唐珊珊，黃三萍，肖新生，劉 芳

(湖南科技學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，湘南優(yōu)勢植物資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實驗室，湖南 永州 425199)

茶皂素又名茶皂甙，廣泛存在于山茶科植物中，是一類結(jié)構(gòu)相近的齊墩果烷型五環(huán)三萜類皂苷混合物，由于分子中含有兩性基團(tuán)，可作為一種天然非離子型表面活性劑[1]。此外，茶皂素還具有抗菌[2-3]、抗?jié)B消炎[4-5]、延緩動脈粥樣硬化[6]、保護(hù)腸胃抑制酒精吸收[7]等多種生物活性，廣泛應(yīng)用于建材、化工、生物醫(yī)藥及食品等行業(yè)。

目前市場上的茶皂素主要還是以低含量為主，純度不高、雜質(zhì)含量較多，限制了茶皂素的開發(fā)利用，因此須采用適當(dāng)?shù)姆椒ǔシ遣柙硭氐碾s質(zhì)即進(jìn)行茶皂素純化。純化是將多種物質(zhì)的聚集體，通過物理[8]、化學(xué)[9]或生物[10]等方法，變成一類或一種物質(zhì)的過程，通過對粗茶皂素進(jìn)行純化，可生產(chǎn)高純度茶皂素。研究人員已認(rèn)識到茶皂素純化的重要性，并嘗試了各種方法，但是目前茶皂素的純化工藝尚不完善，導(dǎo)致茶皂素的工業(yè)化產(chǎn)品在醫(yī)藥及化妝等精細(xì)化工行業(yè)的應(yīng)用受到一定的限制。因此，必須尋找簡單、高效的純化方法以提高茶皂素的藥用價值及經(jīng)濟(jì)價值，避免資源的浪費(fèi)。本文就已開展的各種純化方法綜述茶皂素純化的研究進(jìn)展，以期為茶皂素的純化利用提供參考。

1 茶皂素基本性質(zhì)

茶皂素(C57H90O28)屬于三萜類皂素，由配基、配糖體和有機(jī)酸構(gòu)成，化學(xué)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。其基本碳架和配基分別由齊墩果烷(Oleanane)和β-香樹素(β-amyrin)衍生物構(gòu)成，配糖體主要由葡萄糖醛酸、半乳糖、木糖以及阿拉伯糖組成，有機(jī)酸由醋酸、肉桂酸、當(dāng)歸酸、惕各酸等成分組成。茶皂素配基與配糖體以甙鍵形式結(jié)合，與有機(jī)酸以酯基的形式結(jié)合[11]。由于組合單元體的多樣性及組合方式的差異性，導(dǎo)致茶皂素成為一種結(jié)構(gòu)相似的混合物。

茶皂素攜有苦辛辣味，純品在形態(tài)上呈柱狀結(jié)晶，色澤為無色，具有強(qiáng)吸濕性，對甲基紅呈酸性，基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 茶皂素的理化性質(zhì)

利用常規(guī)提取方法[12]從油茶餅粕中提取的茶皂素粗品通常含有多糖和蛋白類等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)與茶皂素在理化性質(zhì)上存在較大差異，具體表現(xiàn)在：在溶劑中的溶解度不同；與不同沉淀劑作用不同；與吸附劑的吸附能力不同；分子大小、相對分子質(zhì)量及極性不同等。研究者們正是根據(jù)這些性質(zhì)差異進(jìn)行茶皂素純化。

2 茶皂素純化方法

2.1 重結(jié)晶法

根據(jù)茶皂素比多糖和蛋白類等雜質(zhì)更易溶于含水乙醇，及其在含水乙醇中的溶解度隨溫度降低迅速下降的特點(diǎn)利用重結(jié)晶法進(jìn)行茶皂素純化。張海龍等[13]稱取粗茶皂素加入到95%熱乙醇液中，溶后趁熱過濾，收集濾液，濾液緩慢降到室溫后，置于冰箱4℃下靜置一段時間，得到半透明結(jié)晶物，將此結(jié)晶物烘干后即得較高純度的茶皂素。但是這種方法得率偏低，在工業(yè)化生產(chǎn)上存在不足。

