水酶法提取茶葉籽油及副產物茶皂素工藝研究

王曉琴

水酶法提取茶葉籽油及副產物茶皂素工藝研究

王曉琴

(華僑大學化工學院，廈門 361021)

我國茶葉籽資源豐富但開發利用極為有限，采用纖維素酶開展茶葉籽油水酶法提取工藝研究，并對提取廢棄液中茶皂素溶出率進行了測定。結果表明各因素對出油率影響次序為酶用量＞料液比＞酶解溫度＞酶解時間且均達極顯著水平，最佳工藝條件為酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解溫度60℃、酶解時間3．5 h，驗證試驗中茶葉籽出油率為23．8%;廢棄液中的茶皂素溶出率最高可達6．8%。以上結果為茶葉籽油提取開發提供了基礎資料及理論依據。

茶葉籽油 茶皂素 纖維素酶 水酶法

我國作為產茶大國茶樹種植面積達1 600萬畝，保守估計每年茶葉籽產量80萬噸［1－2］，如此豐富茶葉籽資源尚未廣泛開發利用，這在產茶大省福建境內表現尤為突出，絕大部分茶葉籽廢棄田間自生自滅。茶葉籽含油量約30%，油脂組成與橄欖油類似具有較高的營養價值，且茶皂素質量分數達10%左右［3－4］，其開發利用將大力促進茶區經濟的進一步發展。水酶法是一種較為先進的油脂提取技術，可利用酶降解纖維素、果膠等植物細胞壁組成部分幫助油脂釋放，處理條件溫和，避免高溫處理導致食用油苯并芘等間接致癌物超標可能等問題，具有“安全、高效、綠色”等特點，在菜籽、玉米胚芽、玫瑰果、向日葵、油茶等不同油料作物開發上均見研究報道［5－9］。本研究采用水酶法開展茶葉籽油提取工藝研究，并同時對提取工藝副產物茶皂素溶出率進行測定，旨在為茶葉籽的綜合開發提供基礎數據及理論指導。

1 材料與方法

1．1 材料與儀器

鐵觀音茶葉籽(粗脂肪30．2%、蛋白質11．2%、茶皂素10．9%、灰分 3．4%、水分 5．8%):安溪茶葉科學研究所。

纖維素酶:北京索萊寶科技有限公司;無水乙醚、硫酸:國際集團化學試劑有限公司;無水乙醇:北京宗榮寶科技有限公司;香蘭素、香草醛:阿拉丁公司。

DF－I集熱式磁力攪拌器:江蘇省榮華儀器制造有限公司;RE52CS旋蒸蒸發器:上海亞榮生化儀器廠;SHZ－D(Ⅲ)循環水式真空泵:上海賀德實驗設備有限公司;V－1200型可見分光光度計:上海美譜達儀器有限公司。

1．2 試驗方法

1．2．1 提取工藝流程

出油率測定:出油率=油樣質量/茶籽粉質量(10 g)×100%

茶皂素溶出率測定:采用濃硫酸－香草醛法［9］測定廢棄液中茶皂素濃度。

茶皂素溶出率=茶皂素濃度×廢棄液體積/茶籽粉質量(10 g)×100%

1．2．1 單因素試驗

1．2．1．1 酶用量對出油率及茶皂素溶出率的影響

在料液比為1∶4(g∶mL)、酶解溫度為55℃條件下酶解 2．5 h，考察酶用量 6、24、42、60、78 U/g(茶葉籽粉)對出油率的影響，同時對提取工藝副產物茶皂素溶出率進行測定。

1．2．1．2 料液比對出油率及茶皂素溶出率的影響

在酶用量42 U/g、酶解溫度為55℃條件下酶解2．5 h，考察料液比 1∶2、1∶3、1∶4、1∶5 及 1∶6 對出油率的影響，同時對提取工藝副產物茶皂素溶出率進行測定。

