超聲波輔助乙醇提取油茶餅粕中茶皂素的工藝研究

趙文凈 吳明霞 蔡烈偉

摘要：試驗采用超聲波輔助乙醇提取脫脂油茶餅粕中的茶皂素，以茶皂素提取率為考核指標，通過單因素試驗和正交試驗，優化超聲波輔助乙醇提取茶皂素的最佳工藝條件為：固液比1∶7，超聲波功率為總功率的90%，提取溫度45 ℃，超聲時間55 min，在此條件下，茶皂素的提取率可達7.48%。

關鍵詞：超聲波;乙醇;提取;油茶餅粕;茶皂素

Study on Ultrasonic Assisted Ethanol?Extraction of Tea Saponin

ZHAO Wenjing1，2， WU Mingxia1， CAI Liewei1，2*

1. Ningde Normal University， Ningde 352100， China;

2. The Tea Sensory Evaluation Research Center of Ningde Normal University， Ningde 352100， China

Abstract： In this experiment， ultrasonic-assisted ethanol extraction was used to extract tea saponin from defatted camellia cake. With the extraction rate of tea saponin as the evaluation index， the optimum conditions for ultrasonic-assisted ethanol extraction of tea saponin were optimized by single factor experiment and orthogonal experiment as follows ： the solid-liquid ratio was 1∶7， ultrasonic power was 90% of the total power， extraction temperature was 45 °C， ultrasonic time was 55 min. Under these conditions， the extraction rate of tea saponin could reach 7.48%.

Keywords： ultrasonic， ethanol， extraction， oil-tea camellia cake， tea saponin

茶皂素，又稱作茶皂甙，是一類天然糖甙化合物，是從山茶科、山茶屬植物中提取出來的一種由配基、糖體和有機酸的基本結構構成的一種五環三萜類皂苷化合物[1-2]。由于糖體、有機酸及相應配基上的羥基是親水集團，而皂苷元的配基主體為疏水，它們之間相互作用共同構成了茶皂素的復雜結構，賦予了茶皂素抗氧化[3]、抗菌消炎[4]、抗腫瘤[5]等優良特性。茶皂素已被廣泛應用于食品、醫藥、農藥、日用化工及材料加工等領域。

目前，茶皂素的提取方法主要有水提法、有機溶劑法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、生物提取法和索氏提取法等[6-7]。水提法能耗高、純度低[8];有機溶劑提取法有機溶劑使用量大，成本較高且對環境有一定的污染[9];微波提取效率高但設備投資高、輻射較大[10];生物提取法對溫度要求較高，且可溶性雜質較多等[10];超聲波輔助乙醇提取法利用超聲波的空化作用[11]，加快茶皂素從細胞內向乙醇溶液中擴散溶解的速度，具有提取時間短、能耗低、設備要求低等優點。

油茶餅粕是油茶茶籽被擠壓后的殘渣，其內含12%～18%的茶皂素、15%的水分、15%的蛋白質、40%的糖類、3%的單寧、0.95%的咖啡堿等，其加工利用價值很高[12]。本試驗采用超聲波輔助乙醇提取脫脂油茶餅粕中的茶皂素，通過單因素試驗考察提取溫度、超聲波功率（占總功率的百分比）、提取時間以及固液比等因素對茶皂素提取率的影響，并設計正交試驗方法，優化超聲波輔助乙醇提取茶皂素的最佳工藝條件。

1? 材料與方法

1.1 試驗材料

油茶餅粕;無水乙醇、石油醚、濃硫酸、香草醛等均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產;茶皂素標準品，純度96%以上，上海源葉生物科技有限公司生產。

1.2? 試驗儀器與設備

多功能粉碎機（800A，永康市紅太陽機電有限公司）、磁力攪拌器（ZNCLD180*180，河南愛博特科技發展有限公司）、電熱恒溫水浴鍋（HWS-24，上海一恒科學儀器有限公司）、數控超聲波清洗器（KQ-50DEA，昆山市超聲儀器有限公司）、鼓風干燥箱（DHG-9070A，上海飛越試驗儀器有限公司）、分光光度計（722N，上海佑科儀器儀表有限公司）等。

