（环境工程专业论文）油茶饼粕中茶皂素的抑菌乳化特性研究及在洗涤剂产品的应用.pdf

目录 摘要i 第一章绪论1 1 1 皂素的概况1 1 1 1 茶籽概述1 1 1 2 油茶的应用2 1 2 茶皂素的化学结构特征与性质6 1 2 1 一般化学性质6 1 2 2 茶皂素的光谱特性。7 1 2 3 茶皂素的活性特征7 1 3 茶皂素的应用9 1 3 1 建材方面9 1 3 2 日用化工的应用9 1 3 3 纺织行业的应用9 1 3 4 食品行业的应用9 1 3 5 在农业方面的应用9 1 4 研究意义1 0 1 5 论文结构与研究思路1 0 1 5 1 论文结构1 0 1 5 2 研究思路1 1 参考文献1 1 第二章茶皂素提取的工艺优化1 5 2 。1 主要试剂和仪器1 5 2 1 1 主要试剂1 5 2 1 2 主要仪器1 6 2 2 茶皂素的粗提取1 6 2 2 1 单因素实验叫1 1 6 2 2 2 正交实验哺1 1 7 2 3 茶皂素的纯化1 7 2 3 1 茶皂素的标准曲线绘制1 1 7 2 3 2 沉淀法纯化”1 1 8 2 3 3 吸附树脂法纯化旧1 1 8 2 4 结果与分析1 9 2 4 1 单因素结果分析。1 9 2 4 2 正交实验结果分析2 1 2 4 ，3 纯化结果分析2 2 2 5 小结2 4 参考文献2 5 第三章茶皂素的抑菌和乳化特性的研究2 7 3 1 主要试剂和仪器2 7 3 1 1 主要试剂，；2 7 3 1 2 主要仪器2 7 3 1 3 供试菌种2 8 3 2 茶皂素的抑菌实验。1 2 8 3 2 1 培养基的制备2 8 3 2 2 菌种的活化及菌悬液的制备2 8 3 2 3 抑菌实验准备2 9 3 2 4 滤纸片法抑菌实验2 9 3 3 茶皂素的乳化特性2 9 3 3 1 茶皂素的表面张力测定h 刮2 9 3 3 2 茶皂素的起泡力测定盯( 国标g b 4 8 2 8 - 9 1 ) 3 0 3 3 3 茶皂素的接触角测定陋引3 1 3 4 结果与分析3 l 3 4 1 茶皂素的抑菌实验结果分析3 1 3 4 2 茶皂素的表面张力结果分析。3 4 3 4 3 茶皂素的起泡力的结果分析3 7 3 4 4 茶皂素的接触角结果分析3 7 3 5 小结3 9 参考文献4 0 第四章茶皂素洗涤用品的研究4 1 4 1 主要试剂和仪器4 1 4 1 1 主要试剂。4 1 4 1 2 主要仪器4 1 4 2 制备不同配方的茶皂素洗涤剂4 l 4 3 不同配方茶皂素洗涤剂和普通洗涤剂性能的比较4 2 4 3 1 洗油率测定u 叫( q b t 2 1 1 7 - 1 9 9 5 通用水基金属净洗剂) 4 2 4 3 2 洗毛实验( 五槽洗毛法) 4 2 4 3 3 残油脂萃取引( g b 6 9 7 7 - 8 6 洗净羊毛油，灰，土杂试验方法) 4 3 4 4 结果与分析4 3 4 4 1 洗油率测定的结果分析4 3 4 。4 2 残油脂萃取的结果分析4 4 4 5 小结4 5 参考文献4 6 第五章研究结论与展望4 7 5 1 研究结论4 7 5 2 论文不足之处及后续研究方向4 8 致 射4 9 在校期间发表论文及参加课题一览表5 0 重庆工商大学硕士学位论文 摘要 近年来，我国油茶经济发展迅速，油茶种植面积日益扩大，目前对油茶的加工 开发利用主要主要集中在茶籽油上，而榨油后留下的油茶饼粕多作为废弃物，因 此，油茶饼粕资源丰富，对油茶饼粕中茶皂素的研究，并使其应用于各个相关行 业，把油茶饼粕这种废弃物回收再利用以达到变废为宝的目的，不仅可以保护环 境，还可以带来巨大的经济效益、社会效益和生态效益。