茶树花中茶多酚和茶皂素综合提取技术研究

Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术 2012年第11期 茶树花[Camellia sinensis（L.）O.kuntze]是茶树的 生殖器官[1]。长期以来，人们研究的重点一直是茶树 的叶，忽视了对茶树花的利用，造成茶树资源的浪 费。研究明，茶树花中含有蛋白质、茶多酚、茶多 糖、茶皂素、黄酮类、氨基酸和生物碱等多种生物活 性物质[2-5]。茶皂素是一种天然的表面活性剂，可应用 于化工、医药和农药等许多领域，一般从茶籽饼粕中 提取，茶树花可作为茶皂素生产的新资源。茶多酚具 有很强的生物活性，具有抗氧化、降血糖和降血脂等 多种功效[6-7]。从茶树花中提取茶多酚和茶皂素等有 效成分，可提高对茶树的综合利用率[8-11]。目前关于 茶多酚和茶皂素提取研究的报道较多[12-13]，为了提高 茶树花中这两种活性成分的综合利用率，本文以乙醇 为提取液，并采用超声辅助浸提的研究同时提取 茶树花中茶多酚和茶皂素的最佳工艺。 1 材料与方法 1.1 材料与设备 茶树花 采自安徽农业大学茶场，鲜花摊放10h 后800W微波杀青2min，在60℃烘箱中烘至含水率为 5.5%，粉碎40目备用。 NN-S672SF微波炉 上海松下微波炉有限公 司；DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒 科技有限公司；JFSD-100粉碎机 上海嘉定粮油仪 器有限公司；7200可见分光光度计 尤尼柯（上海）仪 器厂。 1.2 实验方法 1.2.1 供试液的制备 称取0.5g粉碎的茶树花样品， 以乙醇水溶液为提取液提取，然后过滤定容到50mL 容量瓶中，吸取5mL定容到25mL，即为供试液。 1.2.2 工艺流程 茶树花→干燥→粉碎→超声浸提→过滤 （定容→→→） 茶多酚测定 PVPP处理→茶皂素测→ 定 收稿日期：2011－11－07 * 通讯联系人 作者简介：卢雯静（1986-），女，硕士研究生，研究方向：茶叶加工。 基金项目：农业部现代农业产业体系（农科教发[2008]10号项目）。 茶树花中茶多酚和茶皂素 综合提取技术研究 卢雯静，宁井铭*，方世辉*，江 山，韦 欢 （安徽农业大学，教育部，农业部茶叶生物化学与生物技术重点实验室，安徽合肥 230036） 摘 要：为了实现对茶树的综合利用，以茶树的花为实验材料，在单因素实验的基础上，采用正交实验方法对茶树花 中茶多酚和茶皂素的综合提取工艺进行优化。 分析了浸提时间、料液比、浸提温度、乙醇浓度和超声波功率对浸出率 的影响。 结果表明，乙醇浓度70%，超声波功率350W，浸提温度60℃，浸提时间10min，料液比1∶30g/mL时，茶多酚和茶 皂素的综合得率最高，分别达到了28.38%和23.69%。 关键词：茶树花，茶皂素，茶多酚，提取 Study on comprehensive extraction of tea polyphenol and tea saponin from tea flowers LU Wen-jing，NING Jing-ming*，FANG Shi-hui*，JIANG Shan，WEI Huan （Key Lab of Tea Biochemistry ＆Biotechnology，Ministry of Education and Ministry of Agriculture， Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China） Abstract：In order to accomplish the comprehensive utilization of tea trees，tea flowers were selected as material， the orthogonal experiments was conducted to optimize the technological parameters of the comprehensive extraction of polyphenols and tea saponins from tea flowers，based on the single factor experiments. By means of orthogonal test，the