超声波辅助正丁醇提取茶皂素的工艺研究（答辩后）.docx

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1、本实验以脱脂油茶饼粕为材料，正丁醉溶液作浸提剂，通过超声波辅助，控制正醇溶液的溶度、提取时温度、超声波占总功率的百分比、提取所用时间以及固液比。最后使用正交实验与单因素实验，研究提取茶电素的城住工艺条件。并通过香草醛-浓硫酸显色原理，测出提取液55Onm处的吸光度，计第提取率.研究结果表明：功率为90%的超声波，提取时温度为70,C,固体跟液体比为1：7（g：m1.）,超声时间提取为75min,在此情况下，茶皂素的提取率最高为12.63乐关键词：超声波提取：油茶饼粕：茶皂素：正丁醉：香草醛-浓硫酸显色法AbstractThisexperimentinc1.udes:usingu1.trason

2、icCqUiPnWnttodegreaseteadregs,butano1.extract,Con1.ro1.1.ingtheso1.ubi1.ityandIcmpcraUircofbutano1.so1.ution,etc.Duringex(raciiorthepercentageofu1.(rasonicpower,extraction1.imeandtheproportionofso1.idso1.ution.At1.ast,orthogona1.experimentandsing1.efactorexperimentwereusedtostudythebes1.coriitionsof

3、teasaponinextraction.Withtheaidofvani1.1.inconcentratedsu1.furicacidheory,themeasuredabsotionis55Onmextraction,andtheex1.rac1.ionrateisca1.cu1.ated.Theresu1.tsshowtha(heratioofso1.idto1.iquidis1:7(G:m1.).u1.trasonicextractionfor75min,inthiscase,theratioofso1.idto1.iquidis1:7atextractiontemperatureof

4、70Cwith90%u1.trasonicpowerTheextractionrateofteasaponinwas12.63%.Keywords:u1.trasonicextraction;Came1.1.iao!eifcracake;teasaponin:n-butano1.;vani1.1.in-concentratedsu1.furicacidco1.orimetry1引言11.1 茶籽饼粕的应用现状I1.2 茶皂素的简介11.2.1 茶皂素的简介11.3 茶皂素提取工艺研究进展2I .3.1水浸法2II 3.2有机溶剂提取法2III 3.3微波辅助提取法3IV 3.4超声波提取法31

5、.4 本课题研究目的和意义42材料与方法的选用52.1实验涉及材料52. 1.1原料与试剂53. 1.2仪器52.2实验方法62. 2.1茶籽饼粕预处理63. 2.2测定方法（香草醛-浓硫酸显色法）64. 2.3茶电素提取的单因素实验75. 2.4正交实验因素水平86. 2.5茶皂素提取率的计算82. 2.6数据处理83结果与讨论92.1 固液比的变化分析92.2 超声波功率的变化分析97. 3正丁醇浓度的变化分析1O7.4 超声波提取时间变化分析117.5 超声波温度的变化分析I17.6 正交优化实验结果124结论与展望14参考文献15致W错误!未定义书签。超声波辅助正丁醇提取茶籽饼粕中茶皂

6、素工艺研究1引言1.1 茶籽饼粕的应用现状我国是世界主要产茶国，茶籽饼粕养中含有丰富的粗纤维、蛋白质、糖类、脂肪，且茶籽资源极为丰富，油茶籽又含有大约10T，现的皂素与40345%茶油，其中茶皂味苫、有毒,导致其资源严重浪费,利用率低，仅有一部分茶籽饼用作肥料,其余部分弃去,不可作为饲料直接使用。本文主要为结合现阶段国内外在生物活性的研究进展、结构鉴定及特性进行研究入手，进步的分离和鉴定茶树油粕中茶皂素以及主要在农药、医药、食品和工业等方面上的综合利用等提供参考。因此若能大幅度的利用好茶皂素性能优异和多种功能的这一特点,有利于提高茶皂素附加值,而且可以将提取后茶籽饼重豆利用、变废为宝，用于生物