1．2．1．3 酶解溫度對出油率及茶皂素溶出率的影響

在酶用量42 U/g、料液比為1∶4酶解2．5 h條件下，考察酶解溫度45、50、55、60及65℃對出油率的影響，同時對提取工藝副產物茶皂素溶出率進行測定。

1．2．1．4 酶解時間對出油率及茶皂素溶出率的影響

在酶用量42 U/g、料液比為1∶4、酶解溫度為55 ℃條件下，考察酶解時間 0．5、1．5、2．5、3．5 及4．5 h對出油率的影響，同時對提取工藝副產物茶皂素溶出率進行測定。

1．2．2 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，開展L9(34)正交試驗。以出油率為試驗指標，設置4因素3水平試驗。每個試驗組合重復3次，結果取其平均值。

表1 正交試驗設計因素和水平表

2 結果與分析

2．1 酶用量對出油率及茶皂素溶出率的影響

酶用量對出油率及茶皂素溶出率的影響見圖1。當酶用量由6 U/g增至60 U/g，纖維素酶對細胞壁中的纖維素降解更為充分，從細胞中釋放的油脂和茶皂素逐漸增多，茶皂素對于油脂提取具有兩方面的影響，一方面可減低料液黏度，利于油脂提取;同時皂素與脂肪形成膠束，形成乳濁液難以分離［11］。圖1表明10 g茶籽粉中加入600 U酶，即酶用量為60 U/g時出油率最高達22．3%，而再繼續增加酶用量茶皂素溶出率繼續增加而出油量下降。這可能由于上述茶皂素的雙向作用，其中機理尚待進一步研究。

圖1 酶用量對出油率及茶皂素溶出率的影響

2．2 酶解溫度對出油率和茶皂素溶出率的影響

隨著酶解溫度不斷升高，纖維素酶酶活不斷增強，當酶解溫度升至60℃酶用量僅為42 U/g出油率也高達22．3%，當溫度升至65℃酶活下降出油率隨之降低(圖2)。可能由于隨著溫度升高茶皂素在水中的溶解度不斷增大，其溶出率隨著溫度升高不斷增大。由圖2可見，酶解溫度60℃為茶葉籽油提取工藝的最適溫度。

圖2 酶解溫度對出油率和茶皂素溶出率的影響

2．3 料液比對出油率和茶皂素溶出率的影響

料液比為1∶2至1∶5之間出油率和茶皂素溶出率隨著料液比增大而增加，當料液比為1∶6時出油率下降而茶皂素溶出率繼續上升(圖3)。這可能由于隨著料液比增大酶濃度在料漿中減小而影響了油脂的提取，而茶皂素隨著料液比增加溶解度不斷增大，同時與油脂作用影響后者提取。圖3表明茶葉籽油提取工藝的最佳料液比為1∶5。

圖3 料液比對出油率和茶皂素溶出率的影響

2．4 酶解時間對出油率和茶皂素溶出率的影響

酶解時間對出油率和茶皂素溶出率影響如圖4所示。隨著酶解時間的延長出油率和茶皂素溶出率不斷增大，當酶解時間為3．5 h出油率最大，繼續延長1 h出油率下降而茶皂素溶出率繼續增加至6．8%，在茶籽油提取工藝中副產物茶皂素溶出率均小于其在茶葉籽含量(約10%)，在提油工藝中不可同時兼顧茶皂素最佳工藝條件，酶解3．5 h是茶葉籽油提取工藝中最適處理時間(圖4)。

圖4 酶解時間對出油率和茶皂素溶出率的影響

2．5 正交試驗

正交試驗結果極差和方差分析表明，對出油率各因素影響次序為A酶用量＞C料液比＞B酶解溫度＞D酶解時間，均極顯著影響出油率，茶葉籽油提取工藝最優組合為A2B2C2D2，即酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解溫度 60 ℃、酶解時間 3．5 h(表 2，表3)。在此條件下開展3次重復驗證試驗，出油率分別為 23．6%、23．8%及 23．9%，平均值為 23．8%，高于正交試驗結果中最高值22．7%，支持A2B2C2D2為最優工藝條件篩選結論。

