華軍利，梁錦霞，溫金梅，敬思群

（韶關(guān)學(xué)院英東食品學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

韶關(guān)，地處粵北山區(qū)，氣候溫潤(rùn)、雨水充沛，油茶栽培歷史悠久。油茶產(chǎn)業(yè)作為韶關(guān)脫貧攻堅(jiān)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，政府推動(dòng)在湞江、小坑、乳源、新豐等縣區(qū)大力建設(shè)油茶產(chǎn)業(yè)園，涵蓋育苗、種植、加工、研發(fā)、營(yíng)銷等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中乳源瑤族自治縣油茶產(chǎn)業(yè)園入選省級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園。目前，全市油茶種植面積達(dá)1.8 萬(wàn)hm2，油茶籽產(chǎn)量1.95 萬(wàn)t，茶油4 651 t。油茶籽壓榨提油后產(chǎn)生大量的剩余物油茶粕，油茶粕中含有許多有價(jià)值的物質(zhì)，如茶皂素、蛋白質(zhì)等，其中又以茶皂素的活性較為特殊。茶皂素作為純天然的表面活性劑，性能良好，具有抑菌、驅(qū)殺害蟲(chóng)、消炎、抗氧化、溶血、降血壓等藥理活性，其應(yīng)用涉及農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境等諸多領(lǐng)域[1-4]。因此，對(duì)茶皂素進(jìn)行充分地研究利用，優(yōu)化茶皂素的提取工藝，不僅能夠減少資源不必要的浪費(fèi)，還能夠在一定程度上提升產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)增收創(chuàng)收，助力鄉(xiāng)村振興。從工藝成本、安全系數(shù)、操作簡(jiǎn)便程度和對(duì)環(huán)境影響等多方面綜合考量，采用熱水提取法，優(yōu)化熱水浸提粵北脫脂油茶粕中的茶皂素提取工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

油茶粕，廣東友豐油茶科技有限公司提供。

1.2 試劑與設(shè)備

香草醛、無(wú)水乙醇、濃硫酸、石油醚等，均為分析純；茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品。

多功能粉碎機(jī)，DHG-9146 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，TD-5Z 型臺(tái)式低速多管架離心機(jī)，722 型可見(jiàn)分光光度計(jì)等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 提取工藝

取適量油茶粕，放置于60 ℃恒溫干燥箱中干燥4 h，再經(jīng)粉碎過(guò)篩，用石油醚脫脂，在室溫自然風(fēng)干后放置于干燥箱中恒溫干燥4 h，備用。取2 g 油茶粕粉，按一定料液比加入蒸餾水，在設(shè)定溫度下浸提一定時(shí)間，浸提結(jié)束后離心分離取上清液，測(cè)定其中茶皂素含量。

1.3.2 茶皂素含量測(cè)定方法

采用香草醛- 濃硫酸顯色法測(cè)定提取液中茶皂素含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸提溫度對(duì)茶皂素提取得率的影響

稱取6 份2 g 的脫脂油茶粕粉末置于燒杯中，以1∶10 的料液比添加蒸餾水，用玻璃棒攪拌均勻后，分別放入溫度為55，60，65，70，75，80 ℃的熱水中浸提1 h。浸提結(jié)束后，測(cè)定提取液茶皂素含量并計(jì)算得率，考查浸提溫度對(duì)茶皂素提取率的影響。依據(jù)茶皂素在熱水中容易溶解這一物理性質(zhì)，在一定范圍內(nèi)提高萃取劑的溫度能夠加快茶皂素的溶解速度。然而，由于茶皂素在溫度過(guò)高的情況下又非常容易發(fā)生水解[5]。因此，選擇適宜的浸提溫度至關(guān)重要。

浸提溫度與茶皂素提取率的關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 浸提溫度與茶皂素提取率的關(guān)系

由圖1 可知，當(dāng)溫度為55~65 ℃時(shí)，茶皂素提取率隨橫坐標(biāo)呈穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，在溫度到達(dá)65 ℃時(shí)，曲線上升到最高處，此時(shí)茶皂素提取率為6.78%。隨后，繼續(xù)提高浸提溫度，曲線不再上升，提取率開(kāi)始持續(xù)下降。曲線之所以呈現(xiàn)這樣的走勢(shì)，可能有以下3 個(gè)方面的原因：①過(guò)高的溫度超出了茶皂素的承受能力，茶皂素分子發(fā)生了水解；②除茶皂素外，溶液中還存在著果膠、蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)，在水溫升高的前提下，這些物質(zhì)極易發(fā)生凝固，而且往往是不可逆的，這種凝固的加劇，很有可能導(dǎo)致溶液中原本析出的茶皂素被吸附在這些物質(zhì)上；③溶液中的水溶性淀粉的糊化速度隨著溫度的升高而加快了，溶液的黏性變大，使得茶皂素的析出變得困難[6]。綜合以上3 個(gè)原因，選擇65 ℃作為最佳浸提溫度。