7、肥料与饲料完美实现资源可持续发展。因此如何大幅度利用好茶皂素这一性能优异的表面活性剂，提裔茶皂素提取率对于现阶段尤为重:要。1.2 茶皂素的简介1.2.1 茶皂素的简介茶皂素是由樵体、有机酸和皂昔元川组成的五环三书类糖昔混合物分布茶籽中的茶皂素是具有抑制细储、细的、杀灭击虫、消炎等效果的天然表面活性剂1.ss,因此现阶段在国内外于化工、建材、农药等方面被广泛应用“F。表IT为茶皂素的基本理化性质。表IT茶皂素主要理化性质茶电素理化性质参数平均分子式相对分子质盘元素分析假表面张力(NZm)m水溶液P1.1.(ft熔点可溶于难溶于不溶于易溶于GTHMQa1203C(59.93)、H7,09)47-

8、595G6.5258C260C抽水、二破化碳、乙酸乙酯冷水、无水甲酹、无水乙醇乙健、石油健、丙阴、正己烷正丁醉、含水甲醉、含水乙醉1.3 茶皂素提取工艺研究进展1.3.1水浸法水浸法：利用热水作为浸提溶剂提取油茶籽中的茶皂素。通过该方法提取时虽然工艺过程较为简单，但提取出时耗能大，且茶电素的纯度低。1.3.2有机溶剂提取法有机溶剂法提取油茶杼中的茶电素时，因为甲醉具有毒性和易燃易爆的特点，所以一般放弃含水甲醇，选用含水乙醇作为浸提溶剂.实验是选用危险系数小的乙醇作为浸提剂。史高峰等在使用有机溶剂法提取油茶籽中的茶皂素时，选用C1.H,OH-N-HjO为浸提剂，实验时利用正交实验，以固体与液体比

9、、实验下温度、CMOH浓度、实验提取时间、V1.HQ浓度为变量，实验的最佳提取率为22.41临其浸提工艺：固体跟液体比1:10(gm1.),温度为78C,70%的CMoH水溶液，提取55min,10%的NH,HsO。胡婕伦等在使用有机溶剂法提取油茶籽中的茶皂素时，选用乙隙作为浸提剂使得丙丽沉淀。实验时为了优化茶皂素提取工艺，利用响应曲面实验和单因素实验，建立以实验时间、固体与液体、实验温度、浸提溶剂溶度为变量数学模型，得到提取率是优为9.48%0.05%.：时间为3.3h、固体液体比7.25:1(Mm)、温度取85.7C、浸提溶剂溶度80%的乙醇网.通过有机溶剂提取具有茶皂亲纯度高、提取时间短

10、、消耗大是溶剂、提取工艺比杂、设备要求和生产成本高等特点。1.3.3微波辅助提取法微波技术提取：萃取物J贞细胞壁,因细胞内的温度跟用力在萃取的过程中吸收了微波的能量，当能量增加达某一临界点时破碎从而提高细胞内的有效成分在萃取剂中快速溶解的新型技术，具有有高萃取效率高、提取时间短等特点。吴雪辉等”:采用微波辅助萃取茶皂素的实验最优收率为I1.98乐在固体与液体比为1：18(gmU、茶粕选用小于180um、800W微波功率卜.实验280s,彭应兵等t选用分数为50%含水乙醉为茶籽壳的萃取剂，得到的最优解收率为12.16%,实验在400W微波的功率、固体与液体比为1:3、实验时间为8min下进行。虽

