含水正丁醇同步提取茶葉籽油和茶皂素工藝

谷政偉 姚 磊 李 丹 劉智超 樊蘇萍

(湖南航天天麓新材料檢測有限責任公司，長沙 410004)

茶葉籽油來自山茶科山茶屬植物茶樹(Camelliasinensis(L.)O.Kuntze)的種子[1-2]，該植物廣泛分布在我國的的云南、湖北、湖南、河南、浙江、福建、江西、廣東和山東等地[3]。茶葉籽油含有豐富的不飽和脂肪酸，尤其是油酸和亞油酸[4-5]，其他生物活性物質(zhì)如茶多酚、維生素E、甾醇和角鯊烯等也有一定含量[6-7]，因此茶葉籽油是一種理想的食用油料。在中國，每年有大量的茶葉籽被棄之不用[8]，造成資源浪費；同時近些年，我國的食用油供給緊張[9]，因此有必要加大對茶葉籽的開發(fā)力度。

茶葉籽亦含茶皂素，其屬于糖苷類化合物，易溶于熱水及正丁醇等試劑，是一種性能良好的天然表面活性劑，且具有殺蟲和抑菌等作用[10-12]；因此可被應(yīng)用在紡織、農(nóng)業(yè)、建材、采油和采礦等領(lǐng)域[13]。正丁醇被允許作為食品添加劑使用[14]，通過提取技術(shù)得到的油脂中殘留的微量正丁醇不會影響身體健康。

含水正丁醇同步提取油脂和茶皂素技術(shù)已用于油茶餅粕[15]，但鮮有含水正丁醇同步提取茶葉籽油和茶皂素的文獻。本文擬以正丁醇(含水10%)為提取溶劑，采用機械攪拌和手動磨漿為輔助手段從茶葉籽中提取茶葉籽油和茶皂素，并利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)技術(shù)對它們進行分離，擬為茶葉籽的綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶皂素素標準品(純度：HPLC≥98%)，其他試劑為分析純，正丁醇(含水10%以增強提取溶劑對茶皂素的溶解能力)，茶葉籽(干物質(zhì)含油12.15%，干物質(zhì)含茶皂素6.70%)。

1.2 實驗儀器

BSXT-02-150索氏抽提器，F(xiàn)K-J1500H數(shù)顯恒溫恒速加熱攪拌器，手動磨漿機，RE-301旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，TU1900紫外可見分光光度計。

1.3 方法

1.3.1 茶皂素標準曲線的制作

按參考文獻[15]操作。

1.3.2 工藝流程

將茶葉籽去殼，放入干燥箱，在50 ℃條件下干燥48 h。取出茶葉籽，冷卻至室溫，剪成2～4 瓣。取100 g茶葉籽，放入提取瓶中，加入正丁醇(含水10%)，蓋上保鮮膜，在加熱條件下攪拌一段時間，轉(zhuǎn)入手動磨漿機中磨勻。將得到的勻漿用紗布過濾，對濾渣進行重復提取和過濾步驟。收集濾液至蒸餾燒瓶，利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(80 ℃)回收濾液中的正丁醇和水。當冷凝管中30 min內(nèi)無液體滴落，取下蒸餾燒瓶并傾出瓶內(nèi)液體得茶葉籽油。用適量50 ℃的水洗下附著在燒瓶內(nèi)壁的固體至蒸發(fā)皿，在50 ℃水浴鍋上把水分蒸干得茶皂素粗品。

1.3.3 計算公式

茶葉籽油提取得率按下式計算：

(1)

式中：w為茶葉籽油提取得率/%；m1為茶葉籽油的質(zhì)量/g；m0為茶葉籽樣品的質(zhì)量/g。

茶皂素提取得率按下式計算：

(2)

式中：b為茶皂素提取得率/%；m2為茶皂素的質(zhì)量/g。

茶皂素純度按下式計算：

(3)

式中：p為茶皂素純度/%；m3為茶皂素粗品中茶皂素的質(zhì)量/g；m4為茶皂素粗品的質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 液料比對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

在提取溫度55 ℃、提取時間50 min和提取次數(shù)2次條件下，考察液料比分別為0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2.0∶1、2.5∶1、3.0∶1 mL/g時，對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響。

如圖1所示，在0.5∶1～1.5∶1 mL/g范圍內(nèi)，當液料比增大，茶葉籽油和茶皂素提取得率隨之上升。這是因為液料比增大可加大傳質(zhì)動力[16]，有利于茶葉籽油和茶皂素進入到提取溶劑當中。當液料比增至1.5∶1 mL/g，茶葉籽油和茶皂素提取得率增加不明顯。因此在后續(xù)的單因素實驗中，把液料比定為1.5∶1 mL/g。

圖1 液料比對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

2.1.2 提取溫度對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

在液料比1.5∶1 mL/g、提取時間50 min和提取次數(shù)2 次條件下，考察提取溫度分別為45、55、65、75、85、95 ℃時，對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響。

