CN107653055B

CN107653055B - 一种超声辅助水酶法提取茶叶籽油的方法

Info

Publication number: CN107653055B
Application number: CN201710902682.9A
Authority: CN
Inventors: 孟祥河; 彭丽; 葛杭丽; 江连洲; 刘兴泉; 杨胜利; 何浙华
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: CN107653055A

Abstract

本发明提供了一种超声辅助水酶法提取茶叶籽油的方法：首先，利用超声辅助的不同溶剂萃取茶叶籽中的茶皂素，进一步对超声处理后的茶叶籽渣采用纤维素酶、蛋白酶两步水解，酶解过程中流加钙离子(n_Ca ²⁺:n_皂素＝1:2)，酶解反应5h；本发明通过超声萃取结合钙盐沉淀脱除茶皂素，减少或避免茶籽水解工艺中乳化物的生成，代替传统的后续破乳环节，提高清油率。因此该提取方法具有设备简单、高效、绿色、营养成分破坏少等优点。

Description

一种超声辅助水酶法提取茶叶籽油的方法

技术领域

本发明涉及一种超声预处理辅助水酶法提取茶叶籽油的方法，尤其是一种超声去除茶皂素，减少乳化物形成的方法。

背景技术

我国是茶的故乡，现有茶园面积约3200万亩，茶叶籽是山茶科山茶属植物茶(Camellia Sinensiso.Ktze.)的果实，为茶叶生产的副产物。茶叶籽可以作为油料作物被用来榨油，其种仁含脂肪约35％、淀粉20％、蛋白质11％、皂素12％、木质素11％、灰分2％，且茶叶籽油中不饱和脂肪酸含量高达80％，亚油酸含量达20％以上，具有预防心脑血管疾病、抗辐射、延缓衰老等多种保健功能。因此，茶叶籽油在市场上受消费者青睐程度逐年上升。

目前，植物油提取主要有压榨法和有机溶剂浸提法。压榨法存在低提取率、高能耗等问题。有机溶剂浸提法提油工艺成熟，其油脂回收率高达95-98％，溶剂回收率约95％，但存在提取时间长、有机溶剂残留，有机试剂的挥发对环境造成污染等问题。相对于传统溶剂萃取法，水酶法利用生物酶提取油料作物中的油脂，保持油料固有的香气，使产品品质提高；且具有不(少)使用有机溶剂、减少有机挥发物排放、降低能耗并减少固定设备投资等优点，有较高的应用潜力。CN101235399主要介绍了利用0.04％酸性蛋白酶/纤维素酶(1：1)混合酶酶解4h，最终净油率可达24.67％。Fang等研究了水酶法提取山茶籽油，但由于制油过程中游离油脂不断与皂素、蛋白质、糖类等物质接触，在介于油层和水相间会形成一层较稳定的白色乳状物质，从而严重影响到清油的释放(清油得率低)，这是制约该工艺推广应用的“瓶颈”。如何提高提油率，减少乳化物的形成，是亟待解决的重要难题。CN105623833利用离心方式分离乳化液，并用碱性蛋白酶进行破乳，表明该方法效果显著，破乳率达92.1％，但两步水解耗时费力，成本偏高。CN104450152主要利用炒制-水酶-盐效应复合工艺提取茶叶籽油，综合了现代水酶法提取技术及传统水剂法提取工艺的优势，通过降解酶-盐效应共同作用，从而降低了茶叶籽蛋白等引起的乳化，清油得率有所改善。

超声辅助提取(UAE)技术因空化及机械效应而广泛应用于天然产物提取。空化效应能破坏植物细胞壁从而促进溶剂进入植物细胞内，使细胞内部目标物质得以充分释放；超声所引起的机械效应促使原料与溶剂充分混合，增加物料与溶剂间的接触面积，促进溶剂在原料中的扩散、传质，从而提高提取率。CN103756738A介绍以正己烷作为萃取剂采用超声波逆流萃取茶叶籽油，分离提取液，回收萃取剂同时获得茶叶籽油。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效绿色的提取茶叶籽油的方法—超声辅助水酶法。超声波辅助作用下，通过适当溶剂选择性脱除茶皂素，并结合酶解过程中流加钙盐，最大程度脱除茶叶籽中的茶皂素，从而降低或避免乳化物的形成，提高清油率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超声辅助水酶法提取茶叶籽油的方法，所述的方法包括如下步骤：

(1)测定茶叶籽粉末中茶皂素的含量，将茶叶籽粉末与萃取剂溶液按质量比1:3～8混合，得到混合液A；所述的萃取剂溶液为纯水、甲醇水溶液、乙醇水溶液、异丙醇水溶液的一种；所述甲醇水溶液、乙醇水溶液、异丙醇水溶液各自的质量浓度独立为30％～90％；