11、然使用微波辅助提取茶电诺中时，微波具有很强的穿透能力，简便、高效,迅速均匀的加热茶柏内外部的优点.但是微波设备的高耍求和高投资是现现阶段棘手的问题。1.3.4超声波提取法细胞壁闪在超声波技术下产生空化作用而受到强大的压力破裂，使得其有效成分可以在很短的时间内被提取。在振动的情况下不仅保持被浸茶皂素细胞内的生物活性不变,同时还提高了物侦有效的提取速率，使得其更快溶解、释放和扩散。利用此技术可有效地减低萃取所用的时间，大幅度减低提取成本”闾。袁红江利用超声波的空化作用来提取茶饼中茶皂素的实验最优收率超过10.06%,实验时选用600W超声波功率，固体液体比为1:10(gm1.),温度为60,C.p

12、H值为】2。李祥等通过实收最终得到纯度86%,其提取率21%的最优解。实验中采用频率为25.87kHz超声波辅助体枳分数为80%的含水乙醉，提取脱油脂后的茶饼作中的茶皂素，实验时，选用固体液体比为1：9(gm1.),将温度设为70,C,提取脱油脂后的茶饼12Omin时,采用超声波辅助提取IOmin,得出最优方案。超临界Ca萃取技术与有机溶剂作为提取溶剂提取有所不同，是萃取茶皂素实验时以液态的co：作辅助的提取新工艺，以萃取压力、萃取时温度、萃取消耗的co：为变址,此萃取技术具有提取物无污染和有害物质,提取率高等优点。但超临界C02萃取实验时对设备要求高价格.生产成本较高，使得无法大规模使用此技

13、术。吕晓玲在使用CO;超临界流体辅助乙静体积分数为65%提取查查茶皂素实验时，将萃取温度为50C、压力设置为25MPa、C02流量为25301./min卜，萃取了3h,最终实验得出纯度78.65%茶皂素,其提取率为15.23%.1.4本课题研究目的和意义水浸法得到的茶皂素产品纯度较低，同时能耗也较大。采用机溶剂提取法不但用时比较短，而且提取出为纯度较高茶皂素，且提取率较高：但提取时对设备要求高较高，提取的工艺复杂繁琐且消耗大量的溶剂，所以成本较高，实用性较低。为解决了茶皂素易在有机溶剂中溶于，提高了茶皂素提取率，最终结合超声波空化作用辅助正丁醉提取浸提茶电素，在振动的情况下不仅保持被浸茶电素细

14、胞内的生物活性不变，还可促使有效的提r了物质的提取速率，使得其更快择放、扩散以及溶解，使得可以短的时间内完成有效成分提取、缩短提取时间、节约成研究表明茶皂素具有湿润、发泡、乳化等性能,在各个领域中广泛应用的天然非离子表面活性剂。且水溶液也有容易清洗、扩散速度快、泡沫浓度低、弱酸性等优点，在降低液体表面张力时效果显著。为了更好的是资源得到有效的利用，本文主要对茶皂素的提取方法进行研窕,已便能使茶皂素的可利用率得到有效的提升。2材料与方法的选用2.1 实验涉及材料2.1.1 原料与试剂试剂与原料见表2-Ie表2-1实验试剂实5金材料与试剂等级生产公司油茶茶籽饼相杭州久晟生物科技有限公司正丁醇分析纯

15、R)国药集团化学试剂有限公HJ无水乙酹分析纯(AR)国药集团化学试剂有限公HJ石油限60C-90C分析纯(AR)国药集团化学试剂有限公E浓俺酸分析纯(AR)国药集团化学试剂有限公司香草辞分析纯(AR)国药集团化学试剂有限公司茶电素标状品纯哽96%以上上海源叶生物科技有限公司2.1.2仪粉本实验所使用仪器见表2-2。表2-2实验仪器与设备设备名称型号生产厂家多功能粉碎机S(X)A永康市红太阳机电有限公司磁力挽升器ZNC1.D18O*I8O河南爱博特科技发展有限公司电热忸温水浴锅DK-S28上海相宏实脸设招有限公司电热忸温水浴锅HWS-24上海一恒科学仪器有限公司数控超声波清洗器KQ5ODEA昆山

