茶皂素的提取工艺研究进展

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　　摘 要：茶皂素是一种天然优良的非离子型表面活性剂，在日用化工、农药等方面有广泛地应用。对茶皂素的提取方法进行综述，主要介绍了水提取法、有机溶剂提取法、辅助提取法（超声辅助和微波辅助）、生物提取法、索式提取法等提取工艺的研究进展，为进一步开发利用茶皂素提供参考。
　　关键词：油茶饼粕;茶皂素;提取;工艺;综述
　　中图分类号：TS229 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2020）07-0093-04
　　Abstract： Tea saponin is a kind of natural excellent nonionic surfactant， which is widely used in daily chemical industry and pesticides. The extraction methods of tea saponin were reviewed. The research progress of water extraction， organic solvent extraction， assisted extraction （ultrasonic-assisted and microwave-assisted）， biological extraction， and Soxhlet extraction were introduced， which provided reference for further development and utilization of tea saponin.
　　Key words： Camellia oleifera cake; tea saponin; extraction; technology; review
　　茶皂素又名茶皂甙，是广泛存在于山茶科山茶属植物（山茶、油茶、阿萨姆茶、山茶花、茶梅、茶树等）器官中的一类具有齐墩果烷型结构的五环三萜类皂甙物质，由苷元、糖体和有机酸3部分组成，是一种天然优良的非离子型表面活性剂，在日用化工、农药等领域有广泛地应用。茶皂素味苦且辛辣，易溶于含水的甲醇、乙醇、正丁醇及冰醋酸、醋酐和吡啶，能溶于热水、热醇，不溶于乙醚、氯仿、苯、石油醚等有机溶剂，能被酸性物质沉淀[1-4]。
　　目前，针对茶皂素的提取工艺研究主要集中在热水提取、有机溶剂提取、辅助提取、酶法提取等方面，笔者主要对茶皂素的提取工艺进行综述、总结，以期为进一步开发利用茶皂素提供参考。
　　1 热水提取
　　茶皂素易溶于热水，以水作为茶皂素提取溶剂具有资源丰富、工艺简单、环保、成本低等特点，因此水提取法是最早采用的茶皂素提取方法。汪淑廉等[5]采用热水提取法从茶籽粕中提取茶皂素，结果表明在固液比1∶10、提取温度50℃、提取时间2 h、pH值为8的条件下，茶皂素的提取率最高，达14.1%。马力等[6]以茶籽饼为原料，水为提取剂，在提取温度为80℃、固液比为1∶11、pH值为9的条件下提取6 h，最终茶皂素的回收率可达95.5%。蔡朝容[7]研究了水浸法提取茶皂素的浸提工艺，结果表明其较优条件为：除酶剂苯甲酸钠加入量0.5%，浸提pH值9，浸提温度60℃，浸提时间3 h，粒度40目，料液比1∶10，搅拌次数5次;在此条件下，茶皂素的提取率为9.18%。林国卫等[8]以脱脂油茶籽粕为原料，在提取温度60℃、料水质量比1∶7、提取时间4 h的条件下，茶皂素的得率为12.85%。
　　水提取工艺虽然简单方便，但是在提取过程中会有很多其他水溶性物质溶解其中，导致提取的茶皂素含量不高、纯度过低。
　　2 有机溶剂提取
　　有机溶剂提取法常用甲醇、乙醇、丁醇等醇类溶剂，该方法用时短，提取率和纯度高，但有机溶剂使用量大，成本较高且对环境有一定的毒性。
