茶皂素的提取历史与现状

茶皂素的提取的历史与现状茶皂素(Teasaponin)又称茶皂苷或茶皂甙，山茶科(Theacease)山茶属(Cameuia)各种植物中含量极其丰富，主要有油茶(Camelliaoleifera)、茶(C.sinensis)、茶梅(C.sasanqua)、尖叶山茶(C.cuspidatd)等。茶皂素是皂素中的一类，是从山茶科植物种子或者其种子经榨油后的产物中提取出来的一种糖甙化合物，广泛存在于各种茶类植物中，其基本结构包括配基、糖体及有机酸。茶皂素属于五环三萜类，此类结构的化合物较多，它们具有β-香树素骨架，也可为齐墩果烷的衍生物，具有多氢蒎五环。茶皂素具有良好的乳化、分散、发泡、湿润等功能，并且具有消炎、镇痛、抗渗透等药理作用。广泛应用于生物农药、医药、洗涤剂、食品添加剂、起泡剂、发泡剂、脱脂剂、分散剂等。近年来，各国对茶皂素提取与应用研究越来越重视，提出各种不同提取方法及工艺且对茶皂素生物功能进行深入研究。本文就目前茶皂素提取方法及其应用研究进展作一综述。一、茶皂素提取研究进展（一）水提法水浸法是较早开发的提取茶皂素的方法，主要是将茶麸破碎用H2O浸出，然后澄清，过滤，浓缩，脱色，再浓缩，脱色后烘干得到粉料。其生产工艺与生产设备简单，但生产水处理量大，常规分离困难，产品纯度低，能耗大，渣处理困难[2]。因此，在此基础上又改进得到多种水提法。1、稀碱液提取法冯志明[3]研究出：茶壳用0.5%氢氧化钠溶液煮沸半小时，冷却后过滤得滤液和残渣。残渣用相同方法再浸提2次，将3次滤液合并得到浸提液.。此法的产率为7%~11%，而用热水浸提产率为5%~9%。2、水提-沉淀法先用热水提取，再过滤，滤液中加入沉淀剂沉淀。此法有3种，一是用絮凝剂沉淀除杂：茶粕∶水=1∶5，水温30～35℃，浸提2h，第二次浸提液用作下一次浸提第一次浸提液。离心，上清液中加入絮凝剂配成的水溶液，加热搅拌至一定温度后，静置。二是用乙醇作为沉淀剂沉淀杂质：刘铁平等探索的水提醇沉法是水提法和有机溶剂法的改进，吸取了两者的优点。水提法杂质多、纯度低、后处理相当困难。有机溶剂法投资大、成本高、工艺复杂。水提醇沉法克服了两者不足之处，并且在茶皂素提取工艺中首次采用壳聚糖复合絮凝剂除杂，取得了较佳效果。三是用丙酮沉淀茶皂素：水提得到的粗皂素5g，再加乙醇10ml，萃取后，再加丙酮25ml，沉淀质量3.55g，茶皂素含量72.4%。3、水提-醇萃法水提-醇萃法是在综合了水提法、有机溶剂法、水提-沉淀法三者优点的基础上，根据茶皂素易溶于热水和乙醇，不溶于冷水的性质，用热水作为浸提剂，而后于浸提液中加入一定比例的絮凝剂Al2(SO4)3，沉淀除杂冷却后，再用质量分数为95%的乙醇转萃提纯的一种方法。用该法生产茶皂素的收率为15%~16%，纯度为95%。而曾韬等采用一种新的提取工艺(一水二醇)法对茶皂素的提取进行了研究，即在水提乙醇萃取的基础上，用正丁醇转萃，制得的茶皂素粗品色泽好、纯度达85%以上。（二）微波辅助提取微波辅助提取是微波和传统的溶剂提取法相结合后形成的一种新的提取方法。由于微波具有很强的穿透力，可以在反应物内外部分同时均匀、迅速地加热，用以提取天然植物有效成分，具有简便、快速、高效的优点。彭游等考察茶皂素的微波光波组合无溶剂提取方法，发现微波光波提取干法不用溶剂，仅用微量的DMF（N,N-二甲基甲酰胺）作为能量传递介质，提取速度是传统提取方法的1800倍以上，成本明显降低。利用高倍荧光显微镜FM、IR等手段对微波提取机理进行初步研究，从微波对植物组织结构的影响上阐明次生代谢产物的微波提取机理。郭辉力等以油茶饼粕为原料，研究了用微波/光波预处理辅助提取茶皂素的方法。