16、市制声仪器有限公司鼓风干馒箱DHG9070A上海飞越实裟仪器有限公司可见分光光度计722N上海佑科仪器仪表有限公司普通冰箱BCD-325WPQC珠海格力电器股份有限公司E1.GA胡纯水机PUREIABChorusI英国Vco1.iaWaterSycstcin公司玻璃仪器气流煨干机KQC-30型上海新密科学仪器有限公司冷冻干燥机FDU-2110上海卓的仪器设符有限公司旋转蒸发仪1.CN-UOOD型上海力辰仪器科技有限公司2.2 实验方法2 .2.1茶籽饼粕预处理（1）粉碎：干燥后原材料粉碎后过40目筛.（2）脱脂：将粉碎过后的茶籽饼粕置F酥力搅拌涔，在石油处（沸程为60C90C）进行脱脂处理4h

17、.（3）干燥：脱脂后的茶籽饼粕置于65C的烘箱中再烘干处理2h03 .2.2测定方法（香草暗-浓硫酸显色法）茶皂素可与香草醉-浓硫酸产生共规反应，反应产物可在722N型紫外-可见分光光度计550nm处显色。因此可用于测定提取液的吸光度。（1）配制溶液.香草醛溶液（体枳分数8%）：取无水乙醇IOm1.加至香草醛固体（固定质量0.8g）中定容。浓硫酸（质量分数77%）：在蒸储水（46m1.）加入浓硫酸（154m1.）,茶皂素标准液（1.mgm1.）：80%的乙肝溶液（25C超声波动率(%)1657070270758037580902. 2,5茶皂素提取率的计算茶皂素提取率=冷冻干燥后茶皂素的质量/

18、脱脂后茶籽饼相的质量XIO0%3. 2.6数据处理选用NiCroSoftExce1.2016软件对本实验进行统计分析.3结果与讨论3.1固液比的变化分析由图3-1可知：提取率在从1：4的楮况下较小，在1：4到1：8之间，随若固液比变化而增大，茶皂素提取率逐渐增加，在1：7前提取率增长较多。但是在固液比1：7到1：8之间增长较缓慢，可能是由于提取剂正丁的的用员过多会稀择茶皂素的含量。为J节约资源，因此确定适宜提取固液比为1：九图37固液比的变化分析3. 2超声波功率的变化分析由图3-2可知：茶皂素含量随着超声波功率从60升至100%逐渐增加，至超声波功率为100%的时候达到最大,其后在80%T0

19、彼增长缓慢，为了减少对超声波的损耗，因此选取最佳超声波功率在80%.图3-2超声波功率的变化分析3. 3正丁醇浓度的变化分析由图3-3可知：茶皂素含量在正丁醇浓度从4族升至6族的时候逐渐增加.至正醉浓度为觥的时候达到最大，其后在60M80直线卜降，可能正丁静浓度较大会溶解出其他物质从而影响茶皂素的提取，因此选取最佳正丁醇浓度在60也3. 4超声波提取时间变化分析由图3-4可知:茶皂素含量在超声波提取时间从30min到45cin的时候变化较小。在45min到75min大幅度增加,油茶饼粕被提取75min后,大多数的茶皂素已经被提取出来/,如果提取时间过长容易导致茶籽饼粕中的其它成分如茶多酚以及咖

20、啡碱等成分的析出，另外增加提取时间也会增加能耗。所以最佳提取时间为75min6图3-4超声波提取时间变化分析3. 5超声波温度的变化分析由图3-5可知：茶皂素的率在超声波温度从40C到50C的时候，增加较快。从50C增加到60C时，增加较慢，在60C-7(C,提取率增加乂较快，在提取温度为70C-80C的时候基本不增长，分析得出虽然茶皂素的溶解析出率会随着温度升高而增高，但茶皂素的糖基在温度过高时会产生焦糖作用，导致结构被高温破坏，井且温度增高还易导致实物能耗的增加。所以，幽定适宜温度为70C。图3-5超声波温度的变化分析4. 6正交优化实验结果分析正交试验表3T中比较极差数的大小，可知影响茶

