CN110872334A - 一种从油茶果壳中提取茶皂素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从油茶果壳中提取茶皂素的方法。所述方法主要包括提取和纯化两个工艺过程。本发明以油茶果壳为原料提取茶皂素，不仅可提高油茶果壳的利用率，增强经济效益，还可将油茶果壳变废为宝，增加茶农经济收入，且减少了环境无染，有利于环境保护。

Description

一种从油茶果壳中提取茶皂素的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种从油茶果壳中提取茶皂素的方法，属于天然产物提取领域。

(二)背景技术

研究表明，油茶果壳中含有含量约为10％至20％左右的茶皂素。但是，油茶种植中所生产的油茶果壳多作为废弃物，或者作为废料焚烧，这不仅影响果农收入，而且易造成环境污染。如何将其中的有用组分，特别是茶皂素提取出来，不仅可提高油茶产业的经济与社会效益，还有利于环境保护，并为油茶产业的转型升级提供技术支撑。已有的文献报道中，茶皂素的提取多以油茶枯饼为原料，以油茶果壳为原料提取茶皂素的文献报道基本没有。如果能从废弃物油茶果壳中提取茶皂素，不仅减少环境无染，还提高了果农收入，有较大经济价值和社会效益。

(三)发明内容

本发明目的是提供从油茶果壳中提取茶皂素的方法。

本发明采用的技术方案是：

一种从油茶果壳中提取茶皂素的方法，所述方法包括：

(1)取油茶果壳，经过暴晒除去部分水分后，置于烘箱40～60℃中烘干至恒重，粉碎至60目以下，得油茶果壳粉末；

(2)将油茶果壳粉末与其质量8～20倍的体积浓度75～90％的乙醇溶液充分混合均匀后，并加热至50～90℃提取0.5～3.0小时后进行固液分离，得到液体A；

(3)将经预处理的大孔树脂填装到层析柱中，调节液体A中茶皂素的浓度为2～9g/L后作为上样液，在1～9BV/h流速下使其缓慢通过大孔树脂层；

(4)大孔树脂吸附饱和后，先后用去离子水、20％的乙醇溶液、60～90％乙醇溶液进行梯度洗脱；用20％乙醇溶液，以1～5BV/h的流速洗脱得到液体B；用60～90％的乙醇溶液以1～5BV/h的流速洗脱得到液体C；

(5)对溶液C进行真空旋蒸浓缩5～30min后，将所得的浓缩液置于30～90℃的烘箱中烘干，待溶液C中乙醇溶液挥发完毕，除去水分，即得所述皂素。

本发明从油茶果壳中提取茶皂素，主要包括提取和纯化两个工艺过程。

在提取工艺中，将单因素实验与正交试验相结合，重点探索乙醇浓度(体积浓度)、提取液用量(即固液比)、提取温度和提取时间四个工艺参数对茶皂素提取率的影响；在纯化工艺过程中，通过静态吸附实验，选择最适合于茶皂素纯化的大孔树脂，在此基础上开展动态吸附实验，着重探索围绕上样过程(茶皂素在大孔树脂上的吸附)以及洗脱过程(采用一定的有机溶剂将吸附在茶皂素上的大孔树脂洗脱下来)中的最佳工艺参数。在上样过程中，主要分析研究上样流速、最大上样量和上样浓度等工艺参数对茶皂素在大孔树脂上吸附效果的影响；在洗脱过程中，主要探究洗脱液中乙醇的浓度、洗脱液的体积和洗脱液的流速等工艺参数对茶皂素从大孔树脂上洗脱效果的影响。

提取实验的结果表明，在乙醇浓度(体积浓度)、提取液用量(即固液比)、提取温度和提取时间四个工艺参数中，对茶皂素提取效果的影响大小顺序为：提取时间>乙醇质量>乙醇浓度>提取温度，获得的最佳实验条件为：提取时间60min，乙醇浓度75％，所用乙醇质量为140g(即固液比为1:14)，提取温度为75℃。

