張 瑤，李欣蓉，王承明(華中農(nóng)業(yè)大學 食品科技學院，武漢 430070)

綜合利用

山茶油中茶皂素的分離及其性能分析

張 瑤，李欣蓉，王承明
(華中農(nóng)業(yè)大學 食品科技學院，武漢 430070)

從山茶油中分離出茶皂素，采用單因素實驗和響應(yīng)面實驗對提取工藝進行優(yōu)化，同時對提取的茶皂素性能進行分析，并與粕中茶皂素進行對比。結(jié)果表明，茶皂素最優(yōu)提取工藝條件為：以無水乙醇為提取劑，液料比11∶1，提取時間1.25 h，提取溫度60℃。在最優(yōu)條件下，茶皂素的提取率為(82.50±0.03)%。經(jīng)紅外光譜分析，油中茶皂素結(jié)構(gòu)與粕中茶皂素結(jié)構(gòu)存在一些差異，且油中茶皂素的起泡性、泡沫穩(wěn)定性和表面活性均強于粕中茶皂素。

山茶油；茶籽粕；茶皂素；分離；性能

茶皂素是一類齊墩果烷型五環(huán)三萜類皂苷的混合物[1]，具有良好的表面活性和生物活性[2-5]，在日化、醫(yī)藥、食品、建材和農(nóng)藥等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用[6-7]。茶皂素主要存在于山茶科山茶屬植物的種子中[8]，本實驗室前期發(fā)現(xiàn)，茶皂素不僅可從茶籽粕中分離，而且在山茶油中也有檢出。由于茶籽粕的水溶性更好，而山茶油的脂溶性更好[9]，故推測油中和粕中茶皂素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可能不同。目前從茶籽粕中分離茶皂素已有大量研究[10-13]，而從山茶油中分離茶皂素的研究鮮有報道。

本文旨在從山茶油中分離茶皂素，利用響應(yīng)面法獲得最優(yōu)提取條件，并通過傅里葉紅外光譜進行定性，同時評價其起泡性、泡沫穩(wěn)定性和表面活性，為油中茶皂素的進一步應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

茶皂素標準品(純度96%)，上海紫一試劑有限公司；山茶油(成品)、茶籽粕，德興市源森紅花茶油有限公司；香草醛、甲醇、正丙醇、乙二醇、無水乙醇、α-萘酚、醋酐、溴化鉀、濃硫酸、氫氧化鈉，均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

722型可見分光光度計；HH.S11-2型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；AL204電子分析天平；DHG-9070A型電熱恒溫干燥箱；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式真空泵；FJ200-SH數(shù)顯高速分散均質(zhì)機；Nicolet Nexus FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀，美國Thermo；320-S pH計；K100表面界面張力儀，德國KRUSS；204F1差示掃描量熱儀，德國耐馳儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 茶皂素含量的測定

參照文獻[14]采用香草醛-硫酸比色法測定茶皂素的含量。繪制的線性回歸方程為：y=0.858 9x-0.003 2，R2=0.997 9。

1.2.2 茶皂素的提取

茶籽粕中茶皂素的提取工藝：按陳瑩[13]方法提取。

油中茶皂素的提取：取適量山茶油于錐形瓶中，加入一定量的提取劑，并在一定溫度下磁力攪拌一定時間，離心后收集上清液，濃縮，采用香草醛-硫酸比色法進行定量分析。提取率(Y)的計算公式如下：

Y=m1/m2×100%

式中：m1為提取溶液中茶皂素的質(zhì)量；m2為山茶油中茶皂素的質(zhì)量，測得山茶油中茶皂素的含量為3.2%。

1.2.3 提取方法的優(yōu)化

采用單因素實驗考察了溶劑體積分數(shù)、液料比、提取時間和提取溫度對茶皂素提取率的影響，確定各因素的最優(yōu)參數(shù)。恒定參數(shù)設(shè)置為：溶劑體積分數(shù)100%，液料比10∶1，提取時間1 h，提取溫度50℃。在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面實驗設(shè)計進行參數(shù)優(yōu)化。

