油茶皂甙提取技术的研究.docx

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油茶皂甙提取技术的研究

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本科毕业论文（设计）

文献综述

学生姓名

学　　号

专　　业

班　　级

指导教师

超声辅助提油茶皂甙的初步研究

生物技术02-1刘英健

指导教师王建中

摘要

油茶（Camelliaoleifera）是我国南方丘陵地区的一种重要油料植物。

我国是世界上油茶籽产量最高、分布最广、品种最多的国家，年产油茶籽约54．98万吨，油茶籽副产品——油茶饼粕的年平均产量约为39．71万吨。

经检测分析，油茶饼粕中富含蛋白质、脂肪、淀粉、茶皂素、粗纤维和灰分等。

茶籽蛋白质含有18种氨基酸成分，其中8种是人体必需的氨基酸。

因此，油茶饼粕是一种营养价值较高的潜在饲料来源。

然而，由于油茶饼粕中含有10％～15％左右的溶血性茶皂素（Theasaponin），对鱼类等水生生物毒害性很强，茶皂素的存在又使饲料味苦且辛辣，因而限制了茶籽饼粕在饲料工业中的应用，造成巨大的资源浪费。

鉴于油茶资源的巨大浪费，本文从油茶饼粕中茶皂素的提取纯化着手，旨在实现茶皂素提取方法的改进和新方法的探索。

1.经过测定，试验用油茶种子的含水量为6.5%、出仁率为70.57%、出油率为25.05%，基本符合理论值。

2.通过正交试验得出利用超声波提取皂甙的最佳优化方法为：

提取温度60℃，提取时间1h，料液比1：

10，超声波功率60w，利用该工艺油茶皂素的提取量为7.9565g。

此试验结果降低了提取温度、减少了提取时间和试剂的耗费，初步解决了皂甙大规模生产的问题。

关键词：

油茶，超声波，皂甙

Ultrasonicsupporttotea-oiltreesoap

Networkpreliminarystudy

Biotechnology02-1Liu

Supervisor

Abstract

SouthHillsisoneofourimportantoilplants.Chinaisthehighestintheworldapplypainttogrowingproductionanddistributionofthebroadest,mostvarieties,growingoiloutputofabout549,800tons,growingby-productofoil--tea-oiltreeBingpotheannualaverageoutputofabout397,100tons.Upondetectionanalysis,tea-oiltreeBingpoprotein,protein,fat,starch,teaZaosu,crudefibreandashcontent.Growingproteincontaining18typesofaminoacidcomposition,whichiseightessentialaminoacidsthehumanbody.Therefore,thehigherthenutritionalvalueofatea-oiltreeBingpopotentialfeedsources.However,thetea-oiltreeBingpocontains10%~15%hemolysisofteaZaosu（Theasaponin）,thefishandotheraquaticnoxiousstrong,andtheexistenceofteaZaosufeedandspicytaste,thuslimitinggrowingBingpofeedindustryintheapplication,resultingintremendouswasteofresources.

Giventhetea-oiltreeenormouswasteofresources,thisarticlefromthetea-oiltreeBingpoChineseteaZaosuextractiontorefiningandextractionmethodstoachieveteaZaosuimprovementsandnewmethodstoexplore.

1.Aftermeasuring,testingthewatercontentintea-oiltreeseedsto6.5%,arateof70.57%Yan,arateof25.05%oil,consistentwiththebasictheoryofvalue.

2.DerivedfromtheuseofultrasoundtestsbyorthogonalbestsoapNetworkoptimizationmethods:

extractiontemperatureof60degrees,fromtime1h,Liufluidthan1:

10,ultrasoundpower60w,usingthetechniquesofextractionforthetea-oiltreeZaosu7.9565g

Thisresultsfromlowertemperature,reducethetimeandreagentsfromthetime,thepreliminarysettlementofthelarge-scaleproductionofsoapNetwork..

Keyword:

Tea-oiltree,ultrasound,soapNetwork

目录

1前言………………………………………………………………………………………………

1.1油茶粕的成分………………………………………………………………………………

1.2油茶皂甙的性质……………………………………………………………………………

1.3油茶皂甙的用途………………………………………………………………………………

1.3.1油茶皂甙用作洗涤剂……………………………………………………………………

1.3.2油茶皂甙用作发泡剂……………………………………………………………………

1.3.3油茶皂甙用作乳化剂……………………………………………………………………

1.3.4油茶皂甙用作粘胶剂……………………………………………………………………

1.3.5油茶皂甙用作植物杀虫剂………………………………………………………………

1.3.6油茶皂甙在医药上的应用………………………………………………………………

1.3.7油茶皂甙用作生物试剂…………………………………………………………………

1.3.8油茶皂甙在食品工业中的应用…………………………………………………………

1.4油茶皂甙的提取………………………………………………………………………………

1.5油茶皂甙的纯化………………………………………………………………………………

1.5.1正丁醇萃取法……………………………………………………………………………

1.5.2重结晶法…………………………………………………………………………………

1.5.3吸附法……………………………………………………………………………………

1.5.4聚酰胺柱层析法…………………………………………………………………………

1.5.5硅胶柱层析………………………………………………………………………………

1.5.6离子交换树脂法…………………………………………………………………………

1.5.7絮凝剂法…………………………………………………………………………………

1.5.8超滤膜法…………………………………………………………………………………

2材料和方法………………………………………………………………………………………

2.1实验材料以及实验仪器……………………………………………………………………

2.2实验方法……………………………………………………………………………

2.2.1油茶油的提取……………………………………………………………………………

2.2.2油茶皂甙的提取…………………………………………………………………………

3结果分析与讨论……………………………………………………………………………………

3.1实验结果与分析…………………………………………………………………………………

3.1.1油茶籽的水分测定………………………………………………………………………

3.1.2油茶出壳率的测定………………………………………………………………………

3.1.3油茶含油量的测定………………………………………………………………………

3.1.4超声波提取油茶皂甙……………………………………………………………………

3.1.5超声波提取油茶皂甙的正交试验结果的直观分析……………………………………

3.1.6正交试验的方差分析……………………………………………………………………

3.2讨论………………………………………………………………………………………………

4结论…………………………………………………………………………………………………

致谢…………………………………………………………………………………………………

参考文献……………………………………………………………………………………………

1前言

油茶（Camellia oleifera） 茶科茶属常绿小乔木，因其种子可榨油（茶油）供食用 ，故名。

茶油色清味香，营养丰富，耐贮藏，是优质食用油；也可作为润滑油、防锈油用于工业。

茶饼既是农药，又是肥料，可提高农田蓄水能力和防治稻田害虫；果皮是提制栲胶的原料。

叶部含有花黄素、茶碱等，是医药工业的原料；木材可做小型农具。

   油茶分布区的北界在淮河-秦岭一线；南界大致在北回归线附近；东界为东南海岸和台湾；西界是云南的怒江流域和青藏高原的东缘。

垂直分布在东部地区一般在海拔800m以下，西部地区可达海拔2000m。

   油茶树高达4～6m，一般2～3m。

树皮淡褐色，光滑。

单叶互生，革质，椭圆形或卵状椭圆形，边缘有细锯齿。

花顶生或腋生，两性花，白色。

蒴果球形、扁圆形、橄榄形等。

种子茶褐色或黑色，三角状，有光泽[1]。

油茶喜温暖，怕寒冷，要求年平均气温16～18℃，花期平均气温为12～13℃。

突然的低温或晚霜会造成落花、落果。

要求有较充足的阳光，否则只长枝叶，结果少，含油率低。

要求水分充足，年降水量一般在1000mm以上，但花期连续降雨，影响授粉。

要求在坡度和缓、侵蚀作用弱的地方栽植，对土壤要求不甚严格，一般适宜土层深厚的酸性土，而不适于石块多和土质坚硬的地方。

油茶是我国特有的南方重要木本油料树种，有2300余年的栽培历史。

据统计，全国现有油茶林面积为400万hm2，分布于南方16个省（区）1100多个县，年产茶油1.5亿kg，占我国木本食用油料树种栽培面积的80%以上。

油茶经济价值高、用途广、适应性强，综合开发利用价值潜力大，是南方丘陵岗地重要的经济林树种，被林民称为“铁杆庄稼”、“绿色油库”。

油茶在我国国民经济建设中起到了重要的作用。

面对目前我国油茶生产呈现的机遇和强大的发展势头，回顾建国以来我国油茶的发展进程和成就，综合分析当前社会、经济和技术等各要素，找出油茶生产存在的问题和差距，是非常必要和及时的[2-4]。

