超濾膜法提取水相中茶皂素的研究

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(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫 214122)

超濾膜法提取水相中茶皂素的研究

顧姣,楊瑞金*,張文斌,趙偉,華霄

(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫 214122)

本文以乙醇水提法提取油茶籽油后產(chǎn)生的水相副產(chǎn)物為原料,利用超濾膜法對其中豐富的茶皂素進(jìn)行分離提純。主要探索了超濾膜材料、膜孔徑、茶皂素濃度、水相pH以及超濾后期加水量對茶皂素透過率以及純度的影響。結(jié)果表明:采用截留分子量為10 k的改良纖維素復(fù)合膜(PLCGC)進(jìn)行超濾,同時(shí)將水相稀釋4倍至茶皂素濃度為13.13 mg/mL,pH調(diào)節(jié)至7.0,超濾后期加3倍體積的水恒容超濾,茶皂素透過率可達(dá)64.39%,純度達(dá)84.16%。對純化后的茶皂素進(jìn)行紅外光譜及液質(zhì)分析,證明超濾法可以有效分離提取水相中茶皂素,實(shí)現(xiàn)提油后水相副產(chǎn)物的回收利用。

超濾膜,分離純化,水相,茶皂素

茶皂素是一種天然非離子型表面活性劑[1],具有優(yōu)良的起泡性、穩(wěn)泡性、分散性、乳化性和潤濕性等性能[2-3]。茶皂素主要由糖體、有機(jī)酸和皂苷元組成,近年來研究發(fā)現(xiàn),茶皂素還具有抑菌[4-5]、抗?jié)B消炎[6-7]、降低血脂膽固醇[8]、抗癌[9-10]和保護(hù)腸胃等生物活性[11],具有廣闊的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

油茶是世界四大木本油料作物之一,主要種植在我國江西、湖南和福建等地,油茶籽中約含20%～25%茶皂素,是提取茶皂素的主要來源。傳統(tǒng)提取工藝是以壓榨法制油后得到的茶枯餅為原料,用有機(jī)溶劑或水浸提,此方法顏色深,提取率低,試劑消耗大,經(jīng)濟(jì)成本高[12],不適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。江南大學(xué)酶學(xué)課題組率先研究了乙醇水提法提取油茶籽油的新工藝[13],使得油茶籽油提取率提高至96.66%,同時(shí)由于乙醇的作用可將茶籽中茶皂素同步提取到水相中,實(shí)現(xiàn)油茶和茶皂素的同步提取。因此對水相副產(chǎn)物中茶皂素進(jìn)行提取純化,不但能減少工藝廢水排放帶來的環(huán)境污染,更能有效的對水相進(jìn)行回收再利用,增加經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

膜分離是利用外界能量或者化學(xué)位差為推動(dòng)力,在選擇性透過膜的兩側(cè),根據(jù)物質(zhì)能否透過膜或者透過速率的不同,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離、分級或者濃縮的技術(shù)[14]。對比有機(jī)溶劑浸提法或硅膠柱層析等分離手段,膜分離過程不會改變物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu),不產(chǎn)生相變,具有耗能低,工藝簡單,污染小等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用在食品加工工業(yè)中[15-16]。本研究以乙醇水提法提取油茶籽油過程中產(chǎn)生的水相為原料,利用超濾膜法對茶皂素進(jìn)行分離純化,并探究了超濾膜材料、超濾膜孔徑、pH、料液濃度、后期加水體積等因素對超濾效果的影響,以期能為皂苷類物質(zhì)的膜分離提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

油茶籽 江西綠野軒生物和技術(shù)有限公司提供;茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品(98%),乙醇,氫氧化鈉,鹽酸,香草醛,硫酸,苯酚,硫酸銅,硫酸鉀等均為分析純,乙腈、甲醇、甲酸,均為HPLC級 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

在考核上，智慧課堂可以利用教室的人臉自動(dòng)識別技術(shù)對學(xué)生的面授課出勤情況進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，PC和移動(dòng)終端自動(dòng)記錄學(xué)生的在線學(xué)習(xí)痕跡，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)其參與在線學(xué)習(xí)活動(dòng)的情況，并形成報(bào)表，供教師參考。教師不僅可以準(zhǔn)確了解學(xué)生的出勤情況，還可以通過前后數(shù)據(jù)比對，了解全部學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、能力和習(xí)慣，并可就此動(dòng)態(tài)調(diào)整課程內(nèi)容。

