茶皂素,又称茶皂苷,是由皂苷元、糖体和有机酸形成的结构复杂的混合物。纯品茶皂素是无色无味微细柱状晶体,熔点为220~224oC,是一种性能优良的天然非离子表面活性剂⋯。茶皂素因具有较强的发泡、乳化、分散、湿润、抗渗、消炎、镇痛、抗癌等作用,被广泛应用于化妆品、食品、医药、建筑等领域,可作为生物农药、农药增效剂、洗涤剂、食品添加剂、水泥减水剂、水泥稳泡剂、方便饮品等。
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随着环保意识的增强及对天然茶皂素认识的不断深入,茶皂素大有替代合成表面活性剂的趋势。我国是产茶大国,茶资源相当丰富,茶籽中含约30%的茶籽油,其不饱和脂肪酸含量大于90%,具有抗氧化、降血压、降血脂、抑制动脉硬化等作用。经机械压榨提取茶籽油后的茶籽饼,含有18%~25%的茶皂素。本文以丙酮脱脂茶籽粕为原料,以茶皂素得率为评价指标,采用先超声波预处理、后浸提技术,研究各工艺参数对乙醇提取茶皂素得率的影响,确定取茶皂素的最适工艺条件。
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1材料与方法
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1.1原料、试剂
茶籽饼:玉溪师范大学化工实验室,经丙酮脱脂后得到茶籽粕;茶皂素标准品:西安依科生物技术有限公司;无水乙醇、正丁醇、醋酸、丙酮、香草醛、浓硫酸:分析纯试剂。
1.2主要仪器、设备
SC一Ⅲ型多频声化学发生器,7230G型可见分光光度计,HH一2型数显恒温水浴锅,R201L型旋转蒸发仪,DZF一6050型真空干燥箱。
1.3茶皂素的提取工艺
称取5g经丙酮脱脂的茶籽粕,以一定体积分数的乙醇为提取剂,在不同的料液比、超声频率、超声时间下进行超声预处理,再于不同的水浴温度下浸提不同时间后抽滤,滤液中加入适量双氧水,60℃下脱色20rain,蒸发浓缩烘干至恒重得茶皂素产品。
1.4茶皂素的测定
1.4.1茶皂素最大吸收波长的确定
精确称取茶皂素标准品0.0420g,用75%乙醇溶解,置于50mL容量瓶中定容,配成质量浓度为0.84mg/mL的茶皂素标准溶液,摇匀备用。采用浓硫酸一香草醛显色法测定吸光度(A)。取茶皂素标准溶液0.1mL,加入0.4mL75%的乙醇,再加人80g/L香草醛溶液0.5mL,于冰水浴中加入4mL77%的硫酸,摇匀,于60℃水浴加热15rain,然后置于冰水浴中冷却10min,取出恢复至室温,以试剂空白为参比,测定茶皂素的吸光度,得到最大吸收波长为470nm(见图1)。
1.4.2茶皂素标准曲线的绘制
取茶皂素标准溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mL于试管中,再加人0.4、0.3、0.2、0.1、0mL的75%乙醇,后按1.4.1的方法操作,在470nm波长下测定吸光度,建立茶皂素质量浓度与吸光度的关系曲线(见图2)。标准曲线表明,茶皂素质量浓度在0.0168~0.0840mg/mL范围内,茶皂素的质量浓度(P)与吸光度()呈良好的线性关系。回归方程为:A=8.0298p一0.0023,=0.9935。
1.4.3茶皂素含量的测定
称取8mg左右的茶皂素产品,用75%的乙醇溶解定容到10mL容量瓶中,按1.4.1的方法操作,在470Flm波长下测定其吸光度,根据标准曲线回归方程计算茶皂素含量,求得茶皂素产品纯度和得率。
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2结果与讨论
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2.1超声波预处理条件对茶皂素得率的影响