本论文利用乙醇对油茶 饼粕中的茶皂素进行粗提取，分析浸提温度、浸提时间、乙醇体积分数、料液比 对茶皂素得率的影响，再利用沉淀法和吸附树脂法对茶皂素进展纯化，找出适合 工业生产茶皂素的方法。并系统的研究了茶皂素对几种不同的细菌和真菌的抑菌 能力，还研究了茶皂素的乳化特征，分析了茶皂素的起泡力、表面张力和接触角。 最后，文章还研究了不同配方的洗涤产品，通过在洗油率和残油脂萃取方面的比 较，挑选出符合生产的洗涤剂配方，为以后的研究开发奠定基础。 论文的主要研究内容和成果如下： ( 1 ) 采用有机浸提法，用乙醇对茶皂素进行粗提取。利用单因素实验考察了 浸提过程中的乙醇体积分数、浸提时间、浸提温度、料液比对茶皂素得率的影响， 通过正交实验对茶皂素的浸提进行工艺优化，得出最优浸提方案。结果表明：浸 提过程中的乙醇体积分数、浸提时间、浸提温度、料液比对茶皂素得率都有影响， 乙醇的体积分数对茶皂素的得率影响最大，其次是浸提时间和浸提温度，而料液 比的影响最小。提取茶皂素的最佳工艺为a ，b 。c ，d ：，即乙醇体积分数为8 0 ，浸提 时间为2 小时，浸提温度为7 5 ，料液比为1 ：1 0 ，得率为1 6 7 8 。 ( 2 ) 绘制出茶皂素的标准曲线，通过沉淀法和大孔吸附树脂法纯化茶皂素样 品，计算出纯化样品的茶皂素含量。结果表明：不同的大孔吸附树脂对茶皂素的 吸附率不同，在2 5 ，吸附时间为8 小时的条件下，a b - 8 大孔吸附树脂对茶皂素 的吸附率最高，为7 6 7 9 ，d m 一3 0 1 的吸附率为6 6 2 1 ，而n k a i i 的吸附率较低， 为5 ：3 4 7 。用a b - 8 大孔吸附树脂对茶皂素进行纯化，吸附条件为：上样液中茶 皂素浓度，吸附温度2 5 ，吸附时间l o o m i n 。脱附条件为：脱附温度2 5 ，洗脱 液乙醇浓度8 0 ，洗脱液与上样液体积比1 ：4 ，脱附时间8 0 m i n 。洗脱后样品中茶 皂素的含量为8 0 5 5 ，用沉淀法对茶皂素进行纯化，样品中茶皂素的含量为 7 3 5 9 。由于大孔吸附树脂具有可再生性，所以可以用于工业化生产，降低成本。 ( 3 ) 利用滤纸片法抑菌实验研究茶皂素对大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的 抑制作用。结果表明：茶皂素对不同的微生物有着不同程度的抑制作用，不同质 量浓度茶皂素溶液的抑制效果有明显的规律，随着茶皂素溶液质量浓度的升高，抑 菌圈直径有递增趋势，并呈现明显的浓度依赖性。茶皂素对单细胞真菌酵母菌的抑 重庆工商大学硕士学位论文 菌活性最强：对产孢子的霉菌抑制能力最弱，只能起到一定程度的抑制作用，且浓 度依赖性不明显。 ( 4 ) 利用对茶皂素的起泡力实验、表面张力实验、接触角实验来研究茶皂素 的表面活性和乳化特征。结果表明：茶皂素可以明显增加啤酒的起泡时间，并随 着茶皂素浓度的增加，茶皂素对啤酒的起泡力也明显增大。茶皂素能显著降低表 面活性，并随着浓度的增加而下降。当浓度在0 0 5 9 m l 时，表面活性最低。其后 再增加浓度，活性也不再降低。呈现出表面活性剂特有的胶束形成现象。茶皂素 可以明显降低水的接触角，并随着茶皂素浓度的增加而减小，并且接触角0 d b 。 在这四个因素中，乙醇的体积分数对茶皂素的得率影响最大，其次是浸提时间和浸提 温度，而料液比的影响最小。通过方差分析可知，乙醇的体积分数和浸提时间对茶皂 素的得率影响显著，浸提时应该严格控制其在最优水平上。料液比对茶皂素的浸提影 响不明显。