茶皂素,又稱茶皂苷,是由皂苷元、糖體和有機酸形成的結構復雜的混合物。純品茶皂素是無色無味微細柱狀晶體,熔點為220~224oC,是一種性能優良的天然非離子表面活性劑?。茶皂素因具有較強的發泡、乳化、分散、濕潤、抗滲、消炎、鎮痛、抗癌等作用,被廣泛應用于化妝品、食品、醫藥、建筑等領域,可作為生物農藥、農藥增效劑、洗滌劑、食品添加劑、水泥減水劑、水泥穩泡劑、方便飲品等。
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隨著環保意識的增強及對天然茶皂素認識的不斷深入,茶皂素大有替代合成表面活性劑的趨勢。我國是產茶大國,茶資源相當豐富,茶籽中含約30%的茶籽油,其不飽和脂肪酸含量大于90%,具有抗氧化、降血壓、降血脂、抑制動脈硬化等作用。經機械壓榨提取茶籽油后的茶籽餅,含有18%~25%的茶皂素。本文以丙酮脫脂茶籽粕為原料,以茶皂素得率為評價指標,采用先超聲波預處理、后浸提技術,研究各工藝參數對乙醇提取茶皂素得率的影響,確定取茶皂素的最適工藝條件。
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1材料與方法
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1.1原料、試劑
茶籽餅:玉溪師范大學化工實驗室,經丙酮脫脂后得到茶籽粕;茶皂素標準品:西安依科生物技術有限公司;無水乙醇、正丁醇、醋酸、丙酮、香草醛、濃硫酸:分析純試劑。
1.2主要儀器、設備
SC一Ⅲ型多頻聲化學發生器,7230G型可見分光光度計,HH一2型數顯恒溫水浴鍋,R201L型旋轉蒸發儀,DZF一6050型真空干燥箱。
1.3茶皂素的提取工藝
稱取5g經丙酮脫脂的茶籽粕,以一定體積分數的乙醇為提取劑,在不同的料液比、超聲頻率、超聲時間下進行超聲預處理,再于不同的水浴溫度下浸提不同時間后抽濾,濾液中加入適量雙氧水,60℃下脫色20rain,蒸發濃縮烘干至恒重得茶皂素產品。
1.4茶皂素的測定
1.4.1茶皂素最大吸收波長的確定
精確稱取茶皂素標準品0.0420g,用75%乙醇溶解,置于50mL容量瓶中定容,配成質量濃度為0.84mg/mL的茶皂素標準溶液,搖勻備用。采用濃硫酸一香草醛顯色法測定吸光度(A)。取茶皂素標準溶液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,搖勻,于60℃水浴加熱15rain,然后置于冰水浴中冷卻10min,取出恢復至室溫,以試劑空白為參比,測定茶皂素的吸光度,得到最大吸收波長為470nm(見圖1)。
1.4.2茶皂素標準曲線的繪制
取茶皂素標準溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mL于試管中,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波長下測定吸光度,建立茶皂素質量濃度與吸光度的關系曲線(見圖2)。標準曲線表明,茶皂素質量濃度在0.0168~0.0840mg/mL范圍內,茶皂素的質量濃度(P)與吸光度()呈良好的線性關系。回歸方程為:A=8.0298p一0.0023,=0.9935。
1.4.3茶皂素含量的測定
稱取8mg左右的茶皂素產品,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波長下測定其吸光度,根據標準曲線回歸方程計算茶皂素含量,求得茶皂素產品純度和得率。
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2結果與討論
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2.1超聲波預處理條件對茶皂素得率的影響