2.2 萃取法

2.2.1 醇萃法

此方法是在水提法基礎(chǔ)上的拓展改進(jìn)，將得到的粗茶皂素提取液加入另外一種萃取劑轉(zhuǎn)萃，即可獲得純度較高的茶皂素。趙元藩等[14]早在1996年報道了這種新的工藝“水提-醇萃法”，制備的茶皂素純度為95%。曾韜等[15]在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了改進(jìn)，提出 “一水二醇”法，采用95%乙醇為提取劑進(jìn)行浸提，并以所得的粗茶皂素為原料，再用正丁醇萃取，在較優(yōu)的工藝條件下制得的茶皂素純度可達(dá)85%以上，且產(chǎn)品具有理想的色澤。陳秋平等[16]在進(jìn)行茶皂素純化研究時，重點(diǎn)比較了丙酮和正丁醇兩種不同溶劑的純化效果，結(jié)果表明前者純化茶皂素產(chǎn)率低于后者，對環(huán)境污染大，并且價格也較高，所以用正丁醇純化有明顯優(yōu)勢。

李祥等[17]以實驗室研制的茶皂素粗品為原料，對比探究了純化劑分別為水飽和正丁醇和正丁醇時兩者萃取效果，結(jié)果表明前者效果明顯優(yōu)于后者，這是因為正丁醇作為萃取劑時，會產(chǎn)生大量乳化層，導(dǎo)致難以分層，而用水飽和正丁醇乳化層會大大減少。當(dāng)水飽和正丁醇用量為35 mL、pH為4、粗茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、萃取次數(shù)為3時，將3次的濾液合并，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，烘干后得純度為97%的乳白色茶皂素產(chǎn)品。

醇萃法工藝簡單、制備的產(chǎn)品收率和純度都較高，適合進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，值得推廣。

2.2.2 雙水相萃取法

根據(jù)茶皂素和水溶性雜質(zhì)在雙水相體系的上下相中分配情況的差異，進(jìn)而達(dá)到純化的目的。張團(tuán)結(jié)等[18]采用丙醇/硫酸銨雙水相體系對粗茶皂素進(jìn)行萃取，優(yōu)選硫酸銨和丙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%和23%，并在40℃、pH中性條件下進(jìn)行萃取，茶皂素萃取率可達(dá)89.32%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由40.2%提高至78.12%，效果可觀且分離速度快。呂琪[19]也采用丙醇/硫酸銨雙水相體系對茶皂素進(jìn)行純化，在較優(yōu)的條件下得到茶皂素平均含量為77.12%，純化后的茶皂素在含量及顏色上均有大幅提升。

雙水相萃取技術(shù)具有萃取條件溫和、處理量大、萃取率高、兩相分離快、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但是因為同時一次使用兩種溶劑對設(shè)備的要求較高。

2.3 生物純化法

2.3.1 酶法

粗茶皂素中的雜質(zhì)主要是多糖和蛋白類物質(zhì)，由于這兩種物質(zhì)與茶皂素相互作用較強(qiáng)，導(dǎo)致分離難度較大，因此研究人員嘗試采用選擇性高的生物酶對多糖和蛋白類雜質(zhì)進(jìn)行水解去除，從而實現(xiàn)制備高純度茶皂素。

游瑞云等[20]采用由纖維素酶與糖化酶按1∶2比例構(gòu)成的組合酶進(jìn)行粗茶皂素水解除雜，在組合酶用量0.5%、溫度50～60℃、pH 6～7條件下水解12 h，可得到純度接近90%的茶皂素。為進(jìn)一步提高純度，他們將酶水解得到的粗品加入丙酮，離心分離，烘干后最終得到的茶皂素純度高達(dá)98.3%。

周紅宇等[21]采用殼聚糖-蛋白酶聯(lián)用純化茶皂素，結(jié)果表明蛋白酶處理可顯著提高茶皂素得率，這是因為其可降低粗品中蛋白質(zhì)含量和殼聚糖絮凝時茶皂素?fù)p失。

2.3.2 發(fā)酵法

金月慶等[22]以水提得到的粗茶皂素為原料，加入的酶a、酶b用量分別為0.30%和0.35%，再按酵母液與待發(fā)酵液體積比為1∶10比例加入活化后的酵母，發(fā)酵一段時間后將發(fā)酵液過濾，濾液濃縮干燥即得茶皂素，其純度可達(dá)73.1%。