1.3? 試驗方法

1.3.1? 原料預處理

粉碎：將干燥后的油茶餅粕粉碎過40目篩。

脫脂：將粉碎過篩后的油茶餅粕置于磁力攪拌器，用60～90 ℃的石油醚對油茶餅粕進行脫脂處理4h。

干燥：脫脂后的油茶餅粕置于65 ℃的烘箱中烘干至恒重。

1.3.2? 標準曲線的繪制

配制溶液：稱取0.8 g香草醛固體溶于10 mL無水乙醇中配成0.08 g/mL香草醛溶液;取154 mL的濃硫酸加入到46 mL的蒸餾水中配成77%（體積分數）的濃硫酸;取50 mg茶皂素標準品，加入80%的乙醇溶液定容到50 mL，制成1 mg/mL的茶皂素標準液。

建立標準曲線：取標準溶液置于具塞試管中，分別向6支試管內加入80%的乙醇至0.5 mL，準確加入0.08 g/mL香草醛溶液0.5 mL;將具塞試管放入冰水浴中，同時加入硫酸溶液;再放入60 ℃的水浴中反應 15 min，冰水浴中冷卻至室溫，在最大吸收波長550 nm處用1 cm比色皿測定其吸光度。

1.3.3? 單因素試驗設計

固液比比較試驗：稱取4份經過預處理的油茶餅粕，每份5.0 g，分別放入4個干燥錐形瓶中，在提取溫度為50 ℃，超聲波時間為30 min，超聲波功率為總功率150 W情況下，測定固液比為1∶6、1∶7、1∶8、1∶9時的茶皂素提取率。

提取溫度比較試驗：稱取4份經過預處理的油茶餅粕，分別放入4個干燥錐形瓶中，固液比為1∶7，超聲波時間為30 min，超聲波功率為總功率150W，測定提取溫度為40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃時的茶皂素提取率。

提取時間比較試驗：稱取4份經過預處理的油茶餅粕，分別放入4個干燥錐形瓶中，固液比為1∶7，超聲波功率為總功率150W，提取溫度為50 ℃。測定提取時間為40 min、50 min、60 min、70 min時的茶皂素提取率。

超聲波功率比較試驗：本試驗中所使用的超聲波總功率為150 W。稱取4份經過預處理的油茶餅粕，分別放入4個干燥錐形瓶中，固液比1∶7，提取溫度為50 ℃，提取時間為3 min，測定功率分別為總功率的70%、80%、90%、100%時的茶皂素提取率。

1.3.4? 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，在固液比為1∶7的條件下，以溫度（A）、提取時間（B）、提取功率（C）為主要因素，進行正交試驗（表1），確定最優提取條件。

1.3.5 茶皂素提取率的計算

茶皂素提取率=浸提液中茶皂素的質量/脫脂后油茶餅粕的質量×100%

2? 結果與分析

2.1? 標準曲線方程

以吸光度為縱坐標，茶皂素質量為橫坐標繪制標準曲線，如圖2所示，建立回歸方程：

y = 1.22x + 0.038，R2 = 0.990 8。

2.2? 單因素試驗結果與分析

2.2.1? 固液比對茶皂素提取率的影響

由固液比比較試驗結果（圖3）可知，固液比在1∶6至1∶7之間，隨著固液比的增大，茶皂素提取率逐漸增加，在1∶7時達到最大值。但是當固液比為1∶7至1∶9之間，提取率一直下降，可能是由于固液比的增加引起可溶性物質的溶出量增加，導致茶皂素提取率下降。

2.2.2? 提取溫度對茶皂素提取率的影響

由提取溫度比較試驗結果（圖4）可知，當提取溫度從40 ℃升高到50 ℃時，茶皂素提取率增加，在50 ℃ 時達到最大值;當提取溫度超過50 ℃ ，提取率減小。其原因可能是隨著溫度的升高，雜質的溶出量增加，且溫度較高，乙醇易揮發，導致體積分數下降，從而使茶皂素提取率減小。

2.2.3? 提取時間對茶皂素提取率的影響

由提取時間比較試驗結果（圖5）可知，提取時間從40 min到60 min時，隨著提取時間的延長，茶皂素提取率逐漸增加，之后提取率減小。因為隨著提取時間的增加，大多數的茶皂素已經被提取出來，油茶餅粕中的多糖、蛋白質等溶出，溶液濃度趨于飽和，浸提速率下降，茶皂素提取率降低;同時，長時間提取使能耗增加，但茶皂素提取率反而減小。