纯化实验的结果表明，最合适纯化油茶果壳提取的茶皂素的树脂为HPD-100大孔树脂；在吸附过程中，上样液流速、最大吸附量和上样浓度分别为5BV/h、2.78mg/g和6g/L；在洗脱过程中，乙醇的浓度、洗脱液的体积和洗脱液的流速分别为80(Vol)％、4BV和3BV/h。

步骤(3)中大孔树脂优选为HPD-100大孔树脂。

步骤(3)中大孔树脂预处理方法为：先用3～5倍树脂体积的80～95％酒精浸泡2～3h，不时搅动，使树脂充分溶胀，过滤，用4％～5％盐酸流经树脂，盐酸用量为树脂体积的2～3倍，流速1～2BV/h，然后用去离子水洗至pH值为5～6；再用4％～5％氢氧化钠溶液流经树脂，盐酸用量为树脂体积的2～3倍，流速1～2BV/h，最后用去离子水洗至pH值为7～8，得到预处理后的大孔树脂。

优选的，步骤(2)中乙醇用量为油茶果壳粉末质量的14倍，乙醇浓度为80％。

更为优选的，所述方法如下：

(1)取油茶果壳，经过暴晒除去部分水分后，置于烘箱60℃中烘干至恒重，粉碎至60目以下，得油茶果壳粉末；

(2)将油茶果壳粉末与其质量14倍的体积浓度80％的乙醇溶液充分混合均匀后，并加热至75℃提取2.0小时后进行固液分离，得到液体A；

(3)将经预处理的大孔树脂填装到层析柱中，调节液体A中茶皂素的浓度为6g/L后作为上样液，在3～5BV/h流速下使其缓慢通过大孔树脂层；

(4)大孔树脂吸附饱和后，先后用去离子水、20％的乙醇溶液、80％乙醇溶液进行梯度洗脱；用20％乙醇溶液，以3～5BV/h的流速洗脱得到液体B；用80％的乙醇溶液以3～5BV/h的流速洗脱得到液体C；

(5)对溶液C进行真空旋蒸浓缩15min后，将所得的浓缩液置于40℃的烘箱中烘干，待溶液C中乙醇溶液挥发完毕，除去水分，即得所述皂素。

本发明的有益效果主要体现在：本发明以油茶果壳为原料提取茶皂素，不仅可提高油茶果壳的利用率，增强经济效益，还可将油茶果壳变废为宝，增加茶农经济收入，且减少了环境无染，有利于环境保护。

(四)附图说明

图1为上样液流速对E值的影响；

图2为HPD-100大孔树脂泄露曲线；

图3为上样液浓度对大孔树脂层吸附的影响；

图4为洗脱液流速对D值的影响；

图5为梯度流出液中茶皂素浓度。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

大孔树脂预处理：先用3～5倍树脂体积的80～95％酒精浸泡2～3h，不时搅动，使树脂充分溶胀，过滤，用4％～5％盐酸流经树脂，盐酸用量为树脂体积的2～3倍，流速1～2BV/h，然后用去离子水洗至pH值为5～6；再用4％～5％氢氧化钠溶液流经树脂，盐酸用量为树脂体积的2～3倍，流速1～2BV/h，最后用去离子水洗至pH值为7～8，得到预处理后的大孔树脂。

实施例1：提取时间对粗产率的影响

实验过程：

(1)取油茶果壳，经过暴晒除去部分水分后，置于烘箱40～60℃中烘干至恒重，粉碎至60目以下，得油茶果壳粉末；

(2)将油茶果壳粉末与其质量15倍的体积浓度80％的乙醇溶液充分混合均匀后，并加热至80℃提取2.0小时后进行固液分离，得到液体A；

(3)将经预处理的大孔树脂填装到层析柱中，调节液体A中茶皂素的浓度为5g/L后作为上样液，在5BV/h流速下使其缓慢通过大孔树脂层；

(4)大孔树脂吸附饱和后，先后用去离子水、20％的乙醇溶液、80％乙醇溶液进行梯度洗脱；用20％乙醇溶液，以3BV/h的流速洗脱得到液体B；用80％的乙醇溶液以3BV/h的流速洗脱得到液体C；