　　甲醇溶剂溶解能力强、价格较低，但毒性较大、易燃易爆、沸点低、安全生产要求高。刘尧刚[9]在甲醇浓度70%、液固比7∶1、浸提时间2 h、pH值10.5、温度55℃的条件下提取茶皂素，提取率为14.45%。
　　乙醇为提取溶剂时，茶皂素萃取完全，产品质量也好，茶皂素的提取率大部分在13%以上，且溶剂价格适中，是目前工业上常用的有机溶剂浸提剂。如孙万里[10]以油茶茶籽粕为原料，在茶籽粉和乙醇料液比为1∶9（g∶mL）、乙醇体积分数为60%、提取温度为60℃、提取时间为3 h的条件下茶皂素的提取率最佳，达14.9%。刘北平等[11]以无水乙醇提取脱脂油茶籽饼中茶皂素的工艺，结果表明，在提取温度77.0℃、提取时间1.5 h、液固比5∶1的条件下茶皂素得率为15.99%。
　　除了甲醇和乙醇以外，有研究人员也利用其他有机溶剂提取茶皂素，如丁辉等[12]采用正丙醇浸提油茶籽粕中的茶皂素，其最佳工艺为脱脂茶粕60目、80%正丙醇、料液比1∶12（g∶mL）、温度80℃、时间3 h，在此条件下，茶皂素得率为20.13%，纯度为62.78%。
　　3 辅助提取法
　　3.1 超声波辅助提取法
　　超声波辅助提取法是利用超声波的空化效应，以强大的压力破坏生物细胞壁，通过振动强化细胞内物质的释放、扩散及溶解，因此可以在很短的时间内提取细胞中的有效成分，从而节约成本，但是在提取目标物质的同时强大的作用力会使细胞中的其他物质也大量析出，影响产品的纯度和后处理[13]。
　　3.1.1 超声波辅助水提取法 超声波辅助水提取茶皂素，可提高茶皂素的提取率。戚晓阳等[14]以油茶籽粕为原料，采用超声-水浸提法提取茶皂素，得出其较佳提取条件为：茶籽粕颗粒粒度为60～100目，料液比为1∶9，超声提取时间为40 min，超声提取温度为50℃，茶皂素得率为21.32%。
　　3.1.2 超声波辅助有机溶剂提取法 目前，超声波辅助有机溶剂提取茶皂素的研究较多。肖涵等[15]通过超声波辅助法比较了同等浓度醇类溶剂提取茶皂素的效率，得出各溶剂提取率由高到低排列依次为乙醇>甲醇>正戊醇>正丁醇。陈慧玲等[16]认为超声波辅助乙醇提取油茶茶饼中茶皂素的最佳工艺为：超声波功率300 W、乙醇浓度65%、浸提温度75℃、浸提時间17 min、固液比1∶7、浸提次数1次，在此条件下，茶皂素的提取率达16.72%。李祥等[17]以脱脂后的茶籽粕为原料，采用超声波辅助甲醇提取茶皂素，得出最佳提取工艺条件为甲醇体积分数80%、甲醇添加量45 mL（5 g茶籽粕）、超声时间30 min、超声频率25.97 kHz、浸提时间1 h、浸提温度57℃，在此条件下得到纯度为85%、提取率为94.28%的淡黄色茶皂素产品。张红建等[18]利用超声波辅助有机溶剂提取榨油后茶籽饼中的茶皂素，结果表明，以95%甲醇与丙酮的混合溶液（6∶1）为提取溶剂，在料液比为1∶5、超声功率250 W、常温下超声15 min的条件下，茶皂素的提取率为16.5%，纯度为93%。 　　3.2 微波辅助提取法
　　微波辅助提取法是将微波和传统的溶剂相结合形成的一种新的提取方法，此方法主要是利用微波的强穿透力，使反应物内外部分同时均匀、迅速地加热，用以提取天然植物有效成分，具有简便、快速、高效的优点;缺点是微波有一定的辐射，且能耗高。
　　胡福田等[19]采用微波预处理技术，水提油茶饼粕中的茶皂素，结果表明：先将一定量脱脂干燥后的油茶饼粕粉末在800 W的功率下微波150 s后，在液固比为7∶1（mL∶g）、浸提时间为2.5 h、pH值为10、浸提温度为65℃的条件下，茶皂素的提取率可达13.93%。He等[20]采用微波辅助乙醇的方法提取茶皂素，其研究结果表明在微波辅助提取的情况下，提取时间由6 h缩短至4 min，同时能节省50%的试剂，提取率也由12.88%提高至14.73%。李小然[21]采用微波辅助碱性乙醇溶液提取茶叶籽粕中的茶皂素，最佳工艺条件下，茶皂素的得率为21.64%，明显优于传统水提法（9.36%）和乙醇提取法（11.34%）。
