茶皂素提取.doc

茶皂素的提取1 绪论1.1 茶皂素简介茶皂素又称茶皂苷、茶皂甙，是山茶科植物（如茶、 山茶、油茶)中含有的一类天然糖甙化合物，广泛存在于山茶科植物的根 、茎、叶、花、果之中1。由七种配基 (C30H50O6) (Sapgening)、四种凸糖体(Aglyevn)和二种有机羧酸组成的一种齐墩果烷型五环三萜类皂苷化合物。图1-1 茶皂素的分子结构我国油茶林面积和产量均居世界首位，全国现有油茶总面积约 5500万亩，油茶是我国特有的一种木本油料资源，每年的茶籽产量在 65万 吨左右，约生产 15万吨茶油以及50万吨的茶籽饼粕，油茶饼粕中含有多种经济价值较高物质，如含脂肪 5、蛋白质 l5、粗纤维 6、糖类 40、灰分6、皂素 l0l4、单宁 2、咖啡碱095，但长期以来没有得到合理利用，大部份饼粕当燃料烧掉，或廉价出口到日本、东南亚等国家，造成资源的极大浪费，更为严重的是积压的油茶饼粕发霉生虫污染环境，这种局面应该得到改观。油茶主要产区在我国南方丘陵山区，近年来，对茶籽饼开发利用已日益引起各地高度重视，而茶籽饼利用，首先是回收茶籽饼中残余茶油，再从中提取茶皂素，残余物可用作蛋白饲料或作有机肥料。因此如何从茶籽饼中提取茶皂素这一类用途广泛、性能优异天然表面活性剂，对解决茶籽饼综合利用尤为重要，同时也是解决三废问题的有效手段，具有十分积极的意义。茶皂素市场前景看好，仅就洗发香波这一行业来说，我国洗发香波年总产值约 l0万吨，其中一半需加调理剂，共需调理剂 1000吨，如果市场占有率达 10，年可销调理剂 l00吨，年产值 450万元。1.2 茶皂素的性质1.2.1 茶皂素的理化性质纯茶皂素是白色微细柱状结晶体，吸湿性强，对甲基红明显酸性，难溶于冷水、无水甲醇、无水乙醇，不溶于乙醚、丙酮、苯、石油醚等有机溶剂，稍溶于温水，易溶于热水、含水甲醇、含水乙醇、正丁醇及冰醋酸，在稀碱水溶液中溶解度明显增加2。茶皂素的配基部分在受热时易发生焦糖化，与萘酚反应可生成紫色物质，其甙键可被酸、碱或酶水解生成糖与皂甙单元。茶皂素溶液对斐林试剂没有还原能力，只有在硫酸或盐酸中加水水解后才有还原能力；在水溶液中茶皂素能被醋酸铅、盐基醋酸铅和氧化钡所沉淀，但不会被氯化钡和氧化铁所沉淀。表1-1 茶皂素主要理化常数分子量分子式元素分析值（）熔点（）pH值1203C57H90O26C=59.93，H=7.092232246.21.2.2 茶皂素的表面性质茶皂素分子具有亲水性的糖体和疏水性性的配基，是一种天然非离子型表面活性剂，具有良好的乳化、分散、湿润、发泡、稳泡及去污等性能。本草纲目也有记载：“条籽捣仁洗农除油腻”。对蛋白质、纤维素无损伤，特别对丝、毛、羽绒的洗涤效果良好。茶皂素亲水亲油平衡值(HLB值)为16，是制备水包油型(O/W)乳液的良好乳化剂，对固体微粒分散作用明显。起泡力几乎不受水质硬度的影响，在pH410范围内发泡正常且泡沫稳定持久，具有较好的湿润性。茶皂素与水振荡后产生蜂窝状泡沫，据报道，0、05茶皂素水溶液，振荡后产生的泡沫可以保持 30min而不消散，而优等肥皂 006的水溶液振荡后产生的泡沫在 14min内就消散了。实验表明，茶皂素能够显著地降低液体的表面张力，在浓度为 0011、00的范围内，加茶皂素水溶液的表面张力即从 76mN/m下降到46mN/m。在水质硬度为 0-14694retool的范围内，加茶皂素水溶液的表面活性几乎不受水质硬度影响。以茶籽皂素软化石蜡，其乳化力强，分散性良好 ，乳液颗粒度在 154 m左右，稳定性好，能在室温下长时间存放而不分层。1.3 茶皂素的应用近些年来，茶皂素应用开发及工业产品系列化等方面都有较大的发展 ，应用领域已拓展到轻工、化工、建材、纺织、农业及水产养殖，以及医药保健等行业3。 现主要介绍一下茶皂素在日化行业的应用情况：茶皂素是天然产物 ，在日化行业是难得的表面活性剂。与人工合成的表面活性剂相比，尽管茶皂素的起泡力不强，但其泡沫稳定性极强，而且起泡力不受水的硬度变化影响，发泡性能较好，故可用于制造洗涤剂、起泡剂和乳化剂 4。生产出来的茶皂素复配洗发香波，伸长弹性和摩擦系数等技术指标要优于其他产品，实际应用时，具有发松、光滑、去头屑、止痒等优点，有洁发、护发之功效，且对皮肤无毒害和致敏作用。