劉渝港 丁澤敏 夏會平 郭時印,2 曾朝喜,2

(湖南農業(yè)大學食品科學技術學院1，長沙 410128) (湖南省菜籽油營養(yǎng)健康與深度開發(fā)工程技術研究中心2，長沙 410128)

茶皂素又稱茶皂苷，是從茶籽或茶葉籽中分離獲得的一種糖苷類化合物，同時也是一種性能良好的天然表面活性劑和小分子生物活性物質。茶皂素擁有豐富的生物和表面活性，除了茶籽外，也可儲藏在部分茶葉中，其中干茶葉籽中茶皂素的質量分數可達4%～6%[1]。因其獨特的結構和特性，茶皂素已廣泛地應用到日化、農業(yè)等各個領域，特別是近年來研究發(fā)現茶皂素具有一系列特殊性質，引起了醫(yī)藥、食品領域研究人員的極大關注，研究和發(fā)展前景日趨廣闊。基于此，本文對近年來最新關于茶皂素的理化性質研究及分離純化方法進行了綜述，同時，結合其性質對茶皂素在食品和醫(yī)藥領域的應用進行了介紹，以便為相關領域研究人員提供參考。

1 茶皂素的結構和性質

1.1 結構

茶皂素的來源是山茶植物，它是一種結構復雜的純天然物質。我國是農業(yè)大國，也是油茶的原產國，擁有世界上最大的油茶種植基地，種植面積高達5 500萬畝，可產出80多萬t的油茶籽，經壓榨可獲得50多萬t的茶餅，而茶皂素便是茶餅中具有較高應用價值的有效成分之一[2]。有機酸、皂苷和糖體是組成茶皂素主體的3個主要部分，其中有機酸主要包括乙酸、肉桂酸、當歸酸等，皂苷元包括以齊墩果烷為基本碳架的β-香樹素的衍生物和幾種山茶皂苷，親水糖體主要由葡萄糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、木糖和阿拉伯糖組成[3]。茶皂素主要通過皂苷元環(huán)上不同部位的羥基與有機酸的酯基鍵相互作用，以及和糖體形成的苷鍵連接形成多糖苷組成的[4]。由于茶皂素結構的復雜性，通常在不同條件、不同植物或不同生長部位下提取的茶皂素也會有所差異，因此這為提取和研究茶皂素的結構功能等帶來了諸多障礙。但同時由于疏水性的皂苷種類繁多，與親水性的糖體共同參與茶皂素的形成，這也賦予了皂苷一些通性，如能被醋酸鉛、氫氧化鋇等形成沉淀，與香草醛-濃硫酸反應并在特定波長下有最大吸收等[5]。這些性質使得茶皂素檢測方法可通過定量分析實驗得到，而其獨特的結構極大地拓寬了茶皂素的科學研究和應用領域。

1.2 性質

作為一種天然的非離子表面活性劑，茶皂素的性質與其結構密不可分，組成茶皂素分子的主要成分有：疏水性的苷元、親水性的糖體和有機酸。由于糖體、有機酸及相應配基上羥基是親水基團，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，這賦予了茶皂素許多獨特的優(yōu)良性質，如抗氧化、抗?jié)B消炎、抗腫瘤和降血脂等性質。

1.2.1 抗氧化性

茶皂素的抗氧化性主要體現在其具有的強還原能力，茶皂素含有還原性的Fe3+，其還原能力強于維生素C，可以對體內產生的自由基如O2-和OH-有明顯的清除作用，同時還可以抑制外源自由基的產生[4]。在茶皂素中含有的某些三萜類皂苷可抑制脂質氧化及由過氧化物催化的芬頓反應，從而發(fā)揮其抗氧化的作用[6]。研究表明，茶皂素可有效清除體內血漿中的氧自由基，也具有顯著的體外抗氧化活性，但因其作為抗氧化劑的效果比現有的抗氧化劑稍弱，因此目前醫(yī)學上很少有將其作為抗氧化劑用于醫(yī)藥中[7]。在進一步的研究中，有研究者評價了皂苷及其水解產物的體內外抗氧化作用，發(fā)現酸水解產物和皂苷元具有較強的抗氧化活性可以消除DPPH和ABTS+自由基，表明酸水解產物和皂苷元在保護機體免受自由基損傷方面具有重要價值[8]。