effects of extracting factors including extraction time，ratio of solid to solution，extraction temperature，ethanol concentration and ultrasonic power were investigated.The results showed that the optimum factors affecting extraction yields of tea polyphenol and tea saponin were as follows：70% ethanol concentration， 350W ultrasonic power，60℃ extraction temperature，1∶30g/mL ratio of solid to solution for 10min extraction time. Under the above mentioned conditions，the highest extraction rate was obtained，the yields of tea polyphenol and tea saponin was up to 28.38% and 23.69%. Key words：tea flowers；tea saponin；tea polyphenol；extraction 中图分类号：TS201.1 文献标识码：B 文 章 编 号：1002-0306（2012）11-0296-05 296 工 艺 技 术 Vol . 33 , No . 11 , 2012 2012年第11期 1.2.3 茶多酚及茶皂素得率的计算 茶多酚得率（%）=（茶多酚含量/茶树花干重）×100； 茶皂素得率（%）=（茶皂素含量/茶树花干重）×100。 茶多酚含量的测定：酒石酸亚铁比色法 [14]（GB/ T8313-2002）；茶皂素含量的测定：香草醛-硫酸法[15]。 1.2.4 PVPP法减少对茶皂素检测的干扰 由于茶 树花浸提液中含大量的多酚类物质影响香草醛-硫 酸法测定含量，所以实验采用聚乙烯聚吡咯烷酮 （Polyvinyl polypyrrolidone，简称PVPP）[16]，来吸附多酚 类物质，减少干扰。易国斌等[17]人研究表明，PVPP可 吸附茶汤中的多酚类物质，减少对茶皂素检测的影响。 本实验分别设置了浓度梯度为：0、0.2、1.0、2.0、3.0、4.0、 5.0、6.0g/L及时间梯度为0、1、5、10、30、60、1440min来 研究PVPP对茶树花浸提液中茶皂素测定去干扰的 影响，并通过PVPP对茶皂素标准品的处理实验研究 PVPP是否对茶皂素有吸附作用。 1.2.5 实验设计 以粉碎的茶树花为实验原 料，从乙醇浓度、浸提温度、料液比、超声波功率、浸 提时间五个因素，以茶皂素和茶多酚的提取率为指标 进行单因素实验（表1）。 2 结果与分析 2.1 PVPP抗干扰结果 研究结果表明，PVPP对多酚类有吸附作用，但 不吸附茶皂素。随着PVPP用量的增加，它对茶树花 浸提液中多酚类吸附能力在不断增强，当PVPP用量 为4.0g/L时，茶皂素得率的测定值趋于稳定，达到最 大的去杂效果（图1）。 从图2可知，随着PVPP作用时间的延长，茶树花 浸提液中多酚类物质不断被吸附，比色法测定的茶皂 素得率也在不断地接近真实值，作用1min后基本趋于 稳定，考虑到尽可能地减少这两类物质对茶皂素检测 的影响，实验最终选用4.0g/L的PVPP处理5min，以除 去供试液中多酚类物质对香草醛-硫酸法测定茶皂 素的影响。同时，用相同的PVPP处理茶皂素标准品， 发现PVPP对茶皂素本身没有吸附作用。 2.2 单因素浸提效果的分析 2.2.1 乙醇浓度对茶多酚和茶皂素得率的影响 由 图3可知，随着乙醇浓度的不断增加，茶多酚和茶皂 素的得率也在不断地变化。当乙醇的浓度从0%到 60%，两者的得率增长幅度最大，60%～80%变化幅度 不明显，以后随着乙醇浓度的增加茶多酚和茶皂素的 得率呈现逐渐减少的趋势，多酚类具有较强的水溶 性，因此乙醇浓度太高不利于多酚浸提，而茶皂素易 溶于含水的乙醇，但难溶于无水乙醇，同时随着乙醇 浓度的增加，也加快了蛋白质、可溶性糖等杂质的凝 固，因而得率降低。 