CN108640966B - 一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂及提取工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂及提取工艺，涉及茶皂素提取技术领域，其中，低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和蔗糖按摩尔比为(4‑6):(3‑5):(0.5‑1.5)的比例混合制成；茶皂素的提取步骤如下：(1)茶籽粕前处理、(2)DSE水溶液的制备、(3)茶皂素粗提、(4)茶皂素精提、(5)浓缩、(6)干燥；本发明采用低共熔溶剂萃取茶皂素的方法操作简单、反应条件温和、副反应少、环境友好，制备低共熔溶剂时原子利用率高达100％，低共熔溶剂不需提纯且可回收使用，符合绿色化学的发展要求，具有广泛的工业生产应用前景。

Description

一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂及提取工艺

【技术领域】

本发明涉及茶皂素提取技术领域，具体涉及一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂及提取工艺。

【背景技术】

茶籽粕(By-products of tea seed)：是茶籽经过加工提油后余下的主要副产品。油茶籽粕一直用于肥田或被丢弃，造成了资源的极大浪费。近年来，随着科技的进步，可以从油茶籽粕中提取各种活性成分，并将各种活性成分开发为高附加值产品。

茶皂素(Tea saponin)：又名茶皂甙，是五环三萜类化合物，是由茶树种子(茶籽、茶叶籽)中提取出来的一类糖苷化合物，易溶于含水甲醇、含水乙醇、正丁醇、冰醋酸、醋酐和吡啶中。它是一种性能优良的天然非离子表面活性剂，在水中表面张力低，其表面活性几乎不受水质硬度的影响，发泡性强且稳定性好，具有良好的乳化性、分散性和去污作用。另外，茶皂素还具有溶血、抗菌消炎、抑制酒精吸收、降血糖降脂、减肥等多种生物活性，可广泛应用于日化、医药、食品、建材和农药等行业。目前，茶皂素的提取主要有水提和有机溶剂浸提两种方法。水提法得到的提取液分离茶皂素困难，生产周期长，能耗较大，且长时间的热水浸提对茶皂素有一定的破坏作用；而有机溶剂提取茶皂素工艺复杂，对设备要求高，溶剂消耗量大，且生产成本高。

低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents)：由英国莱斯特大学Abbott等人于2003年首次报道。它是指由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键给体(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)组合而成的两组分或三组分低共熔混合物，其凝固点显著低于各个组分纯物质的熔点。这种溶剂无毒性，可生物降解，且合成过程原子利用率达100％，是一种新型的绿色溶剂。低共熔溶剂的物理化学性质与离子液体极其相似，所以也有人把它归为一类新型离子液体或离子液体类似物。目前，低共熔溶剂主要应用于生物活性成分萃取(如蛋白质、核酸、酚类、卡拉胶、金属离子等)和萃取精馏(如芳烃与非芳烃分离、醇水分离、醇酯分离等)2个方面。

本发明旨在提供一种操作简单、提取彻底、环境友好的提取茶籽粕中茶皂素的工艺方法。目前国内外尚未发现采用低共熔溶剂提取茶籽粕中茶皂素物质的相关报道。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂及提取工艺，本发明采用低共熔溶剂萃取茶皂素的方法操作简单、反应条件温和、副反应少、环境友好，制备低共熔溶剂时原子利用率高达100％，低共熔溶剂不需提纯且可回收使用，符合绿色化学的发展要求，具有广泛的工业生产应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂，所述低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和蔗糖按摩尔比为(4-6):(3-5):(0.5-1.5)的比例混合制成。

本发明中，进一步地，所述组成低共熔溶剂的原料中，甘油的纯度≥99％，脯氨酸的纯度≥99％，蔗糖的纯度≥98％。

本发明中，进一步地所述低共熔溶剂通过以下方法得到：按摩尔比将甘油、脯氨酸和蔗糖混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3400-3600rpm的转速下离心8-12min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻22-26h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶皂素提取剂DES溶剂备用。

本发明中，进一步地，所述低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和蔗糖按照摩尔比为5:4:1的比例混合制成。