(5)对溶液C进行真空旋蒸浓缩15min后，将所得的浓缩液置于60℃的烘箱中烘干，待溶液C中乙醇溶液挥发完毕，除去水分，即得所述皂素。

实验过程中，步骤(2)提取温度设为70℃，将10g油茶果壳粉末置于圆度烧瓶中，与120g乙醇溶液(浓度为80％)充分混合均匀，提取时间设置为30、60、90、120和150min。按照不同提取时间依次充分反应后将产物趁热抽滤，将粗液(即液体A)充分冷却后测量其体积，后取样进行浓度测试和相关计算，所得结果如表1所示。

表1：不同提取时间下茶皂素浓度及粗产率

由表中数据可知，随着提取时间的延长，粗产率提高。当时长在60min以上时，粗产率明显提高。根据相关知识可知，当在某一反应条件下达到平衡后，若延长反应时间，不会提高产率。故提取时间为150min时，粗产率与提取时间为120min的结果无太大差异。

实施例2：乙醇浓度对粗产率的影响

实验过程同实施例1，只是步骤(2)中油茶果壳粉与乙醇溶液的质量比为1:12；将油茶果壳粉与乙醇溶液置于温度为70℃的恒温水浴锅中进行提取，依次采用体积浓度为50、60、70、80和90％的乙醇溶液进行实验，120min后，将所得产物趁热抽滤，待冷却后对粗液(即液体A)体积进行测量并取样进行浓度测定，结果如表2所示。

表2：不同乙醇溶液浓度下茶皂素浓度及粗产率

观察到在乙醇溶液浓度为70％至80％左右时，粗产率均较高，且随乙醇溶液浓度提高，粗产率明显降低。

实施例3：提取液用量对粗产率的影响

实验过程同实施例1，只是步骤(2)在提取过程中，乙醇溶液用量约为油茶果壳粉质量的4倍至20倍，相应的乙醇用量依次为40、80、120、160和200g。按照上述条件，分别取不同质量的浓度为80％的乙醇溶液，与10g油茶果壳粉末充分混合后，置于70℃磁力搅拌恒温水浴锅中，充分提取约120min后，将所得产物趁热抽滤，待冷却至室温后对粗液(即液体A)体积进行测量并取样；对提取液浓度进行计算，最后实验结果如表3所示。

表3：不同乙醇溶液用量下茶皂素浓度及粗产率

从表3观察到，随着乙醇溶液用量的增加，油茶果壳中茶皂素粗产率提高。但当溶液用量增加至200g时，粗产率略微降低。

实施例4：提取温度对粗产率的影响

实验过程同实施例1，只是步骤(2)中将提取温度依次设置为50、60、70、80和90℃；称取10g油茶果壳粉末置于烧瓶中，与120g乙醇溶液(浓度为80％)充分混合均匀，在不同的反应温度下，充分反应120min，将产物趁热抽滤，将所得的粗液(即液体A)充分冷却至室温后测量其体积，后取样进行浓度测试，并计算产率；所得结果如表4所示。

表4：不同提取温度下茶皂素浓度及粗产率

从表4观察到，当提取温度低于70℃时，粗产率较低，然后随着温度的升高，茶皂素的溶解度增加，粗产率提高；但若温度过高，将促进油茶果壳中其他物质的溶解过程，使茶皂素产率降低；同时温度过高，乙醇较易挥发，从上述实验中得知，乙醇量的减少也会降低产率。综合因素考虑，从油茶果壳中提取茶皂素的最适宜温度约为75℃。

实施例5：树脂的静态吸附和解吸实验

将HPD-100大孔树脂、AB-8大孔树脂、D-101大孔树脂、X-5大孔树脂、450树脂进行对按实施例1方法步骤(2)得到的粗液(即液体A)中的茶皂素的吸附性能和解吸能力测试，步骤如下：

