膜技術(shù)精制茶皂素的工藝研究

劉 銳，李 猷，萬(wàn)端極

(1.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；2.湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所，湖北 武漢 430068)

茶皂素是木本油料植物油茶(Camellia oleifera)含有的一類(lèi)天然糖甙化合物，屬皂素類(lèi)，是一種優(yōu)異的天然表面活性劑，具有良好的發(fā)泡乳化、分散潤(rùn)濕和滲透功能，并具有抗菌消炎、鎮(zhèn)痛、抗腫瘤等藥理功效。因此，在化妝品、洗滌劑和醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。我國(guó)是世界上油茶分布最廣、品種最多、產(chǎn)量最高的國(guó)家[2]，但目前國(guó)內(nèi)的粗茶皂素生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜、能耗大，產(chǎn)品純度低、色澤差、收率低[3，4]，不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的要求[5]。

膜技術(shù)是一門(mén)新型分離技術(shù)，兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)濾過(guò)以及過(guò)程簡(jiǎn)單、易于自動(dòng)化控制等特性[6]，在天然產(chǎn)物有效成分的提取濃縮方面得到了廣泛應(yīng)用[7]。

作者在此以水酶法提取茶油后的皂素溶液為原料，依次通過(guò)微濾膜、納濾膜、干燥等工序精制茶皂素，確定了茶皂素精制的膜技術(shù)參數(shù)，擬為膜技術(shù)精制茶皂素的工業(yè)化提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

水酶法提取茶油后的皂素溶液由湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所提供。實(shí)驗(yàn)用試劑均為分析純。

H.H.S 11-2型電熱恒溫水浴鍋，上海醫(yī)療器械五廠；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、索氏提取器，上海青浦滬西儀器廠；KQ-400DB型數(shù)控超聲波清洗儀，昆山超聲儀器有限公司；UV-400DB型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，美國(guó)UNICO公司；BS224S型電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；微濾膜組件、納濾膜組件，湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所。

1.2 方法

膜技術(shù)精制茶皂素的工藝流程如下：水酶法提取茶油后的皂素溶液→微濾膜除雜→納濾膜濃縮→烘干→茶皂素。

1.2.1 微濾膜除雜

以300 nm和150 nm的微濾膜為過(guò)濾介質(zhì)，比較pH值1.5、5.5、13.0條件下的分離純化效果。

1.2.2 納濾膜濃縮

選用截留分子量為500 Da的納濾膜對(duì)除雜后的物料進(jìn)行濃縮。

1.2.3 干燥

納濾濃縮液在55 ℃、常壓條件下鼓風(fēng)干燥，制得茶皂素。

1.3 檢測(cè)方法

皂素含量采用SN/T 1852-2006[8]方法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 微濾膜除雜結(jié)果

分別將水酶法提取茶油后的皂素溶液調(diào)pH值至1.5、5.5、13.0，采用300 nm和150 nm的微濾膜除雜，測(cè)定膜通量，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 微濾膜純化效果

由圖1a可知，pH值為1.5時(shí)，300 nm微濾膜開(kāi)機(jī)后，膜通量隨時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢衰減，在20 min內(nèi)穩(wěn)定在175.0 L·m-2·h-1以上，到50 min時(shí)衰減速率加快，85 min后膜通量衰減至95.3 L·m-2·h-1左右，平均膜通量為129.5 kg·m-2·h-1，濃縮倍數(shù)為5.72倍。150 nm微濾膜的膜通量變化與300 nm微濾膜基本一致，平均膜通量為109.3 kg·m-2·h-1，濃縮倍數(shù)為4.53倍。300 nm微濾膜的平均膜通量比150 nm微濾膜的大18.48%。

由圖1b可知，pH值為5.5時(shí)，兩種微濾膜開(kāi)機(jī)后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)膜通量衰減趨勢(shì)較pH值1.5時(shí)明顯，85 min后300 nm微濾膜的膜通量衰減至75.6 L·m-2·h-1左右，150 nm微濾膜的膜通量衰減至65.3 L·m-2·h-1左右。300 nm微濾膜的平均膜通量為119.9 kg·m-2·h-1，濃縮倍數(shù)為4.82倍；150 nm微濾膜的平均膜通量為99.3 kg·m-2·h-1，濃縮倍數(shù)為4.13倍。300 nm微濾膜的平均膜通量比150 nm微濾膜的大20.85%。

由圖1c可知，pH值為13.0時(shí)，兩種微濾膜開(kāi)機(jī)后，膜通量明顯低于pH值1.5時(shí)的膜通量。在40 min內(nèi)，膜通量均隨時(shí)間的延長(zhǎng)而穩(wěn)定衰減，300 nm微濾膜的膜通量在100 L·m-2·h-1以上，150 nm微濾膜的膜通量在90 L·m-2·h-1以上；50～85 min時(shí)，膜通量衰減較快，300 nm微濾膜的膜通量衰減至30.9 L·m-2·h-1左右，150 nm微濾膜的膜通量衰減至20.0 L·m-2·h-1左右。300 nm微濾膜的平均膜通量為89.9 kg·m-2·h-1，濃縮倍數(shù)為4.32倍；150 nm微濾膜的平均膜通量為78.3 kg·m-2·h-1，濃縮倍數(shù)為3.83倍。300 nm微濾膜的平均膜通量比150 nm微濾膜的大14.81%。

