生物法提取純天然茶籽油聯(lián)產(chǎn)茶皂素工藝研究

徐國(guó)念，吳 莎，萬(wàn)端極

（湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所，湖北 武漢430068）

茶籽油，是從山茶科油茶樹種子中獲得的，是我國(guó)最古老的木本食用植物油之一，具有良好的功能作用，如改善血液循環(huán)、促進(jìn)消化系統(tǒng)功能、增強(qiáng)內(nèi)分泌系統(tǒng)功能、強(qiáng)化骨骼系統(tǒng)功能、預(yù)防癌癥、防輻射、抗衰老及保護(hù)皮膚等［1］。茶皂素是從山茶科植物的種子中提取的皂素類糖苷化合物，是一種天然非離子型表面活性劑，具有良好的乳化、分散、發(fā)泡、濕潤(rùn)等功能，還具有消炎、鎮(zhèn)痛、抗?jié)B透等藥理作用［2］。

目前茶籽油的生產(chǎn)工藝基本都是采用機(jī)械和熱力學(xué)處理，其中機(jī)械處理對(duì)油籽細(xì)胞破壞程度有限，無(wú)論是壓榨還是浸出，油路都不寬泛；而濕熱處理又會(huì)使蛋白質(zhì)、維生素E、維生素P等熱敏性物質(zhì)劇烈變性，影響油料中高附加值產(chǎn)品的綜合利用。

作者以機(jī)械力加酶催化打破細(xì)胞壁和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，在水相環(huán)境中利用生物水解解除蛋白質(zhì)被膜對(duì)油脂小顆粒的束縛，進(jìn)而利用離心力，使釋放到水相中的油脂聚集上浮而分離出來(lái)，得到純天然精品茶籽油［3］。由于該技術(shù)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的足夠破壞和均勻分散，油脂提取率較機(jī)械壓榨法更高，同時(shí)不使用有機(jī)溶劑，避免了潛在的安全危險(xiǎn)。另外，由于整個(gè)加工過程在水相中完成，無(wú)高溫，條件溫和，減少了傳統(tǒng)油脂精煉工藝中的水化脫膠、脫酸、高溫脫嗅等過程，保證了油脂的純天然風(fēng)味和純天然營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的活性。此外，分離油脂所得的水相經(jīng)膜技術(shù)純化濃縮，可得到高純度的天然茶皂素。為純天然茶籽油及茶皂素的研究探索了一條新途徑。

1 實(shí)驗(yàn)

1．1 材料、試劑與儀器

油茶籽，采自江西宜春。

鹽酸、氫氧化鉀、乙醇、乙醚，Sigma化學(xué)試劑公司；碘、碘化鉀、硫代硫酸鈉，上海國(guó)藥集團(tuán)；其它試劑均為分析純或生化專用試劑。

膜設(shè)備，湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所；電子分析天平，上海奧豪斯公司；UV－755S型紫外可見分光光度計(jì)，上海棱光技術(shù)有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；PHS－4型精密pH酸度計(jì)，上海偉業(yè)儀器廠；三相離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1．2 方法

1．2．1 工藝流程油茶籽→脫殼→烘干→磨漿→酶解→三相離心三相離心油相→冬化→離心→天然茶籽油

三相離心水相→精制→超濾膜→透過液→納濾膜→截留液→干燥→天然茶皂素

1．2．2 茶籽油的提取

以油茶籽為原料，脫殼得到茶籽仁，烘干，然后磨漿，添加堿性蛋白酶，在55℃、pH值8．5條件下酶解一定時(shí)間，經(jīng)三相離心、冬化和離心分離得到茶籽油。其中酶解條件及終點(diǎn)判斷以茶籽油的提取率確定。

1．2．3 膜技術(shù)除雜濃縮制備茶皂素

經(jīng)過三相離心得到的水相組分復(fù)雜，必須進(jìn)行除雜、分離純化、濃縮，以減少后續(xù)干燥處理量，降低能耗，節(jié)約成本。將經(jīng)過三相離心后的水相選擇適宜的超濾膜除去其中的懸浮物顆粒、雜蛋白、纖維素等雜質(zhì)，然后選擇適宜的納濾膜進(jìn)行濃縮、脫鹽。以分離效果、產(chǎn)品純度及通量大小來(lái)確定膜的型號(hào)及操作條件。

1．2．4 分析檢測(cè)

油脂含量測(cè)定：GB／T 5009．6－2003 第一法［4］；茶皂素純度測(cè)定：重量法［5］。

2 結(jié)果與討論

2．1 酶用量對(duì)提油率的影響

底物濃度為5%，酶解時(shí)間為3h，考察酶用量（占原料比，下同）對(duì)提油率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 酶用量對(duì)提油率的影響Fig．1 The effect of enzyme amount on oil extraction rate

由圖1可知，隨著酶用量的增加，提油率呈升高趨勢(shì)并最終趨于穩(wěn)定。當(dāng)酶用量低于0．5%時(shí)，提油率升高顯著；酶用量達(dá)到0．5%時(shí)，提油率達(dá)到95%；酶用量超過0．5%后，提油率升高不明顯。因此，選擇最佳酶用量為0．5%。

2．2 底物濃度對(duì)提油率的影響

酶用量為0．5%，酶解時(shí)間為3h，考察底物濃度對(duì)提油率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 底物濃度對(duì)提油率的影響Fig．2 The effect of substrate concentration on oil extraction rate