提取茶皂素的最佳工艺为a l b 2 c l d 2 ，即乙醇体积分数为8 0 ，浸提时间 为2 小时，浸提温度为7 5 ，料液比为l ：1 0 。在此最佳条件下来做实验验证，浸提 茶皂素得率为1 6 7 8 ，超过正交试验中的最高得率，由此可以说明该优化条件是可 行的。 2 4 3 纯化结果分析 2 4 3 1 茶皂素的标准曲线 表2 6 不同浓度的茶皂素的吸光度 t a b l e 2 6t h ea b s o r b e n c yo fd i f f e r e n tc o n s i s t e n c eo ft e as a p o n i n 重庆工商大学硕士学位论文 o 3 5 o 3 o 0 5 o oo 0 50 1o 1 5 标准品浓度 图2 5 茶皂素标准曲线 f i 9 2 5t h es t a n d a r dm o d eo f t e aa s p o n i n 由图2 5 可得： 线性回归方程： a = 2 4 5 3 5 c + 0 0 1 4 3 ( r 2 = 0 9 9 4 4 ) 样品茶皂素百分比( ) = ( a - 0 0 1 4 3 ) 1 0 ( 2 4 5 3 5 m ) a = 吸光度c = 浓度m = 比色管中样品浓度 2 4 3 2 沉淀法纯化 将沉淀后的茶皂素配制成含量为l m g m l 的溶液，分别取l m l 和1 5 m l 测定吸光 度。l m l 和1 5 m l 的吸光度分别为o 1 9 7 和0 2 8 2 。将吸光度带入茶皂素的标准曲线 中计算，得茶皂素的百分含量为7 4 5 2 和7 2 6 6 。取平均值7 3 5 9 。如表2 7 所 示： 表2 7 纯化后茶皂素含量 一一一一一一里生! 丝：z 坠! ! 旦里堡堂旦! 塑箜旦竺堂 茶皂素含量吸光度浓度( m g m 1 ) 百分含量( )平均值( ) 2 4 3 3 吸附树脂法纯化 2 4 3 3 1 不同吸附树脂对茶皂素的吸附率的测定 吸附率= ( c o c 1 ) c o c o 吸附前样液的茶皂素含量 c l 吸附后样液的茶皂素含量 2 3 l j r ) 1 厶l j o 1 2 1 0 o o o 世装蓉 重庆工商大学硕士学位论文 表2 8 茶皂素吸附率 t a b l e 2 8a b s o r bq u o t i e t yo f t e aa s p o n i n 由表2 8 可以看出：a b 8 大孔吸附树脂对茶皂素的吸附率最高，为7 6 7 9 ，而 n k a i i 的吸附率较低，这可能是因为n k a i i 大孔吸附树脂是极性树脂，树脂上的 极性集团与茶皂素羟基之间的吸附力比较大，所以不容易脱附，用乙醇溶液也无法洗 脱下来。因此，在吸附树脂纯化实验中采用a b 一8 大孔吸附树脂。 2 4 3 3 2 吸附树脂纯化 将吸附树脂纯化后的茶皂素配制成含量为l m g m l 的溶液，分别取l m l 和1 5 m l 测定吸光度。l m l 和1 5 m l 的吸光度分别为0 1 9 7 和0 2 8 2 。将吸光度带入茶皂素的 标准曲线中计算，得茶皂素的百分含量为7 8 9 6 和8 2 1 3 。取平均值8 0 5 5 。如 表2 9 所示： 表2 9 茶皂素含量 t a b l e 2 7t h ec o n t e n to f t e aa s p o n i n 茶皂素含量吸光度浓度百分含量( )平均值( ) ( m 1 ) 大孔吸附树脂是近十余年发展起来的，它是一类有较好吸附性能的有机高聚物吸 附剂，大孔吸附树脂具多种优点，例如物理化学稳定性高、吸附选择性好、且不受无 机物影响、再生简便、高效节能等，可广泛应用于中草药有效成分的成分分离、纯化 中，近几年也开始用于茶皂素的纯化，特别适用于茶皂素的精制和初步分离，由于大 孔吸附树脂具有可再生性，所以可以用于工业化生产，降低成本。 