21、皂素提取率大小依次是超声波的功率、超声波的时间、超声波的温度。根据各因素各水平所对应指标之和结果的平均值k得出理论较好组合为功率为90%的超声波、超声波辅助75min、温度为70C的超声波“分析表中试验结果，可知此组合超声波辅助正丁醉提取茶皂素的提取率为正交忒验各组合提取率的最大值，与试验结果吻合，因此茶皂素提条件为：A：BC。表3-1正交试验结果的直观分析试验号-因素-提取率%ABC空白III1I11.522I22212.183I33311.&442I2311.585223I12.6373I3212.55832I311.289332111.43k11.8511.8811.50k?11.971

22、2.0312.141.11.7511.6512.34极左R0.220380.84因素主次OBA最优组合A1B1.Cy4结论与展望本次主要探究超声波辅助下正丁醉为提取剂，在提取茶籽饼粕中的正丁醇的最佳提取工艺，因细胞壁在超声波技术下产生空化作用而受到强大的压力破裂，使得其有效成分可以在很短的时间内被提取，且超声波的振动不仅保持被浸提物质细胞内的生物活性不变，同时还提高r物质有效的提取速率，使得其更快溶解、释放和扩散。有效地减低萃取所用的时间，大幅度减低提取成本.实验时选取固液比、超声波时间、超声波功率（占总功率的百分比）,正丁招浓度、提取温度五个因素做单因素试验,用MiCrOSOftEXCe1.

23、2016软件对实验结果进行统计分析。结合单因素试验结果见（图3-1,图3-2,图3-3,图34,图3-5）,可知实验的最佳提取功率：固液比1：7（I1.m1.J,超声波功率为90%（占总功率的百分比），提取温度为70C,提取时间为75min,正静溶度为60%。结合正交试验表见（表3-1）可知，超声波时间、超声波功率、超声波温度对实验中茶皂素含量影响的因素主次来看，超声波功率对实验影响最大：超声波温度影响最小：超声波时间对实验影响居中。本试验通过超声波辅助正丁醇提取茶电素，由研究可知，由于在实际的生产中，用热水浸提的时间周期较长，易导致淀粉以及蛋白质等物质也溶解在茶浸提液中，使得浸提液浑浊不清，

24、纯化比较困难，同时还需要投入大量的人力物力以及财力，故导致茶皂素在日常化学工业应用中有很大的局限.除/使用水、有机溶剂或有机溶剂与水的结合，还可通过微波或者超声波等其他方式进行茶皇素提取工艺的研究,以使茶皂素的得率提高。虽然使用微波辅助提取茶皂素中时，微波具有很强的穿透能力，简便、高效，迅速均匀的加热茶粕内外部的优点。但是微波设备的高要求和高投资是现现阶段棘手的问题。虽然超声波进行辅助提取能有效地减低萃取所用的时间，大幅度减低提取成木，然而只有不断研究完善，在之后的研究中寻找更有效的辅助条件和工艺,才能确保我国资源的可持续性发展。参考文献1志欣.高纯度茶皂素的提取纯化工艺研究D湖北工业大学,2

25、0152珊珊.黄三萍,肖新生.刘芳,茶皂素纯化方法研究进展J1.中国油脂.2019.44(04):133-137+142.3HaoWN,Z1.iongGH,IIuMYeta1.Contro1.ofcitruspostharvestgreenandb1.uemo1.dandsourrotbyteasaxnincombinedwithimaza1.i1.andPrOch1.oraz(J).PostharvestBio1.ogyandTechno1.ogy.2010,56(1):39-43.4aoWN.1.iH,HuMY,cta1.Integratedcontro1.ofcitrusgreenand