(1)取茶皂素粗液，旋蒸后利用去离子水配制成浓度约为7.91g/L的溶液待用。将五种树脂各称取50g，分别与50mL待吸附溶液混合均匀，且每隔15min震荡一次；2h后，将经过静态吸附后的溶液进行抽滤，使液体与树脂充分分离后，收集上清液，其体积记录为Vd，检测其浓度，记为Cd；

(2)将已吸附茶皂素的树脂全部收集起来，置于锥形瓶中，加入100mL浓度为20％的乙醇溶液，并充分摇匀，每隔15min震荡一次；2小时后进行抽滤，至树脂不粘连，将所有树脂收集起来；

(3)将上述步骤中所得树脂置于锥形瓶中，加入100mL浓度为80％的乙醇溶液，并充分摇匀且每隔15min震荡一次；2小时后，将经过静态吸附后的溶液进行抽滤，使液体与树脂充分分离，收集乙醇溶液，其体积记为Vu，检测其浓度，记为Cu。利用式(3-1)和(3-2)对静态吸附率和解吸率进行计算，实验结果如表5所示。

在实验过程中观察到，经过大孔树脂吸附后，溶液的颜色明显变浅，大孔树脂颗粒的颜色由乳白色变成浅黄色。利用80％乙醇充分浸泡24h后，大孔树脂颜色变淡，表明茶皂素已经被洗脱下来。

0.05：所使用的待吸附的茶皂素水溶液体积；

7.91：所使用的待吸附的茶皂素水溶液浓度；

注：在本公式中，体积单位均为L，浓度单位均为g/L。

上述实验结果如表5所示：

表5：不同大孔树脂对茶皂素静态吸附和解吸率结果

由表5可观察到，在相同条件下，HPD-100树脂的脱附性能要优于AB-8大孔树脂，故在后续实验中采取HPD-100大孔树脂作为纯化茶皂素的树脂。

实施例6：上样流速

将处理好的10gHPD-100大孔树脂采用湿法装样，置于层析柱中，此时床层体积约为10mL。取30mL按实施例1方法步骤(2)得到的茶皂素粗品溶液(浓度约为7.94g/L)，依次选取1BV/h(10mL/h)、3BV/h(30mL/h)、5BV/h(50mL/h)、70mL/h(70mL/h)、9BV/h(90mL/h)的流速进行上样，对流出液进行收集，并测量其体积与浓度，并对E值进行计算，结果如图1所示。

从图1中观察到，当流速在5BV/h以下时，E值不随流速的提高而变化，且此时E值较低，证明此条件下大孔树脂具有较强的吸附能力；随着流速的增加，当流速高于5BV/h时，E值明显提高；随着流速的增加，茶皂素无法被大孔树脂吸附，随着液体流动下来。

实施例7：上样量

称取10g HPD-100大孔树脂，此时床层体积为10mL，采用湿法装样。取浓度为7.941g/L的按实施例1方法步骤(2)得到的茶皂素粗液以5BV/h(50mL/h)的流速进行上样；在上样过程中，在层析柱下端每隔10mL对流出液进行分段收集，对收集的各个批次的流出液进行浓度测量，并与上样液浓度做比较，所得实验结果如图2所示。

从图2中观察到，在上样体积小于30mL时，流出液浓度较低，此时大孔树脂对茶皂素吸附性良好。随着上样量的增加，在流出液体积为40mL时，曲线出现了第一个陡增的趋势，根据相关文献中对大孔树脂临界吸附量的定义，故以此点作为依据，对实验中所使用的临界吸附量进行计算，此时临界上样体积为35mL。

将数据带入上式可以得出：平均每克HPD-100大孔树脂的临界吸附量为27.79mg。在后续实验中，若需要达到流出液中无茶皂素的目的，可以采用此值。

实施例8：上样浓度

使用20g树脂(2BV＝20mL)进行湿法装样，根据上述实验中所得的临界吸附量数据和实际使用的树脂质量，配制不同浓度的茶皂素上样液。以5BV/h(100mL/h)的流速通过床层，收集所有流出液，并对其浓度进行测定，计算E值，所得结果如图3所示和表6所示。