1.2.4 茶皂素的純化

參照文獻[15]采用化學沉淀-釋放法純化茶皂素。

1.2.5 茶皂素的初步定性

采用差示掃描量熱儀和傅里葉變換紅外光譜儀對提取的茶皂素進行初步定性。

1.2.6 茶皂素的性能測定

采用Waring-Blender攪拌法進行茶皂素泡沫性質(zhì)的測定[16]，攪拌速度6 500 r/min，攪拌時間5 min。采用表面界面張力儀進行茶皂素表面張力的測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取劑的篩選

本實驗擬比較甲醇、蒸餾水、無水乙醇、乙二醇、正丙醇作為提取劑對山茶油中茶皂素提取率的影響，但由于甲醇具有一定的毒性，因此排除甲醇作為提取劑。準確移取4份10 mL山茶油于100 mL錐形瓶中，分別加入蒸餾水、無水乙醇、乙二醇、正丙醇各40 mL于60℃恒溫浸提2 h后負壓濃縮，以茶皂素提取率為指標，比較各提取劑對茶皂素的提取效果。

在實驗過程中，由于正丙醇同顯色劑反應(yīng)，為了避免錯誤，因此排除正丙醇作為茶皂素的提取劑。實驗結(jié)果表明，無水乙醇作為提取劑時茶皂素的提取率(56.72%)明顯高于使用蒸餾水或乙二醇得到的結(jié)果(分別為0.79%和1.22%)。因此，本實驗選用無水乙醇作為提取劑。

2.2 單因素實驗(見圖1～圖4)

圖1 乙醇體積分數(shù)對茶皂素提取率的影響

由圖1可知，茶皂素的提取率受乙醇體積分數(shù)的影響較大，隨著乙醇體積分數(shù)的增加，提取率顯著增加。因此，選擇乙醇體積分數(shù)為100%。

圖2 液料比對茶皂素提取率的影響

由圖2可知，在液料比1∶1～10∶1范圍內(nèi)，隨著液料比的增加，茶皂素提取率呈線性增加，這是因為樣品在溶劑中的分散程度增加，接觸面積增大。在較低液料比時，樣品沒有完全分散開來，未在溶劑中充分釋放茶皂素。在較高液料比時，樣品在溶劑中分散較開并充分釋放茶皂素。在液料比10∶1～13∶1 時，提取率略有下降。因此，選擇10∶1作為最優(yōu)液料比。

圖3 提取時間對茶皂素提取率的影響

由圖3可知，隨著提取時間從0.5 h延長到1 h，提取率顯著增加。大部分茶皂素在前1 h已被提取出來。1 h后，雜質(zhì)被更多地提取出來，造成茶皂素提取率下降。因此，選擇1 h作為最優(yōu)提取時間。

圖4 提取溫度對茶皂素提取率的影響

由圖4可知，在40～60℃范圍內(nèi)，隨著提取溫度的升高提取率增加。因為隨著溫度的升高，分子運動增加，樣品更容易分散在溶劑中。此外，在較高溫度下，溶劑的溶解能力增加，這都有利于茶皂素的提取。在60～80℃范圍內(nèi)，隨著提取溫度的升高，提取率逐漸下降，這可能是因為較高的溫度會破壞茶皂素的結(jié)構(gòu)或使其變性。因此，選擇60℃作為最優(yōu)提取溫度。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化實驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選擇無水乙醇作為提取劑。以液料比(A)、提取溫度(B)、提取時間(C)為因素，茶皂素提取率(Y)為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken中心組合實驗設(shè)計原理設(shè)計三因素三水平的實驗方案優(yōu)化提取工藝，響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果見表1。

通過軟件Design-Expert 8.0對表1中的數(shù)據(jù)進行多元擬合處理，得到茶皂素提取率對各因素的模型方程為：

Y=79.788 00+6.625 00A-1.121 25B+5.711 25C+2.582 50AB-1.832 50AC+1.365 00BC-6.541 50A2-9.804 00B2-4.974 00C2

對該模型進行方差分析，結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果

表2 方差分析

通過回歸分析預(yù)測最優(yōu)條件為液料比11.33∶1、提取溫度60℃、提取時間1.25 h，茶皂素提取率的預(yù)測值為82.82%。為了方便操作，將最優(yōu)條件修正為：液料比11∶1，提取溫度60℃，提取時間1.25 h。茶皂素提取率的實測值為(82.50±0.03)%，與預(yù)測值無顯著性差異。