生物純化法純化茶皂素工藝條件溫和、對環(huán)境友好、選擇性較高，但是操作過程較復(fù)雜，耗時較長。

2.4 沉淀法

沉淀作用包括一個新的凝結(jié)相的形成過程，和由于沉淀劑的使用導(dǎo)致某些離子生成難溶化合物進(jìn)而沉積的過程。根據(jù)沉淀對象的不同，分為兩類：一類是沉淀目標(biāo)物茶皂素，一類是沉淀雜質(zhì)。經(jīng)沉淀法純化得到的精制茶皂素純度較高，但是此方法產(chǎn)率偏低，不適合工業(yè)生產(chǎn)。

2.4.1 沉淀雜質(zhì)

使雜質(zhì)沉淀的試劑主要有殼聚糖、乙醇、硫酸鋁鉀、聚三氯化鐵等。劉堯剛等[23]選用80%乙醇為溶劑，殼聚糖為沉淀劑，在料液比1∶50、溶劑與沉淀劑比10∶1時提純得到的茶皂素純度為65.67%，回收率為94.36%。

2.4.2 沉淀茶皂素

使茶皂素沉淀的試劑主要有丙酮、乙醚、氧化鈣、鉛鹽、膽甾醇等，其中丙酮是目前使用最廣泛的。趙娟等[24]以茶皂素粗品為原料，對比了蒸餾水、80%甲醇、80%乙醇3種不同溶劑的效果，并比較了丙酮、乙酸乙酯、乙醚3種不同沉淀劑的效果，同時進(jìn)行了工藝條件優(yōu)化，結(jié)果表明當(dāng)溶劑選用80%乙醇，沉淀劑選用丙酮，在料液比為1∶20、溶劑與沉淀劑比為1∶2時提純效果最好，制備的茶皂素純度可達(dá)87.20%，回收率達(dá)71.17%。

楊坤國等[25]將粗茶皂素先用索氏提取器抽提除雜并制得皂素-膽甾醇復(fù)合物(膽甾醇與皂素投料質(zhì)量比0.75∶1)，選用甲苯作為溶劑再次用索氏提取器抽提分離該復(fù)合物，精制得到的茶皂素純度達(dá)98.5%以上。

隨著對沉淀法技術(shù)的研究，學(xué)者們嘗試將兩種沉淀劑聯(lián)合使用。王金元等[26]以油茶籽水媒法提油后的水相為原料，先經(jīng)過殼聚糖凝絮，再用氧化鈣沉淀，最后通過碳酸氫銨釋放來濃縮純化，在較優(yōu)的工藝條件下最終得到的茶皂素純度為80.25%，此工藝有效解決了茶皂素水溶液濃縮問題，在茶皂素純化方面有較好成效。

解慶范等[27]以乙醇浸提的茶皂素液為原料，用明礬沉淀法初提純得到純度為76.92%的茶皂素，再進(jìn)行丙酮二次提純，結(jié)果表明以80%乙醇為溶劑、丙酮為沉淀劑，在茶皂素粗品與溶劑比為1∶20、溶劑與沉淀劑比為1∶2時，提純得到的茶皂素純度可達(dá)93.6%。

2.5 吸附分離法

吸附是溶質(zhì)從液相或氣相轉(zhuǎn)移到固相的過程。由于不同物質(zhì)與吸附劑的吸附能力強(qiáng)弱不同，利用這一特性使目標(biāo)物質(zhì)和雜質(zhì)分離，從而實現(xiàn)濃縮提純目的的方法。這類方法操作簡便、成本較低、過程安全，具有很大的應(yīng)用前景。目前常用的吸附劑有活性炭、吸附樹脂、凝膠吸附劑、硅膠吸附劑等。

2.5.1 活性炭吸附法

涂云飛等[28]采用活性炭柱層析純化油茶皂苷，結(jié)果表明先用水洗再用90%乙醇進(jìn)行洗脫能取得較好的分離效果，最終得率為62.9%，精制油茶皂苷純度達(dá)50.1%以上?；钚蕴烤哂谢瘜W(xué)惰性、可再生性，是工業(yè)化純化茶皂素的理想載體，但是目前活性炭吸附法純化茶皂素存在產(chǎn)品得率不高，純度欠佳的問題，限制了它的工業(yè)化應(yīng)用。