2 5 小结 本章探讨了关于茶皂素提取的工艺优化( 单因素实验和正交实验) ，绘制了茶皂 素的标准曲线，探讨了不同的吸附树脂对茶皂素的吸附能力，利用茶皂素的标准曲线， 比较沉淀法纯化和大孔吸附树脂法纯化，结果表明： ( 1 ) 在茶皂素提取的单因素实验中，乙醇体积分数、料液比、浸提时间、浸提温 度都对茶皂素的提取有影响。其中，当乙醇体积分数低于8 5 时，茶皂素的回收率随 着乙醇体积分数的增大而提高。当体积分数高于8 5 时，茶皂素的回收率随着乙醇体 积分数的增大而有所下降。当料液比从1 ：6 增加到1 ：1 0 的过程中，随着料液比的增加， 2 4 重庆工商大学硕士学位论文 茶皂素的回收率也随着在增加，但在1 ：1 0 时，茶皂素的回收率达到最大，之后料液 比再增加，茶皂素的回收率也基本维持不变，说明在料液比在1 ：1 0 时，茶皂素已基 本被浸提完全。当随着浸提时间的增加，茶皂素的回收率也会提高，但超过3 小时后， 茶皂素的提取率基本保持不变。在水浴温度在7 5 。c 以下时，茶皂素的回收率随着水 浴温度的增加而增加，但当水浴温度超过7 5 时，茶皂素的回收率随着温度升高反 而略有下降。 ( 2 ) 在正交实验中，影响茶皂素得率的四个因素中，主次顺序依次为：a c d b 。在这四个因素中，乙醇的体积分数对茶皂素的得率影响最大，其次是浸提时间 和浸提温度，而料液比的影响最小。通过方差分析可知，乙醇的体积分数和浸提时间 对茶皂素的得率影响显著，浸提时应该严格控制其在最优水平上。料液比对茶皂素的 浸提影响不明显。提取茶皂素的最佳工艺为a l b 2 c l d 2 ，即乙醇体积分数为8 0 ，浸 提时间为2 小时，浸提温度为7 5 ，料液比为1 ：1 0 ，得率为1 6 7 4 。 ( 3 ) 在茶皂素在不同大孔吸附树脂中的吸附率的测定试验中，三种吸附树脂 a b 8 、d m 3 0 1 、 a k n i i 在吸附实验中对茶皂素的吸附能力不同，其中a b 8 大 孔吸附树脂的吸附率为7 6 7 9 ，大孔吸附树脂d m 3 0 1 的吸附率为6 6 2 1 ，大孔吸 附树脂a k n i i 的吸附率为5 3 4 7 。a b 8 大孔吸附树脂对茶皂素的吸附率最高，而 n i g k i i 的吸附率较低，这可能是因为n k a i i 大孔吸附树脂是极性树脂，树脂上的 极性集团与茶皂素羟基之间的吸附力比较大，所以不容易脱附，用乙醇溶液也无法洗 脱下来。 ( 4 ) 在茶皂素的纯化实验中，用沉淀法纯化茶皂素，茶皂素的纯度为7 3 5 9 ， 用吸附树脂法纯化茶皂素，茶皂素的纯度为8 0 5 5 。吸附树脂纯化茶皂素更好，大 孔吸附树脂物理化学稳定性高、吸附选择性好、且不受无机物影响、再生简便、高效 节能等，可广泛应用于中草药有效成分的成分分离、纯化中，近几年也开始用于茶皂 素的纯化，特别适用于茶皂素的精制和初步分离，由于大孔吸附树脂具有可再生性， 所以可以用于工业化生产，降低成本。 