Pellicon切向流超濾系統(tǒng)、蠕動(dòng)泵 美國Millipore公司;改良纖維素超濾膜(截留分子量3、5、10、30 kDa)、聚醚砜超濾膜(截留分子量為10kDa)、pH適用范圍為2～11,溫度適用范圍是4～50 ℃、WK-1000中藥粉碎機(jī) 山東省青州市精誠機(jī)械有限公司;MP-501A超級恒溫循環(huán)槽 上海一恒科技有限公司;LXJ-IIB離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;酶反應(yīng)器 上海華科玻璃制品公司;磁力攪拌器 上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司;UV-1100分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司;DCAT21全自動(dòng)表面張力儀 德國德菲公司。

1.2.4 表面張力的測定 使用DCAT21全自動(dòng)表面張力儀,采用Wilhelmy Plate法測定不同濃度的茶皂素水相的表面張力[19]。

1.2.1 茶皂素水相提取液的工藝流程 油茶籽→粉碎→乙醇水提法提取油茶籽油→離心(離心力3500 g,10 min)→所得水相即為茶皂素水相提取液。

茶皂素的相對分子質(zhì)量僅為1.2 kDa左右,但圖1中3 kDa超濾膜可截留75.67%的茶皂素,并且通量極小。最可能的原因是因?yàn)椴柙硭刈鳛橐环N天然的非離子型表面活性劑,在溶液中通常以膠束化狀態(tài)存在,膠束使得茶皂素分子聚集在一起,體積變大[24],使得超濾過程中濃差極化的現(xiàn)象變嚴(yán)重,透過效果變差。并且,當(dāng)溶液中還存在蛋白質(zhì)、多糖等雜質(zhì)的時(shí)候,膠束在形成過程中還會與一些雜質(zhì)結(jié)合,使得膠束的體積更大,更加劇了超濾過程的難度,使得超濾膜孔徑的選擇必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于茶皂素單分子的相對分子質(zhì)量。這與顧春雷[25]、程文娟[26]等的研究結(jié)果相似,隨著膜孔徑的增加,茶皂素的透過率不斷增加。因此選擇10 kDa的復(fù)合纖維素膜超濾。

1.2.2.1 茶皂素測定 采用香草醛-濃硫酸顯色法測定茶皂素含量[17]。準(zhǔn)確稱取茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品,用80%的乙醇溶液配成1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別吸取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL 加入10 mL具塞試管中,用80%乙醇補(bǔ)充至0.5 mL,冰水浴下加入0.5 mL 8%的香草醛乙醇溶液,再加入4 mL 77%的硫酸溶液,混勻后在60 ℃水浴20 min,冰水浴10 min,在545 nm處測定吸光值。并以茶皂素濃度為橫坐標(biāo),以吸光值為縱坐標(biāo)做茶皂素標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2.3 粗脂肪的測定 索氏抽提法,GB/T 5009.6-2003。

1.2.2.4 總糖的測定 苯酚硫酸法[18]。

1.2.2.5 水分測定 105 ℃烘箱法,GB/T 5009.3-2003。

生物裂解燃油（PBF）與生物柴油同屬于生物質(zhì)有氧燃料，但組分的碳鏈長度及碳鍵特征差異比較明顯，生物柴油組分的碳鏈長度集中在C16 ～ C18，且碳碳雙鍵（不飽和鍵）組分比例較高。而生物裂解燃油的組分碳鏈長度分布更為廣泛，短鏈組分占有較高比重，且不飽和組分明顯較少。石化柴油組分以烷烯烴為主，不含氧元素，分子結(jié)構(gòu)明顯不同于生物燃料。對包括 WME和JME在內(nèi)的大部分生物柴油而言，由于其制備工藝的相似性，所獲得的燃料盡管組分類別及含量有一定差異，但均含有較高比重的不飽和成分，可稱為高不飽和度生物燃料[11]。

（2）對于手工滴定分析與色譜分析存在的差距，從化學(xué)滴定分析的局限性進(jìn)行分析和討論，手工滴定的分析原理為：

圖1 超濾系統(tǒng)示意圖Fig.1 Sketch chart of ultrafiltration system注：1:循環(huán)水浴槽;2:料液器;3:蠕動(dòng)泵;4:進(jìn)口壓力表; 5:超濾膜;6:透過液接收器;7:出口壓力表;8回流液閥。