我国自20世纪70年代之后，大力发展和推广浸出法工艺，发展较快，生产水平、产品质量以及主要技术经济指标逐年提高，已接近国际先进水平。

油茶皂苷的加工、提取工艺先后经历了水、含水乙醇、含水甲醇等溶剂提取法，同时采取多种精制工艺，使油茶皂甙产品的加工成本、质量都有了较大程度的改善。

油茶皂甙作为优良的非离子型表面活性剂在日用化工、医药、木工、建材和农药等领域的应用展开了较为系统的研究，取得了一定的成绩。

我国在茶皂甙（包括油茶皂甙）表面活性的理论体系的建立并指导应用于实践是一大创举[5]。

1.1油茶粕的成分

茶籽饼粕的成分[6]见表1.1。

表1.1油茶粕的成分

成分

粗脂肪

粗蛋白

粗纤维

粗皂甙

灰分

无氮浸出物

鞣质

油茶粕

3.85

16.36

20.32

22.46

6.36

29.38

1.37

去皂苷油茶粕

3.65

19.62

26.38

1.48

7.93

39.58

1.36

从上表可看出，去皂苷茶籽饼可以作为一种能量饲料资源加以利用，但作为能量饲料而言，茶籽饼粕中蛋白质水平较高，无氮浸出物含量偏低，粗皂甙含量偏高，要提高茶籽饼粕的饲用价值，就必须提高茶籽皂甙的提取率。

油茶籽饼中的氨基酸含量如表1.2。

表1.2油茶粕中氨基酸的含量

氨基酸含量（w%）

氨基酸含量（w%）

氨基酸含量（w%）

赖氨酸1.03*

缬氨酸0.77*

酪氨酸0.52

色氨酸0.60*

苯丙氨酸0.78*

天冬氨酸1.57

蛋氨酸0.45*

苏氨酸0.68*

丝氨酸0.82

亮氨酸1.52*

精氨酸2.06

谷氨酸5.03

组氨酸0.28

甘氨酸0.81

脯氨酸0.76

异亮氨酸0.74*

胱氨酸0.55

丙氨酸1.02

从上表1.2可知，油菜籽饼中含有18种氨基酸，动物必需氨基酸（表中加*的氨基酸）含量较高，尤其是赖氨酸和含硫氨基酸含量高于一般能量饲料，所以，虽然油茶籽饼中粗蛋白含量只有16.36%，但因有效赖氨酸和含硫氨基酸含量高，实际蛋白水平己达22.89%，其蛋白质的营养价值要明显高于玉米、小麦、米糠和麦麸，有很好的利用前景[7]。

综上所述，可以看出改进皂甙提取方法显得尤为重要。

本试验从改进皂甙提取方法入手，利用超声波的破碎原理，改变以前费时、费料的提取方法，增加提取方法在工业上应用的可能性，将油茶的资源尽可能的开发出来。

1.2油茶皂甙的性质

1.2.1油茶皂甙的物化性质

油茶皂苷属于五环三甙萜类皂甙（结构如图1.1、1.2），油茶皂甙分子中由亲水性的糖体和疏水性的配位基及有机酸构成，分子式C57H90O26，分子量1191.28，熔点：

224℃。

油茶皂甙具有苦辛味，纯品为白色微细柱状晶体。

吸湿性强，对甲基红显酸性，难溶于无水甲醇、乙醇、不溶于乙醚、丙酮、苯、石油醚等有机溶剂，易溶于含水甲醇，含水乙醇以及冰醋酸、醋酐、吡啶等。

茶皂甙溶液中加入盐酸时，皂甙就沉淀。

图1.1皂甙的结构图1

图1.2皂甙的结构图2

1.2.2茶皂甙的表面性质

茶皂甙具有乳化、分散、湿润、去污、发泡、稳泡等多种表面活性，是一种性能优良的天然表面活性剂。

茶皂甙与水振荡后产生峰窝状泡沫，起泡力强，泡沫具有持久性，且不受水质硬度的影响。

据称，0.05％茶皂甙水溶液振荡后产生的泡沫经过30min而不消散，而优等肥皂0.06％的水溶液振荡后产生的泡沫14min就消散了。

茶皂甙作为表面活性剂，它的亲水亲油平衡值（HLB值）为10.6。

因此是制备水包油型（O／W）乳液的良好乳化剂[8]。

据报道，以茶籽皂甙软化石蜡，其乳化力强，分散性良好，乳液颗粒度在1.54μm左右，稳定性好，能在室温下长时间存放不分层，在40℃恒温条件下存放24h以上（10％浓度），其表面结皮厚度为0.5mm，下层析水度为1.5％，且乳液的稳定性和乳化效果几乎不受水质硬度影响[9]。