参考文献 1 】刘红，田晶茶皂甙的化学结构及生物活性最新研究进展 j 】食品科 技，2 0 0 8 ，3 3 ( 5 ) ：1 8 6 - 1 9 0 2 】郭锦华，岳艳荣茶皂素的提取工艺及发展前景河南化工，1 9 9 9 ，4 ：3 5 3 】高凯翔，李秋庭茶皂素的提取工艺研究粮油食品科技，2 0 1 0 ，1 8 ( 5 ) ：2 2 2 5 4 i n d r e s hk h a n n a ，r a m a c h a n d r a ns e s h e d f ia n dt i r u v e n k a t ar ，e s h a d f i s t e r o i a n dl ipidc o m p o n e n tso fg r e e nt h e asin e n sis j p h y to c h e m istr y ，974 ， 2 5 重庆工商大学硕士学位论文 13 ( 1 ) ：1 9 9 2 0 2 【5 王武，方红美茶叶籽饼粕中茶皂素提取工艺研究食品科学，2008 ，29 ( 9 ) ： 2 3 0 - 2 3 3 6 】谢秋英，黄玉英，宋振荣茶皂素的提取纯化及成品中茶皂素含量的测定福建水 产，2 0 10 ，6 ( 2 ) ：1 4 - 17 7 】王超，仲山民，郑旭卫油茶饼粕中茶皂素的提取及h ：0 ：法脱色条件研究油脂工 程，2 0 0 9 ，6 ：7 1 - 7 3 8 】史高峰，汪虎茶皂素提取纯化工艺和含量测定研究进展粮油加 工2 0 1 0 9 ：3 7 - 4 1 第三章茶皂素的抑菌和乳化特性的研究 3 1 主要试剂和仪器 3 1 1 主要试剂 表3 1 实验试剂的规格和产地 t a b l e 3 1t h es t a n d a r d sa n dp r o d u c i n ga r e 4 1 5o f r e a g e n t s 其他试剂均为分析纯 3 1 2 主要仪器 表3 2 实验仪器型号和产地 t a b l e 3 2m o d e l sa n dp r o d u c i n ga r e a so fa p p a r a t u s e s 其他均为实验室常用设备。 2 7 重庆工商大学硕士学位论文 3 1 3 供试菌种 黑曲霉( a s p e r g i l l u sn i g e r ) ； 大肠杆菌( e s c h e r i c h i ac o l i ) ： 啤酒酵母( s a c c h a r o m y c e s c e r e v i s i a e ) 以上菌株由重庆工商大学生化实验中心提供 3 2 茶皂素的抑菌实验 卜3 3 2 1 培养基的制备 马铃薯葡萄糖琼脂( p d a ) 培养基：马铃薯先洗净去皮，再称取2 0 0 9 马铃薯 切成小块，加水煮烂( 煮沸2 0 到3 0 分钟，能被玻璃棒戳破即可) ，用四层纱 布过滤，再加2 0 9 葡萄糖和2 0 9 琼脂，继续加热搅拌混匀，稍冷却后再补足水分 至1 0 0 0 m l ，分装试管或者锥形瓶，加塞、包扎，1 2 1 灭菌2 0 分钟左右后取出 试管摆斜面或者摇匀。 查氏培养基：将m g s 0 40 5 9 、n a n 0 32 9 、k 2 h p 0 4l g 、k c l0 5 9 、f e s 0 40 0 1 9 、 蔗糖3 0 9 、琼脂2 0 9 加入1 0 0 0 m l 的蒸馏水中加热，搅拌使其溶解，分装后1 2 1 条件下灭菌2 0 m i n ，备用。 3 2 2 菌种的活化及菌悬液的制备 实验前一天将所选菌种传代培养18 2 4 h ，用4 m m 取菌环将菌种以划线法接种到 营养琼脂培养培养皿上，在3 7 。c 培养箱中培养2 4 h 。将各种已活化的供试细菌用接种 针挑取一环，接种在液体培养基上振荡培养，细菌3 7 培养18 h 。 3 2 2 1 黑曲霉菌悬液的制备 将保藏菌种黑曲霉接种在查氏培养基斜面试管中，2 8 3 0 c 条件下培养7 - 1 4 天， 使其生成大量孢子。