1.2.3.1 超濾膜孔徑的確定 茶皂素是一種五環(huán)三萜類皂苷,平均分子式為C57H90O26,相對分子質(zhì)量在1200左右,因此選擇截留分子量為3、5、10、30 kDa的改良纖維素復(fù)合膜以及截留分子量為10 kDa的聚醚砜膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將水相溶液稀釋4倍至茶皂素濃度約13.13 mg/mL后,在自然pH下,控制超濾壓力為0.5 MPa,超濾溫度40 ℃,根據(jù)超濾過程中茶皂素透過率、茶皂素純度以及超濾過程的通量來確定最佳的超濾膜孔徑。

1.2.3.2 初始茶皂素濃度的確定 將初始水相提取液分別稀釋2、3、4、5、6倍后,在自然pH下,保持超濾壓力0.5 MPa,控制超濾溫度為40 ℃,過10 kDa超濾膜(膜材料:改良纖維素復(fù)合膜),根據(jù)茶皂素透過率、透過液的純度以及超濾通量的大小確定最佳的初始料液濃度。

由上述可以發(fā)現(xiàn)，在很多情形下，用典論總是與宗經(jīng)與否聯(lián)系在一起的。一般說來，宗經(jīng)派不會簡單否定用典，而是強(qiáng)調(diào)用典的雅正與恰當(dāng)；且其倡揚(yáng)之用典，所指大多還不是詩文等文學(xué)作品。如前述劉勰《文心雕龍·隸事》所謂“緣古證今”“據(jù)事類義”，大多皆為論說類理論文章。其實(shí)就這一點(diǎn)而言，鐘嶸與劉勰并沒有多大區(qū)別，鐘氏亦云“經(jīng)國文符，應(yīng)資博古；撰德駁奏，宜窮往烈”。因此，在吟詠情性的詩文之中，究竟是否應(yīng)該用典，用典與吟詠情性知否構(gòu)成矛盾？才是南朝用典論爭執(zhí)之焦點(diǎn)。

1.2.3.3 超濾過程pH的確定 將水相提取液稀釋4倍至茶皂素濃度約13.13 mg/mL后,調(diào)節(jié)pH分別為4、5、6、7、8、9、10,保持超濾壓力0.5 MPa,控制超濾溫度40 ℃,過10 kDa超濾膜(改良纖維素復(fù)合膜),根據(jù)茶皂素透過率,透過液純度以及超濾通量的大小確定最佳的初始料液濃度。

1.2.3.4 超濾后期加水量的確定 前期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在超濾后期加水會將部分吸附在超濾膜上的茶皂素洗脫下來,增加茶皂素的得率,因此在超濾后期分別加1、2、3、4倍水相體積的水來回收茶皂素,繼續(xù)收集透過液,根據(jù)茶皂素透過率選擇合適的加水量。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

以上是8極電機(jī)定子沖片6拼(重疊數(shù)為2，圓周共12條拼縫)產(chǎn)生軸電流的機(jī)理。如果把扇形片拼數(shù)改為8拼(重疊數(shù)為2，圓周共16條拼縫)，此時(shí)磁通路徑示意圖則如圖3所示。

屋外，雨還在淅淅瀝瀝地下著，透過雨幕可以清晰地看到枝頭綻開的蓓蕾，在雨絲的飛舞中頑強(qiáng)地支撐起綠色的生命。竹韻心想，自己在這淅瀝春雨中已走進(jìn)了陪伴英雄的第九個(gè)春天，這個(gè)春將給她帶來什么呢？

為便于問題的分析，本文進(jìn)行如下形式化描述.計(jì)算資源VMi={Mi1，Mi2，Mi3，…}，其中Mi1，Mi2，Mi3，…分別表示內(nèi)存大小、CPU數(shù)目、運(yùn)行成本、CPU執(zhí)行的指令數(shù)目等.假設(shè)系統(tǒng)中用戶提交的任務(wù)記為TKj={Kj1，Kj2，Kj3，…}，其中Kj1，Kj2，Kj3，…為任務(wù)的多個(gè)屬性，如任務(wù)長度、輸入文件大小、輸出文件大小等.對于第j個(gè)任務(wù)TKj和第i個(gè)資源VMi任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間為TimeCost(TKj→VMi).則一個(gè)完整的云計(jì)算資源調(diào)度方案S，其總完成時(shí)間為