1.2.2 抗腫瘤性

對于其抗腫瘤性質Li等[9]綜述了油茶籽皂苷的化學成分及生物活性，總結出油茶皂素具有和夏枯草、翼葉蕨等中藥材相同強度的抗誘變活性，由此可以證實茶皂素的抗腫瘤特性。有研究采用連續(xù)萃取法從脫脂油茶籽中提取了皂苷等3種主要成分，采用體外MTT法檢測了其在不同濃度下對Hep G2細胞的抗腫瘤活性，結果表明皂苷具有顯著的抗腫瘤活性(IC50值為26.754 μg/mL)[10]。Jia等[11]探究了茶皂素對女性卵巢癌的抑制效果，研究表明，茶皂素可通過介導細胞凋亡的外源性途徑，發(fā)揮抑制人類卵巢癌細胞的作用，該實驗結果進一步揭示茶皂素在未來有望被納入一種潛在的治療人類卵巢癌的藥物。

1.2.3 抑菌

Kim等[12]采用薄層色譜法對大腸桿菌的抗菌活性進行了評價，研究發(fā)現：相比變異鏈球菌，皂苷組分對大腸桿菌的抑制作用更顯著，對沙門氏菌也具有較強的抑制作用。鮑妮娜等[13]將油茶籽粕作為原料，經超聲波輔助乙醇提取了油茶籽粕中的茶皂素，并研究其抑菌活性，實驗結果顯示：茶皂素對大腸桿菌的抑制效果不明顯，然而對金黃色葡萄球菌具有顯著的抑菌作用。通過季銨鹽對茶皂素進行改性可作為增強茶皂素對大腸桿菌的抑制作用的方法，改性后的茶皂素還可以加強對枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果[14]?？梢姴柙硭卦跉⑾x和抑菌方面具有一定的效果，拓展了其在農業(yè)等的應用領域。

1.2.4 降血脂

有研究表明，經過茶皂素處理后的動物血清，檢測出該血清所含有的甘油、總固醇以及低密度脂蛋白膽固醇的量有所下降，與此同時，對人體有益的高密度脂蛋白膽固醇含量卻明顯上升，該結果可以有效地證實茶皂素確實具有調節(jié)機體血脂濃度，降低血液黏稠度等特性[15]。Ye等[16]在研究油茶籽中皂苷的降血脂作用時發(fā)現，皂素及其水解產物可有效控制小鼠的體重和肝系數，具有降低血脂且不會造成腸道損傷的作用[16]。高脂飲食的小鼠在口服適量皂苷及其水解產物后，可降低總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白(LDL)，同時增加高密度脂蛋白(HDL)，其降血脂作用與降低丙二醛(MDA)水平的抗氧化能力、提高過氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性有關[17]。該研究結果表明皂苷具有優(yōu)良的降血脂作用，可用于降血脂藥物的生產中。

2 茶皂素的分離和純化

2.1 分離方法

茶皂素的傳統(tǒng)分離方法有熱水浸提法和有機溶劑萃取法，此外，輔助提取法、醇水浸提法、閃式提取法和生物提取法等作為近年來發(fā)展起來的新方法受到更多的關注。

2.1.1 輔助提取法

為了提高茶皂素的提純率和純度等，可利用其他技術來輔助提取原料中的茶皂素，如超聲波、微波等[18]。這2種輔助技術都是通過使細胞壁破裂從而快速獲得提取物，不僅降低成本，還可以提高茶皂素的成品率?；诖?，張寧等[19]采用2種技術結合(超聲-微波)共同輔助提取除了茶籽粕中的茶皂素，該實驗流程耗時短，節(jié)能大，產品純度和提取率也較高。此外，僅采用微波輔助萃取的方法來提取茶皂素時，與傳統(tǒng)的提取方法相比，提取時間由6 h縮短到4 min，試劑耗用量減少，萃取率升高等[20]。Yu等[21]建立了一種快速簡便的提取出茶葉皂苷的方法，即優(yōu)化Box-Behnken設計中超聲波輔助水提取的溫度和超聲時間，在丙酮沉淀中進行丙酮萃取液比的單變量實驗研究，最終茶葉皂苷得率在76.5%左右；同時，通過Box-Behnken設計對水提取陳年茶葉中皂苷的過程進行了優(yōu)化，進一步提高了茶葉皂苷的最終得率，該結果高于相同方法下從油茶籽粕中提取的皂苷量[22]。輔助提取法具有成本低、成品質量和得率高、提取時間短的優(yōu)點，然而若提取時未控制好料液比，會影響茶皂素的分離效果，因為萃取溶劑的增加會使溶解的雜質也增多，進而影響茶皂素的提取。