　　3.3 微波-超声波协同辅助提取法
　　目前，有研究表明微波与超声波共同辅助提取茶皂素表现出协同作用。陈小红等[22]通过响应面法优化微波-超声波协同辅助乙醇提取茶籽粕中的茶皂素，先将材料在微波中辐射2 min，然后在超声波条件下辅助乙醇浸提，在最优工艺条件下茶皂素浸提率为（13.5±0.2）%，干燥后测得其纯度为68.2%。胡福田等[23]将供试材料先以800 W功率微波处理150 s，然后在超声时间30 min、超声功率500 W、液固比9∶1（mL∶g）、pH值11、浸提温度65℃的条件下提取茶皂素，其提取率为12.38%，产品纯度为54.68%。张宁等[24]采用超声-微波协同辅助萃取脱脂油茶籽粕的茶皂素发现，在乙醇体积分数50%、料液比1∶10、微波功率600 W、超声波功率50 W、萃取时间150 s、萃取次数2次的条件下，茶皂素得率为（17.43±0.13）%，纯度为67.12%。
　　4 生物提取法
　　生物提取法是指利用酶的作用加快细胞壁的破裂，来提高茶皂素的提取率和纯度[25]。喻冬秀等[26]以油茶麸为原料，采用酶解法提取茶皂素，确定最佳提取条件为纤维素酶用量0.6 mL、pH值6.5、提取时间30 min、固液比1∶20、提取温度70℃、提取次数3次，茶皂素的初提率为3.97%。张云丰等[27]研究了生物酶法提取茶皂素的工艺，结果表明，在提取温度50℃、时间1 h、脂肪酶量0.31%、纤维素酶0.32%、蛋白酶量0.36%的条件下茶皂素的得率为（86.86±0.92）%。
　　5 索式提取法
　　索式提取法是借助相应的提取装置，将材料中的有效成分充分提取出来，具有简便、快速、溶剂选择范围广、节能降耗等优点。毛雷霆等[28]以乙醇为提取剂，油茶饼粕为原料，采用索氏提取法提取2 h后，茶皂素的提取率为14.3%。
　　6 其他提取法
　　目前，除采取常用方法提取茶皂素外，还可利用亚临界水和发酵等方法提取茶皂素。何荣荣等[29]研究了亚临界水提取法提取茶枯饼中茶皂素的工艺条件，结果表明：在反应温度110℃、时间24 min、料液比1∶30（g∶mL）的条件下，茶皂素的提取率为27.72%。李振海等[30]采用绿色亚临界水同步提取油茶籽中的茶籽油及茶皂素，得出在提取温度125℃、提取时间32 min、液料比11∶1（mL∶g）、压力3 MPa的条件下，茶籽油的提取率为（92.06±1.61）%、茶皂素的提取率为（72.2±1.06）%。王文杰等[31]为提取饼粕中的茶皂素，根据饼粕中含有较多糖类物质的特点，对饼粕进行酒精发酵研究，结果表明：以玉米粉与饼粕为原料，其配比为1∶1.5较为合适;采用二次发酵法，可成功促进饼粕的酒精发酵，100 g饼粕因酒精发酵而被消耗12.58 g糖类物质;茶皂素的提取率达80%左右，且粗提茶皂素纯度高，可达到62.37%;浓缩能耗低，初提液茶皂素浓度可达78.26 mg/mL。
　　7 总结与展望
　　综上所述，水提取工艺虽然简单、方便、环保，但是在水提取的过程中会有很多其他水溶性物质溶解其中，从而造成水提取物中茶皂素含量与纯度均过低;有机溶剂提取法用时短，提取率和纯度高，但使用大量有机溶剂，成本较高且对环境有一定的毒性;超聲波辅助提取法可以在很短的时间内提取材料中的有效成分，节约成本，但其强大的作用力会使细胞中的其他物质也大量析出，影响产品的纯度和后处理;微波辅助提取法具有简便、快速、高效的优点，但微波有一定的辐射且能耗高;生物提取法是以酶法破裂细胞壁，反应条件较温和，有效成分提取速度快;索式提取法简便、快速，溶剂选择范围广，还具有节能降耗的优点。目前，茶皂素的提取多以油茶饼粕为原料，但其实茶树花、茶籽、茶叶等材料中也含有一定量的茶皂素，后期可选取更多的原材料提取茶皂素，提高茶资源的综合利用。
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