（化学工艺专业论文）混合溶剂浸取油茶籽及大孔树脂纯化茶皂素的研究.pdf

硕士学位论文 摘要 油茶，是我国南方广泛种植的木本油料树种之一。油茶籽中主要含茶油 4 0 6 0 、皂素为1 6 、粗蛋白质1 5 等物质。茶油营养价值与橄榄油相当；而 茶皂素是一类齐墩果烷型三萜类皂甙，是一种性能优良的天然非离子型表面活性 剂，具有抗菌消炎、杀灭病毒、抗氧化、抗高血压、抑制酒精吸收保护肠胃，以 及杀虫驱虫等药理学功能。因此，充分利用油茶籽这一资源有着重要意义。 比较了各种茶皂素测定方法，确定了用香草醛硫酸法测定茶籽中、甲醇相 中茶皂素含量的方法，该法反应灵敏，操作相对简单，用自制树脂柱中制备得到 茶皂素的标准品，并绘制了茶皂素定量测定的标准曲线。 实验考察了利用甲醇6 号溶剂水混合溶剂一步浸取油茶籽的方法，即以己烷 为非极性相浸取茶油、以甲醇一水为极性相浸取茶皂素的浸出工艺，以期得到粗 茶油的同时，也得到粗皂素产品，克服了传统的油茶籽处理方法的工艺复杂、生 产成本高等缺点，从而为油茶籽资源的开发提供了一种新的浸取工艺。实验结果 表明，进行单级浸取实验的最佳操作条件为：粉碎已脱壳茶籽过4 0 目筛，浸取 1 5 r a i n ，浸取温度为t = 5 0 。c ，取r w = 0 3 5 ，r h = 3 、r m = 3 5 ，茶油提取率y o = 8 4 6 1 、 茶皂素提取率y s = 8 5 2 5 ；用正交实验考察不同溶剂的溶剂比对提取率的影响， r h = 4 、r m = 4 、r w = - 0 4 较佳，从而为油茶籽资源的开发提供了一种新的浸取工艺。 在单级浸取实验的基础上，为了充分提取茶籽中的茶油、茶皂素，进行了多 级浸取实验，分别取r h = r m = i 5 、2 、3 ，r w = 0 4 、t = 5 0 。c 、0 = 1 5 r a i n ，结果 表明：当r h = r m = 2 时，进行三级浸取，茶油提取率己稳定，y o = 9 3 1 2 ：而 当r h - - - - - r m = 3 时，进行三级浸取，y s = 9 6 2 0 。 探讨了超声波对混合溶剂浸取油茶籽助萃作用，超声频率为4 0 k h z ，取 r h = 4 、r m = 4 、r w = 0 4 、浸取2 r a i n 时，茶油提取率y o = 8 3 2 6 ，大大的高于正 常浸取条件下相同浸取时间下的茶油提取率：浸取1 0 r a i n 时，y 。= 8 2 1 7 ，大 于通常情况下的浸取率，说明在超声波的作用下，浸取速率大大加快，且茶油、 茶皂素提取率也有所提高。 摘要 采用大孑l 树脂吸附纯化甲醇相溶液中的茶皂素，选用h p d l 0 0 型大孔树脂 纯化甲醇相溶液中的茶皂素，静态吸附的最佳条件为：用5 0 甲醇溶液稀释甲醇 相，使其茶皂素含量3 5 9 4 m g m l ，调节甲醇相溶液p h = 3 5 、室温下吸附1 5 0 m i n ， 吸附量为1 4 5 4 5 m g g ；静态脱附的最佳条件为：3 0 c 、用8 0 ( v v ) 的甲醇溶液 以2 0 m l g 树脂的量脱附7 5 r a i n ，脱附率可达9 0 ；改变甲醇相溶液的p h 在自 制层析柱中以2 b v h 进行纯化茶皂素实验，结果表明，随着原料液p h 值的增 大，茶皂素得率逐渐降低，而茶皂素纯度逐渐提高，综合考虑，调原料液p h 值 为9 较为适宜，得率7 7 0 3 ，纯度为8 5 3 6 。 关键词：油茶籽混合溶剂浸取茶皂素大孔树脂纯化 i i 硕士学位论文 a b s t r a c t c a m e l l i ao l e i f e r aw a sw i d e l yg r o w ni nt h es o u t ho f c h i n a ，t h em a i nc o m p o n e n t o fi t ss e e dw e r e ：t e ao i l ( t d ) 4 0 - 6 0 、t e as a p o n i n ( t s ) 1 6 、p r o t e i n 15 9 ， n u t r i t i o no ft e ao i lw a ss i m i l a rt oo l i v eo i i ，t e as a p o n i nw a sak i n do fo l e a n e n e - t y p e t r i t e r p e n es a p o n i na n dan a t u r a ln o n i o n i cs u r f a c ea c t i v e a g e n t w i t h g o o d p h a r m a c o l o g yf u n c t i o n s ，s u c ha s ：a n t i g u n g i 、a n t i i n f l a r n m a t i o n 、a n t i v i m s 、a n t i o x i d a n t 、 a n t i h y p e r t e n s i o n 、a l c o h o la b