對提取的茶皂素進行純化，測得最終茶皂素的純度為91.12%。

2.4 初步定性分析

精確稱取3.39 mg制得的茶皂素，采用差示掃描量熱儀進行分析。分析條件：以N2為保護氣，程序設(shè)定為初始溫度30℃，升溫速率為10℃/min，終止溫度為300℃。結(jié)果表明茶皂素吸熱熔融峰值約為224℃，與報道的茶皂素熔點223～224℃[17]幾乎一致。

通過傅里葉紅外光譜對提取的茶皂素和茶皂素標準品進行比較分析(見圖5)發(fā)現(xiàn)，與茶皂素標準品一樣，樣品在1 500～1 200 cm-1范圍內(nèi)有中強的階梯峰證明了糖苷類物質(zhì)的存在，在1 720～1 600 cm-1處有吸收峰，為羰基的伸縮振動峰。判斷該物質(zhì)為茶皂素。與粕中茶皂素的紅外光譜圖比較發(fā)現(xiàn)，在1 720～1 600 cm-1處油中茶皂素的振幅不大，峰形不明顯；粕中茶皂素在此范圍內(nèi)有1個較明顯的峰，說明油中茶皂素結(jié)構(gòu)中羰基含量比粕中茶皂素的低，油中茶皂素結(jié)構(gòu)稍異于粕中茶皂素結(jié)構(gòu)。

圖5 茶皂素的紅外光譜圖

2.5 起泡性和泡沫穩(wěn)定性(見圖6、圖7)

由圖6可知，不同質(zhì)量分數(shù)下油中茶皂素的起泡性稍強于粕中茶皂素的起泡性。由圖7可知，不同質(zhì)量分數(shù)下油中茶皂素的泡沫半衰期比粕中茶皂素的長，說明油中茶皂素的泡沫穩(wěn)定性較好。

圖6 兩種茶皂素的起泡性

圖7 兩種茶皂素的泡沫穩(wěn)定性

2.6 表面活性的測定(見圖8)

圖8 兩種茶皂素的表面張力

由圖8可知，油中茶皂素與粕中茶皂素的表面張力都隨濃度的增加而減小，當濃度達到一定值后，其表面張力趨于穩(wěn)定。油中茶皂素的臨界膠束濃度為0.43%，最小表面張力為38.34 mN/m。粕中茶皂素的臨界膠束濃度為0.47%，最小表面張力為43.69 mN/m。油中茶皂素的最小表面張力稍低于粕中茶皂素的最小表面張力，說明油中茶皂素的表面活性比粕中茶皂素的強。

3 結(jié) 論

(1)采用溶劑提取法提取山茶油中的茶皂素，得到茶皂素的最優(yōu)提取條件為：以無水乙醇為提取劑，液料比11∶1，提取時間1.25 h，提取溫度60℃。在最優(yōu)條件下，所得茶皂素提取率為(82.50±0.03)%。

(2)對提取純化的茶皂素進行初步定性，證實了茶皂素的存在。測得油中茶皂素的熔點為224℃，符合茶皂素的熔點范圍。油中茶皂素的傅里葉紅外光譜峰形不如粕中茶皂素的峰形明顯，說明油中茶皂素結(jié)構(gòu)有異于粕中茶皂素結(jié)構(gòu)。油中茶皂素的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均強于粕中茶皂素的起泡性和泡沫穩(wěn)定性；油中茶皂素的臨界膠束濃度為0.43%，最小表面張力為38.34 mN/m，粕中茶皂素的臨界膠束濃度為0.47%，最小表面張力為43.69 mN/m，油中茶皂素的表面活性稍強于粕中茶皂素的表面活性。

[1] 黃浦. 混菌液態(tài)發(fā)酵降解茶皂素的試驗研究[D]. 廣西 桂林: 桂林理工大學, 2016.