1.2.3茶皂甙的生理活性

茶籽皂甙还具有多种生理活性，溶血性是其中之一。

经测定，他对家兔血液的溶血指数为100000。

溶血作用也是茶籽皂甙的毒性，据推测，可能是由于它与血液中的大分子醇（如胆固醇等）结合成复盐所致。

它对冷血动物毒性很大，但对高等动物口服无毒。

茶籽皂甙的生理功效，许多方面与瓜参素G，海参素A、B、C、七叶素及马粟草素等植物皂甙的功能性质相近，它们具有明显的抗炎和抗渗透能力。

茶皂甙有抑制霉菌生长的作用，但对革兰氏阴、阳菌的生长无影响。

它对某些细胞的RNA生物合成也有明显影响。

此外，它还具有去痰消炎、止咳镇痛、杀菌杀虫及促进植物生长等多种功效[10]。

1.3油茶皂甙的用途

油茶皂甙是一种天然非离子表面活性剂，具有良好的乳化、分散、发泡、胶粘、润湿等作用，同时还具有消炎、怯痰、抗渗透、镇痛、健胃等药理，广泛应用于毛织、针织、日用化工、医药、农药方面[11]，具体性质及应用如下:

1.3.1油茶皂素用作洗涤剂

油茶皂甙是天然活性剂，易酶解为无毒化合物，不会对环境产生污染。

利用油茶皂甙作为洗涤剂洗涤丝绸、毛料以及棉麻织物，既能延长毛丝织物的使用寿命，不使织物产生缩绒现象，又能保持织物艳丽的色彩，不损害织物上染料色素。

尤其是作为一种纯天然原料，它对皮肤不会产生刺激、过敏、加深色素和毒素积累等现象[12]。

1.3.2油茶皂甙用作发泡剂

油茶皂甙的起泡能力优于上等肥皂，且起泡性质和稳泡性都相当好。

由于其具有较强的吸收二氧化碳的能力，在橡胶工业上可用作泡沫橡胶的发泡剂，在消防上用作泡沫灭火器的发泡剂，同时还可以代替其它化工原料，作为稳定泡沫剂生产加气混凝土，大大降低了生产成本[13]。

1.3.3油茶皂甙用作乳化剂

油茶皂甙形成的石蜡乳化液性能好，乳液颗粒度小，分布均匀，稳定性好，可用于地板光蜡液和药品乳化剂。

石蜡乳化剂、油茶皂甙泡花板、油茶皂甙荧石选矿剂产品。

目前市面上己有油茶皂甙、新型纤微板防水材料等[14]。

1.3.4油茶皂甙用作粘胶剂

油茶皂甙是一种复杂的化合物可用作烟草薄片的粘胶，其薄片具有良好的拉力、耐破度，含有丰富的有机糖，完全能满足切丝卷烟要求；同时该粘胶剂具有吸潮保润性，不需再加糖作保润剂，可大大降低成本[15]。

1.3.5油茶皂甙用作植物杀虫剂

油茶皂甙的水溶液对动物血液的红细胞会有溶血作用，据报道，皂甙的溶血作用是通过它与红细胞膜上的胆固醇相互作用而造成细胞破裂，而对白细胞和虾血红细胞却无此作用，而溶血只限于注射药，口服不造成溶血，但皂甙由鳃进入微血管中产生溶血作用而毒害冷血动物，而非冷血动物由于在胃肠道的酸或酶的作用下皂甙己经水解断裂，故毒性己经大大降低，微量的油茶皂甙可以引起血清蛋白的大幅度降低，但并不影响血细胞。

因此，以油茶皂甙为主要原料研制的植物杀虫剂对人畜无害，对植物安全，具有推广前景[16]。

1.3.6油茶皂甙在医药上的应用

油茶皂甙具有较好的抗真菌、抗炎和扩张血管的作用，通过体外抗真菌试验表明，油茶皂甙对皮肤常见致病真菌都有明显的抑制作用，其中对白色念球菌抑制作用最强，可用其配制天然癣药[17]。

同时，油茶皂甙具有消炎、祛痰、健胃和抗炎等药理作用，能刺激人体气管粘膜，增加分泌，不但具有止咳祛痰之功效，还可以作为利尿剂[18]。

最近研究还表明，油茶皂甙具有抗突变、抗放射辐射和抗癌作用[19-20]，还可以影响钉螺生殖腺及肝脏[21]，可以杀灭血吸虫卵，体外有杀精子等作用[22]。

1.3.7油茶皂甙用作生物试剂

精制的油茶皂甙各项指标达到生物实验（BR）标准，可应用于生物研究[23]。

1.3.8油茶皂素在食品工业中的应用

茶皂素在食品工业上，因其具有较强的吸收二氧化碳的特性，可用在清凉饮料上如汽水和啤酒中作助泡剂。

由上可知，油茶皂甙是一种非离子型的表面活性剂，其来源于天然，刺激性小，去污能力强，本身又具有抑菌的作用，因此，作为人体的洗涤用品和高级衣料的洗涤用品很合适，这与人们生活水平的提高，在吃、穿、用诸方面返朴归真，回归大自然的消费心理和消费要求又是十分吻合的。

