張雪莉， 洪 晨， 馬海樂， 顧 晨， 歐陽寧寧， 羅 軒

(江蘇大學食品與生物工程學院，鎮(zhèn)江 212013)

油茶籽餅粕是利用對油茶籽生產(chǎn)茶油得到的油茶枯進行殘油提取后最終產(chǎn)出的副產(chǎn)品。油茶粕中營養(yǎng)成分豐富，主要含有40%多糖、10%～15%茶皂素、15%粗蛋白、5%粗脂肪及多種氨基酸，是一種潛在價值很高的飼料原料[1]。茶皂素是一類齊墩果烷型五環(huán)三萜類皂苷混合物的總稱，又稱茶皂苷、皂苷、皂角苷[2]。茶皂素作為一類天然的表面活化劑，具有眾多功效[3，4]，可廣泛應用于日用化工(沐浴露、洗發(fā)露等)、紡織(天然洗滌劑)、食品等行業(yè)，其不僅具有優(yōu)異的乳化、分散及發(fā)泡穩(wěn)泡等性能，同時也具有溶血[5]、殺菌[6]、消炎抗?jié)B[7]以及抗氧化[8]等生物活性。因此，提取油茶籽粕中的茶皂素，對于提高油茶籽粕的經(jīng)濟價值，有著重大的現(xiàn)實意義。

近年來，國內(nèi)外眾多學者對茶皂素的提取工藝技術進行了大量研究，主要有水提法[9]、醇提法[10]、微波輔助提取法[11，12]、超臨界CO2萃取法[13]等。水提法雜質(zhì)較多，易將蛋白質(zhì)、糖類一并提取出來，造成茶皂素純度低，且提取液易變質(zhì)，不易保存。醇提法試劑消耗大，成本高。超聲波輔助提取利用超聲波產(chǎn)生的機械、空化等綜合效應，破壞細胞壁，增加溶劑的穿透力，加速細胞內(nèi)有效成分向溶劑轉(zhuǎn)移，可提高提取物的提取率，減少提取時間，保存生物活性，是一種高效、綠色、安全的提取技術[14，15]。目前國內(nèi)外對于茶皂素提取的研究技術超聲模式單一，關于超聲模式的篩選鮮見報道。

本實驗以油茶籽餅粕為研究對象，在超聲輔助提取下，以乙醇為提取劑，考察超聲模式、功率密度、乙醇體積分數(shù)、溫度、超聲時間和料液比等因素對提取工藝的影響，并對茶皂素的基礎特性進行研究，為茶皂素的進一步應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油茶籽餅粕，茶皂素標準品(純度≥98%)，香蘭素、乙醇和濃硫酸等試劑均為分析純。

三頻容器式超聲設備為自主研制，DL-5C離心機，T-6新世紀可見分光光度計，HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.2 試驗方法

1.2.1 茶皂素的提取及含量測定

三頻容器式超聲輔助提取茶皂素，提取液4 000 r/min離心10 min，取上清液測定得率。用香草醛-濃硫酸顯色法測定溶液中茶皂素含量[16]。取稀釋后上清液0.5 mL，加入8%的香草醛溶液(0.8 g香草醛溶于10 mL無水乙醇)0.5 mL，在冰水浴中加入4 mL 77%硫酸溶液，搖晃均勻后，恒溫 60 ℃水浴中加熱 15 min，取出冷卻至室溫，以試劑為空白，用 1 cm 比色皿在 550 nm 波長下用紫外-可見分光光度計測定吸光度。以茶皂素標準品繪制標準曲線。按式(1)計算茶皂素得率。

(1)

式中：T為茶皂素得率/%；c為茶皂素質(zhì)量濃度/mg/mL；V為樣液體積/mL；N為稀釋倍數(shù)；m為油茶籽餅粕質(zhì)量/mg。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 超聲模式的篩選

以茶皂素得率為指標，篩選三頻容器式超聲的最優(yōu)工作模式，見表1。其他實驗為超聲功率密度50 W/L，以1∶12(g/mL)料液比添加75%乙醇，50 ℃提取30 min，間歇時間比10 s/5 s。4 000 r/min離心10 min，取上清液測定得率。

表1 超聲工作模式篩選/kHz

1.2.2.2 超聲提取參數(shù)優(yōu)化

在最優(yōu)超聲模式下，分別以超聲功率密度、乙醇體積分數(shù)、溫度、超聲時間和料液比為單因素進行逐步優(yōu)化試驗，考查各因素對其提取效果的影響。因素設計水平見表2。

表2 因素設計水平

1.2.3 傅里葉變換紅外光譜分析

參考鄧志宇[17]方法，分別將超聲樣品與浸提樣品進行傅里葉變換紅外光譜掃描。以KBr為背景，掃描范圍為4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描32次。

1.2.4 茶皂素起泡性和穩(wěn)泡性測試

利用手搖法測定溶液的起泡性。配制一系列質(zhì)量分數(shù)為0.01%～1.00%的起泡劑溶液，溶液體積均為100 mL，倒入1 000 mL具塞量筒中，以量筒中部為中心，上下180°顛倒60次(30 s)，垂直放在實驗臺上，靜置。記錄起泡體積V0和30 min后的泡沫體積V30，并計算泡沫穩(wěn)定指數(shù)FSI[18，19]，計算公式見式(2)：