s o r b i n gi n h i b i t i o n - p r o t e c tg a s t r o i n t e s t i n a la n di n s e c t i c i d e ， s oi t sn e c e s s a r yt og i v em o r es t u d yo i lt e as e e d h a v i n gs t u d i e dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o d so ft s ，v a n i l l i n o i lo fv i t r i o lc o l o r r e a c t i o nm e t h o dw a sc h o s e nt od e t e r m i n et h ec o n t e n to ft si nm e t h a n o lp h a s e ( m p ) a n do i lt e as e e d s ，w h i c hw a st h em o s tc o m m o nu s e dm e t h o do fq u a n t i t a t i v es a p o n i n a n a l y z i n g ，a si th a da d v a n t a g e so fs e n s i t i v i t y , o p e r a t i o ne a s y p u r et e as a p o n i nw a s p r e p a r e du s i n gm a c r op o r o u sa d s o r p t i o n r e s i n sc o l u m n t h es t a n d a r dc u r v eo f q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sw a sp r o t r a c t e du s i n gp u r e t s b o t ht oa n dt sc o u l db eg o ta tt h es a m et i m ei nt h ep r o c e s so fo i lt e as e e d e x t r a c t i o nb ym e t h a n o l 6 # s o l v e n t w a t e r ( h a w ) m i x s o l v e n t s ，w h i c hw a sj n s to n es t e p o p e r a t i o n ，w h i c hh a do v e r c o m et h ed e f e c t so ft h eo l dt e a s e e dt r e a t i n gm e t h o d s t h r o u g he x p e r i m e n t s ，t h eb e s ts i n g l e s t e pe x t r a c t i o nc o n d i t i o n sw e r e ：t h ep a r t i c l e s p a s s i n g t h r o u g h 4 0 一m e s hs i e v e 、t i m eo f e x t r a c t i o n w a s1 5 m i n 、r h - 4 、r m 2 4 、r w = o - 4 、 t e m p e r a t u r eo f e x t r a c t i o nw a s5 0 。c u = 8 4 6 1 ，y s 2 8 5 ，2 5 i no r d e rt oe x t r a c tt oa n dt sf r o mt e as e e d sf u l l y , m u l t i s t e pe x t r a c t i o nw a s s t u d i e do nt h eb a s i so f s i n g l e s t e pe x t r a c t i o n ，w h e nr h = r m 一2 、r w 2 0 4 、t 5 5 0 。c 、 0 = 1 5 m i n a f t e rt h r e e s t e pe x t r a c t i o n ，y o = 9 3 1 2 ；w h e nr h 2 r m 5 3 ，a f t e r t h r e e s t e pe x t r a c t i o n ，y s = 9 6 2 0 。 