栗銘澤，郭少海，杜孟浩，費(fèi)學(xué)謙，鐘海雁

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 亞熱帶林業(yè)研究所，杭州311400； 2.中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410004)

綜合利用

油茶粕中茶皂素連續(xù)提取工藝的研究

栗銘澤1，2，郭少海1，杜孟浩1，費(fèi)學(xué)謙1，鐘海雁2

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 亞熱帶林業(yè)研究所，杭州311400； 2.中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410004)

對(duì)油茶粕中茶皂素連續(xù)提取工藝進(jìn)行研究。首次采用油茶粕造粒后連續(xù)提取茶皂素的方法，以乙醇為浸提溶劑，模擬工廠逆流連續(xù)提取的生產(chǎn)工藝。通過(guò)對(duì)提取時(shí)間、提取溫度、物料含水率的單因素實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)過(guò)三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，得到了茶皂素連續(xù)提取的最佳工藝條件為：提取溫度65℃，提取時(shí)間120 min，物料含水率6.57%。在最佳工藝條件下，茶皂素殘留為1.79%。

油茶粕；茶皂素；造粒；連續(xù)提取

目前我國(guó)油茶種植面積約366.67萬(wàn)hm2，榨油后可產(chǎn)生50萬(wàn)t油茶粕[1-3]。油茶粕本身具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其中茶皂素含量更是高達(dá)10%～15%[4]。茶皂素是一種天然的非離子表面活性劑，可作為乳化劑、分散劑及氣泡劑的天然原料[5]。近年來(lái)的研究[6-7]表明，茶皂素具有抗菌、消炎、抗氧化及保護(hù)胃黏膜的作用。

目前茶皂素提取方法有水提-沉淀法[8]、水提-醇萃法[9]、超聲波輔助提取法[10]、混合溶劑提取法[11]等。這些方法在其各自的實(shí)驗(yàn)條件下，都取得了一定的效果。但受設(shè)備、能耗、產(chǎn)能等諸多因素的限制，大多數(shù)方法均不宜實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

逆流連續(xù)提取工藝是一種較為先進(jìn)的提取方法[12]，在醫(yī)療、化工、保健食品等行業(yè)已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用[13]。該方法采用正向進(jìn)料，逆向進(jìn)溶劑的方式，使得溶劑和物料在浸提設(shè)備中逆向運(yùn)行，用新鮮的溶劑提取待提取物質(zhì)殘留最低的物料，低濃度料液浸泡待提取物質(zhì)含量低的物料，高濃度料液浸泡待提取物質(zhì)含量高的物料及未浸提的新鮮物料。但該方法在茶皂素工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用并不廣泛。主要原因是局部物料滲透困難導(dǎo)致茶皂素殘留高。為解決此問(wèn)題，本文首次采用了將油茶粕造粒后提取的方法。油茶粕造粒，也叫制粒，即將油茶粕經(jīng)加工制成具有一定形狀與大小粒狀物。造粒后的油茶粕可以顯著提高連續(xù)提取生產(chǎn)中溶劑的滲透性，防止黏附、降低堆積密度、預(yù)防設(shè)備堵塞。通過(guò)將油茶粕造粒，提高提取過(guò)程中溶劑的滲透性，從而提高得率，降低殘留。

本文使用乙醇作為溶劑，首次采用油茶粕造粒后連續(xù)提取的方法提取茶皂素，以期為工業(yè)逆流連續(xù)提取茶皂素工藝的改進(jìn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

油茶粕：浙江久晟茶業(yè)發(fā)展有限公司提供(茶皂素含量12%～15%)；茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品(純度99%)：實(shí)驗(yàn)室自制；香草醛(AR)，無(wú)水乙醇(AR)，硫酸(AR)。

DGG-9140電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；S-114電子天平(0.000 1 g)；電子天平(0.01 g)；XW-80A旋渦混合儀；Avanti J-E離心機(jī)，美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司；XMTE-8112恒溫水浴鍋；UV-2550紫外-可見分光光度計(jì)，日本島津公司；SZLH32制粒機(jī)，溧陽(yáng)匯達(dá)機(jī)械有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 油茶粕造粒