本发明还提供一种茶籽粕中茶皂素的提取工艺，是采用上述低共熔溶剂进行茶皂素的提取，具体工艺如下：

(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于55-65℃的热风箱中干燥11-13h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集60-100目的茶籽粕粉末；

(2)DSE水溶液的制备：将茶皂素提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为(7-8):3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；

(3)茶皂素粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:15-16的比例充分混合均匀，将混合物于45-55℃下超声提取40-50min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶皂素粗提物备用；

(4)茶皂素精提：采用醇沉降法进行茶皂素精提，将茶皂素粗提物和90％乙醇按体积比1:3-4的比例混合，置于70-80℃的条件下醇沉2-3h后，离心分离，除去上清液，收集分离下层沉淀物；

(5)浓缩：将步骤(4)所得分离沉淀物抽真空，于37-47℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶皂素精提浓缩物；

(6)干燥：将步骤(5)所得茶皂素精提浓缩物放于48-52℃真空干燥箱中干燥18-22h，制得淡黄色的微细粉末，即为茶皂素产品。

本发明中，进一步地，所述步骤(3)中的超声功率为180-220W。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明与传统的茶皂素提取方法相比，先进行低共熔溶剂的制备，然后再对茶籽粕中的茶皂素进行粗提和精制，从而得到高纯度的茶皂素产品；采用低共熔溶剂作为提取剂与茶皂素的提取工艺相结合，将茶籽粕烘干、粉碎、过筛后与低共熔溶剂充分混合，经超声加热提取，得到含有茶皂素的低共熔溶剂体系，离心，取上清液，即茶皂素粗提液；粗提液经醇沉，得到茶皂素精提液，再经过浓缩、干燥即可得到茶皂素成品；本发明采用低共熔溶剂萃取茶皂素的方法操作简单、反应条件温和、副反应少、环境友好，制备低共熔溶剂时原子利用率高达100％，低共熔溶剂不需提纯且可回收使用，符合绿色化学的发展要求，具有广泛的工业生产应用前景。

2.本发明提供的用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂是由甘油、脯氨酸和蔗糖按照摩尔比混合得到，该低共熔溶剂具有脯氨酸(如稳定性强、活性强、立体专一性好、环境友好)的诸多优势的同时，还具有低熔点、低挥发度和高热稳定性的特点，且该提取剂绿色安全、可循环利用，反应条件温和、易于操作，提取高效、便于分离。

3.本发明组成低共熔溶剂的原料中，甘油可用作润滑剂、化妆品配制、食品添加剂等，蔗糖、脯氨酸等配位剂可分别作为食品添加剂和氨基酸类药使用，甘油价格低廉，仅为1.50—15.0RMB/kg，使用时只需将一定比例的甘油与配位剂混合，于100℃下加热搅拌直至形成均一的透明液体即可，其与蔗糖、脯氨酸相溶，复配得到高稳定的低共熔溶剂，不仅能提高茶皂素的提取率，且较常规提取剂在成本上占有很大优势。

综上所述，本发明利用下脚料茶籽粕为原料，提高了茶籽粕的利用价值，为农民增加收入，本发明提供的用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂制备工艺简单可控，提取效率高，且条件温和，活性成分不易被破坏，经检测，采用本发明的提取剂配合提取方法得到的茶皂素提取率为25.84％，纯度为85.46％。

【具体实施方式】

下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。

实施例1

本实施例提供一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂，该低共熔溶剂是由纯度≥99％的甘油、纯度≥99％的脯氨酸和纯度≥98％的蔗糖按照摩尔比为4:3:0.5的比例混合制成；

制备上述低共熔溶剂的方法如下：按摩尔比将甘油、脯氨酸和蔗糖混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3400rpm的转速下离心8min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻22h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶皂素提取剂DES溶剂备用。

本实施例还提供采用上述低共熔溶剂进行提取茶籽粕中茶皂素的工艺，具有工艺如下：

(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于55℃的热风箱中干燥11h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集60目的茶籽粕粉末；