2.5.2 吸附樹脂分離法

吸附樹脂由于吸附性能好、對有機(jī)成分選擇性較高、成本低廉、易再生等特性，被廣泛應(yīng)用于液體中雜質(zhì)的分離和純化[29-31]。目前應(yīng)用較多的是大孔吸附樹脂，此種樹脂在分離純化茶皂素上表現(xiàn)出良好的效果。將粗茶皂素溶液通過大孔樹脂后，先用水洗滌去除水溶性雜質(zhì)如糖類物質(zhì)等，然后再用梯度濃度的甲醇或乙醇依次洗脫。通過大孔樹脂分離法精制的茶皂素產(chǎn)量大、純度高，且該過程簡單，成本低廉，可連續(xù)化操作，但是目前該技術(shù)在批量化生產(chǎn)上還不成熟。

金月慶等[32]以脫脂油茶餅粕80%乙醇浸提液為原料，用AB-8樹脂進(jìn)行純化。在較優(yōu)的條件下，茶皂素的吸附率達(dá)90.70%、總洗脫率達(dá)85.47%，最終得到的茶皂素產(chǎn)品純度達(dá)85%。游瑞云等[33]也采用AB-8樹脂進(jìn)行茶皂素純化，在最佳工藝條件下制備的茶皂素純度達(dá)85.7%。

張海龍等[34]通過靜態(tài)吸附和動態(tài)吸附篩選出合適的大孔樹脂D4020型大孔樹脂，并對洗脫劑體積、體積分?jǐn)?shù)、洗脫流速等進(jìn)行了工藝條件的優(yōu)化，在優(yōu)化的條件下進(jìn)行吸附分離，得到的茶皂素純度為81%，回收率達(dá)82%以上。

張云豐等[35]通過對比選用S-8型大孔樹脂對含量為47.38%的茶皂素粗品進(jìn)行純化，并用響應(yīng)面分析法優(yōu)化茶皂素的洗脫條件，最終通過控制樹脂柱量、粗茶皂素濃度及用量、上樣流速、洗脫劑用量及流速等因素，實現(xiàn)茶皂素最大得率為81.74%，回收率為78.29%，含量為85.36%。

孫國金等[36]研究了D101型大孔樹脂純化茶皂素的工藝參數(shù)，除了對常規(guī)的上樣濃度、流速及洗脫液濃度進(jìn)行探討外，還研究了一個新的影響因素：洗脫液與樹脂體積比。當(dāng)兩者體積比5∶1時綜合效果最好，最終洗脫率為83.6%，純度可達(dá)92%。

魏婷婷等[37]在探究大孔樹脂純化茶皂素時發(fā)現(xiàn)DM130型樹脂處理得到的茶皂素純度最高，當(dāng)上樣液質(zhì)量濃度為139.75 mg/mL、上樣流速0.33 mL/min、洗脫液乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、洗脫流速3.57 mL/min時，制得的茶皂素純度達(dá)85.6%。

顧姣等[38]通過對比8種不同極性的大孔樹脂對茶皂素分離效果，發(fā)現(xiàn)XR910X效果最好。并提出兩步洗脫，首先用NaOH溶液洗脫部分雜質(zhì)，再用90%乙醇洗脫茶皂素，通過兩步洗脫產(chǎn)品純度得到進(jìn)一步提高，最終在較優(yōu)條件下制備的茶皂素純度達(dá)94.26%，回收率也較高，為70.34%。

2.5.3 凝膠色譜法

凝膠色譜法是利用分子篩的原理來實現(xiàn)對不同相對分子質(zhì)量化合物的分離，在用不同濃度的洗脫液洗脫時，各成分按相對分子質(zhì)量從高到低的順序依次被洗脫下來[39-40]。姜偉等[41]以油茶餅粕的乙醇提取液為原料，用Sephadex LH20進(jìn)行分離純化，得到的茶皂苷純度可達(dá)到95.58%。凝膠色譜法操作簡單，不需使用大量有機(jī)溶劑，對相對分子質(zhì)量差異大的物質(zhì)分離效果好，但是價格較昂貴，不適合工業(yè)應(yīng)用。