2.2 浸提時(shí)間對(duì)茶皂素提取率的影響

準(zhǔn)確地稱取6 份2 g 的脫脂油茶粕粉末置于燒杯中，以1∶10 的料液比添加蒸餾水，攪拌均勻后，放入70 ℃的水浴鍋中分別浸提1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 h。浸提結(jié)束后，測(cè)定提取液茶皂素含量并計(jì)算得率，考查浸提時(shí)間對(duì)茶皂素提取率的影響。茶皂素存在于油茶粕的內(nèi)部，再用熱水將其從油茶粕中提取出來(lái)的這一過(guò)程中，茶皂素需要一定的時(shí)間才能夠從顆粒的內(nèi)部擴(kuò)散到溶液中去，從這個(gè)角度出發(fā)，按理說(shuō)來(lái)，浸提時(shí)間越長(zhǎng)，溶液中茶皂素的含量就越高，茶皂素的提取率也會(huì)隨之持續(xù)上升。但溶劑中的茶皂素濃度達(dá)到一定的量時(shí)，溶液的傳質(zhì)推動(dòng)力會(huì)有所減小，茶皂素的溶出速度也會(huì)相應(yīng)減緩[7]。因此，必然會(huì)存在一個(gè)較為合適的熱水浸提時(shí)間。

浸提時(shí)間與茶皂素提取率的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 浸提時(shí)間與茶皂素提取率的關(guān)系

由圖2 可知，曲線整體呈上升的趨勢(shì)，當(dāng)浸提時(shí)間達(dá)到2.5 h 時(shí)，茶皂素的提取率幾乎不再出現(xiàn)大幅度地增加，此時(shí)茶皂素提取率為6.46%，曲線在2.5~3.5 h 內(nèi)變得平緩，由此可見(jiàn)繼續(xù)成比例地增加浸提時(shí)間，茶皂素的提取得率也不會(huì)再出現(xiàn)明顯的上升。從提取周期、能耗等方面綜合考慮，選取最佳浸提時(shí)間為2.5 h。

2.3 料液比對(duì)茶皂素提取得率的影響

準(zhǔn)確地稱取6 份2 g 的脫脂油茶粕粉末置于燒杯中，分別以1∶8，1∶9，1∶10，1∶11，1∶12，1∶13的料液比添加蒸餾水，用玻璃棒攪拌均勻后，燒杯口封上保鮮薄膜，放入70 ℃的水浴鍋中浸提1 h。浸提結(jié)束后，測(cè)定提取液茶皂素含量并計(jì)算得率，考查料液比對(duì)茶皂素提取得率的影響。

料液比的大小實(shí)質(zhì)上是溶質(zhì)跟溶劑的比值大小，理論上來(lái)說(shuō)，加大料液比意味著在溶質(zhì)的量固定的前提下，溶劑的量增加，兩者差距變大，溶質(zhì)就更容易被提取出來(lái)。由于溶質(zhì)的量是固定的，料液比必然會(huì)存在一個(gè)較優(yōu)值。在料液比達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，隨著溶質(zhì)的濃度逐漸降低，提取的速度就會(huì)趨于平緩，繼續(xù)加大料液比，也提取不出再多的溶質(zhì)，而溶劑的量卻會(huì)大大增加[8]。因此，對(duì)于最適料液比的探究非常有必要。

料液比與茶皂素提取率的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 料液比與茶皂素提取率的關(guān)系

由圖3 可知，在料液比為1∶8 ~ 1∶11 時(shí)，曲線整體呈上升趨勢(shì)。當(dāng)料液比為1∶11 時(shí)，茶皂素得率獲得最大值，此時(shí)的茶皂素提取率為6.70%；當(dāng)料液比為1∶12 時(shí)，茶皂素的提取率出現(xiàn)小幅度的降低；當(dāng)料液比繼續(xù)增加到1∶13 時(shí)，下降明顯，表明在1∶11 ~ 1∶12 的料液比條件下，茶皂素基本上浸提完畢。在溶質(zhì)的量沒(méi)有多大變化的前提下，繼續(xù)增加料液比，使得溶劑的量遠(yuǎn)大于溶質(zhì)的量，那么溶劑開(kāi)始起到稀釋溶質(zhì)濃度的作用，茶皂素含量就會(huì)降低，相應(yīng)地提取得率也會(huì)下降[9]。因此，從節(jié)約成本的角度出發(fā)，選擇最佳提取料液比為1∶11。

2.4 浸提次數(shù)對(duì)茶皂素提取率的影響

準(zhǔn)確地稱取6 份2 g 的脫脂油茶粕粉末置于燒杯中，根據(jù)1∶10 的料液比添加蒸餾水，充分混合后，放入70 ℃的水浴鍋中，在浸提時(shí)間1.5 h 固定不變的情況下，分別進(jìn)行1，2，3，4 次浸提，即1 次浸提1.5 h，2 次浸提每45 min 一次，3 次浸提每30 min一次，4 次浸提每22.5 min 一次。2，3，4 次浸提每次取出時(shí)，需進(jìn)行離心分離。將離心后的液體收集入容量瓶中，固體物料加入首次浸提相同量蒸餾水，攪拌均勻，放入70 ℃的水浴鍋中，繼續(xù)浸提。每次離心后的上清液倒入同一容量瓶，浸提完成后測(cè)定提取液茶皂素含量并計(jì)算得率，考查浸提次數(shù)對(duì)茶皂素提取率的影響。