油茶粕經(jīng)制粒機(jī)造粒。制粒機(jī)工藝參數(shù)如下：篩板孔徑3 mm，蒸汽壓力0.1 MPa，轉(zhuǎn)速150 r/min。得到含水率9%左右的造粒油茶粕(以下簡(jiǎn)稱油茶粕粒)作為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的原料。

1.2.2 茶皂素逆流連續(xù)提取工藝

實(shí)驗(yàn)?zāi)M工廠逆流連續(xù)提取工藝如圖1所示。

圖1 茶皂素逆流連續(xù)提取工藝流程圖

由圖1可以看出，1～12號(hào)容器分別添加50.0 g油茶粕粒，按料液比1∶2加入85%乙醇提取。每單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移提取液至下一容器，同時(shí)初始容器中通入等量新鮮溶劑。每份油茶粕粒提取6次，至12號(hào)容器第一次提取完成結(jié)束實(shí)驗(yàn)。取7號(hào)容器油茶粕粒測(cè)定茶皂素殘留，取12號(hào)容器提取液測(cè)定茶皂素得率。

1.2.3 茶皂素含量的測(cè)定

1.2.3.1 茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

精確稱取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品0.025 g，用85%乙醇溶解，并定容到50 mL容量瓶中，搖勻，即得茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.3.2 最大吸收波長(zhǎng)的確定

參考陳瑩等[14]的方法并改進(jìn)。量取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL于10 mL具塞試管中，準(zhǔn)確加入1 mL 8%香草醛溶液，于冰水浴中加入8 mL 77%硫酸溶液，搖勻，于60℃水浴加熱顯色30 min，然后置于冰水浴中冷卻10 min，取出試管置于室溫下直至溫度與室溫持平，以試劑空白為參比，用1 cm比色皿在紫外-可見分光光度計(jì)上掃描，得到最大吸收波長(zhǎng)為540 nm。

1.2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確量取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 mL于帶塞試管中，加85%乙醇定容至1 mL，按1.2.3.2方法反應(yīng)后，在最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，并以吸光度(y)對(duì)質(zhì)量濃度(x)繪圖，得到茶皂素標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.001 5x-0.088 5，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 1。

1.2.3.4 茶皂素得率及茶皂素殘留的計(jì)算

(1)茶皂素得率的計(jì)算

參考劉紅梅[15]的方法計(jì)算茶皂素得率。

(2)茶皂素殘留的計(jì)算

將7號(hào)容器油茶粕粒烘干、粉碎后，取5 g于索氏抽提器中，用85%乙醇沸水浴抽提10 h，將抽提液定容到250 mL容量瓶中。再取1 mL定容到10 mL容量瓶中。按照1.2.3.2方法測(cè)定。計(jì)算茶皂素質(zhì)量濃度。茶皂素殘留的計(jì)算方法如下：

式中：c為茶皂素質(zhì)量濃度，mg/L；V為抽提液的體積，L；n為抽提液的稀釋倍數(shù)；m為油茶粕粒質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 提取溫度對(duì)茶皂素得率及殘留的影響

在提取時(shí)間180min、物料含水率9%的條件下，考察提取溫度對(duì)茶皂素得率及殘留的影響。結(jié)果見圖2。

圖2 提取溫度對(duì)茶皂素得率及殘留的影響

由圖2可以看出，隨著提取溫度的升高，茶皂素的得率上升，55℃時(shí)，得率最高，之后，隨提取溫度升高茶皂素的得率下降；隨著提取溫度升高，茶皂素的殘留降低，在55℃時(shí)殘留最低；之后隨提取溫度的升高，殘留小幅升高后趨于穩(wěn)定。