1.2.5 純化后茶皂素紅外光譜的測定 將純化后茶皂素粉末用KBr壓片法壓片,進(jìn)行紅外光譜的測定。在瑪瑙研缽中加入適量茶皂素粉末和KBr,在紅外燈下將其磨成細(xì)粉,在壓片機(jī)中壓成圓形透明的薄片后,在紅外光譜測定儀中測定,波長范圍300～4000 cm-1。

向南就是易非的大弟弟。他在外面晃著，搞攝影，看上去是風(fēng)光無限，微博和空間頻繁更新，不是香車就是美女，再就是美食，可就是沒拿一分錢回家，反倒隔三差五的找媽要。最近在易非的阻止下，他沒找媽要，倒找鄉(xiāng)親們借上了。

1.2.6 LC-MS 測定方法 色譜條件:色譜柱:BEH C18柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm);流動(dòng)相:A:乙腈;B:2%的甲酸水溶液;流速:0.3 mL/min;梯度洗脫:0 min:10% A,90% B;15 min:30% A,70% B;16 min:100% A,0% B;17.1 min:10% A,90% B;20 min 10% A,90% B;紫外檢測器,檢測波長:210 nm;柱溫:室溫。

質(zhì)譜條件:數(shù)據(jù)采用電噴霧負(fù)離子模式(ES-);毛細(xì)管電壓3.0 kV;錐孔電壓:20 V;碰撞能量:20 Volt;質(zhì)譜掃描范圍:m/z 20～2000。

綜上所述，新時(shí)期，小學(xué)語文教師在實(shí)際展開教學(xué)活動(dòng)的過程中，必須對閱讀和寫作之間的聯(lián)系產(chǎn)生深刻認(rèn)知，并從通過閱讀篇章引導(dǎo)學(xué)生展開仿寫與續(xù)寫、通過讀寫結(jié)合提升學(xué)生語文能力、培養(yǎng)學(xué)生閱讀中記錄筆記的習(xí)慣等角度出發(fā)，為提升小學(xué)語文教學(xué)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1.2.7 超濾過程計(jì)算公式

表1 提油水相中各成分含量(w/w)Table 1 Analysis of the ingredient of aqueous phase(w/w)

式(1)

1.2.2.2 粗蛋白測定 凱氏定氮法,GB/T 5009.5-2003。

式(2)

茶皂素的截留率 Pi(%)=(1-Ts)×100

式(3)

1.2.3 超濾膜系統(tǒng)及超濾過程實(shí)驗(yàn)方法 將一定體積的茶皂素水相溶液離心(4000 g,15 min),取上清液過濾后加入料液器中,外連超級恒溫水浴循環(huán)槽保溫。超濾裝置如圖1所示,超濾時(shí)利用蠕動(dòng)泵將料液泵入到超濾裝置中,通過出口閥及進(jìn)料速度調(diào)節(jié)超濾過程的壓力。收集透過液,同時(shí)使截留液流回料液器不斷進(jìn)行循環(huán)。

式(4)

式中:J:膜通量-mL/(m2·min);V:透過液體積-mL;S:膜的有效面積-m2;t:超濾時(shí)間-min;m0:原水相中茶皂素的總質(zhì)量-mg;m1:透過液中茶皂素的總質(zhì)量-mg;M:透過液中的總的固形物含量-mg。

1.3數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)做3次平行,使用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS Statistics 17.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,實(shí)驗(yàn)中顯著性差異為p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1茶皂素水相成分分析

表1為水相中成分含量表。在乙醇水提法提取油茶籽油工藝中使用15% (v/v)乙醇作為提取溶劑,在此過程中茶皂素不斷被提取至水相中,實(shí)現(xiàn)了茶籽油和茶皂素同步提取[20]。因此在表1中可以看出,工藝水相中茶皂素含量達(dá)到5.25% (w/w),茶籽中茶皂素含量為20%～25% (w/w),根據(jù)物料衡算,溶解在水相中的茶皂素占原料茶籽仁中茶皂素總量的80.88%,即茶仁中絕大部分茶皂素都轉(zhuǎn)移到水相中,因此乙醇水提法水相是理想的提取茶皂素的原料。但上述水相除茶皂素外,還有蛋白質(zhì)、多糖、色素等雜質(zhì),使水相色澤較深,茶皂素純度較低,因此需要進(jìn)一步對茶皂素水相進(jìn)行分離純化。