2.2.2 浸提温度和料液比对茶多酚和茶皂素得率的 影响 从图4可以看出，随着浸提温度的升高，茶多 酚和茶皂素的得率也在不断地变化，浸提温度在40～ 50℃之间，茶皂素和茶多酚的得率逐渐增加，50～70℃ 较为平稳，当温度达到70℃时，得率在减少，刘晶晶[18] 等人研究证明茶皂素在80℃以上会分解，使得茶皂素 得率降低；同时对于醇水溶液浸提茶多酚，随着温度 地升高，增大了传质速率，从而得率增大，但是当温 度升高到80℃以后，由于氧化加快，使得茶多酚得率 降低[19]。 当料液比由1∶10g/mL增加到1∶20g/mL时，茶多酚 和茶皂素得率均快速增加，以后随着料液比的增加， 浸提因素 水平 浸提条件 乙醇浓度 （%） 0、20、40、60、 80、100 浸提温度60℃、料液比1∶20g/mL、 超声功率300W、浸提20min 浸提温度 （℃） 40、50、60、70、 80 乙醇浓度60%、料液比1∶20g/mL、 超声功率300W、浸提20min 料液比 （g/mL） 1∶10、1∶20、1∶30、 1∶40、1∶50 乙醇浓度60%、浸提温度60℃、 超声功率300W、浸提20min 超声波 功率（W） 0、200、300、 400、500 乙醇浓度60%、浸提温度60℃、 料液比1∶20g/mL、浸提20min 浸提时间 （min） 5、20、40、60、 80、100 乙醇浓度60%、浸提温度60℃、 料液比1∶20g/mL、超声波功率300W 表1 单因素浸提实验设计 Table 1 Design of single factor test for extracting 50 40 30 20 10 0 茶 皂 素 得 率 （ %） 图1 PVPP的用量对茶树花浸提液中茶皂素测定的影响 Fig.1 Effect of amount of PVPP on tea saponin assay from tea flower infusion PVPP量（g/L） 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 50 40 30 20 10 0 茶 皂 素 得 率 （ %） 图2 PVPP的处理时间对茶树花中茶皂素测定的影响 Fig.2 Effect of handing time of PVPP on tea saponin assay from tea flower infusion PVPP处理时间（min） 0 1 5 10 30 60 1440 30 25 20 15 10 5 0 得 率 （ %） 图3 乙醇浓度对茶多酚和茶皂素得率的影响 Fig.3 Effect of ethanol concentration on the yield of tea polyphenol and tea saponin 乙醇浓度（%） 0 20 40 60 80 100 茶皂素 茶多酚 297 Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术 2012年第11期 得率趋于稳定（图5）。 2.2.3 超声波功率和浸提时间对茶多酚和茶皂素得 率的影响 由图6可知，随着超声波功率的增大，茶多 酚和茶皂素的得率也缓慢增加，当超声波功率增加到 300W后，得率基本处于稳定的水平，不再增加。适当 地提高超声波功率可以提升产物的得率，但过高的 功率不仅能耗大，而且对于提高浸提得率的优势并不 明显，可能在一定的浸提时间中较大功率的超声波会 分解茶多酚和茶皂素。朱德文[20]等人的研究也表明， 短时间的浸提中，茶多酚的得率会随着超声波功率 的增强而提高，但在15min后，提高超声波功率，茶多 酚的得率增加并不明显，并且还有下降的趋势。 在超声波辅助下，茶多酚和茶皂素的得率随着浸 提时间的延长先增加后趋于平稳，并且整个变化趋势 不是很明显，表明超声波浸提是一种效率较高的浸提 方式，很快能达到最大浸提效果（图7）。 2.3 正交实验结果分析 根据单因素实验的结果，设计正交实验如表2 所示。 根据表2的实验设计，正交实验结果如表3所示。 从表3可知，茶皂素的最佳浸提工艺为A3B3C1D3E1， 根据极差R值的大小，得出影响茶皂素得率的因素依 次为A>D>B>E>C。茶多酚的最佳浸提工艺为 A3B3C3D3E3，由极差R值的大小，得出影响茶多酚得率 的因素依次为A>B>D>E>C。 