提次數(shù)少，茶油和茶皂素還沒有完全浸出。當(dāng)浸提次數(shù)為3次時，茶油和茶皂素的提取率較高；但浸提4次與浸提3次相比提取率增加很少，這是因?yàn)槠渌麠l件固定時，浸提3次油茶餅粕中的茶油和茶皂素已充分溶出，增加次數(shù)已經(jīng)不能使茶油和茶皂素提取率有較大變化。所以選擇2～4次作為后續(xù)試驗(yàn)參數(shù)范圍。

圖1 浸提次數(shù)對提取率的影響

2.1.2 浸提料液比對提取率的影響

改變料液比1∶0.6、1∶0.8、1∶1、1∶1.2、1∶1.4進(jìn)行試驗(yàn)，測定茶油和茶皂素提取率，結(jié)果如圖2所示。料液比小于1∶1的情況下，茶油和茶皂素的浸提得率較低，隨著料液比的增加，提取率增加較大。這是因?yàn)榱弦罕鹊脑龃?，浸提溶劑的量增多，達(dá)到相平衡時會有更多的茶油和茶皂素被提取出來。當(dāng)料液比大于1∶1后，因?yàn)轱炂芍胁栌秃筒柙硭匾鸦救艹?，且隨著料液比的增加，分離過程中被溶劑帶走茶油總量也隨著增多，所以提取率增長很少。后續(xù)試驗(yàn)選擇1∶(1～1.4)作為料液比參數(shù)范圍。

圖2 浸提料液比對提取率的影響

2.1.3 浸提時間對提取率的影響

浸提時間對茶油和茶皂素提取率的影響如圖3所示。在浸提1 h時，提取率較低，隨著時間的增加，提取率有明顯提升，這是由于浸提時間少，浸提溶劑與油茶餅粕接觸的時間短，浸提溶劑還沒完全將茶油和茶皂素充分溶出。而在2 h以后，茶油的提取率基本保持不變，這是由于在2 h以后，茶油和溶劑接近相平衡，增加時間已經(jīng)不能提取出更多的茶油。而在2 h以后茶皂素的提取率還有少量的提升，這是由于茶皂素的提取出來的量較少，溶劑中茶皂素未飽和。所以選擇2～4 h作為后續(xù)試驗(yàn)的時間范圍。

圖3 浸提時間對提取率的影響

2.1.4 浸提溫度對提取率的影響

浸提溫度對茶油和茶皂素的提取率的影響如圖4所示。隨著溫度的升高，茶油和茶皂素的提取率有顯著的提升。在70 ℃以后，茶油提取率增加不大，茶皂素的提取率還有明顯提高，由于茶皂素易溶于熱水，提高溫度可使茶皂素能被更多的提取出來。在保證茶油和茶皂素提取率的前提下，將提取溫度選定為80 ℃，與產(chǎn)物分離操作時的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溫度相同，有利于管理和產(chǎn)物收集。

圖4 浸提溫度對提取率的影響

2.2 Box-Benhnken試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果，固定提取溫度80 ℃，選取浸提時間(X1)、料液比(X2)、浸提次數(shù)(X3)為試驗(yàn)因素。試驗(yàn)主要目標(biāo)是提取茶油、茶皂素是作為副產(chǎn)物進(jìn)行提取試驗(yàn)，所以響應(yīng)面試驗(yàn)選擇浸提時間(X1)、浸提料液比(X2)、浸提次數(shù)(X3)為影響因素，采用Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計對茶油提取率進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析優(yōu)化。試驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果如表1、表2 所示。

表1 Box-Benhnken 試驗(yàn)因素及其水平表

表2 Box-Benhnken試驗(yàn)結(jié)果表

表3 全模型方差分析

注：**差異極顯著(P<0.01)；*差異顯著(P<0.05)。

利用Design-expert 8.0軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果如表3所示。模型F值為45.76，整體模型的概率(Pr>F)值<0.01，表明該二次方程模型極顯著，失擬項(xiàng)P=0.098 0>0.05，差異為不顯著，相關(guān)系數(shù)R2=0.988 0，表明模型擬合度較好。所得二次回歸方程為：

Y=89.36+5.565X1+7.787 5X2+14.105X3+3.635X1X2+4.285X1X3-0.555X2X3-8.43X12-9.915X22-10.795X32

式中：Y為油的提取率/%；X1為浸提時間/h；X2為浸提料液比；X3為浸提次數(shù)。

對回歸方程求解并修整，得到各因素的最佳值分別為：浸提時間2.57 h、浸提料液比1∶1.36、浸提次數(shù)4 次，茶油提取率達(dá)到理論最大值93.78%。根據(jù)上述優(yōu)化的條件，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，測得茶油提取率為(92.88±1.41)%。