2.2超濾膜孔徑的選擇

因此，人工智能的發(fā)展態(tài)勢是趨向于“與人相同”的，為了讓人工智能能“做人的工作”，人類必然會不斷將本來僅為人類所具有的能力賦予人工智能，并讓人工智能表現(xiàn)得越來越像人。人工智能的這種特性可以稱之為“近人性”。更重要的是，必須看到，這種思想觀念其實(shí)在今天相當(dāng)普遍地存在著，Google Assistant的演示中的那句“Hmm”引起了觀眾的強(qiáng)烈反映，恰恰反映出人類對人工智能的“近人性”的認(rèn)同；而“為何不少研究者對人工智能的研制、普通人對人工智能的想象，都是以人型人工智能為依歸”的問題，也可從中找到部分的解釋。

超濾是利用膜的篩分性質(zhì),以壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力,將不同分子質(zhì)量的溶質(zhì)分離的一種純化方法。超濾膜孔徑越小,被截留的物質(zhì)越多,膜的通量越低,濃差極化現(xiàn)象越嚴(yán)重,膜污染不斷加重[21],因此超濾膜孔徑對于茶皂素的純化非常關(guān)鍵。圖2(A)表示的是不同孔徑和材料的超濾膜的茶皂素透過率和純度,由圖可知,10 kDa聚醚砜膜茶皂素透過率僅為37.33%,而10 kDa復(fù)合纖維素膜透過率為58.59%。說明聚醚砜膜不適用于茶皂素的純化。王旭東[22]曾研究過不同膜材料對超濾過程的影響,認(rèn)為膜的親水性程度和膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)均會影響膜污染的程度。聚醚砜材料本身因其疏水性,使其很容易受污染而通量下降[23],可見,復(fù)合纖維素膜對茶皂素透過效果優(yōu)于聚醚砜膜。在圖2(A)中可知,隨超濾膜孔徑的增加,茶皂素透過率不斷增大,10 kDa時(shí)茶皂素透過率達(dá)到最大為58.59%,圖2(B)中也可以看出，此時(shí)透過液測膜通量明顯高于其他孔徑的膜,30 kDa時(shí)茶皂素透過率與10 kDa時(shí)沒有顯著差異(p>0.05),但由于30 kDa膜孔徑太大,導(dǎo)致大量蛋白質(zhì)、多糖等雜質(zhì)透過,使透過液中茶皂素純度比10 kDa時(shí)顯著下降(p<0.05)。綜合選擇10 kDa改良纖維素復(fù)合膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖2 超濾膜孔徑對茶皂素超濾效果的影響Fig.2 Effect of different membrane aperture on the ultrafiltration of tea saponin注：A:對茶皂素透過率和純度影響;B:對膜通量的影響。 不同字母表示差異顯著(p<0.05),圖3,圖5,圖6同。

1.2.2 成分分析方法

2.3最佳初始茶皂素濃度的選擇

圖3是10 kDa改良纖維素超濾膜對不同濃度(以稀釋后濃度的對數(shù)表示)茶皂素的分離純化效果。隨水相稀釋倍數(shù)增加,茶皂素濃度不斷降低,茶皂素透過率緩慢增加,稀釋4倍即茶皂素濃度約為13.13 mg/mL時(shí),茶皂素透過率達(dá)到最大,為58.59%,繼續(xù)稀釋,茶皂素透過率變化不大,但隨稀釋倍數(shù)增加,小分子的蛋白質(zhì)、糖等雜質(zhì)會不斷透過,使茶皂素純度有明顯降低,因此選擇13.13 mg/mL為初始茶皂素濃度。有研究指出,隨茶皂素濃度的增加,形成的膠束也會不斷變大,先形成球狀膠束,接著會形成棒狀膠團(tuán),濃度更大時(shí)還會形成巨大的層狀膠團(tuán),阻止茶皂素透過[27]。因此,降低茶皂素濃度是減緩膠束形成,增加茶皂素透過率的有效方法。圖4是水相中茶皂素濃度與表面張力的關(guān)系,隨茶皂素濃度的增加,水相溶液的表面張力不斷下降,當(dāng)達(dá)到臨界膠束濃度時(shí),表面張力趨向穩(wěn)定。因此不斷對水相溶液稀釋,茶皂素濃度變小,有利于減慢膠束化狀態(tài),更有利于超濾的進(jìn)行。