另外，茶皂素还具有头发生长促进剂的作用。茶皂素也可用于洗涤衣物，可降低水的表面张力，产生持久的泡沫，有分散、去污性能，并且不受水硬度的影响，洗涤衣物时不会产生脱色、损伤，是毛纺品、丝织品、棉纺品、羽绒等的优良洗涤剂。本实验利用油茶饼粕为原料, 用热水浸提、乙醇转萃来研究茶皂素提取的最佳条件，并将茶皂素应用于洗发香波中，制备茶皂素洗发香波，然后试验它的应用效果。2 材料与方法2.1 材料与试剂油茶饼粕（市场购买）；95乙醇、Al 2(SO4 )3、活性炭、NaOH,以上均为分析纯；蒸馏水，香草醛、硫酸、K12-A、AES-A、6501、M-550、珠光浆、香料（以上所用原料均为工业级）。2.2 主要实验仪器仪器型号生产商FW100高速万能粉碎机天津市泰斯特仪器有限公司DK-S24型电热恒温水浴锅上海森信实验仪器有限公司JA2003N电子天平上海精密科学器皿有限公司KQ-C气流烘干器巩义市予华仪器有限公司TDL-5-A低速台式大容量离心机（飞鸽牌）上海安亭科学仪器厂SHZ-III型循环水真空泵上海亚荣生化有限公司RE52-99旋转蒸发器上海亚荣生化仪器厂DHG-9101-2 电热恒温鼓风干燥箱上海三发科技有限公司BCD-185F/HC容声冰箱广东科龙电器有限公司UV-2600双光束/紫外可见分光光度计北京瑞利分析仪器公司2.3茶皂素的提取实验方法2.3.1 茶皂素提取及含量测定方法的选择茶皂素提取方法很多，但总体上以水浸提法、有机溶剂法和吸附法三种方法为基础5，不少研究者综合其优点，克服缺点，发展了一些新的提取纯化工艺，比如水提沉淀法、水提-醇萃法、水提醇沉法、超滤膜法、沉淀释放法、水提发酵法等等。我们根据实验室的具体条件结合茶皂素的理化性质，最终选定水提-醇萃法来进行茶皂素的提取。水提-醇萃法是目前较为理想的提取茶皂素的方法，具有工艺简单、产率和纯度较高的特点。水提-醇萃法是根据茶皂素易溶于热水和95的乙醇，不溶于冷水性质，用热水浸提茶饼，然后于浸提液中加入絮凝剂 Al 2(SO4 )3，沉降除杂冷却后，再用95的乙醇转萃提纯一种方法。茶皂甙为多糖萜类化合物，与香草醛在浓硫酸作用下表现呈色反应，茶皂素的含量和吸光度值成线性关系，且在一定浓度范围内符合比耳定律，本文利用此性质对茶皂素的分析方法进行研究。2.3.2 水提-醇萃法提取茶皂素方法2.3.2.1茶皂素提取工艺流程图2-1茶皂素提取工艺流程图2.3.2.2 茶皂素提取步骤（1）油茶饼粕的预处理由浸取的原理可知，破坏植物的细胞壁有利于提高浸取速率，但如果全部的细胞壁遭到深度破坏，则一些分子量较大的物质也被浸取出来，使杂质增多，造成后续操作困难。为了使油茶饼粕中的茶皂素很快接触到浸取剂，将茶叶放入高速万能粉碎机中粉碎，打成茶叶粉末，但不可过细，不利于下一步的过滤。一般茶籽饼的粉碎粒度在 l3 mm为宜。（2）浸提剂的选择根据茶皂素难溶于冷水而易溶于热水和的性质（特点），我们选用蒸馏水作为提取茶皂素的浸提试剂。（3）恒温热水浴浸提按一定的料液比，即称取一定的茶粕粉末，加入一定比例蒸馏水，置入不同温度下的恒温水浴锅中，每次浸泡一定的时间，一定浸泡次数，过滤，得茶皂素浸取液。浸提得到的滤液要趁热用纱布过滤（茶皂素难溶于冷水，放置冷却后将导致产率下降），将滤渣继续加蒸馏水再次进行恒温水浴浸提，然后趁热用纱布过滤，反复操作三次，将得到的滤液合并。（4）加絮凝剂（Al 2(SO4 )3）除杂絮凝剂可以将浸提液中鞣质、蛋白质、蜡质等不稳定杂质除去，而对于茶皂素的溶解则不会产生影响。（5）抽滤抽滤可以将上述的杂质与茶皂素滤液迅速分离。（6）减压恒温蒸发浓缩将抽滤除杂后的滤液置于RE 52-99 旋转蒸发其中进行减压恒温蒸发浓缩至稠状，温度8090 。减压恒温(8090 )蒸发,既可以使滤液快速浓缩，又使得茶皂素不会遭到高温破坏。（7）乙醇转萃将上述稠状液体置于分液漏斗中，加适量的95乙醇萃取三次，取上层萃取液，合并三次的萃取液。茶皂素在95乙醇中的溶解度很高，而在冷水中的溶解度较低，所以茶皂素转入乙醇中。而其它杂质在乙醇中溶解度较低，就留在下层液中。