(2)将步骤(1)所得混合液A在10～50℃温度下超声萃取10～60min，得到萃取液与茶叶籽渣的混合物；

(3)将步骤(2)得到的混合物进行固液分离，分离萃取液与茶叶籽渣，取茶叶籽渣，加入1～10倍质量的水，升温至80～90℃灭酶5～10min，冷却至既定纤维素酶的酶解温度，然后调节pH值为4.5～6.0，得到混合液B；同时添加纤维素酶，50～60℃(优选50℃)酶解0.5～2h(优选1h)，然后调节pH值为8.0～9.5(优选9.0)，再添加Alcalase 2.4L碱性蛋白酶，55～70℃(优选60℃)酶解2～5h(优选4h)，酶解过程也即水解过程中流加氯化钙溶液，所述氯化钙溶液中的氯化钙以钙计与所述茶叶籽粉末中茶皂素的物质的量比为1:0.2～3(优选1:2)，水解完成后得到水解液，将水解液升温至80～90℃灭酶5～10min，冷却至室温(20～30℃)，离心，收集上层清油，即得所述茶叶籽油。

本发明所述甲醇水溶液、乙醇水溶液、异丙醇水溶液质量浓度优选50％～90％；所述超声时间优选20～50min，更优选30min；所述超声温度优选20～40℃，更优选30℃。

本发明所述萃取剂溶液优选为异丙醇水溶液，更优选为70％的异丙醇水溶液。

本发明所述纤维素酶的酶活10000U/g，所述纤维素酶的质量以所述混合液B的体积计为0.1～0.15g/100mL。

本发明所述纤维素酶来源于黑曲霉(载体为淀粉)。

进一步，所述Alcalase 2.4L碱性蛋白酶的酶活2.4AU/g，所述Alcalase 2.4L碱性蛋白酶的添加体积量以所述混合液B的体积计为0.1～0.15mL/100mL。

进一步，所述氯化钙溶液的浓度为0.05mol/L。

进一步，本发明所述茶叶籽粉末优选为40目。

进一步，步骤(3)中调节pH值均采用NaOH溶液调节，所述NaOH溶液浓度为0.1～2mol/L。具体地，第一次调节pH值采用0.1mol/L NaOH溶液，第二次调节pH值采用2mol/LNaOH溶液。

进一步，步骤(3)中所述离心的条件为8000r/min转速、4℃离心30min。

进一步，所述茶叶籽粉末、超声萃取液及水解液中茶皂素的含量可按照本领域公知的香草醛-硫酸显色法测定。

本发明的有益效果主要体现在：在水酶法提取之前，利用异丙醇超声萃取，有效分离茶皂素，减少或避免在水酶过程中油脂与茶皂素作用产生乳化现象，从而提高游离油脂的得率，具有低能耗、无污染、绿色健康、操作简单等优点。

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。

下列实施例中，清油率采用获取清油质量与总茶叶籽粉末样品中油脂质量百分比计算，即清油率＝清油质量/样品中油脂总质量×100％；乳化物与样品之比＝乳化物质量/样品总质量×100％。

下列实施例中茶叶籽粉末、超声萃取液及水解液中茶皂素的含量用香草醛-硫酸显色法测得，即根据所得标准曲线方程：y＝23.64x-0.058R²＝0.9973，计算得茶叶籽粉末中茶皂素含量为：16.12％±0.97。

下列实施例中，所用纤维素酶(活力10000U/g)购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，Alcalase 2.4L碱性蛋白酶购买于诺维信(中国)生物技术有限公司，规格2.4AU/g。

对比例1

取5克茶叶籽粉末(40目)于100mL烧杯中，以料液比1:7添加蒸馏水，在90℃水浴中灭酶10min，0.1mol/L NaOH溶液调节pH至6.0，添加0.1％(w/v，g/mL)纤维素酶，50℃酶解1h，再用2mol/L NaOH溶液调节pH至9.0，添加0.1％(v/v，mL/mL)Alcalase 2.4L碱性蛋白酶，60℃酶解4h。酶解结束后于90℃水浴中灭酶10min；冷却至室温，样液离心(8000r/min、30min、4℃)，收集上层清油和中间层乳化物，计算清油率及乳化物与总样品之比。结果列于表1。