圖6反映了地震波在地下傾斜狀礦體模型中傳播狀態(tài)。t=80 ms時(shí)，由于傾斜體自身特征原因，當(dāng)S波到達(dá)傾斜礦體，以一定的傾角入射到介質(zhì)體分界面，P波與S波在遇到分界面處發(fā)生反射、透射以及散射，各種波之間相互疊加。

圖3 水相稀釋倍數(shù)對膜法純化茶皂素效果的影響Fig.3 Effect of different dilution ratios on tea saponin purification by ultrafiltration

圖4 水相中茶皂素的表面張力與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.4 The relation between the concentration of tea saponin and the surface tension

圖5 不同pH的茶皂素水相對膜法純化茶皂素效果的影響Fig.5 Effect of different pH on tea saponin purification by ultrafiltration

2.4超濾過程中pH的選擇

圖5是不同水相pH下的超濾純化效果,發(fā)現(xiàn)總體酸性條件下茶皂素透過率略低于堿性條件下的,而在中性條件pH7時(shí)茶皂素的透過率達(dá)到最大,為64.39%,透過液中茶皂素純度也隨pH增加而增加,并在pH7時(shí),純度達(dá)到70.37%,之后趨向穩(wěn)定。

茶皂素本身pH在5.0～6.5,在稀堿性溶液中溶解性會明顯增大[28],因此水相溶液pH會影響茶皂素溶解度,從而影響超濾效果。有研究報(bào)道,pH還會對膠束的存在產(chǎn)生影響[29]。劉立偉等[30]用原子力顯微鏡分析不同堿濃度下膠束的幾何尺寸,添加少量的堿會使膠束顆粒先變小后變大。所以微堿性環(huán)境中茶皂素透過率會優(yōu)于酸性環(huán)境。但是在堿性條件下蛋白質(zhì)等溶解性也會增強(qiáng),使雜質(zhì)等透過率增加,使得堿性條件下透過液中茶皂素的純度降低,而且堿性較強(qiáng)時(shí),茶皂素會逐漸被水解,結(jié)構(gòu)可能遭到破壞。因此選擇pH7作為最優(yōu)條件進(jìn)行深入的研究。

2.5超濾后期加水量對茶皂素得率的影響

隨著超濾進(jìn)行,料液器中溶液濃度逐漸升高,茶皂素分子膠束化嚴(yán)重,加劇了超濾膜兩側(cè)濃差極化現(xiàn)象,膜通量迅速下降,為了增加茶皂素得率,采用恒容超濾形式在超濾后期加不同體積的水。圖6為超濾后期不同加水量對茶皂素透過率的影響,隨加水量增加,使得料液器中溶液被稀釋,茶皂素在膠束狀態(tài)下解脫出來,有利于增加茶皂素透過率。當(dāng)加3倍初始體積水后,茶皂素透過率從44.88%增加至59.77%,繼續(xù)增大加水量茶皂素透過率無顯著性變化(p>0.05),因此選擇1∶3加水量作為超濾后期加水量的最佳條件。

本報(bào)訊經(jīng)過多年的積累與沉淀，帶著全新的運(yùn)營思路與理念，由e農(nóng)獨(dú)家推出的“國池天然蘇打水”即將在天貓、京東、拼多多、國池在線（公眾號、小程序）全面上線，正式啟動(dòng)了e農(nóng)發(fā)展的雙輪驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略，在e農(nóng)的發(fā)展歷程上又是一個(gè)里程碑性質(zhì)的事件。

圖6 不同加水量對茶皂素透過率的影響Fig.6 Effect of different amount of water for washing membrane on tea saponin purification by ultrafiltration

根據(jù)超濾工藝的優(yōu)化條件將水相稀釋4倍至茶皂素濃度約為13.13 mg/mL時(shí),pH調(diào)節(jié)至7.0后過10 kDa改良纖維素復(fù)合膜,并在后期恒容超濾過程中加3倍體積的水,最終茶皂素透過率可達(dá)64.39%,純度達(dá)84.16%,將純化后的茶皂素產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)性質(zhì)分析。

3 產(chǎn)品分析

圖7為所制得的茶皂素粉末樣品與茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品的紅外光譜圖,它們的主要官能團(tuán)基本相符,且純度較高。