FSI=V30/V0

(2)

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)以平均值±標準偏差(SD)表示，多組間差異比較采用單因素方差分析(ANOVA)及Duncan顯著性檢驗。

2 結果和討論

2.1 超聲模式對茶皂素得率的影響

從圖1中可看出，超聲輔助提取可以顯著提高油茶籽餅粕中茶皂素的提取率，且不同超聲模式下超聲提取效果有顯著性差異。從整體提取效果分析，三頻順序式超聲>雙頻同步超聲>三頻同步超聲>雙頻順序超聲>單頻超聲。其中20、40、28 kHz順序超聲和20、50、35 kHz順序超聲模式下提取率最高，可到達(23.81±1.81)%和(23.92±2.64)%，較其他模式下的提取率有顯著差異性(P<0.05)。因此，選擇20、50、35KHz順序超聲模式進行后續(xù)實驗。

2.2 超聲功率密度對茶皂素得率的影響

如圖2所示，隨著功率密度增大，茶皂素得率呈現(xiàn)先增加后下降又回升的趨勢， 30 W/L后，得率開始下降，40 W/L后又逐漸增加。原因可能是在一定功率密度范圍，相較而言不利于茶皂素提取。功率密度過小，不足以破壞細胞壁，亦不利于提取。由此可知，超聲輔助提取并不是功率密度越大越好，應選擇適當?shù)墓β拭芏?。綜上，20 W/L、30 W/L和50 W/L時得率相差無顯著性差異，分別為22.72%、23.46%和23.73%，從能耗上考慮，選擇20 W/L的功率密度進行后續(xù)實驗。

圖2 不同條件對茶皂素得率的影響

2.3 乙醇體積分數(shù)對茶皂素得率的影響

從圖2可知，茶皂素得率隨著乙醇體積分數(shù)增加而增加，可能是乙醇濃度增大，有利于茶皂素的溶出。但是當乙醇體積分數(shù)大于60%后，茶皂素得率增長緩慢，60%到80%乙醇體積分數(shù)下的得率沒有顯著性差異，這可能是因為原料中的茶皂素已被充分提取。從能耗上和提取純度上考慮，仍選擇75%乙醇進行后續(xù)提取。

2.4 超聲溫度對茶皂素得率的影響

由圖2可知，茶皂素得率隨著提取溫度升高而增加，可能是因為溫度升高使物料的細胞壁疏松，更容易被超聲波的空化作用破壞，使茶皂素溶出。但60 ℃后，茶皂素得率有所下降，可能是高溫聯(lián)合超聲效應，使茶皂素的糖基被破壞致使茶皂素得率下降。因此選擇60 ℃為最佳提取溫度。

2.5 超聲時間對茶皂素得率的影響

如圖2所示，在20 min之前，茶皂素的得率隨著時間增加而增加。但在20 min以后，茶皂素得率上下波動，并無增加。原因可能是，在20 min時，茶皂素的提取率已達到最大值(22.83±1.74)%。因此，超聲輔助提取20 min即可。

2.6 料液比對茶皂素得率的影響

結果見圖2，在料液比1∶10 時，茶皂素得率最大(22.79±1.16)%，但隨著料液比增加，得率呈現(xiàn)降低的趨勢。原因可能是過多的乙醇水溶液，會稀釋茶皂素含量。從節(jié)約資源和得率上考慮，選擇1∶10料液比最佳。

圖1 不同超聲模式對茶皂素得率的影響

2.7 傅里葉變換紅外光譜分析

圖3 茶皂素的傅里葉紅外光譜

2.8 起泡性和穩(wěn)泡性試驗

從圖4可看出，超聲與未超聲提取的茶皂素起泡性和穩(wěn)泡性相差不大。隨著茶皂素濃度的增加，起泡力增強，并且開始時的發(fā)泡體積和30 min后的發(fā)泡體積沒有很大差別，說明茶皂素的泡沫穩(wěn)定性強。因此，超聲提取對茶皂素的起泡性和穩(wěn)泡性的影響較小。

圖4 茶皂素的起泡性和穩(wěn)泡性

3 結論

本研究采用超聲波輔助法提取油茶籽餅粕中茶皂素，通過單因素實驗得出最佳超聲提取條件為20、50、35 kHz順序交替模式，功率密度20 W/L，溫度60 ℃，提取劑為75%乙醇、料液比1∶10(g/mL)、提取時間20 min，此時茶皂素得率為(22.79±1.16)%。

對所提取的茶皂素進行基礎特性研究，結果表明超聲輔助提取技術未對茶皂素結構以及其起泡性和穩(wěn)泡性有顯著性影響。因此，在提取油茶籽粕中的茶皂素時，超聲輔助提取法具有在不傷害茶皂素自身性質(zhì)的前提下提高提取率、顯著縮減提取時間、提高樣品純度等優(yōu)點，是一種高效的提取方法。