26、b1.uemo1.dandsourrotbyBaci1.1.usanyIo1.iquefaciensincombinationwithteasaponinJ.PostharvestBio1.ogyau1.Techno1.ogy,2011,59(3):316-323.5asayukiY.IoshioM.SeikouN.eta1.Bioactivesaponinsandg1.ycosides.XXV.Acy1.atcdo1.cananctypetriterpcncsaponinsfromtheseedsofteap1.an(Came1.1.iasinensis)J.ChemistryPhannac

27、eutica1.Bu1.1.etin2(X)7,55(I):57-63.6aoH1.WangJK.ZhouYY.cta1.Effectsofadditionofteasaponinsandsoybeanoi1.onmethaneproduction,fermentationandmicrbia1.popu1.ationintheramenofgrowing1.ambsJ.1.ivestockScience,2010,129(1.-3):56-62.7oshikawaM.MorikawaT.YamamotoK,c(a1.F1.orathcasaponinsA-C.acy1.atcdO1.Cana

28、nC-typetriterpcncO1.igog1.ycosidcswithan1.i-hypcr1.ipiJcmicac1.iviticsfromf1.owersoftheteap1.ant(Camc1.1.iasincnsis)J.Journa1.ofNatuni1.Producs,2005,68(9):136()-1365.8史高峰,汪虎,花蕊芬,等乙醉-氨水浸提法提取油茶饼粕中茶皂素的工艺研究IJ1.现代化工.2011.31(4):37-409胡嫂伦,装少平,龚毅,等.响应曲面法优化茶皂素提取工艺的研究JJ,食品科学,2009,30(18):106-10910易健民,李立微波萃取吸附分

29、离法提取姜黄素的研究J1.11：吴雪辉,张喜梅.茶皂素微波提取过程的优化及数学描述JI.华南理工大学学报:自然科学版.2009,37(4):125129.112彭应兵,周建平,郭华.微波辅助法提取茶皂素的工艺研究J粮食与油脂,2009(3):27-29.13胡翠英,王金虎.等.响应面法优化大豆英壳异黄酮超声-回流萃取工艺J.化工进展.2010,29(3):537-541.141孙罐,黄金明,等.超声-微波交替法提取落叶松二笈懈皮素J化工进展,2010,29(1):134-139.15ribovaNY.Fi1.ippcnkoTA.Niko1.acvakiiAN.cta1.Effectsofu1.

30、trasoundontheextractionofantioxidantsfrombearberry(Arciostaphy1.osadans)IeavcsJ.Pharmaceutica1.ChCmiStryJoUma1.,2008.42(10):593-595.16淑芬,田松江,超声波协助提取技术JJ.化工进展,2002.17袁红江.茶皂素超声水提物的纯化工艺及其机理研究D.重庆:重庆理工大学,2012.18李祥.王兰,曾万新,等.超声波辅助乙醇提取茶皂素工艺优化J1.中国油脂.2011,36(II):64-66.19MAOH1.,WANGJK,ZHOUYY,eta1.E1.1.ecisof

31、akiitionofIeaSaponinsandsoybeanoi1.onmethaneproduction,fe11nenta-tionandnicrobia1popu1.ationintherumenofgrowingIanibsJ.1.ivestockScience.2010,129(1)：56-62.20DU7.X,ZHANGCJ,WANDJ.OptimizationofextractionprocessofIeasaponinbyu1.trasonic-assistedethano1.methodJ.Chemistrj&Bioengineering.2015.32(3):56-59.21JONGDK.MUHAMMADIK,JINHS.C1.a1.HP1.CfractionationandPhannaco1.ogica1.assessmentofgreenteaseedsaponinsforantinicrobia1.,anti-angiogenicandhemo1.yticactivities(J.Biotechno1.ogyandBioprocessEnginccring.2015,20(6):1035-1043.22向荣,方热军,等.2011年第一期茶籽粕中茶电素定量测量方法综述