2.2.4? 超聲波功率對茶皂素提取率的影響

由超聲波功率比較試驗結果（圖6）可知，當超聲波功率為總功率的70%至80%時，茶皂素提取率增加，超聲波功率為總功率的80%時達到最大，當超聲波功率繼續增加到總功率時，茶皂素提取率下降。

2.3? 正交試驗結果分析

以茶皂素提取率為指標，在固液比為1∶7的條件下，采用超聲波輔助乙醇提取油茶餅粕中茶皂素的正交試驗結果見表2。通過直觀分析可以看出，各因素對茶皂素提取率的影響順序為C>B>A，即超聲波功率>提取時間>提取溫度，最佳提取工藝條件為A1B1C3，即提取溫度為45 ℃、提取時間為55 min、超聲波功率為總功率的90%，在此最佳條件下試驗，得出茶皂素的提取率為7.48%，得率為18.35%。

3? 結論

本試驗通過超聲波輔助乙醇提取茶皂素，由單因素試驗和正交試驗得出其最佳提取條件為：固液比為1∶7、提取溫度為45 ℃、提取時間為55 min、超聲波功率為總功率的90%。該條件下，茶皂素的提取率為7.48%，得率為18.35%。通過單因素和正交試驗結果發現，因素之間可能存在交互作用。該試驗所得茶皂素粗提物未進行純化研究，方法可為后續研究提供方向。與水提法和有機溶劑提取法相比，超聲波輔助乙醇提取法具有縮短提取時間、降低能耗、提高得率等優點。

參考文獻

[1] 石珊珊.茶皂素提取并提純工藝研究概述[J].糧食與食品工業， 2019， 26（3）： 25-29.

[2] 唐珊珊， 黃三萍， 肖新生， 等. 茶皂素純化方法研究進展[J].中國油脂， 2019， 44（4）： 133-137， 142.

[3] 呂曉玲， 邱松山， 孫曉俠， 等. 油茶總皂苷的抗氧化及清除自由基能力初步研究[J]. 食品科學， 2005（11）： 66-70.

[4] 劉蓉， 張利蕾， 范亞葦， 等. 茶渣中粗茶皂素的純化及其抗氧化和抑菌活性[J]. 南昌大學學報（工科版）， 2013， 35（1）： 17-21， 28.

[5] ZHANG X F， HAN Y Y， DI T M， et al. Triterpene saponins from tea seed pomace （Camellia oleifera Abel） and their cytotoxic activity on MCF-7 cells in vitro[J]. Natural Product Research， 2019， 35（16）： 2730-2733.

[6] 杜金婷， 李雁， 張雁， 等. 茶皂素提取純化技術及生物活性研究進展[J]. 廣東農業科學， 2021， 48（3）： 167-176.

[7] 袁成華， 楊瓊玲， 鄧愛華， 等. 油茶果殼中茶皂素提取工藝研究[J]. 廣東化工， 2021， 48（17）： 19-21， 24.

[8] 姚玉仙， 張明澤， 劉麗萍， 等. 茶樹葉片中茶皂素提取工藝優化[J]. 食品工業， 2021， 41（1）： 95-98.

[9] 趙文凈， 吳明霞. 茶皂素的提取工藝研究進展[J]. 湖南農業科學， 2020（7）： 93-96.

[10] 杜金婷， 李雁， 張雁， 等. 茶皂素提取純化技術及生物活性研究進展[J]. 廣東農業科學， 2021，? 48（3）： 167-176.

[11] 宗毅， 熊道陵， 李洋， 等. 超聲波-甲醇法提取茶皂素工藝研究[J]. 江西理工大學學報， 2019， 40（1）： 35-39.

[12] 胡平平， 李加興， 李忠海， 等. 油茶餅粕茶皂素與多糖綜合提取工藝[J]. 食品科技， 2012， 37（2）： 196-204.

[13] 杜志欣， 張崇堅， 萬端極. 超聲波輔助乙醇法提取茶皂素工藝優化[J]. 化學與生物工程， 2015， 32（3）： 56-59.

[14] 高澤波， 葉銘， 薛玲玲， 等. 超聲波-乙醇法提取油茶餅粕中茶皂素的工藝研究[J]. 化學工程與裝備， 2018（2）： 41-46.

基金項目：寧德市科技計劃項目（20170047）、寧德師范學院科研發展基金（2019FZ03）。

作者簡介：趙文凈，女，講師，主要從事茶葉加工及綜合利用研究。*通信作者，E-mail：cypxcai@163.com。