收集優(yōu)化條件下提取的茶皂素，利用紫外顯色法測定，計算出茶皂素的提取率為(43.2±0.94)%。

2.3 粗茶皂素含量測定

測得粗茶皂素的吸光度值為0.269，計算得到茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%。

2.4 不同提取方法茶油主要成分比較

稱取的冷榨茶油質(zhì)量為24.6 mg，正丁醇提取的茶油質(zhì)量為16.9 mg，甲酯化后測定其主要成分，結(jié)果如表4所示，冷榨茶油和正丁醇提取的茶油的主要化學(xué)成分為4種，占總油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為97.933%和97.147%。其中冷榨茶油和正丁醇提取的茶油不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為85.604%、88.663%，而不飽和脂肪酸是人體必需的脂肪酸，對人體健康具有重要意義。

表4 待測物的主要化學(xué)成分

圖5 茶油和標(biāo)準(zhǔn)樣品GC-MS譜圖

3 總結(jié)

3.1 保持浸提溫度為80 ℃，單因素和響應(yīng)面的分析結(jié)果表明，影響浸提得率大小的因素依次是浸提次數(shù)(X3)>料液比(X2)>浸提時間(X1)。最佳試驗(yàn)條件為浸提時間2.57 h、料液比1∶1.36、浸提次數(shù)4 次，在優(yōu)化后的條件下有較高的茶油和茶皂素的提取率。

3.2 通過紫外分光光度測定粗茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%，因?yàn)樵囼?yàn)主要目標(biāo)是提取茶油，茶皂素的提取率為(43.2±0.94)%，后續(xù)研究中尚需進(jìn)一步提高茶皂素的提取率。

3.3 利用GC-MS對冷榨茶油、正丁醇提取茶油進(jìn)行比較，2種提取方法得到的茶油化學(xué)成分含量相近，說明正丁醇法提取的茶油不但能很好的保持茶油原有的品質(zhì)，而且能夠同時提取出油茶餅粕中的其他有效成分，是一種有潛在產(chǎn)業(yè)化價值的提取方法。

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Research on Tea Oil and Tea Saponin Extracted by N-butyl Alcohol from Pressed Camellia Cake

Yi Xiaosheng1Liu Rukuan2,3Xiao Zhihong2,3Wu Hong2Gu Zhengwei1Li Jilie1Li Changzhu2

(Central South University of Forestry and Technology1, Changsha 410004)(Hunan Academy of Forestry2, Changsha 410004)(National Engineering Research Center of Oiltea Camellia3, Changsha 410004)

In order to make full use of the cold pressed camellia cake, by adopting the tea oil and saponin extracted by n-butyl alcohol from cold pressed camellia cake, the single factor experiment can be conducted for extracting time, times of extracting, temperature and ratio of material to solvent,. Then the Box-Behnken experimental design and response surface methodology were taken on regression analysis. Through gas chromatograph-mass spectrometer analysis, the fatty acid composition in the extracted tea oil and cold pressed tea oil was measured and compared. The result showed that under the temperature 80 ℃, with times of extracting being 4, ratio of material to solvent being 1∶1.36 and extracting time being 2.57 h, the extraction rates of tea oil and saponin were respectively (92.88±1.41)% and (43.2±0.94)%. It was found that through the gas chromatograph-mass spectrometer analysis, chemical compound of tea oil extracted by n-butyl alcohol was similar to that of cold pressed tea oil, which showed the tea oil extracted by n-butyl alcohol could well preserve the original quality of tea oil.

n-butyl alcohol, tea oil, tea saponin, gas chromatograph-mass spectrometer

TQ644.14

A

1003-0174(2016)04-0067-05

國家科技支撐計劃(2011BAD22B04)，國家油茶工程技術(shù)研究中心開放基金(2014CZ01-1)，湖南省科技計劃(2014NK3126)，湖南省林業(yè)科技計劃(XLK 201412)

2014-08-11

易笑生，男，1991年出生，碩士，農(nóng)產(chǎn)品生物加工

黎繼烈，女，1959年出生，教授，農(nóng)產(chǎn)品生物加工

李昌珠，男，1963年出生，研究員，資源植物利用