表6：上样液体积及浓度

将图3与表6结合中可观察到，当上样液的浓度为6.01g/L时，大孔树脂的吸附量较高，可以充分吸附溶液中的茶皂素，当浓度低于6.01g/L时，吸附率随流速的增大而增加，当茶皂素浓度升高至7.94g/L时，E值升高，大孔树脂的吸附率降低。

实施例8：洗脱速度

大孔树脂充分吸附茶皂素(此时10g大孔树脂上约吸附有0.3795g茶皂素)后，需利用去离子水和20％乙醇溶液对树脂层进行处理，将40mL80％乙醇溶液以不同流速，分别为1BV/h(10mL/h)、2BV/h(20mL/h)、3BV/h(30mL/h)、40mL/h(40mL/h)和5BV/h(50mL/h)的流速通过床层，对树脂进行洗脱，收集全部流出液(约40mL)，进行浓度检测和相关计算，所得结果如图4所示。

从图4中可观察到，当流速为3BV/h(30mL/h)时，解吸率最大，为86.43％。在此流速前，解吸率随流速的增加而增大，当流速增加至4BV/h后，解吸率明显下降，流速持续增加，解吸率上升。

实施例9：洗脱液体积

上样结束后，采用去离子水和浓度为20％的乙醇溶液依次洗脱树脂床层中的糖类和其他杂质；用足量的浓度为80％的乙醇溶液，以3BV/h(30mL/h)的流速对床层进行洗脱，每隔5mL(0.5BV)收集一次流出液，并测量各批次的流出液的浓度，结果如图5所示。

从图5中可观察到，随着洗脱液的用量增加，流出液中茶皂素浓度逐渐降低，当流出液体积为4BV时，流出液中茶皂素浓度较低，当上样量持续增加，无茶皂素流出，故洗脱液体积设置4BV较为合理。

实施例9：溶液的浓缩

在树脂吸附过程中得到茶皂素纯液后，需对其进行干燥。将150ml浓度约为9g/L的洗脱液在50℃下进行旋蒸，观察到当体系中有固体析出后，体系中随即出现大量的泡沫，使真空旋蒸过程无法顺利进行。这一现象与茶皂素具有较强起泡性有关。随着旋蒸的进行，乙醇溶液从液相体系汽化，与此同时，体系中茶皂素的浓度不断升高，更易于泡沫的生成，故在后续过程中，为避免泡沫的形成，当容器内有固体析出时，需立即停止浓缩过程。

实施例10：浓缩液的干燥

由于茶皂素分子上连接有糖苷元，故在对其进行干燥过程中需控制温度条件，避免集中受热，造成分子键的断裂。在实验过程中，采取温度为40～60℃的温度条件对浓缩液进行干燥。实验过程中观察到，当电热式鼓风干燥箱温度为60℃时，产品颜色变深，且不具有起泡性，表面活性消失；仅当电热式鼓风干燥箱温度调整至40℃时，所得产品呈黄色粉末状，且起泡性能良好。故所得的浓缩液需在40℃下进行烘干，并避免局部过热。

实施例11(优选方案)：

(1)取油茶果壳，经过暴晒除去部分水分后，置于烘箱60℃中烘干至恒重，粉碎至60目以下，得油茶果壳粉末；

(2)将油茶果壳粉末与其质量14倍的体积浓度80％的乙醇水溶液充分混合均匀后，并加热至75℃提取2.0小时后进行固液分离，得到液体A；

(3)首先采用以下方法对HPD-100大孔树脂进行处理：先用5倍左右树脂体积的95％(v/v)酒精浸泡2h，不时搅动，使树脂充分溶胀；过滤，用4％(w/w)盐酸流经树脂，用量为树脂体积3倍，流速1.5BV/h，然后用去离子水洗至pH值为5；再用5％(w/w)氢氧化钠溶液流经树脂，盐酸用量为树脂体积的3倍，流速1.5BV/h；最后用去离子水洗至pH值为7，得到预处理后的大孔树脂。再将经预处理的HPD-100大孔树脂装到层析柱中，调节液体A中茶皂素的浓度为6g/L后作为上样液，在5BV/h流速下使其缓慢通过大孔树脂层；