由表4的方差分析结果可知，A、B和D因素对实 验中茶皂素和茶多酚的得率都有极显著的影响；C因 素对茶皂素得率影响不显著，对茶多酚的得率有极显 著影响，为了综合提高两者的浸提效率，实验选择C3； E因素对茶皂素得率有显著影响，对茶多酚得率有极 显著影响，在节约能源的条件下，结合浸提时间的单 因素实验，最终选择E2。因此，在综合分析下，选择 A3B3C3D3E2为最佳综合浸提条件，即乙醇浓度为70%， 浸提温度为60℃，料液比为1∶30g/mL，超声波功率为 350W，浸提时间为10min。 2.4 验证实验结果 以正交实验结果得出最佳浸提工艺为浸提条 件，进行三组平行验证实验并取平均值，结果如表5， 茶皂素得率为23.69%，茶多酚得率为28.38%，表明该 工艺条件稳定可行。 3 结论 采用PVPP法去除多酚类物质对茶皂素检测的 影响起到了较好的效果，用4.0g/L的PVPP处理茶汤 5min能够达到较好的效果。 实验通过超声辅助浸提的方式对茶树花中茶皂 素和茶多酚的浸提工艺进行优化，得出最佳的提取工 艺为乙醇浓度为70%，浸提温度为60℃，料液比为 1∶30g/mL，超声波功率为350W，浸提时间为10min。并 且乙醇可以回收利用，不仅节省了资源，还提高了茶 29 27 25 23 21 19 17 15 得 率 （ %） 图4 浸提温度对茶多酚和茶皂素得率的影响 Fig.4 Effect of extraction temperature on the yield of tea polyphenol and tea saponin 浸提温度（℃） 40 50 60 70 80 茶皂素 茶多酚 31 29 27 25 23 21 19 17 15 得 率 （ %） 图5 料液比对茶多酚和茶皂素得率的影响 Fig.5 Effect of ratio of solid to solution on the yield of tea polyphenol and tea saponin 料液比（g/mL） 1∶10 1∶20 1∶30 1∶40 1∶50 茶皂素 茶多酚 29 27 25 23 21 19 17 15 得 率 （ %） 图6 超声波功率对茶多酚和茶皂素得率的影响 Fig.6 Effect of ultrasonic power on the yield of tea polyphenol and tea saponin 超声波功率（W） 0 100 200 300 400 500 茶皂素 茶多酚 29 27 25 23 21 19 17 15 得 率 （ %） 图7 浸提时间对茶多酚和茶皂素得率的影响 Fig.7 Effect of extraction time on the yield of tea polyphenol and tea saponin 浸提时间（min） 0 20 40 60 80 100 茶皂素 茶多酚 水平 因素 A 乙醇浓度 （%） B 浸提温度 （℃） C 料液比 （g·mL-1） D 超声波功率 （W） E 浸提时间 （min） 1 50 40 1∶10 250 5 2 60 50 1∶20 300 10 3 70 60 1∶30 350 20 4 80 70 1∶40 400 30 表2 正交实验设计 Table 2 Design of orthogonal test 298 工 艺 技 术 Vol . 33 , No . 11 , 2012 2012年第11期 树花的浸提效果。 实验为茶树花的资源开发和综合利用提供了实 验依据，对于拓展茶产业链、增加茶产品的附加值具 有重要意义。 参考文献 [1] 黄阿根，董瑞建，韦红. 茶树花活性成分的分析与鉴定[J]. 食 品科学，2007，28（7）：400-403. 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[11] 李肇奖，吕晓玲，姚秀玲，等. 油茶总皂苷提取工艺优化[J]. 