2.1.2 醇水浸提法

將熱水浸提和有機溶劑萃取相結合，在水提法中添加乙醇浸提的實驗過程，在保證了有機溶劑使用量較少的前提下，還可以獲得較好的產品質量，但醇水浸提依舊耗時長[23]。在水提法在基礎上， Yuan等[24]以去離子水為萃取劑，采用兩段沉淀法(乙醇沉淀和CaO沉淀)，分別在各階段的最佳條件下從油茶餅中提取出了茶皂素，最終獲得的皂苷質量分數為87.58%，水沉淀法操作簡單，更適合于工業(yè)化的生產。醇水浸提法雖然在一定程度上節(jié)約了有機溶劑的使用成本，但仍具有操作復雜、耗費時間久的缺點。在實際應用中應該綜合考慮各個生產條件和因素，權衡之下以抉擇出最佳的茶皂素提取方法。

2.1.3 閃式提取法

該方法是由閃式提取器來完成實驗的主要部分，即從原料中獲取有效成分，與普通的有機溶劑回流提取法相比，該方法不僅簡化了實驗條件，如溫度可從70 ℃降低至室溫，提取時間也從原來的幾小時縮短至幾十秒，還進一步地提高了產物的獲得率，為生產工藝帶來了便捷，所以采用閃式提取器來獲取原料中的茶皂素是一種較為理想的方法[25]。王亞等[26]采用閃式提取法，從原料中提取制備了茶皂素，該方法不僅可節(jié)約大量的時間和能源，且實驗進展完全，快速高效，極大地提高了茶皂素粗品的品質。閃式提取法最突出的特點便是極大地縮短了提取時間，降低了茶皂素的提取溫度，使實驗條件變得更溫和，但在產品得率的提高上略顯不足。

2.1.4 生物提取法

生物提取法也叫酶解法，是通過生物制劑酶的作用，使物質酶解進一步分離出茶皂素的方法。喻冬秀等[27]采用酶解法，借助正交實驗來獲取有關茶皂素提取的工藝參數，結果顯示：酶用量僅需0.6 mL，提取時間為30 min，這表明該方法用于提取茶皂素試劑消耗少，時間短。另一種生物提取法是將原料通過酒精酵母的發(fā)酵，利用發(fā)酵產生的酒精將茶皂素溶出，經分離可獲得產品。該方法最顯著的一個優(yōu)點便是經過二次發(fā)酵提取獲得的茶皂素純度極大地提升，是水提法的5倍之多，但工藝卻較為煩瑣[28]。生物提取法的缺點是在實驗溫度的控制上要求較高，常溫下提取率低，溫度過高又會使酶失活，但提取時間短，酶耗用量少。

2.2 純化方法

高純度的茶皂素是充分利用其特殊生理生化性質的重要前提，因此，茶皂素的純化技術一直是行業(yè)關注的重點。經分離得到的粗茶皂素需要進行純化以除去其中含有的大量雜質，以獲得高純度的茶皂素。目前關于茶皂素的純化方法研究較多，本文重點介紹幾種最受關注的純化方法及其研究進展。

2.2.1 層析法

層析法的主要原理是：被分離物質本身的生物、化學或物理性質各不相同，導致它們在某種基質中具有不同的移動速度，從而達到分離和提純的目的。目前使用的層析方法主要是硅膠板層析法和反相柱層析法。在張健文等[29]的研究中采用硅膠板層析法對提取的粗茶皂素樣品進行純化分析時，獲得的茶皂素純度高，適用于作定量分析中的純化品；將粗茶皂素樣品通過反相柱層析法提純后，獲得的茶皂素樣品純度可達99.2%[30]。由此可見，層析法對于茶皂素粗品的提純具有很好的效果，獲得的產品純度較高，但同時該方法實驗操作的精確度要求高。