理論上來(lái)說(shuō)，隨著浸提次數(shù)增加，相應(yīng)浸出的茶皂素的量也會(huì)增加，當(dāng)浸提達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，每增加一次浸提次數(shù)，對(duì)溶劑的消耗量也會(huì)成倍增加，因此，選擇一個(gè)合適的浸提次數(shù)也十分重要。

浸提次數(shù)與茶皂素提取率的關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 浸提次數(shù)與茶皂素提取率的關(guān)系

由圖4 可知，成比例的增加浸提次數(shù)，茶皂素的提取率會(huì)相應(yīng)的增加，但浸提超過(guò)2 次后，茶皂素提取率的增加程度明顯減小，而蒸餾水的用量卻在成倍地增加。因此，從節(jié)約能源的方面考慮，試驗(yàn)選取最佳浸提次數(shù)為2 次。

2.5 熱水提取茶皂素工藝條件的優(yōu)化

通過(guò)對(duì)單因素試驗(yàn)得出的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納和分析，確定了正交試驗(yàn)的進(jìn)行方案，通過(guò)正交試驗(yàn)，進(jìn)而研究出提取茶皂素的最優(yōu)因素組合。根據(jù)單因素試驗(yàn)分析可看出，隨著熱水浸提次數(shù)的增加，茶皂素的提取率逐漸升高，但熱水浸提次數(shù)超過(guò)2 次后，茶皂素的提取率上升的幅度比較小，反應(yīng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，考量到資源的節(jié)約以及生產(chǎn)周期的長(zhǎng)短，在正交試驗(yàn)的研究中，將浸提次數(shù)固定為2 次，將浸提時(shí)間、料液比、浸提溫度這3 個(gè)因素作為正交試驗(yàn)的主要研究因素。同時(shí)，在對(duì)于單因素研究結(jié)果進(jìn)行了充分的分析之后，將在單因素試驗(yàn)研究出的各因素的最優(yōu)條件作為水平數(shù)選取的中間值，即將浸提溫度65 ℃，浸提時(shí)間2.5 h，料液比1∶11 作為中間值，然后在對(duì)應(yīng)曲線左右兩側(cè)就近取點(diǎn)，共選取3 個(gè)水平進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)。

熱水浸提正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，熱水浸提條件正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 熱水浸提正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

表2 熱水浸提條件正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 方差分析結(jié)果

R值反映了在某列因素水平波動(dòng)時(shí)，試驗(yàn)指標(biāo)的變動(dòng)幅度。R值越大，說(shuō)明該因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大。因此，由表2 可知，各因素對(duì)于油茶粕熱水浸提液中茶皂素含量的影響程度由大到小依次為A（浸提溫度)、C（料液比）、B（浸提時(shí)間）。F值的大小與各個(gè)因素的顯著性有著直接的關(guān)系，F(xiàn)值越大，說(shuō)明該因素在試驗(yàn)指標(biāo)中越顯著。由表3 的計(jì)算結(jié)果可看出，浸提溫度對(duì)于茶皂素的提取率存在著顯著的影響，而其他2 個(gè)因素對(duì)于茶皂素的提取率影響不顯著。因此，在茶皂素的提取工藝中，浸提溫度是需要被優(yōu)先考慮的因素。據(jù)各因素各水平的平均值K值來(lái)確定優(yōu)水平，進(jìn)而選出優(yōu)組合。因此，該工藝得到的優(yōu)組合為A2B1C1，由于計(jì)算得出的理論最優(yōu)組合不在表2 中，因此需要進(jìn)行最優(yōu)試驗(yàn)，進(jìn)一步探究最優(yōu)組合。最后得出的試驗(yàn)結(jié)果為茶皂素提取率6.86%，優(yōu)于正交表中的最佳組合A2B1C2，因此試驗(yàn)研究出的茶皂素最優(yōu)提取工藝條件為浸提溫度65 ℃，浸提時(shí)間2 h，料液比1∶10，浸提次數(shù)2 次。在此條件下，茶皂素提取率為6.86%。

3 結(jié)論

對(duì)熱水提取脫脂油茶粕中的茶皂素的工藝進(jìn)行了相關(guān)研究，通過(guò)對(duì)脫脂油茶粕進(jìn)行單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，得到的最優(yōu)工藝條件為浸提溫度65 ℃，浸提時(shí)間2 h，料液比1∶10（g∶mL），浸提次數(shù)2 次的條件下，試驗(yàn)可獲得茶皂素最高提取率為6.86%。