2.1.1乙醇体积分数对茶皂素得率的影响
按料液比为1:9向茶籽粕中加入不同体积分数的乙醇,在25.87kHz下超声处理10min后,再在70℃水浴浸提120rain,抽滤,后按1.3方法操作,得到茶皂素产品。经测定计算茶皂素得率,考察乙醇体积分数对茶皂素得率的影响,结果见图3。
由图3可知,用体积分数为80%的乙醇提取茶皂素得率最高。其原因为茶皂素的极性介于水和乙醇之间,故最适提取剂为80%乙醇。
2.1.2料液比对茶皂素得率的影响
以80%乙醇为提取剂,改变料液比,其他按2.1.1操作,考察不同料液比对茶皂素得率的影响,结果见图4。
由图4可知,随着料液比的加大,茶皂素得率增加,当料液比达到1:9后,茶皂素得率几乎不变。从成本考虑,料液比宜选1:9。
2.1.3超声频率对茶皂素得率的影响
以80%乙醇为提取剂,料液比1:9,超声处理10min,改变超声频率,其他按2.1.1操作,考察超声频率对茶皂素得率的影响,结果见图5。
由图5可知,超声频率为25.87kHz时,茶皂素得率最大。这是因为当超声频率与提取液中固体颗粒的振动频率一致时,此时的提取效率最高,故以超声频率为25.87kHz较宜。
2.1.4超声时间对茶皂素得率的影响
以80%乙醇为提取剂,料液比1:9,超声频率25.87kHz,改变超声时间,其他按2.1.1操作,考察超声时间对茶皂素得率的影响,结果见图6。
由图6可知,超声时间为10min时,茶皂素得率最大。超声时间为10~20min时,得率基本不变,再增加超声时间,超声产生的热量会破坏茶皂素的活性基团,使得率降低,所以选择10min为最佳超声时间。
2.2后浸提条件对茶皂素得率的影响
2.2.1后浸提温度对茶皂素得率的影响以80%乙醇为提取剂,在料液比1:9,超声频率25.87kHz,超声时间10min,后浸提时间120min条件下,改变后浸提温度,其他按1.3操作,考察后浸提温度对茶皂素得率的影响,结果见图7。
由图7可知,随着后浸提温度的升高,茶皂素得率不断增大。后浸提温度过高,浸提液中杂质含量升高,颜色变深,溶出的蛋白质、胶质等受热变性,茶皂素被包裹在沉淀物中,滤液中茶皂素的含量下降,导致得率下降。故选70℃为后浸提最佳温度。
2.2.2后浸提时间对茶皂素得率的影响
以80%乙醇为萃取剂,在料液比1:9,超声频率25.87kHz,超声时间10min,后浸提温度70℃条件下,改变后浸提时间,其他按1.3操作,考察后浸提时间对茶皂素得率的影响,结果见图8。
由图8可知,在后浸提时间120min前,随着时间的延长,茶皂素得率几乎直线上升;在120min后,随着时间的延长,茶皂素得率有所下降。这是因为随着后浸提时间的延长,浸提出来的蛋白质、胶质变性,将茶皂素包裹形成沉淀,从而减少了浸提液中茶皂素的含量,降低了茶皂素的得率。故选120min为后浸提最佳时间。
2.3验证试验
以单因素试验确定的最佳条件,按1.3操作,可得乳白色的茶皂素产品,经测定其纯度为86%,得率为21%,熔点为220~224℃。
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3结论
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以丙酮脱脂茶籽粕为原料,在超声频率25.87kHz,超声时间10rain,料液比1-9,乙醇体积分数80%,后浸提温度70qC,后浸提时间120min条件下提取,滤液加入适量双氧水,在60℃下脱色20min,干燥后可得到纯度为86%、得率为21%、熔点为220~224oC的乳白色茶皂素产品。超声波辅助乙醇提取茶皂素工艺,缩短了茶皂素的提取时间,提高了茶皂素的提取效率,得到了纯度、得率较高的茶皂素产品,为茶皂素的工业化生产奠定了基础。