(2)DSE水溶液的制备：将茶皂素提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为7:3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；

(3)茶皂素粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:15的比例充分混合均匀，将混合物于功率为180W、温度为45℃下超声提取40min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶皂素粗提物备用；

(4)茶皂素精提：采用醇沉降法进行茶皂素精提，将茶皂素粗提物和90％乙醇按体积比1:3的比例混合，置于70℃的条件下醇沉2h后，离心分离，除去上清液，收集分离下层沉淀物；

(5)浓缩：将步骤(4)所得分离沉淀物抽真空，于37℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶皂素精提浓缩物；

(6)干燥：将步骤(5)所得茶皂素精提浓缩物放于48℃的真空干燥箱中干燥18h，制得淡黄色的微细粉末，即为茶皂素产品。

实施例2

本实施例提供一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂，该低共熔溶剂是由纯度≥99％的甘油、纯度≥99％的脯氨酸和纯度≥98％的蔗糖按照摩尔比为5:4:1的比例混合制成；

制备上述低共熔溶剂的方法如下：按摩尔比将甘油、脯氨酸和蔗糖混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3500rpm的转速下离心10min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻24h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶皂素提取剂DES溶剂备用。

本实施例还提供采用上述低共熔溶剂进行提取茶籽粕中茶皂素的工艺，具有工艺如下：

(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于60℃的热风箱中干燥12h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集80目的茶籽粕粉末；

(2)DSE水溶液的制备：将茶皂素提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为7:3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；

(3)茶皂素粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:15的比例充分混合均匀，将混合物于功率为200W、温度为50℃下超声提取45min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶皂素粗提物备用；

(4)茶皂素精提：采用醇沉降法进行茶皂素精提，将茶皂素粗提物和90％乙醇按体积比1:3的比例混合，置于75℃的条件下醇沉2.5h后，离心分离，除去上清液，收集分离下层沉淀物；

(5)浓缩：将步骤(4)所得分离沉淀物抽真空，于52℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶皂素精提浓缩物；

(6)干燥：将步骤(5)所得茶皂素精提浓缩物放于50℃的真空干燥箱中干燥20h，制得淡黄色的微细粉末，即为茶皂素产品。

实施例3

本实施例提供一种用于提取茶籽粕中茶皂素的低共熔溶剂，该低共熔溶剂是由纯度≥99％的甘油、纯度≥99％的脯氨酸和纯度≥98％的蔗糖按照摩尔比为6:5:1.5的比例混合制成；

制备上述低共熔溶剂的方法如下：按摩尔比将甘油、脯氨酸和柠檬酸混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3600rpm的转速下离心12min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻26h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶皂素提取剂DES溶剂备用。

本实施例还提供采用上述低共熔溶剂进行提取茶籽粕中茶皂素的工艺，具有工艺如下：

(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于65℃的热风箱中干燥13h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集100目的茶籽粕粉末；

(2)DSE水溶液的制备：将茶皂素提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为8:3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；

(3)茶皂素粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:16的比例充分混合均匀，将混合物于功率为220W、温度为55℃下超声提取50min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶皂素粗提物备用；

(4)茶皂素精提：采用醇沉降法进行茶皂素精提，将茶皂素粗提物和90％乙醇按体积比1:4的比例混合，置于80℃的条件下醇沉3h后，离心分离，除去上清液，收集分离下层沉淀物；

(5)浓缩：将步骤(4)所得分离沉淀物抽真空，于45℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶皂素精提浓缩物；

(6)干燥：将步骤(5)所得茶皂素精提浓缩物放于52℃的真空干燥箱中干燥22h，制得淡黄色的微细粉末，即为茶皂素产品。

对比试验：

本发明的步骤(3)中超声波提取功率是申请人经过多次试验得出的最佳参数，现将申请人试验过程中的超声波提取参数对提取率的影响记录如表1所示(除了超声波提取参数不同，其他方法均相同)：