w h e nt e as e e d sw e r eu l t r a s o n i c e x t r a c t e dw h e nu l t r a s o n i cf r e q u e n c yw a s 4 0k h z ， r h = 4 、r m = 4 、r w = 0 4 ，0 = 2 m i n ，y o = 8 3 2 6 ，o fw h i c hw a sh i g h e rt h a ny oo f o r d i n a r ye x 仃a c f i o n ，e = 1 0 m i n ，y s = 8 6 4 3 ，o fw h i c hw a sa l s oh i g h e r t h a nt h a t i i i 摘要 w h a t sm o r e ，t h ee x t r a c t i o nt i m ew a sa l s os h o r t e n e dg r e a t l y t sw a sp u r i f i e df r o mm pd i r e c t l yu s i n gh p d l 0 0m a c r o p o r o u sr e s i n ，t h eb e s t s t a t i o n a r ya d s o r p t i o n c o n d i t i o nw e r e ：p h = 3 5 、t sc o n c e n t r a t i o no fm pw a s 3 5 9 4 m g m l ，w h i c hw a sd i l u t e db y5 0 ( v v ) m e t h a n o l 、i nt h er o o mt e m p e r a t u r e 、 a d s o r p t i o nt i m ew a s15 0 r a i n ，t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yw a s1 4 5 4 5 r a g g t h eb e s t d e s o r p t i o nc o n d i t i o nw e r e ：t = 3 0 。c 、t h es o l v e n tv o l u m et ot h er e s i nr a t i ow a s2 0 m l g ( v m ) 、m e t h a n o lc o n c e n t r a t i o nw a s8 0 ，d e s o r p t i o nt i m ew a s7 5 r a i n ，e l u t i o nr a t i o w a s9 0 ：t si nt h em pw a sp u r i f i e di nt h es e l f - m a d em a c r o p o r o u sr e s i nc o l m n n w h e np ho f m pc h a n g e df r o m3 5 1 0 ，r e s u l t ss h o w e dt h a t ：w h e np h = 9 ，t h ey i e l da n d t h ep u r i t yo f t sw e r es u i t a b l e ，t h ey i e l dr a t ew a s7 7 0 3 ，a n dt h ep u r i t yw a s8 5 3 6 k e yw o r d s ：o i lt e as e e d ；m i x s o l v e n t se x t r a c t i o n ；t e a - s a p o n i nm a c r op o r o u sr e s i n p u f f f y i v 硕士学位论文 第一章文献综述 油茶系山茶科山茶属植物，是我国重要的油料作物。我国有丰富的油茶资源， 年产油茶籽6 0 余万吨。对油茶籽的研究早在2 0 世纪3 0 年代就开始，随着科学 技术的不断发展，对油茶籽有效成分的研究不断深入，对其开发利用日益受到重 视。油茶籽可开发出茶油、茶皂素、茶籽饼、茶籽蛋白、茶籽多糖等产品，尤其 茶皂素用途十分广泛，它是一种性能优良的非离子型天然表面活性剂，具有较强 的发泡、乳化、分散等作用，并有抗渗、消炎、镇痛、抗癌等生理活性，还可用 于制造各种类型的乳化剂、洗涤剂、防腐剂及杀虫剂、杀菌剂等。 1 1茶油的性质、用途及提取方法 1 1 1 茶油的物化性质 茶油是一种淡黄色澄清透明油状液体，具有清香味，易溶于乙醚、氯仿、苯、 石油醚、二硫化碳等有机溶剂。据徐学兵等【1 】研究，认为茶油的主要成分为高级 脂肪酸油酸的甘油脂，其主要性质嘲见表i - 1 。 表i - i 荼油主要特性 t a b 1 1m a i nt r a i t so f t e ao i l 理化特性参数 碘值 皂化值 n d 2 5 。 d 2 0 。 凝固点 酸值 8 0 - - x ) 4 9 l j i o o g 18 5 - 1 9 6 9 k o h 幢 1 4 6 6 0 , , - 1 4 7 0 0 o9 0 0 9 15 ；c m 3 5 1 2 茎 叶 籽，在实际工业生产中考虑到可行性和成本等因素，茶籽是茶皂素 工业化生产最合适的原料来源。 1 2 1 茶皂素的物化性质 茶皂素又称茶皂苷、茶皂甙、茶皂角甙，是一类齐墩果烷型五环三萜类皂甙， 含有杂质时，一般呈现为褐色至淡黄色粉末状，纯度越高颜色越淡，其纯品是无 硕士学位论文 色无味的微细柱状晶体，具有皂甙的一般通性，味苦、辛辣，发泡力强，是一种 性能优良的天然非离子型表面活性剂，其基本性质”1 见表1 - 2 。