对比例2

取5克茶叶籽粉末(40目)于100mL烧杯中，以料液比1:7添加蒸馏水，在90℃水浴中灭酶10min，0.1mol/L NaOH溶液调节pH至6.0，添加0.1％(w/v，g/mL)纤维素酶，50℃酶解1h，再用2mol/L NaOH溶液调节pH至9.0，添加0.1％(v/v，mL/mL)Alcalase 2.4L碱性蛋白酶，60℃酶解4h。酶解过程中以1.35mL/h的流速流加0.05mol/L氯化钙溶液(其中n_Ca ²⁺：n_皂素＝1:2，即氯化钙溶液中的氯化钙以钙计与所述茶叶籽粉末中茶皂素的物质的量比为1：2)，酶解结束后于90℃水浴中灭酶10min；冷却至室温，样液离心(8000r/min、30min、4℃)，收集上层清油和中间层乳化物，计算清油率及乳化物与总样品之比。结果列于表1。

实施例3-6：不同萃取液超声辅助水酶法处理对提油率及乳化物与总样品之比的影响

取5克茶籽粉末(40目)于100mL烧杯中，以料液比1:7分别添加不同试剂(试剂包括50％甲醇、50％乙醇、50％异丙醇及蒸馏水)，在超声功率为50W，超声萃取温度为20℃下超声萃取20min，分离萃取液及茶叶籽渣，分离所得茶叶籽渣于100mL烧杯中，酶解实验按对比例2进行操作，收集上层清油和中间层乳化物，计算清油率及乳化物与总样品之比。结果列于表1。

表1常规水酶法、不同萃取试剂超声辅助水酶法提取所得清油率及乳化物与总样品之比及萃取液、水解液中茶皂素含量

茶皂素，在茶叶籽中含量丰富，是一种天然良好的非离子表面活性剂，会与茶叶籽中的油脂发生乳化，从而降低茶叶籽油的清油得率。超声处理会引起空化效应及机械效应，空化效应具有破坏植物细胞壁的作用，促进了溶剂进入植物细胞内，使细胞内部茶皂素得以充分释放；同时机械效应促使原料与溶剂充分混合，增加物料与溶剂间的接触面积，从而提高茶皂素的溶出率。本专利基于茶皂素易溶于含水甲醇、含水乙醇及含水异丙醇等试剂及能与含钙化合物发生沉淀的特性，通过添加一定浓度的含水极性溶剂超声处理或/和流加式添加氯化钙溶液分离皂素，降低后续乳化，从而提高茶叶籽油的清油率，结果见表1。由表1数据可知，清油率随萃取液中皂素含量的增加而增加，随乳化物占总样品的比值的增加而减小，而皂素溶解在水解液中含量变化不明显。表明皂素是水酶法提取茶叶籽油过程中乳化的主要因素。添加异丙醇超声预处理并流加氯化钙溶液(实施例5)所得清油率明显高于未处理组，清油率达65.85％，乳化物占总样品之比为9.79％。这是由于含水异丙醇的极性与茶皂素的极性更接近，茶皂素在含水异丙醇中更易溶出，茶叶籽残渣中茶皂素含量大大降低，在后续水酶法提取中能减少乳化物的形成，从而提高了游离油提取率。

实施例7-10：不同浓度异丙醇溶液超声辅助水酶法处理对提油率及乳化物与总样品之比的影响

取5克茶籽粉末(40目)于100mL烧杯中，以料液比1：7分别添加浓度为50％、60％、70％、80％、90％的异丙醇溶液，在超声萃取温度为20℃下超声萃取20min，分离萃取液及茶叶籽渣，分离所得茶叶籽渣于100mL烧杯中，酶解实验按对比例2进行操作，收集上层清油和中间层乳化物，计算清油率及乳化物与总样品之比及超声萃取液及水解液中茶皂素的含量。结果列于表2。

表2不同浓度异丙醇溶液超声辅助水酶法提取所得清油率及乳化物与总样品之比及萃取液、水解液中茶皂素含量

在选用异丙醇溶液的基础上，研究了不同浓度异丙醇溶液对超声辅助水酶法提取茶叶籽油清油率及乳化物与总样品之比的影响，同时测定了萃取液及水解液中茶皂素的含量，结果见表2。由表2及实施例5可知，随着异丙醇浓度的增加，清油率呈先增加后减少的趋势。当异丙醇浓度为70％时，萃取液中茶皂素含量最高，清油率最高。异丙醇浓度较低时极性更接近皂素，皂素更易溶出，后续水解过程中乳化物的形成减少，从而清油率提高。随异丙醇浓度提高，溶液非极性增强，使得茶皂素溶解度降低而部分油脂溶出，导致清油率降低。异丙醇浓度70％最为适合，皂素溶出量最多，油脂几乎无损失，清油率最高，所以本专利中确定异丙醇浓度为70％。