表1超声波提取参数对茶皂素提取率的影响

根据上表得知，在超声功率为450W，提取温度为50℃，提取时间为45min时，茶皂素的提取率最高，而在提取参数分别低于上述参数或者高于上述参数时，其提取率都低于本发明实施例2中的提取参数(即超声功率为450W，提取温度为50℃，提取时间为45min)，说明了本发明实施例2中所述的超声提取参数为茶皂素提取的最佳提取参数。

本发明产物测试结果：

经检测，本发明茶皂素茶皂素提取率为25.47％，纯度为85.46％。

本发明产物的应用：

本发明获得的茶皂素可应用于羊毛的清洗，具体应用方法为：称取3g本发明所得茶皂素，溶于100mL去离子水中，配置成溶液，随后将溶液加热升温至50℃，放入10g原羊毛，浸泡处理3min，每分钟翻动一次，以同样的方式清洗3次，最后将溶液轻轻挤去，转入95℃烘箱中，干燥至恒重，随后用滤纸将干燥后的羊毛卷好，放入索氏提取器中，加入100mL乙醚，在70℃条件下，提取20min，出料，将羊毛转入95℃烘箱中，干燥至恒重，处理后的羊毛色泽洁白，手感蓬松柔滑，经检验，残留油脂仅为0.23％，较常规的羊毛洗涤剂提高50％以上。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种利用低共熔溶剂提取茶籽粕中茶皂素的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)茶籽粕前处理：将茶籽粕除杂后放于55-65℃的热风箱中干燥11-13h，接着将其置于粉碎机中粉碎成粉，收集60-100目的茶籽粕粉末；

(2)DSE水溶液的制备：将茶皂素提取剂DES溶剂与蒸馏水按照质量比为(7-8):3的比例混合，充分拌匀即可得到DSE水溶液备用；所述茶皂素提取剂DES溶剂由甘油、脯氨酸和蔗糖按摩尔比为(4-6):(3-5):(0.5-1.5)的比例混合制成；

(3)茶皂素粗提：将茶籽粕颗粒与DES水溶液按固液比为1:15的比例充分混合均匀，将混合物于功率为200W、温度为50℃下超声提取45min后，离心分离，取一次上清液备用，将沉淀物按照上述方法再次进行提取，得到二次上清液，将一次上清液与二次上清液合并，得到茶皂素粗提物备用；

(4)茶皂素精提：采用醇沉降法进行茶皂素精提，将茶皂素粗提物和90％乙醇按体积比1:3的比例混合，置于75℃的条件下醇沉2.5h后，离心分离，除去上清液，收集分离下层沉淀物；

(5)浓缩：将步骤(4)所得分离沉淀物抽真空，于42℃的水浴条件下蒸去溶剂，得茶皂素精提浓缩物；

(6)干燥：将步骤(5)所得茶皂素精提浓缩物放于50℃真空干燥箱中干燥20h，制得淡黄色的微细粉末，即为茶皂素产品。

2.根据权利要求1所述的一种利用低共熔溶剂提取茶籽粕中茶皂素的工艺，其特征在于，所述组成低共熔溶剂的原料中，甘油的纯度≥99％，脯氨酸的纯度≥99％，蔗糖的纯度≥98％。

3.根据权利要求1所述的一种利用低共熔溶剂提取茶籽粕中茶皂素的工艺，其特征在于，所述低共熔溶剂通过以下方法得到：按摩尔比将甘油、脯氨酸和蔗糖混合，加入蒸馏水至混合物能够充分混匀，得到澄清、微粘稠的液体状DES溶剂；将DES溶剂在3400-3600rpm的转速下离心8-12min，放置一段时间，观察DES溶剂颜色和状态不再改变后将DES溶剂放入-80℃冷藏室内冷冻22-26h，接着冻干至溶剂恒重，即可得到茶皂素提取剂DES溶剂备用。

4.根据权利要求1所述的一种利用低共熔溶剂提取茶籽粕中茶皂素的工艺，其特征在于，所述低共熔溶剂由甘油、脯氨酸和蔗糖按照摩尔比为5:4:1的比例混合制成。