茶皂素的水溶液 对裴林氏溶液没有还原力，但在硫酸中加水分解生成的甙元，具有还原力，能被 醋酸铅、盐基性醋酸铅和氧化铅沉淀，而对氯化钡和氯化铁不能产生沉淀。 表1 - 2 茶皂素主要特性 t a b 1 - 2m a i nt r a i t so f t e as a p o n i n 茶皂素物化性质参数 分子式 分子量 水溶液p h 值 表面张力 熔点 不溶于 难溶于 可稍溶于 易溶于 c s t h g 0 0 2 6 1 6 0 6 5 o 6 5 4 7 5 9 n 2 5 8 2 6 0 乙醚、氯仿、丙酮、苯、石油醚等 无水甲醇、无水乙醇 温水、二硫化碳、乙酸乙酯 含水甲醇、含水乙醇、丁醇、 戊醇、冰醋酸、醋酸、吡啶 1 , 2 2 油茶皂素的化学结构 早在2 0 世纪初，w e i l 和h a l b e r k a n n 就开始了对茶皂素的研究。1 9 3 1 年， 日本学者青山新次郎从茶籽中分离出了茶皂素口“，并将其命名为“t h e a s a p o n i n ”， 这是世界上首次分离获得茶皂索，但所得到的还不是茶皂素的纯结晶，之后，又 有许多的学者开展了大量的相关研究，确定茶皂素属于三萜类皂甙“，其基本结 构如图1 1 ，主要包括配基( 见图1 2 ) 、糖体( 见图l 一4 ) 和有机酸( 见图1 5 、1 - 6 ) - - 部分，水解得到的配基上碳原子数为3 0 ，基本碳架为齐敦果烷( 见图1 3 ) ，属于 五环三萜类化合物；糖体部分由葡萄糖醛酸、葡萄糖、木糖和半乳糖组成，它与 配基环上的羟基以甙键形式相结合；配基上的c 2 l 、c z z 位上的羟基与有机酸包括 当归酸、惕各酸或醋酸等结合成脂。方幼兰等【1 6 】对油茶籽皂素、茶籽皂素和白皂 素进行理化特性的研究，认为它们属于同一类型的糖甙化合物，但茶籽皂素和白 皂素的紫外光谱在2 8 0 n m 处没有出现吸收峰。茶皂素在2 1 5 n m 处对紫外光有最 大吸收峰，可作为茶皂素的特征吸收峰用于结构鉴定，这是由c 2 l 位上连接的、 b 不饱和共扼双键所产生，而不是由c 1 2 位上的环内孤立双键产生”。茶皂素的 亲水基团由强电负性的含氧基团如o o h 、c o o h 、一c o o - 组成，这些含氧基 团集中在茶皂素的糖类配体间、有机酸配体及皂甙配基的连接部位间；而亲油基 文献综述 团是由非极性的碳氢环链构成。 图1 - 1 茶皂素结构式 f i g 1 1 s t r u c t u r a lf o r m u l ao f t e as a p o n i n 图l - 2 茶皂素配基结构式 f i g l - 2s t r u c t u r a lf o r m u l ao f t e aa g l y c o n e 2 1 2 2 abc de 图1 - 3 齐墩果烷的结构式 f i g 1 - 3s t r u c t u r a lf o r m u l ao f o l e a n a n e 0 一葡萄糖醛酸 - 一葡萄糖 i 一木糖 图1 4 茶皂素糖体的基本结构式 f i g1 4s t r u c t u r a lf o r m u l ao f s a c c h a r i d ea m o n g t e as a p o n i n 4 硕士学位论文 h c c c c h 厂 c h 3 图1 - 5 惕各酸( 反一2 一甲基一2 一丁烯酸) f i g 1 - 5s t r u c t u r a lf o r m u l ao f t i g l i ca c i d 1 2 3 茶皂素的用途 c h x h 一 3 5 时，茶皂素提取 率趋于稳定。混合溶剂中的甲醇相是用来提取茶籽中的茶皂素，在对用混合溶剂 浸取菜籽的研究中，已经证实 6 97 0 】：甲醇的存在可以软化细胞壁，使溶剂更容 易进入，从而使浸取效率有所提高，同样在茶籽的浸取过程中，甲醇的存在也促 进了茶油、茶皂素率的提高。 甲醇6 号溶剂水混合溶剂浸取油荼籽 表3 - 3 r m 对提取率的影响 t a b 3 - 3e x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo f d i f f e r e n tr m 1 0 0 8 0 6 0 墨 - 4 0 2 0 0 (， 。 一 ? 。 ? 飞 iii 123456 r m _ 一t o ( 茶油) 一t s ( 茶皂素) 图3 - 2r m 对提取率的影响 f i g 3 - 2e x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo f d i f f e r e n tr m 由图3 1 、图3 2 对比可看出，混合溶剂中极性组分甲醇、水的含量对茶皂素的浸取 效率影响较大，随着r w 、r m 的增加，茶皂素的提取率都是显著的提高，但变化规律稍 有区别：当r w 在0 2 0 4 、r m 在l