表2 茶皂素的質(zhì)譜分析Table 2 MS analysis of tea saponin

圖7 紅外光譜圖Fig.7 Infrared spectrum注：A:標(biāo)準(zhǔn)品;B:超濾后茶皂素粉末。

將超濾透過液通過LC-MS分析,如圖8為負(fù)離子模式下的液相圖。茶籽中的茶皂素和黃酮類物質(zhì)在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上有一定的相似性,并且由于茶皂素本身結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性,給茶皂素結(jié)構(gòu)鑒定帶來一定難度[31]。黃酮類物質(zhì)的主要紫外吸收集中在240～4000 nm 左右,茶籽中黃酮相對分子量集中在590～750左右,結(jié)合文獻(xiàn)[32-33]報(bào)道,采用210 nm處紫外吸收作為茶皂素檢測波長。茶皂素主要相對分子質(zhì)量在1100～1300之間,結(jié)合質(zhì)譜分析,得出茶皂素各個(gè)單體的出峰時(shí)間集中在9～15 min,表2列出了主要的茶皂素質(zhì)譜分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)油茶籽水相提取液中茶皂素[M-H]-主要集中在1103～1231之間,同時(shí)茶皂素碎片中[M-H]-頻繁出現(xiàn)的504和518等,被認(rèn)為是皂苷元片段,這與已經(jīng)報(bào)道[34-35]中的11種皂苷元的分子量有所差異,但具體結(jié)構(gòu)仍需要進(jìn)一步的分析。

圖8 茶皂素的液相圖Fig.8 Chromatogram of tea saponin

4 結(jié)論

乙醇水提法是新型水媒法提油工藝的一種,是近幾年來迅速發(fā)展的提油新工藝。伴隨新工藝產(chǎn)生的大量水相副產(chǎn)物成為亟待解決的重點(diǎn)。本文就是對乙醇水提法提取油茶籽油后產(chǎn)生水相副產(chǎn)物進(jìn)行回收利用。根據(jù)水相中茶皂素存在特點(diǎn)和狀態(tài),利用超濾手段對茶皂素進(jìn)行分離純化,并優(yōu)化超濾工藝條件:將水相稀釋4倍至茶皂素濃度約13.13 mg/mL,pH調(diào)節(jié)至7.0后過10 kDa改良纖維素復(fù)合膜,并在后期恒容超濾過程中加3倍體積水,最終茶皂素透過率可達(dá)64.39%,純度達(dá)84.16%。純化后的茶皂素與文獻(xiàn)報(bào)道一致,相對分子質(zhì)量集中在1103～1231之間。超濾法純化茶皂素的工藝可與乙醇水提法提油工藝配套生產(chǎn),能夠有效解決水相副產(chǎn)物回收問題,延長油茶產(chǎn)業(yè)鏈,增加生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境價(jià)值。

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Studyonextractionofteasaponinbyultrafiltrationfromtheaqueousphase

GUJiao,YANGRui-jin*,ZHANGWen-bin,ZHAOWei,HUAXiao

(State Key Laboratory of Food Science & Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

This article mainly aimed at the aqueous phase obtained from the extraction of the camellia seed oil with ethanol solution and studied the separation of tea saponin by ultrafiltration method. Material of ultrafiltration membrane,the aperture of the membrane,the initial concentration of tea saponin,the pH of the aqueous phase and the amount of water added in later period of ultrafiltration were studied to explore their effects on the yield and purity of the tea saponin. The results showed that when 10 k membrane of PLCGC material was used and diluting the aqueous phase to 4 times(13.13 mg/mL tea saponin),adjusting the aqueous phase pH as 7.0 and adding 3 times water during later ultrafiltration period,the transmittance ratio and purity could reach 64.39% and 84.16%. Characterize the final purified tea saponin by IR and LC-MS. The result showed the tea saponin was in a high purity and it basically conformed to the features of standard substance. Therefore,ultrafiltration was an effective method to separate the tea saponin from the aqueous phase.

ultrafiltration;separation and purification;aqueous phase;tea sapasion

2017-03-29

顧姣(1991-),女,碩士研究生,研究方向:天然活性成分的提取與利用,E-mail:shiangujiao@163.com。

*

楊瑞金(1964-),男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:食品化學(xué)和食品科學(xué),E-mail:yrj@jiangnan.edu.cn。

國家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目課程(2013AA102103)。

TS229

B

1002-0306(2017)21-0180-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.036