（8）脱色将转萃后的液体置于烧杯中，加入少量活性炭进行脱色处理。为了增强脱色效果，可将烧杯中液体加热煮沸，并不断搅拌两三分钟，然后用过滤的方法除去活性炭。（9）蒸发乙醇将脱色后的滤液置于RE 52-99 旋转蒸发其中进行减压恒温蒸发乙醇，温度55，蒸发至稠状时停止。（10）恒温干燥将上述稠状物置于表面容器中，放入电热恒温鼓风干燥箱进行干燥，温度5060 。（11）称重，得到粗茶皂素（产品见图 2-2）图 2-2 粗茶皂素产品2.3.4 茶皂素含量的测定方法2.3.4.1 最大吸收波长的确定 茶皂素标准品溶液与香草醛一硫酸显色6，以定容空白液为参比液，在 uV2800紫外可见分光光度计上扫描，其吸收曲线下图所示。由图可以看出，在波长为545 nm时吸光度最大，因此茶皂素的测定波长为545 nm.图2-2 吸收波长曲线2.3.4.2 标准溶液的配置称取0.1 g ( 精确到0.0001 g )茶皂素标准品， 用95乙醇溶解后置入100 mL容量瓶，并用95乙醇定容。分别吸取0.9，1.8，2.7，3.6，4.5mL于10 mL容量瓶中，用蒸馏水定容，则得含茶皂素 0.09、0.18、0.27、0.36、0.45 mg/mL五种不同浓度的标准溶液。2.3.4.3 标准曲线的制作在最大吸收波长545 nm 处测定不同浓度的 茶皂素标准液的吸光度，以茶皂素含量为横坐标，吸光度为纵坐标，作标准曲线（如图2-3），并计算回归方程为：A=0.0008 x+0.0257，相关系数 r = 0.9993，由R20.9987开方而得。图2-3 茶皂素标准工作曲线（香草醛一硫酸显色）2.3.4.4 茶皂素含量的测定准确称取1g茶皂素粗产品，用95乙醇完全溶解，定容至100 ml,得1 mg/ml的茶皂素粗产品溶液。吸取供试液5mL，置50 mL容量瓶中，加香草醛一硫酸显色，充分混匀，用95乙醇定容，以定容空白液作参比，于545nm处测定吸光度(A)。根据茶皂素标准工作曲线，计算出茶皂素含量。2.3.5茶皂素在洗发香波中的应用步骤按照化妆品配方设计原理7，通过实验调整原料配比，得出制备茶皂素洗发香波的最佳配方，并对茶皂素的洗发香波理化性能及使用效果进行检测。3 结果与分析3.1 水提-醇萃法提取茶皂素正交实验考虑到各浸取条件对实验结果的影响以及为了减少实验次数，设计用正交法实验进行水浴浸提茶皂素的研究8。3.1.1 正交实验方案的设定通过预试验分析确定，影响茶皂素浸提率的重要因素为浸提温度、浸提时间、液料比和pH值。采用正交试验来确定水浴法浸取茶皂素的最佳条件，（上述四因素并各取三水平,见表2-2)。准确称取30 g茶粕粉末于250 ml锥形瓶中，加入不同比例蒸馏水（为了保证茶皂素得到充分的提取，每次试验的蒸馏水分三次加入），分别在不同温度下进行恒温水浴加热，加热时间各组均不同。在实验的过程中，用20NaOH调节pH值。表2-1浸提茶皂素的因素与水平水平浸提温度/浸提时间/h液料比pH1801.51:652852.01:763902.51:873.1.2 正交实验结果表2-2 L9(34) 正交实验结果实验号浸提温度/浸提时间/h液料比（w/v）pH茶皂素产量/g1801.51:651.62802.01:761.43802.51:871.34851.51:771.85852.01:851.46852.51:661.27901.51:862.48902.01:672.49902.51:752.5K11.4331.9331.7331.833K21.4671.7331.9001.667K32.4431.6671.7001.833R1.0000.2660.2000.166由上表正交实验结果可得出，各因子对茶皂素提取的影响结果为：浸提温度浸提时间液料比pH同时得出，水提醇萃发提取茶皂素的最优实验条件为：浸提温度为90 ，浸提时间为1.5 h，液料比为1：7，pH为53.1.3 正交实验结果分析（1）茶皂素的提取率按照上述水提醇萃法的结果，茶皂素的最佳工艺条件提取率接近9%。（2）正交实验优化最佳条件分析根据正交实验结果，得到在油茶饼粕中用水提醇萃法提取茶皂素的最佳工艺条件，此条件下茶皂素的产量大于2.5 g。茶皂素易溶于