由圖2可知，隨著底物濃度的增大，提油率呈升高趨勢(shì)。當(dāng)?shù)孜餄舛鹊陀?%時(shí)，提油率升高顯著；當(dāng)?shù)孜餄舛葹?%時(shí)，提油率達(dá)到94%；當(dāng)?shù)孜餄舛却笥?%時(shí)，提油率升高不明顯。因此，選擇最佳底物濃度為4%。

2．3 酶解時(shí)間對(duì)提油率的影響

底物濃度為4%，酶用量為0．5%，考察酶解時(shí)間對(duì)提油率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 酶解時(shí)間對(duì)提油率的影響Fig．3 The effect of enzymolysis time on oil extraction rate

由圖3可知，隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，提油率呈升高趨勢(shì)。酶解時(shí)間在2～4h時(shí)，提油率升高顯著；酶解時(shí)間為4h時(shí)，提油率達(dá)到95%；當(dāng)酶解時(shí)間超過4h后，提油率升高不明顯。因此，選擇最佳酶解時(shí)間為4h。

所得茶籽油產(chǎn)品，經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2．4 一級(jí)膜除雜分離茶皂素

選擇超濾膜作為一級(jí)膜除雜，超濾膜工作參數(shù)為：進(jìn)口壓力1．0MPa，出口壓力0．85MPa，溫度40℃，表面流速4．0m·s－1。將水相155L經(jīng)過纖維素脂超濾膜處理。測(cè)定膜通量、濃縮液及透過液的體積和檢測(cè)指標(biāo)，結(jié)果見圖4和表1。

圖4 一級(jí)膜過程膜通量與時(shí)間的關(guān)系Fig．4 The relationship between membrane flux of first－stage and time

由圖4可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，膜通量先升高后降低，然后趨于平緩；當(dāng)時(shí)間超過70min后，超濾膜通量逐漸衰減。但在膜運(yùn)行過程中，超濾膜通量衰減不顯著，說(shuō)明超濾膜材料具有較好的親水性，膜對(duì)蛋白質(zhì)的吸引力很小，同時(shí)物料透過膜所受阻力也較小，膜通量較大且運(yùn)行穩(wěn)定，可滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。

表1 一級(jí)膜除雜結(jié)果Tab．1The result of first－stage membrane for removing the impurities

由表1可知，經(jīng)過一級(jí)膜除雜，水相達(dá)到了較高的濃縮倍數(shù)19．75，平均膜通量為124．5L·h－1·m－2，茶皂素純度達(dá)到79%，雖有一定的損失，不過損失量較小，說(shuō)明選擇超濾膜作為一級(jí)膜除雜，達(dá)到了預(yù)期的效果。

2．5 二級(jí)膜濃縮純化茶皂素

選擇納濾膜作為二級(jí)膜濃縮，納濾膜工作參數(shù)為：進(jìn)口壓力2．0MPa，出口壓力1．8MPa，溫度35℃，表面流速4．0m·s－1。將透過液50L經(jīng)過聚偏二氟乙烯納濾膜處理。測(cè)定膜通量、濃縮液及透過液的體積和檢測(cè)指標(biāo)，結(jié)果見圖5和表2。

圖5 二級(jí)膜過程膜通量與時(shí)間的關(guān)系Fig．5 The relationship between membrane flux of second－stage and time

表2 二級(jí)膜濃縮結(jié)果Tab．2 The result of second－stage membrane for enrichment

由圖5可知，在二級(jí)膜運(yùn)行過程中，膜通量隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸衰減，但運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)拐點(diǎn)即快速衰減或突然無(wú)通量的情況，可滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。

由表2可知，經(jīng)過二級(jí)膜濃縮，一級(jí)膜透過液的濃縮倍數(shù)為9．8，平均膜通量為77．3L·h－1·m－2，茶皂素純度高達(dá)90%，說(shuō)明選擇納濾膜作為二級(jí)膜濃縮效果理想。

3 結(jié)論

選擇堿性蛋白酶對(duì)油茶籽仁進(jìn)行酶解，酶用量（占原料比）為0．5%、底物濃度為4%、酶解時(shí)間為4h，經(jīng)三相離心，茶籽油的提取率高達(dá)95%，所得產(chǎn)品屬于純天然高級(jí)健康食用植物油，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。通過一級(jí)膜除雜、二級(jí)膜濃縮可制得具有高生物活性的天然茶皂素，且純度高達(dá)90%。表明生物法提取純天然茶籽油、膜分離技術(shù)聯(lián)產(chǎn)茶皂素是完全可行的，為純天然茶籽油及茶皂素的研究提供了一條新途徑。

［1］莊瑞林．中國(guó)油茶（第二版）［M］．北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2008：1－14．

［2］張星海，楊賢強(qiáng)．茶皂素性質(zhì)及應(yīng)用研究近況［J］．福建茶葉，2003，（2）：17－19．

［3］曾祥基．水酶法制油工藝研究［J］．成都大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1996，15（1）：1－17．

［4］GB／T 5009．6—2003，食品中脂肪的測(cè)定［S］．

［5］劉紅梅，周新躍，周建平，等．油茶皂素定量分析的研究［J］．生命科學(xué)儀器，2008，6（10）：13－16．