而这类产品开发的关键是必须有高质量的皂甙产品，即所得皂甙纯度要高，色泽要浅，无不良气味等。

1.4油茶皂甙的提取

目前，从油茶饼中提取茶皂甙的方法主要有两种:

一种是水提法，即用热水多次浸泡脱脂后的饼渣，然后过滤、浓缩、干燥，得到深揭色的皂甙。

该方法虽然提取剂易得，价廉且安全，但产品色泽、质量性能较差，这主要是因为茶饼粕中含有较高量的淀粉和糖分，热水浸泡时，淀粉、糖分等被浸出，造成淀粉糊化，形成一种胶状粘稠物，使得过滤十分困难，从而影响了茶皂甙提取物的纯度和色泽，使其用途受到了一定的限制:

另一种是有机溶剂法，用此方法，产品纯度虽有提高，但提取剂消耗多，成本较高，工艺也较复杂。

实验证明，用70%左右的乙醇（甲醇）回流，提取效率较高，杂质含量较少，是较好的溶剂提取条件[24]。

本试验是应用超声波的破碎原理，提高了皂甙的提取率，而且这种方法具有提取成本低、提取时间短、操作简便等特点。

1.5油茶皂甙的纯化

油茶皂甙色泽深、气味刺鼻、含量低，是限制其开发利用的主要质量原因，有报道显示：

气味并不是皂甙所固有的，完全可以除去。

显然，采用合适的纯化方法用于生产意义重大。

经典的纯化方法往往需要多次工序“对症下药”，例如针对皂甙的脱色大多采用H2O2氧化破坏色素、离子交换树脂或二者相结合的方法等。

皂甙的纯化，常见的有醇一醚沉淀法、正丁醇萃取法、硅胶或聚酰胺柱层析法、明矾、壳聚糖等絮凝剂法和离子交换树脂法等。

1.5.1正丁醇萃取法：

将粗皂甙用少量水溶解，水溶液用正丁醇萃取，即可得到正丁醇层，浓缩至干，得到棕红色粘稠固体。

此法得到的皂甙颜色太深，且杂质较多

1.5.2重结晶法：

将粗皂甙加入热乙醇中，溶后过滤，重复操作2—3次，合并滤液后加入盐酸，放置冷却使其结晶析出，如果颜色不合要求，再用乙醇重结晶，即可得到高纯度的茶皂甙。

但此法油荼皂甙得率较低，且不适用于工业生产。

1.5.3吸附法：

在粗皂甙的水溶液中，加入新煅制的氧化镁粉，然后向蒸发至干的粉末中加入乙醇，使吸附在氧化镁上的皂甙溶解出来，放冷后，皂甙析出，得到纯品，得率大约为粗皂甙的50%，且纯度不高。

1.5.4聚酰胺柱层析法：

将粗皂甙进行聚酰胺柱层析，分别用水，不同浓度的乙醇水溶液依次洗脱，在某一合适浓度即可得到皂甙组分。

此法得到的皂甙纯度不高，且聚酰胺柱回收不易，不适合工业生产。

1.5.5硅胶柱层析：

硅胶柱采用干法上柱，干法上样。

用饱和的正丁醇洗脱，收集皂甙部分，直至洗脱液在薄层上无皂甙点出现，减压浓缩至干，得纯化皂甙。

干法装柱既可以省时，也可以节约溶剂．而且干柱在分离条件上更接近薄层层析，这样就更容易找到合适的分离条件，此方法得到的皂甙较好，但不适用于工业生产。

1.5.6离子交换树脂法：

将粗皂甙利用离子交换树脂可去除滤液中的可溶性盐类。

阴、阳离子交换树脂的型号，可选用磺酸型阳离子交换树脂（732型）和季铵盐型阴离子交换树脂（717型）。

此方法纯化效果不佳，可与其它方法配合使用。

1.5.7絮凝剂法：

本法是采用絮凝剂对水提取液的杂质进行沉淀，沉淀剂主要有两类：

一类为沉淀杂质，另一类为沉淀油茶皂甙。

第一类沉淀剂主要有：

乙醇，硫酸铝钾，聚丙烯乙酰胺（PAM），聚三氯化铁（PAC）以及硫酸铝钾（活性三氯化铁）+可溶性甲壳素等；第二类沉淀剂主要有铅盐，丙酮，明矾，乙醚等。

据报道，用硫酸铝钾（活性三氯化铁）+可溶性甲壳素的方法，沉淀速度快，对皂甙无影响，价格便宜，和用乙醇处理过的滤液效果相当，且比乙醇更安全，效果