每打开一支只供制备一次悬液，每次制备孢子悬液必须使用新培 养的霉菌孢子。 在培养7 1 4 天的斜面培养基中加入少量无菌蒸馏水，用灭菌接种针轻轻刮取表 面的新鲜霉菌孢子，将孢子悬液置于盛有玻璃珠的锥形瓶内，密封后置水浴振荡器中 不断振荡使成团的孢子散开，然后用单层纱布棉过滤以除去菌丝。将其装入灭菌离心 管中，用离心机分离沉淀孢子，去上层清夜。再加入洗脱液，重复离心操作数次。最 后将盛有霉菌饱子悬液的锥形瓶置于6 0 。c 水浴锅内3 0 m i n ，以除去细菌营养体。霉菌 孢子悬液最好在当天使用，若不在当天使用应在4 c 7 保存，4 天内使用有效。 3 2 2 2 酵母茵菌悬液的制备 将保藏在4 c 冰箱中的酵母菌接种在查氏培养基斜面上，2 8 。c 3 0 c 条件下培养 重庆工商大学硕士学位论文 3 5 天。用接种环取第一代培养物，划线接种于查氏培养基斜面上，于2 8 3 0 c 培养 3 5 天。挑取上述第二代培养物中典型的菌落，接种于查氏培养基斜面，于2 8 。c - 3 0 条件下培养3 5 天，即为第三代培养物。 取第三代斜面新鲜培养物，用5 0 m l 吸管吸取3 0 m 1 5 0 m l 稀释液加入斜面试管内， 反复吹洗，洗下菌苔。随后，用5 0 m l 吸管将洗液移至另一无菌试管中，在手掌上振 敲荡次8 0 次，使酵母悬浮均匀。 3 2 2 3 大肠杆菌菌悬液的制备 将保藏菌种大肠杆菌接种在查氏培养基斜面试管中，3 7 。c 条件下培养3 5 天。配 制1 0 0 m l 生理盐水，加入2 5 0 m l 三角瓶中，再在其中加入2 0 粒左右玻璃珠，高压灭 菌。用少量的无菌生理盐水倒入查氏培养基斜面中，用接种环将菌苔刮下，然后倒入 三角瓶中。将三角瓶振摇1 分钟左右，制成菌悬液。 3 2 3 抑菌实验准备 将提取的茶皂素样品配制成不同浓度的茶皂素溶液，用微孔过滤器过滤除菌， 密封后放入冰箱中在4o c 条件下保存，备用。用打孔器将滤纸做成直径为6 m m 的滤 纸圆片，在高温蒸汽灭菌锅中蒸汽灭菌，烘干。把灭菌后的滤纸圆片放入不同浓度的 茶皂素溶液及无菌水( 作为对照) 中浸泡2 4 小时，备用。 3 2 4 滤纸片法抑菌实验 将配制好的p d a 培养基和培养皿放入高温蒸汽灭菌锅中蒸汽灭菌，将p d a 培养 基倒入无菌培养皿中，每个培养皿15 2 0 m l ( 每个培养皿中的培养基厚度要均匀) ， 用移液枪吸取不同的菌悬液各0 2 m l ，加入冷却凝固后的各个培养皿中，用涂布棒将 其涂布均匀。取出在不同浓度的茶皂素溶液和无菌水中浸泡的滤纸圆片，同时评置于 接种后的各个培养皿中，其中在无菌水中浸泡的滤纸圆片放在培养皿中央以做对比， 其他的滤纸圆片以不同的浓度贴于不同的培养皿中，每种浓度的实验做三个不同培养 皿，结果取平均值。将贴好了滤纸圆片的培养皿倒置，放入恒温培养箱中培养，其中 黑曲霉于2 8 培养4 8 h ，大肠杆菌于3 7 。c 培养2 4 h ，酵母菌于2 8 。c 下培养2 4 h ，培养 完成后用游标卡尺精确测定滤纸圆片的抑菌圈直径，比较其抑菌效果。 3 3 茶皂素的乳化特性 3 3 1 茶皂素的表面张力测定 4 - 6 毛细管上升法是目前测定表面张力最准确的一种方法，虽然后来发展的其他测定 方法也具有不少的优点，但目前还是一直用毛细管上升法所测定的表面张力数据来作 为标准。 2 9 重庆工商大学硕士学位论文 配制浓度为o 0 2 e c r n ，0 0 3g m 1 ，0 0 4g m 1 ，o o s e , m ，0 0 6 9 m l