2.2.2 酶解法

酶解法是通過將與茶皂素相互作用的多糖分子(半乳糖、阿拉伯糖、木糖等)和蛋白質等物質，經專一性的酶水解成單糖小分子后除去，最終得到單一且純度高的茶皂素的方法。游瑞云等[31]在考察溫度、pH等因素對茶皂素純化效果的影響時發(fā)現，在中性條件50 ℃下通過酶法水解粗品24 h后，可獲得純度為98.3%的茶皂素。同樣的，在周紅宇等[32]的研究中利用殼聚糖-蛋白酶聯用的方法分離提純了茶皂素，實驗結果顯示出茶皂素的獲得率有所提升，這與添加纖維素酶有關，粗品經蛋白酶水解后，可減少殼聚糖絮凝蛋白質時造成的茶皂素損失。酶解法的優(yōu)點是因酶的專一性使獲得的產品純度高，酶用量少，且對環(huán)境友好，但為了保證良好的實驗效果，酶對底物的作用時間較長。

2.2.3 大孔樹脂法

大孔樹脂法純化茶皂素的原理是依靠大孔樹脂從溶液中有選擇性地物理吸附有機物，從而實現對目標物的濃縮和分離作用[33]。該方法的主要優(yōu)勢在于獲得的茶皂素產量高且成本低。在大孔樹脂法的基礎上，張云豐等[34]采用響應面法優(yōu)化了洗脫條件，對粗茶皂素進行純化，最終純度提升到了85.36%。Yang等[35]用大孔樹脂法從茶花餅中分離純化出茶籽多糖和茶皂素，并比較了4種樹脂(AB-8、NKA-9、XDA-6和D4020)對其分離純化的效果，結果顯示：AB-8大孔樹脂具有最佳的分離能力，并通過AB-8樹脂柱層析的動態(tài)吸附/脫附實驗確定出最佳工藝參數，茶籽皂苷的純度高達96.0%，通過大孔樹脂法純化茶皂素效率高，操作過程簡單?，F階段用于純化茶皂素的大孔樹脂品種繁多，研究表明XR910X型的大孔樹脂純化茶皂素的效果最好，在對實驗操作進行優(yōu)化后，茶皂素的回收率達70%以上，其純化度也大幅提升，同時茶皂素的表面活性等也有了很大的改善[36]。大孔樹脂法純化茶皂素獲得的產品純度和產量較高，實驗成本低，操作簡便，但在實驗時應選擇合適的上樣濃度，保證茶皂素分子與樹脂作用完全，以達到最佳平衡吸附量。

2.2.4 膜分離法

膜分離法的原理主要是根據膜上孔徑大小的差異來通過或限制被分離物中的不同成分，以達到純化樣品的目的，依據膜的孔徑大小將膜分為微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和反滲透膜(RO)。顧姣等[37]采用超濾膜法從油茶籽的副產物中提取出了大量的茶皂素，考察了不同因素對茶皂素提取率和純度的影響，實驗結果顯示：超濾膜法純化后的茶皂素純度可達84.16%，對提油后的油茶籽水相副產物實現了二次利用。除使用單種膜進行分離外，也有研究采取多種膜結合的技術，如微濾-超濾組合工藝對粗茶皂素進行純化，可將茶皂素的純度從70%提高到91.8%[38]。杜志欣等[39]在膜分離法的基礎上，結合了絮凝處理實現了對茶皂素的提純，將1%的殼聚糖作為絮凝劑處理3 h后可除去28.32%的雜質，最終獲得的茶皂素純度為85.67%。通過膜分離法獲得的茶皂素純度較高，且能耗低，但實驗所用膜壽命有限，還需定期清理以保證使用效果。

3 茶皂素在食品醫(yī)藥領域中的應用

茶皂素的特殊理化性質，及其近年來逐漸被發(fā)現的各種新的生理活性，使得茶皂素應用開始被重新定位。越來越多的研究表明，茶皂素在醫(yī)藥食品領域中將呈現廣闊的發(fā)展前景。