[2] FENG J, CHEN Y, LIU X, et al. Efficient improvement of surface activity of tea saponin through Ge mini-like modification by straight forward esterification[J]. Food Chem, 2015, 171: 272-279.

[3] YANG X P, ZHANG H Q. Synergistic interaction of tea saponin with mancozeb againstPestalotiopsistheae[J]. Crop Prot, 2012, 40(5): 126-131.

[4] ZONG J F, WANG R L, BAO G H, et al. Novel triterpenoid saponins from residual seed cake ofCamelliaoleiferaAbel. show anti-proliferative activity against tumor cells[J]. Fitoterapia, 2015, 104:7-13.

[5] LI S X, MU Y, ZHENG F Y. Influence of gastrointestinal digestion and edible plant combination on oral bioavailability of triterpene saponins, using a biomimetic digestion and absorption system and determination by HPLC[J]. J Agric Food Chem, 2013, 61(44): 10599-10603.

[6] 王延芳. 油茶皂素及其水解產(chǎn)物的分離及降血脂抗氧化活性研究[D]. 廣州：華南理工大學, 2012.

[7] 盧雯靜. 茶樹花中茶皂素和茶多酚的綜合提取、分離純化及抑菌性研究[D]. 合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學, 2012.

[8] 張新富. 油茶皂苷分離純化及生物活性研究[D]. 合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學, 2013.

[9] ZHANG W G, ZHANG D C, CHEN X Y. A novel process for extraction of tea oil fromCamelliaoleiferaseed kernels by combination of microwave puffing and aqueous enzymatic oil extraction[J]. Eur J Lipid Sci Technol, 2012, 114(3): 352-356.

[10] YAN J, WU Z, ZHAO Y, et al. Separation of tea saponin by two-stage foam fractionation[J]. Sep Purif Technol, 2011, 80(2): 300-305.

[11] WOJCIECHOWSKI K. Surface activity of saponin fromQuillajabark at the air/water and oil/water interfaces[J]. Colloids Surf B Biointerf, 2013, 108(8): 95-102.

[12] ZHOU H, WANG C Z, YE J Z, et al. New triterpene saponins from the seed cake ofCamelliaOleiferaand their cytotoxic activity[J]. Phytochem Lett, 2014, 8(1):46-51.

[13] 陳瑩. 油茶籽粕皂素的提取純化及表面活性研究[D]. 杭州：浙江大學, 2012.

[14] 張團結(jié). 油茶籽粕中茶皂素提取及純化工藝研究[D]. 江西 贛州：江西理工大學, 2015.

[15] 胡小冬. 低界面張力泡沫驅(qū)油體系研究與性能評價[D]. 湖北 荊州：長江大學, 2012.

[16] 熊晶晶. 茶皂素印跡聚合物的制備及其在茶皂素粗提物純化中的應(yīng)用[D]. 南昌：南昌航空大學, 2014.

Separationofteasaponinfromoil-teacamelliaseedoilanditsperformance

ZHANG Yao, LI Xinrong, WANG Chengming
(College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

Tea saponin was separated from oil-tea camellia seed oil. The extraction process was optimized by single factor experiment and response surface methodology, and the performance of the extracted tea saponin was analyzed and compared with that extracted from oil-tea camellia seed meal. The results showed that the optimal extraction conditions of tea saponin were obtained as follows: with anhydrous ethanol as extractant, ratio of solvent to material 11∶1,extraction time 1.25 h and extraction temperature 60℃. Under the optimal conditions, the extraction rate of tea saponin was (82.50±0.03)%. IR results showed that tea saponins from oil-tea camellia seed oil and oil-tea camellia seed meal had some differences in structure. The foamability, foam stability and surface activity of tea saponin from oil-tea camellia seed oil were better than those of tea saponin from oil-tea camellia seed meal.

oil-tea camellia seed oil; oil-tea camellia seed meal; tea saponin; separation; performance

2017-06-24；

2017-07-27

張 瑤(1993)，女，碩士研究生，研究方向為食品營養(yǎng)與安全(E-mail)779737699@qq.com。

王承明，教授(E-mail)18971081261@126.com。

TS201.1;TQ646

A

1003-7969(2017)10-0126-05