2.1.2 提取時(shí)間對(duì)茶皂素得率及殘留的影響

在提取溫度55℃、物料含水率9%的條件下，考察提取時(shí)間對(duì)茶皂素得率及殘留的影響。結(jié)果見圖3。

圖3 提取時(shí)間對(duì)茶皂素得率及殘留的影響

由圖3可以看出，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，茶皂素得率總體呈上升趨勢(shì)。在120min之后，茶皂素得率變化并不明顯，基本趨于穩(wěn)定；茶皂素殘留隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)快速降低的趨勢(shì)，在提取時(shí)間為120min時(shí)，茶皂素的殘留最低，之后茶皂素殘留基本趨于穩(wěn)定。

2.1.3 物料含水率對(duì)茶皂素得率及殘留的影響

在提取時(shí)間150min、提取溫度55℃的條件下，考察物料含水率對(duì)茶皂素得率及殘留的影響。結(jié)果見圖4。

圖4 物料含水率對(duì)茶皂素得率及殘留的影響

由圖4可以看出，隨物料含水率升高，茶皂素得率先升高后下降，在物料含水率為7%時(shí)達(dá)到最高，之后呈下降趨勢(shì)；殘留先下降后升高，在物料含水率為7%時(shí)獲得最低殘留，在物料含水率8%以上殘留基本趨于穩(wěn)定。在含水率過(guò)低的情況下，茶皂素得率很低。推斷在物料含水率過(guò)低的情況下，乙醇溶液不能迅速浸透物料，因而導(dǎo)致得率不高。物料含水率過(guò)高的情況下，會(huì)影響到乙醇溶液提取茶皂素的效率。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以茶皂素殘留為指標(biāo)，以提取溫度、提取時(shí)間、物料含水率為因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)因素水平見表1，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析見表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)表2，做三因素的效應(yīng)圖如圖5所示。

圖5 因素效應(yīng)圖

由表2可以看出，影響茶皂素殘留的主次因素順序是：提取溫度>物料含水率>提取時(shí)間。得出最佳的工藝條件為A3B2C3，即提取溫度65℃，提取時(shí)間150 min，物料含水率6.57%。由圖5可以看出，提取時(shí)間超過(guò)120 min之后，提取時(shí)間對(duì)茶皂素殘留的影響很微弱，考慮到產(chǎn)能問(wèn)題，選擇A3B1C3更適合工業(yè)生產(chǎn)，即提取溫度65℃，提取時(shí)間120 min，物料含水率6.57%。

按照優(yōu)化條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，茶皂素殘留為1.79%，略優(yōu)于正交實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)結(jié)果，證明了優(yōu)化方案的可行性。

2.3 油茶粕造粒連續(xù)提取的中試實(shí)驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，于2015年6月30日—7月3日在浙江久晟茶業(yè)發(fā)展有限公司采用逆流連續(xù)提取方法進(jìn)行了中試實(shí)驗(yàn)。中試的工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)80%～87%，料液比1∶2，提取溫度60～65℃，提取時(shí)間120～140 min，物料含水率6.3%～7.8%，進(jìn)料速度0.8 t/h。提取后測(cè)得茶皂素殘留為2.66%～3.21%。進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法在工業(yè)生產(chǎn)中的可行性。

3 結(jié) 論

本研究證明了油茶粕造粒后連續(xù)提取的可行性。實(shí)驗(yàn)得出油茶粕造粒連續(xù)提取的最佳工藝條件為：提取溫度65℃，提取時(shí)間120 min，物料含水率6.57%。在最佳條件下，茶皂素殘留為1.79%，遠(yuǎn)低于目前連續(xù)提取工業(yè)生產(chǎn)的平均水平(8%左右)。

較為關(guān)鍵的是采用造粒提取。以往的工業(yè)生產(chǎn)中，油茶粕粉碎烘干后直接提取，導(dǎo)致浸提溶劑滲透困難，茶皂素殘留居高不下。而油茶粕經(jīng)過(guò)造粒后，溶劑能夠浸透到物料內(nèi)部，也更有利于提取。實(shí)驗(yàn)證明，造粒連續(xù)提取方法得率高、殘留低，在未來(lái)的油茶粕副產(chǎn)品開發(fā)中前景廣闊。

[1] YANG P L，ZHOU M D，ZHOU C Y，et al. Separation and purification of both tea seed polysaccharide and saponin from camellia cake extract using macroporous resin[J]. Sample Prep，2015，38(4)：658-662.