經(jīng)微濾膜除雜后的皂素含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 微濾膜除雜處理后的皂素含量/%

由表1可知，在pH值為1.5、5.5、13.0條件下，300 nm微濾膜的皂素純度比150 nm微濾膜的皂素純度分別高6.01%、10.00%、9.95%，損失率分別大5.00%、1.00%、0.91%。pH值為1.5時(shí)的損失率最大，可能是由于酸性條件下皂素溶解度下降而導(dǎo)致的；pH值為5.5時(shí)，有部分蛋白質(zhì)位于等電點(diǎn)，蛋白質(zhì)的沉降造成部分皂素的損失，但是絮凝成微小顆粒的蛋白質(zhì)粒徑較大，膜通量穩(wěn)定；pH值為13.0時(shí)，蛋白質(zhì)及皂素的溶解度均較大，膜污染較嚴(yán)重。因此，選擇300 nm微濾膜在pH值為5.5的條件下，對(duì)水酶法提取茶油后的皂素溶液進(jìn)行除雜處理，能夠去除其中的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)等雜質(zhì)；固體雜質(zhì)去除率高并截留了大部分大分子物質(zhì)，而保留了絕大多數(shù)的茶皂素。

2.2 納濾膜濃縮結(jié)果

將經(jīng)300 nm微濾膜除雜后的濾液調(diào)pH值至5.5，用截留分子量為500 Da的納濾膜對(duì)其進(jìn)行濃縮，測(cè)定膜通量，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 納濾膜純化效果

由圖2可以看出，膜通量隨時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢衰減，50 min時(shí)，膜通量衰減至0.54 kg·min-1·支-1左右，平均膜通量為1.056 kg·min-1·支-1，濃縮倍數(shù)為4.88倍。

經(jīng)納濾膜濃縮后的皂素含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 納濾膜濃縮后的皂素含量

由表2可知，納濾膜皂素截留率為87.3%，皂素?fù)p失率為13.7%，固含量截留率為72.4%。因此，采用截留分子量為500 Da的納濾膜對(duì)除雜后的物料進(jìn)行濃縮，能保留大部分的茶皂素，達(dá)到濃縮的效果。

2.3 干燥處理結(jié)果

納濾濃縮液在55 ℃、常壓下，經(jīng)鼓風(fēng)干燥，得到2.3 kg純度為91.01%的淡黃粗茶皂素，色澤較淺，可在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)論

在pH值5.5條件下采用孔徑為300 nm的微濾膜進(jìn)行除雜，皂素含量由2.84%提高到11.09%，損失率為9.12%；采用截留分子量為500 Da的納濾膜對(duì)除雜后的物料進(jìn)行濃縮，皂素含量由3.57%提高到15.30%，損失率為13.7%，能夠保留大部分的茶皂素，達(dá)到濃縮的效果；常壓、55 ℃條件下，鼓風(fēng)干燥制得純度為91.01%的茶皂素。膜技術(shù)精制得到的茶皂素離醫(yī)藥級(jí)要求還有一定差距，可進(jìn)一步精制。

[1] 金繼曙，都述虎.油茶籽餅抗真菌活性成分的研究[J].天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)，1993，5(2)：48-52.

[2] 柳榮祥，朱全芬，夏春華.茶葉皂素研究現(xiàn)狀[J].茶葉，1995，21(3)：2-5.

[3] Murakami T，Nakamura J，Matsuda H，et al.Bioactive saponins and glycosides.ⅩⅤ.Saponin constituents with gastroprotective effect from the seeds of tea plant，CamelliasinensisL.var.assamicaPierre，cultivate in Sri Lanka：Structures of assamsaponins A，B，C，D，and E[J].Chem Pharm Bull(Tokyo)，1999，47(12)：1759-1764.

[4] 柳榮祥，朱全芬，夏春華.茶皂素生物活性應(yīng)用研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].茶葉科學(xué)，1996，16(2)：81-86.

[5] 李升鋒，尹國(guó)，劉學(xué)銘，等.淺談茶皂素的開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J].糧油食品科技，2004，12(2)：47-48.

[6] 姜忠義，吳洪.超濾技術(shù)在現(xiàn)代中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2002，21(2)：122-126.

[7] 沈敏.陶瓷膜澄清中藥水提液過(guò)程中膜污染的研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2002.

[8] SN/T 1852-2006，出口茶皂素中皂甙含量的測(cè)定[S].