如圖2所示，在45～75 ℃范圍內(nèi)，隨著提取溫度升高，茶葉籽油和茶皂素提取得率增大。這是因為溫度升高使分子運動速度加快，對細胞結(jié)構(gòu)的破壞作用增大，同時提取溶劑對目標成分的溶解能力隨溫度上升而增強，這些因素都有利于茶葉籽油和茶皂素從細胞內(nèi)擴散至提取溶劑當中。75 ℃以后，茶葉籽油提取得率增加不明顯，茶皂素提取得率繼續(xù)增加，當溫度大于85 ℃，茶皂素提取得率增加不明顯。考慮到溫度越高，越易產(chǎn)生致癌物質(zhì)苯并芘[17-18]，因此在后續(xù)的單因素實驗中，將提取溫度定為75 ℃。

圖2 提取溫度對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

2.1.3 提取時間對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

在液料比1.5∶1 mL/g、提取溫度75 ℃和提取次數(shù)2 次條件下，考察提取時間別為30、50、70、90、110、130 min時，對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響。

如圖3所示，在30～90 min范圍內(nèi)，隨著提取時間延長，茶葉籽油和茶皂素提取得率逐漸增加。這是因為當提取時間延長，累積在提取溶劑中的茶葉籽油和茶皂素逐漸增多。

圖3 提取時間對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

90 min以后，茶葉籽油和茶皂素提取得率增加不明顯。因此在后續(xù)的單因素實驗中將提取時間定為90 min。

2.1.4 提取次數(shù)對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

在液料比1.5∶1 mL/g、提取溫度75 ℃和提取時間90 min條件下，考察提取次數(shù)分別為1、2、3、4、5、6 次時，對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響。

如圖4所示，當提取次數(shù)大于2次，茶皂素提取得率增加不明顯，茶葉籽油提取得率繼續(xù)增加。當提取次數(shù)大于3次，茶葉籽油提取得率增加不明顯，這是因為在此條件下，提取次數(shù)已不是影響茶葉籽油提取得率的主要因素。因此把最優(yōu)提取次數(shù)定為3次。

圖4 提取次數(shù)對茶葉籽油和茶皂素提取得率的影響

2.2 響應(yīng)面實驗結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面實驗設(shè)計與結(jié)果

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以茶葉籽油提取得率(Y)為評價指標，利用響應(yīng)面軟件Design Expert8.05b對液料比(A)、提取溫度(B)和提取時間(C)這3 個參數(shù)進行優(yōu)化。實驗因素及水平如表1所示，實驗結(jié)果如表2所示。由表2的數(shù)據(jù)利用Design Expert8.0.5b進行回歸分析，得到茶葉籽油提取得率(Y)的二次回歸方程如下：

表1 響應(yīng)面實驗因素及水平表

表2 響應(yīng)面實驗結(jié)果

Y=10.41+0.41A+0.65B+0.45C+0.034AB+0.28AC+0.069BC-0.53A2+0.26B2-0.30B2

2.2.2 回歸模型的方差分析

采用 Design Expert 8.05b軟件，對回歸方程各項的方差作出分析，結(jié)果如表3所示。 此模型P<0.01，表明達到了極顯著的水平。A、B、C、AC、A2、B2和C2是差異極顯著變量(P﹤0.01)，AB和BC是差異不顯著變量(P>0.05)。從F值可知，各因素對得率影響大小順序是B>C>A。該回歸方程的決定系數(shù)(R2)為0.985 4，說明該模型能較好的描述實驗結(jié)果。模型修正決定系數(shù)(RAdj2)為0.972 2，說明該模型能解釋97.22%的實驗結(jié)果。失擬值為0.101 3，不顯著(P>0.05)，說明回歸方程擬合度好。

表3 響應(yīng)面回歸統(tǒng)計分析結(jié)果

2.2.3 最佳提取工藝提條件的確定及驗證實驗

根據(jù)二次線性回歸方程的分析結(jié)果，茶葉籽油的最優(yōu)提取條件為：液料比 1.79∶1、提取溫度75 ℃、提取時間89.7 min，在此條件下提取3 次，茶葉籽油提取得率的預測值為11.66%。考慮到實驗的可操作性，把最優(yōu)提取參數(shù)設(shè)置為液料比 1.79∶1、提取溫度75 ℃、提取時間90 min和提取次數(shù)3 次，在此條件下，進行8組平行實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)茶葉籽油提取得率(11.63±0.03)%，茶皂素提取得率(5.09±0.02)%，純度(47.15±0.28)%。茶葉籽油提取得率與預測值基本相符，表明該模型適用于正丁醇(含水10%)提取茶葉籽油工藝。

3 結(jié)論

本研究以茶葉籽為提取原料，利用機械攪拌和磨漿為輔助手段，使用正丁醇(含水10%)同步提取茶葉籽油和茶皂素，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)技術(shù)對它們進行分離，同時回收正丁醇和水以循環(huán)利用。在提取過程中采取單因素實驗和響應(yīng)面實驗優(yōu)化提取工藝，得到最適提取參數(shù)：液料比1.79∶1、提取溫度75 ℃、提取時間90 min和提取次數(shù)3 次。在此條件下茶葉籽油提取得率(11.63±0.03)%，茶皂素提取得率(5.09±0.02)%，純度(47.15±0.28)%。該結(jié)果對茶葉籽資源的進一步開發(fā)與利用有一定借鑒價值。