(4)大孔树脂吸附饱和后，先后用去离子水、20％(v/v)的乙醇溶液、80％(v/v)乙醇溶液进行梯度洗脱；用20％(v/v)乙醇溶液，以4BV/h的流速洗脱得到液体B；用80％(v/v)的乙醇溶液以3BV/h的流速洗脱得到液体C；

(5)对溶液C进行真空旋蒸浓缩15min后，将所得的浓缩液置于40℃的烘箱中烘干，待溶液C中乙醇溶液挥发完毕，除去水分，即得茶皂素，纯度95.8％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种从油茶果壳中提取茶皂素的方法，所述方法包括：

(1)取油茶果壳，经过暴晒除去部分水分后，置于烘箱40～60℃中烘干至恒重，粉碎至60目以下，得油茶果壳粉末；

(2)将油茶果壳粉末与其质量8～20倍的体积浓度75～90％的乙醇溶液充分混合均匀后，并加热至50～90℃提取0.5～3.0小时后进行固液分离，得到液体A；

(3)将经预处理的大孔树脂填装到层析柱中，调节液体A中茶皂素的浓度为2～9g/L后作为上样液，在1～9BV/h流速下使其缓慢通过大孔树脂层；

(4)大孔树脂吸附饱和后，先后用去离子水、20％的乙醇溶液、60～90％乙醇溶液进行梯度洗脱；用20％乙醇溶液，以1～5BV/h的流速洗脱得到液体B；用60～90％的乙醇溶液以1～5BV/h的流速洗脱得到液体C；

(5)对溶液C进行真空旋蒸浓缩5～30min后，将所得的浓缩液置于30～90℃的烘箱中烘干，待溶液C中乙醇溶液挥发完毕，除去水分，即得所述皂素。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中大孔树脂为HPD-100大孔树脂。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中大孔树脂预处理方法如下：先用3～5倍树脂体积的80～95％酒精浸泡2～3h，不时搅动，使树脂充分溶胀，过滤，用4％～5％盐酸流经树脂，盐酸用量为树脂体积的2～3倍，流速1～2BV/h，然后用去离子水洗至pH值为5～6；再用4％～5％氢氧化钠溶液流经树脂，盐酸用量为树脂体积的2～3倍，流速1～2BV/h，最后用去离子水洗至pH值为7～8，得到预处理后的大孔树脂。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中乙醇用量为油茶果壳粉末质量的14倍，乙醇浓度为80％。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述方法如下：

(1)取油茶果壳，经过暴晒除去部分水分后，置于烘箱60℃中烘干至恒重，粉碎至60目以下，得油茶果壳粉末；

(2)将油茶果壳粉末与其质量14倍的体积浓度80％的乙醇溶液充分混合均匀后，并加热至75℃提取2.0小时后进行固液分离，得到液体A；

(3)将经预处理的大孔树脂填装到层析柱中，调节液体A中茶皂素的浓度为6g/L后作为上样液，在3～5BV/h流速下使其缓慢通过大孔树脂层；

(4)大孔树脂吸附饱和后，先后用去离子水、20％的乙醇溶液、80％乙醇溶液进行梯度洗脱；用20％乙醇溶液，以3～5BV/h的流速洗脱得到液体B；用80％的乙醇溶液以3～5BV/h的流速洗脱得到液体C；

(5)对溶液C进行真空旋蒸浓缩15min后，将所得的浓缩液置于40℃的烘箱中烘干，待溶液C中乙醇溶液挥发完毕，除去水分，即得所述皂素。

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