2.1.1乙醇體積分數對茶皂素得率的影響
按料液比為1:9向茶籽粕中加入不同體積分數的乙醇,在25.87kHz下超聲處理10min后,再在70℃水浴浸提120rain,抽濾,后按1.3方法操作,得到茶皂素產品。經測定計算茶皂素得率,考察乙醇體積分數對茶皂素得率的影響,結果見圖3。
由圖3可知,用體積分數為80%的乙醇提取茶皂素得率最高。其原因為茶皂素的極性介于水和乙醇之間,故最適提取劑為80%乙醇。
2.1.2料液比對茶皂素得率的影響
以80%乙醇為提取劑,改變料液比,其他按2.1.1操作,考察不同料液比對茶皂素得率的影響,結果見圖4。
由圖4可知,隨著料液比的加大,茶皂素得率增加,當料液比達到1:9后,茶皂素得率幾乎不變。從成本考慮,料液比宜選1:9。
2.1.3超聲頻率對茶皂素得率的影響
以80%乙醇為提取劑,料液比1:9,超聲處理10min,改變超聲頻率,其他按2.1.1操作,考察超聲頻率對茶皂素得率的影響,結果見圖5。
由圖5可知,超聲頻率為25.87kHz時,茶皂素得率最大。這是因為當超聲頻率與提取液中固體顆粒的振動頻率一致時,此時的提取效率最高,故以超聲頻率為25.87kHz較宜。
2.1.4超聲時間對茶皂素得率的影響
以80%乙醇為提取劑,料液比1:9,超聲頻率25.87kHz,改變超聲時間,其他按2.1.1操作,考察超聲時間對茶皂素得率的影響,結果見圖6。
由圖6可知,超聲時間為10min時,茶皂素得率最大。超聲時間為10~20min時,得率基本不變,再增加超聲時間,超聲產生的熱量會破壞茶皂素的活性基團,使得率降低,所以選擇10min為最佳超聲時間。
2.2后浸提條件對茶皂素得率的影響
2.2.1后浸提溫度對茶皂素得率的影響以80%乙醇為提取劑,在料液比1:9,超聲頻率25.87kHz,超聲時間10min,后浸提時間120min條件下,改變后浸提溫度,其他按1.3操作,考察后浸提溫度對茶皂素得率的影響,結果見圖7。
由圖7可知,隨著后浸提溫度的升高,茶皂素得率不斷增大。后浸提溫度過高,浸提液中雜質含量升高,顏色變深,溶出的蛋白質、膠質等受熱變性,茶皂素被包裹在沉淀物中,濾液中茶皂素的含量下降,導致得率下降。故選70℃為后浸提最佳溫度。
2.2.2后浸提時間對茶皂素得率的影響
以80%乙醇為萃取劑,在料液比1:9,超聲頻率25.87kHz,超聲時間10min,后浸提溫度70℃條件下,改變后浸提時間,其他按1.3操作,考察后浸提時間對茶皂素得率的影響,結果見圖8。
由圖8可知,在后浸提時間120min前,隨著時間的延長,茶皂素得率幾乎直線上升;在120min后,隨著時間的延長,茶皂素得率有所下降。這是因為隨著后浸提時間的延長,浸提出來的蛋白質、膠質變性,將茶皂素包裹形成沉淀,從而減少了浸提液中茶皂素的含量,降低了茶皂素的得率。故選120min為后浸提最佳時間。
2.3驗證試驗
以單因素試驗確定的最佳條件,按1.3操作,可得乳白色的茶皂素產品,經測定其純度為86%,得率為21%,熔點為220~224℃。
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3結論
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以丙酮脫脂茶籽粕為原料,在超聲頻率25.87kHz,超聲時間10rain,料液比1-9,乙醇體積分數80%,后浸提溫度70qC,后浸提時間120min條件下提取,濾液加入適量雙氧水,在60℃下脫色20min,干燥后可得到純度為86%、得率為21%、熔點為220~224oC的乳白色茶皂素產品。超聲波輔助乙醇提取茶皂素工藝,縮短了茶皂素的提取時間,提高了茶皂素的提取效率,得到了純度、得率較高的茶皂素產品,為茶皂素的工業化生產奠定了基礎。