[2] 崔宏春，余繼忠，周鐵鋒，等. 油茶皂素的活性及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(3)：593-598.

[3] 熊道陵，張團(tuán)結(jié)，陳金洲，等. 茶皂素提取及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2015，34(4)：1080-1087.

[4] 陳瑩. 油茶籽粕皂素的提取純化及表面活性研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2012.

[5] 張?jiān)曝S，汪立平. 大孔樹脂純化茶皂素工藝研究[J]. 中國(guó)油脂，2014，39(11)：69-73.

[6] 劉北平，全昌云，黃小兵，等. 響應(yīng)面法優(yōu)化醇法提取茶皂素工藝研究[J]. 中國(guó)油脂，2013，38(6)：84-86.

[7] YANG H，SHAO X，YU G H. Effect of tea saponin on blood pressure in spontaneously hypertensive rats[J]. Chin J Clin Healthcare，2007，10(3)：270-272.

[8] 李秋庭，陸順忠. 茶皂素提取新工藝[J]. 廣西林業(yè)科學(xué)，2001，30(4)：186-188.

[9] 金月慶，鄭競(jìng)成，桂小華. 水提發(fā)酵法純化茶皂素的工藝研究[J]. 糧食與食品工業(yè)，2008，15(4)：34-37.

[10] 杜志欣，張崇堅(jiān)，萬(wàn)端極. 超聲波輔助乙醇法提取茶皂素工藝優(yōu)化[J]. 化學(xué)與生物工程，2015，32(3)：56-59.

[11] 周盛敏，楊光，劉燦召. 混合溶劑法從油茶餅粕中提取茶皂素的研究[J]. 食品科技，2008，33(9)：184-188.

[12] 陳赟，田景奎. 一種中藥動(dòng)態(tài)連續(xù)逆流提取的實(shí)驗(yàn)室模擬方法[J]. 亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2006(1)：60-64.

[13] 王生瑤. 連續(xù)逆流提取工藝的設(shè)備及其應(yīng)用[J]. 應(yīng)用能源技術(shù)，2007(2)：18-20.

[14] 陳瑩，劉松柏，何良興，等. 油茶籽粕和茶皂素中皂苷的定量檢測(cè)方法研究[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2012，27(2)：105-111.

[15] 劉紅梅. 茶皂素提取工藝及分析方法研究[D]. 長(zhǎng)沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

Continuous extraction of tea saponin from oil-tea camellia seed meal

LI Mingze1，2，GUO Shaohai1，DU Menghao1，F(xiàn)EI Xueqian1，ZHONG Haiyan2

(1. Research Institute of Subtropical Forestry，Chinese Academy of Forestry，Hangzhou 311400，China;2. College of Food Science and Technology，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China)

The process of continuous extraction of tea saponin from oil-tea camellia seed meal was studied. The method of continuous extraction after oil-tea camellia seed meal granulation was proposed for the first time. Ethanol was used as extraction solvent and the production process of countercurrent continuous extraction in factories was simulated. Through single factor experiment of extraction time，extraction temperature and moisture content of material，and optimization of three-factor and three-level orthogonal experiment，the optimal continuous extraction conditions of tea saponin were obtained as follows：extraction temperature 65℃，extraction time 120 min, moisture content of material 6.57%. Under these conditions，the residue of tea saponin was 1.79%.

oil-tea camellia seed meal；tea saponin; granulation; continuous extraction

2016-03-30；

2016-09-11

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金 (RISF201361324)

栗銘澤(1988)，男，在讀碩士，研究方向?yàn)槭称芳庸づc安全(E-mail)limingze8807@163.com。

郭少海，教授級(jí)高級(jí)工程師(E-mail)guoshaohai@126.com。

TS229;TQ423

A

1003-7969(2017)01-0121-04