2.5.4 硅膠吸附分離法

硅膠吸附分離是根據(jù)不同物質(zhì)在硅膠上的吸附力存在差異的特性進(jìn)行物質(zhì)分離，一般情況下極性越大的物質(zhì)越容易被硅膠吸附，反之亦然。其整個過程包括吸附、解吸、再吸附、再解吸。由于茶皂素極性較其他雜質(zhì)大，依據(jù)此特性恰可采用硅膠吸附分離法進(jìn)行提純。

采用干法裝柱，樣品也采用干法上樣，就緒之后用水飽和正丁醇溶液進(jìn)行洗脫，收集茶皂素洗脫部分，再經(jīng)過減壓蒸餾至干，即得純化茶皂素。干法裝柱節(jié)約了時間成本和溶劑成本。而且由于干柱分離接近薄層層析，這樣就更易于后續(xù)篩選合適的分離條件。硅膠吸附分離法雖然得到的茶皂素純度較高，但此方法不適用于工業(yè)化生產(chǎn)[42]。

2.6 膜分離法

膜分離技術(shù)其實質(zhì)近似于篩分過程，是根據(jù)濾膜孔徑的大小使物質(zhì)透過或被膜截留。常見的濾膜根據(jù)孔徑大小分為4種：微濾膜，納濾膜，超濾膜，反滲透膜。膜分離法純化茶皂素具有分離效果好、耗能低、工藝簡單、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，但同時存在膜通透量下降嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高，不能大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等不足。

杜志欣等[43]先用0.3 μm微濾膜分離，透過液再用截留相對分子質(zhì)量為5 000的超濾膜進(jìn)行超濾，在0.16 MPa壓力下超濾110 min，得到的茶皂素純度為85.67%。孟維等[44]也采用微濾-超濾組合工藝對粗茶皂素水溶液進(jìn)行精制，可將茶皂素純度提高到91.8%左右，提升幅度高達(dá)20%以上。顧春雷等[45]先用孔徑為0.5 μm的陶瓷膜預(yù)處理，再用PW超濾膜濃縮提純，最終得到的茶皂素回收率為72%，純度達(dá)到93%。

顧姣等[46]以乙醇水提法提取油茶籽油后剩余的水相副產(chǎn)物為原料，利用超濾膜法對茶皂素進(jìn)行分離提純，并優(yōu)化超濾工藝條件：首先將水相稀釋，降低茶皂素質(zhì)量濃度至約13.13 mg/mL，調(diào)節(jié)pH至中性，然后通過10 kDa改良纖維素復(fù)合膜過濾，并在超濾后期加入3倍體積水稀釋，最終茶皂素透過率可達(dá)64.39%，純度達(dá)84.16%。

2.7 其他方法

除前文敘及的純化方法外，還有一些其他方法如離子交換法，該法是利用待提純?nèi)芤褐懈鞣N離子與離子交換劑中的可交換基團(tuán)的離子交換能力的強(qiáng)弱差異來進(jìn)行分離的一種方法[47-48]。茶皂素粗品中含有的可溶性鹽類可利用離子交換樹脂去除，從而間接實現(xiàn)茶皂素提純。陽離子交換樹脂可選用磺酸型(732型)，陰離子交換樹脂可選季銨鹽型(717型)[42]。此方法得到的茶皂素純度較高，但是處理量不大，一般需與其他方法配合使用。

3 結(jié) 語

茶皂素是我國優(yōu)勢植物資源，環(huán)境相容性好，廣泛應(yīng)用于建材、化工、生物醫(yī)藥及食品等行業(yè)。我國油茶資源豐富，政府扶持力度大，根據(jù)《全國油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2009—2020年)》，到2020年，我國油茶種植總規(guī)模將擴(kuò)大到467萬hm2，茶粕將達(dá)到約750萬t，按油茶粕中茶皂素含量10%～22%計算，茶皂素產(chǎn)量最少可達(dá)75萬t，相當(dāng)可觀，因此開發(fā)利用茶皂素具有重要的現(xiàn)實意義和前景。采取合理的純化工藝純化目前市場上的粗茶皂素，得到產(chǎn)量高、純度好的高純茶皂素，并可將純化的茶皂素用于醫(yī)藥及化妝等精細(xì)化工行業(yè)，可更大地發(fā)揮茶皂素的價值潛能。