表2 正交試驗結果及極差分析

正交試驗同時測定了茶皂素溶出率，極差分析表明最優組合出現在正交設計中，即A1B3C3D3，茶皂素溶出率為6．7%，低于單因素試驗結果6．8%。因本研究旨在研究茶葉籽油的提取工藝，所以茶皂素正交試驗結果在此略去。

表3 正交試驗結果方差分析

3 結論

以鐵觀音茶籽為材料，采用纖維素酶開展茶葉籽油水酶法提取工藝研究，并探索了副產物茶皂素的得率，結果表明采用纖維素酶開展茶葉籽油水酶法提取，最佳工藝條件為酶用量60 U/g、料液比1∶5、酶解溫度60℃、酶解時間3．5 h，茶葉籽出油率為23．8%。另外提取廢棄液中可同時回收茶皂素，溶出率最高可達6．8%，表明水酶法在茶葉籽綜合開發上具有技術優勢，同時提取油脂和茶皂素具有廣闊的應用前景。

志謝:馬英、彭婷等同學參加了本研究試驗工作，在此一并志謝!

［1］曾益坤．茶葉籽制油及綜合開發利用［J］．中國油脂，2006，31(1):69－71

［2］黃群，麻成金，余佶．茶葉籽油溶劑浸提及精煉研究［J］中國糧油學報，2008，23(6):131－136

［3］張偉敏，魏靜，鐘耕茶．茶葉籽與其他油料作物油脂理化與功能性質的比較［J］．中國食品添加劑，2007，30(2):145－149

［4］Guo Hua，Zhou Jianping，Luo Junwu．Determination of the composition of fatty acids from tea seed oil．Journal of Zhejiang University(Agric．＆Life Sci．)，2010，36(2):212－220

［5］章紹兵，王璋．水酶法提取菜籽乳化油的工藝研究［J］．農業工程學報，2006，22(11):250－253

［6］王素梅．玉米胚芽酶法提油工藝及其機理研究［D］．無錫:江南大學，2003

［7］Szentmihalv I K，Vinkler P，Lakatosb L，et al．Rose hip(Rosa canina L．)oil obtained from waste hipseeds by different extraction methods［J］．Bioresource Tech－nology，2002，82:195－201

［8］王超，方柔，仲山民，等．水酶法提取山茶油的工藝研究［J］．食品工業科技，2006，22(11):267－270

［9］遲曉星，趙東星．水酶法提取葵花籽油的研究［J］．中國糧油學報，2010，25(2):71－74

［10］傅春玲，洪奇華．阮輝，等．茶皂素定蕈測定方法的研究［J］．杭州大學學報，1997，7，24(3):239－241

［11］郭華．高檔茶籽油的提取及茶籽綜合利用技術研究［D］．長沙:湖南農業大學，2007．

Study on Aqueous Enzymatic Extraction of Tea－seed Oil and Tea Saponin

Wang Xiaoqin
(Huaqiao University，Xiamen 361021)

The resource of tea seeds is abundant but has not been developed and utilized widely in our country．In this paper，the research of aqueous enzymatic extraction of tea－seed oil was performed with cellulase and the leaching rate of tea saponin extracted from waste solution was determined as well．The results showed that the optimum extraction parameters were cellulase dose 60 U/g，solid/liquid 1∶5，extraction temperature 60℃ and extraction time 3．5 h and the influence sequence was cellulase dose＞solid/liquid ratio＞enzymolysis temperature＞enzymolysis time．Under the conditions above，the oil yield ratio reached 23．8%and the maximum leaching rate of tea saponin in waste solution was up to 6．8%．The above results provided basic information and theoretical reference for extraction and development of tea seed oil．

tea－seed oil，tea saponin，cellulase，aqueous enzymatic extraction

TS225．1

A

1003－0174(2011)11－0076－04

泉州市科技計劃(2010N9)

2011－02－08

王曉琴，女，1977年出生，講師，博士，植物活性成分開發