实验号 A B C D E 茶皂素（%） 茶多酚（%） 1 1 1 1 1 1 14.93 20.95 2 1 2 2 2 2 15.41 22.10 3 1 3 3 3 3 15.88 23.17 4 1 4 4 4 4 13.51 16.76 5 2 1 2 3 4 18.45 27.04 6 2 2 1 4 3 18.02 25.82 7 2 3 4 1 2 19.27 27.35 8 2 4 3 2 1 18.28 25.80 9 3 1 3 4 2 19.79 26.41 10 3 2 4 3 1 21.96 27.36 11 3 3 1 2 4 21.81 26.18 12 3 4 2 1 3 20.97 26.13 13 4 1 4 2 3 20.26 26.54 14 4 2 3 1 4 20.23 25.90 15 4 3 2 4 1 20.21 25.59 16 4 4 1 3 2 20.69 24.28 K1（皂素） 14.9317 18.3550 18.8608 18.8500 18.8450 K2（皂素） 18.5042 18.9025 18.7600 18.9375 18.7875 K3（皂素） 21.1308 19.2917 18.5425 19.2417 18.7817 K4（皂素） 20.3458 18.3633 18.7492 17.8833 18.4983 R 6.1992 0.9367 0.3183 1.3583 0.3467 K1（多酚） 20.7450 25.2358 24.3075 25.0800 24.9242 K2（多酚） 26.5025 25.2950 25.2167 25.1567 25.0358 K3（多酚） 26.5183 25.5725 25.3200 25.4633 25.4150 K4（多酚） 25.5800 23.2425 24.5017 23.6458 23.9708 R 5.7733 2.3300 1.0125 1.8175 1.4442 表3 正交实验结果 Table 3 Results of orthogonal test 变异来源 平方和 自由度 均方 F值 p-值 茶皂素 A 274.2389 3 91.4130 1167.4710 0.0001 B 7.4434 3 2.4811 31.6874 0.0001 C 0.6423 3 0.2141 2.7345 0.0598 D 12.4331 3 4.1444 52.9292 0.0001 E 0.8743 3 0.2914 3.7219 0.0211 误差 2.5056 32 0.0783 茶多酚 A 274.7674 3 91.5891 2176.1600 0.0001 B 41.4267 3 13.8089 328.0994 0.0001 C 9.2430 3 3.0810 73.2049 0.0001 D 23.6689 3 7.8896 187.4577 0.0001 E 13.5775 3 4.5258 107.5341 0.0001 误差 1.3468 32 0.0421 表4 方差分析结果 Table 4 Results of variance analysis 实验号 1 2 3 平均值 茶多酚浸出率（%） 28.34 28.45 28.34 28.38 茶皂素浸出率（%） 23.77 23.77 23.53 23.69 表5 验证实验结果 Table 5 Results of verify test （下转第317页） 299 食品添加剂 Vol . 33 , No . 11 , 2012 2012年第11期 这可能是因为D-半乳糖到D-塔格糖的异构反应虽 然在较高温度下会向生成D-塔格糖的方向转移，但 是酶在较高的温度下稳定性较差，而且温度越高，硼 酸对酶的影响也越大。 2.1.4 不同加酶量对转化率的影响 从图4可以看 出，加酶量0.39U/mL为最适加酶量，再增加酶量，转 化率没有明显的增加，说明酶与底物已经基本饱和， 多余的酶分子无法与底物结合。在两种反应体系中 该趋势相似，最适加酶量都为0.39U/mL，也说明适量 的硼酸对酶的催化活性影响不大。反应16h后，没有 添加硼酸的反应体系中D-半乳糖的转化率只有 27%，有硼酸的体系转化率接近50%，说明硼酸的加 入有效地提高了底物转化率。 3 结论 本文研究了将硼酸加入到L-阿拉伯糖异构酶反 应体系中后，对D-半乳糖转化成D-塔格糖的影响，研 究得到最佳的反应条件为pH9.0，温度65℃，硼酸离子 与半乳糖的摩尔比1∶2，加酶量为0.39U/mL，当底物浓 度为90g/L时，在该最适条件下反应16h后，D-半乳糖 的转化率由27%提高到50%，说明硼酸对塔格糖的生 成有很大的促进作用，有应用于工业化生产的潜力。 参考文献 [1] Levin GV. 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