3.1 食品領域

茶皂素可發(fā)揮其抑菌效果用作防腐劑來有效控制食品微生物帶來的腐敗，以起到有效延長食品保質期的作用[40]。何榮榮等[41]研究了茶皂素對沙門氏菌的抑菌機理，并探討了其在雞胸肉保鮮中的應用可能性，結果表明茶皂素能有效抑制雞胸肉中沙門氏菌的生長，因此茶皂素有望應用于肉類食品保鮮劑的開發(fā)中。通常消費者們往往更偏向于天然物質，茶皂素作為一種有效的天然表面活性劑，可替代食品和飲料中的合成表面活性劑，使得產品配方更受消費者們的青睞。有研究將皂苷作為天然表面活性劑用于代替合成的表面活性劑來形成和穩(wěn)定乳液，通過考察均質壓力等因素發(fā)現天然皂苷形成的乳液液滴更小[42]。此外，茶皂素還可作為發(fā)泡劑用于制造碳酸飲料或啤酒的生產中，因其穩(wěn)定性可以賦予食品更加優(yōu)良的品質。在飲品中添加適量改性后的茶皂素可以有效地抑制酵母生長，起到延長飲料保質期，提高酒品質的效果。與此同時，有研究表明茶皂素能降低大鼠血液和肝臟中的乙醇含量，抑制酒精的吸收，可用于制作醒酒茶等保健食品的生產中[43]。另外在某些中藥成分中也含有一定的皂苷類物質，其具有的祛痰止咳功效有望應用于保健食品的生產中[44]。

3.2 醫(yī)藥領域

茶皂素具有抗?jié)B消炎和抗腫瘤的作用使其在醫(yī)學領域得以顯著應用?？?jié)B消炎主要表現在茶皂素可以抗白三烯D4，因白三烯D4是一種過敏癥慢反應物，可以調節(jié)炎癥和哮喘等疾病的誘發(fā)，因此茶皂素能有效地抑制生物體內的炎癥等[45]。且茶皂素可以誘導天然奎寧氧化還原酶的活性，從而發(fā)揮抗腫瘤作用[46]。

茶皂素除了具有抗?jié)B消炎和抗腫瘤的作用外，還具有降血脂、抗過敏及其他保健作用等，主要表現在茶皂素可降低血液的黏稠度，加強血液循環(huán)，以達到預防動脈粥樣硬化和抵抗心血管疾病對人體危害的效果[47]。有研究證明茶皂素可以升高血清中高密度脂蛋白的濃度，具有促進蛋白質合成代謝和降血脂的作用[48]。林勇等[50]研究了茶葉中功能成分茶皂素等的抗過敏作用，發(fā)現其對速發(fā)型過敏癥狀具有顯著預防與治療效果[49]。此外，還有研究顯示，茶皂素對酒精具有一定的抑制效果，可以阻礙生物體對酒精的吸收，以達到保護其腸胃和干燥的效果，因此茶皂素可用于醫(yī)藥上生產具有解酒功能的藥物。在神經保護作用方面，有研究者通過進一步合成鐵皂苷元納米粒以減輕小鼠神經退化，表明茶皂素可應用于神經保護藥物的生產[51]。邱紅等[52]研究了茶油聯合蒙脫石散及維生素C在百草枯中毒致口腔潰瘍治療中的效果，發(fā)現該處理可以減輕口腔潰瘍患者的痛苦，降低并發(fā)癥發(fā)生的可能性，是一種值得推廣的治療方法。另外有報道稱茶皂素中酰基的位置對其藥理性有重要影響，從茶樹種子中提取的皂素混合物對小鼠胃排空有抑制作用，可加速胃腸道的運輸[53]。在抗癌藥物的開發(fā)方面茶皂素也表現出了一定的應用前景，Fu等[54]從油茶籽中分離得到5種新的三萜皂苷，并評價其對人腫瘤細胞的毒理性質，結果顯示化合物1～5均表現出不同程度的對人體類癌癥細胞系的細胞毒活性。

4 結語

近年來，隨著越來越多的關于茶皂素性質的研究出現，茶皂素的應用也開始被重新定位，鑒于其良好的生理生化活性，食品、醫(yī)藥領域研究人員開始對其進行更為深入廣泛的研究。有效的分離純化是保證茶皂素功能和作用效果的前提，因此，茶皂素的分離純化方法廣受關注，各種新的提取純化方法相繼出現，并取得了良好的效果，很大程度上解決了茶皂素提取率低，純化程度不高等缺陷，將有助于茶皂素在醫(yī)藥食品領域的基礎理論及應用研究。本文重點介紹了茶皂素的理化性質及分離純化新技術的研究進展，并綜述了其在食品及醫(yī)藥領域中的應用，以期為相關領域研究提供可行性的參考。