实施例11-13：不同超声温度对提油率及乳化物与总样品之比的影响

取5克茶籽粉末(40目)于100mL烧杯中，以料液比1:7添加70％异丙醇溶液，分别在不同超声萃取温度(20℃、30℃、40℃、50℃)下超声萃取20min，分离萃取液及茶叶籽渣，分离所得茶叶籽渣于100mL烧杯中，酶解实验按对照例2进行操作，收集上层清油和中间层乳化物，计算清油率及乳化物与总样品之比及超声萃取液及水解液中茶皂素的含量。结果列于表3。

表3不同超声温度对清油率及乳化物占总样品之比及萃取液、水解液中茶皂素含量的影响

由表3及表2中实施例8可知，当超声温度从20℃升高至30℃时，萃取液中茶皂素含量提高，清油率提高。但当温度在30～50℃时，萃取液中茶皂素含量和清油率随着温度的升高而下降。这是由于溶质的溶解度随温度的升高而增大，所以当超声温度从20℃升高至30℃时，皂素的溶出量增大，但随着温度的继续升高，蛋白质多糖等物质的溶出量也会增大，不利于茶皂素的溶解。由此在本发明中，超声温度为30℃时，清油率最高，达85.73％，乳化物与总样品之比降低至3.55％，所以本专利中选择超声温度为30℃。

实施例14-16：不同超声时间对清油率及乳化物与总样品之比的影响

取5克茶籽粉末(40目)于100mL烧杯中，以料液比1：7添加70％异丙醇溶液，分别在超声萃取温度为30℃下，不同超声萃取时间(20min、30min、40min、50min)，分离萃取液及茶叶籽渣，分离所得茶叶籽渣于100mL烧杯中，酶解实验按对比例2进行操作，收集上层清油和中间层乳化物，计算清油率及乳化物与总样品之比及超声萃取液及水解液中茶皂素的含量。结果列于表4。

表4不同超声时间对清油率及乳化物占总样品之比及萃取液、水解液中茶皂素含量的影响

本发明研究了不同超声时间对提油率及乳化物占总样品比例的影响，结果见表4。由表4及实施例11可得，当超声时间为30min时，效果最佳，其清油率可达89.20％，乳化物与总样品之比为1.17％。这可能由于在超声时间≤30min时，植物细胞壁的破坏促使溶剂更加充分地进入植物细胞内，从而使细胞内部茶皂素与异丙醇溶液充分接触、溶解，减少水解过程中乳化物的形成，从而提高清油率。但是当超声时间＞30min时，萃取液中茶皂素含量不再增加，清油率明显降低，乳化物与总样品之比也随之增大。由于茶叶籽粉末内部茶皂素的溶解和扩散均需要一定的时间，所以适当延长超声波作用时间，有利于茶皂素溶出完全。但是随着超声时间的延长，持续的超声波能量促进蛋白及多糖溶出、油相分散、油水界面增加，促进乳化作用，从而减少了游离油提取率，所以本专利中超声时间选择30min。

Claims

1.一种超声辅助水酶法提取茶叶籽油的方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

(1)测定茶叶籽粉末中茶皂素的含量，将茶叶籽粉末与萃取剂溶液按质量比1:7混合，得到混合液A；所述的萃取剂溶液为异丙醇水溶液；所述异丙醇水溶液的质量浓度为70％；

(2)将步骤(1)所得混合液A在30℃温度超声萃取30min，得到萃取液与茶叶籽渣的混合物；

(3)将步骤(2)得到的混合物进行固液分离，分离萃取液与茶叶籽渣，取茶叶籽渣，加入7倍质量的水，升温至90℃灭酶10min，冷却至既定纤维素酶的酶解温度，然后调节pH值为6.0，得到混合液B；同时添加纤维素酶，50℃酶解1h，然后调节pH值为9.0，再添加Alcalase2.4L碱性蛋白酶，60℃酶解4h，酶解过程也即水解过程中流加氯化钙溶液，以1.35mL/h的流速流加0.05mol/L氯化钙溶液，所述氯化钙溶液中的氯化钙以钙计与所述茶叶籽粉末中茶皂素的物质的量比为1:2，水解完成后得到水解液，将水解液升温至90℃灭酶10min，冷却至室温，离心，收集上层清油，即得所述茶叶籽油；

所述纤维素酶的酶活10000U/g，其质量以所述混合液B的体积计为0.1g/100mL，

Alcalase 2.4L碱性蛋白酶的酶活2.4AU/g，其体积与所述混合液B的体积比为0.1：100。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述茶叶粉末为40目。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中调节pH值均采用NaOH溶液调节，所述NaOH溶液浓度为0.1～2mol/L。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述离心的条件为8000r/min转速、4℃离心30min。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述茶叶籽粉末中茶皂素的含量的测定采用香草醛-硫酸显色法测定。