经与水浸提法和C2H5OH溶液浸提法进行比较，发现微波/光波预处理辅助提取茶皂素可大大缩短提取时间，且茶皂素的提取率也有一定程度的提高。彭应兵等以茶籽壳为原料，在微波辐射条件下，以C2H5OH为溶剂提取茶皂素，分别考察了C2H5OH浓度、微波功率、固液比和提取时间等对产率的影响。经正交试验优化的工艺条件：C2H5OH浓度50%、微波功率400W、固液比1：3、反应时间8min，所得茶皂素产率可达12.16%。与常规提取法比较，本法提取用时短，产率高。目前微波辅助提取茶皂素是研究热点，也取得了一系列的研究成果。微波提取具有简便、快速、高效的优点。由于目前存在设备的放大，投资成本降低等亟待解决的问题，因此这项技术并未完全进入工业化阶段。（三）超声波提取超声波法是利用超声波的空化效应，强大的压力造成生物细胞壁的破坏，同时超声波产生的振动加强了细胞内物质的释放、扩散及溶解，被浸提的物质在被破碎时生物活性保持不变，同时提高破碎速率和提取率。但是超声波的强大作用力使得大量杂质溶出，影响产品的纯度和后处理，并且高频率的超声波能够使人出现恶心、胸闷等不适反应，影响其在工业化中的利用。李静等采用超声波法提取茶皂素，C2H5OH浓度80％、料液比1∶4、提取温度40℃、超声波功率320W、超声波作用时间60min。茶皂素粗品得率为18.54％，茶皂素含量60.3％。聂芸等以油茶饼为原料，CH3OH为提取剂，采用二次通用旋转组合设计试验，对超声波辅助提取工艺进行优化，在单因素基础上，选定料液比、提取温度和提取时间为试验因素，以茶皂素提取效率为目标建立回归数学模型，通过对试验结果进行方差分析及对数学模型进行优化得到茶皂素的优化提取条件：料液比1∶4（g/mL）、超声温度50℃、超声提取时间57min，茶皂素提取效率达80.89%。（四）超临界超临界CO2萃取技术以液态CO2为溶剂进行提取，是一种不同于传统提取的新工艺。其提取率与提取温度、压力、CO2消耗量等因素有关。超临界流体萃取技术的主要特点是提取率高、产品不含有害物质、无污染。但由于超临界提取设备价格昂贵，生产成本高，目前仍不能进行规模化生产。吕晓玲等研究了CO2超临界流体萃取油茶皂苷的工艺:压力25MPa、温度50℃、体积分数65％C2H5OH为夹带剂，CO2流量25-30L/min，萃取时间3h。在最佳萃取条件下油茶皂苷的收率为15.23％，纯度78.65％。（五）闪式提取朱兴一等[15]研究了闪式提取油茶枯饼中茶皂素的工艺，在单因素试验基础上，选取C2H5OH体积分数、提取时间、液料比3个因素，利用Box-Benhnken中心组合试验和响应面分析法对提取工艺进行优化。结果表明，闪式提取茶皂素的较佳工艺条件：C2H5OH体积分数78%、提取时间40s、液料比20（mL/g）。在此条件下，茶皂素得率为21.09%±0.26%，与模型预测值基本相符。与传统C2H5OH热回流提取方法相比，闪式提取法的提取时间由6h缩短为40s，提取温度由70℃降到20~25℃，该方法是一种较为理想的茶皂素提取方法。二、茶皂素的应用研究进展（一）在日用化工中的应用在日用化学品中，茶皂素可用于配制高档洗发香波，它集洗发、护发、去屑多重功效于一体，并且对皮肤无毒害和致敏问题。此外，茶皂素在防晒消炎润肤膏、洗涤液、婴儿温和洗护用品等产品中也有应用，它具有良好的乳化、发泡、分散、渗透、润滑等活性作用。李运涛等通过从茶籽饼粕中提取茶皂素，将其与NaBO3·4H2O进行复配制取性能良好的洗涤助剂，考察了产品在洗涤剂中的应用效果。与NaBO3·4H2O复配，去污值分别达52.3和36.7。通过实验对比，茶皂素作为一种非离子表面活性剂单独使用，去污能力不具优势，但若和其它表面活性剂复配，去污能力会显著提高。因此，茶皂素今后在洗涤助剂方面开发的重点，是与其它表面活性剂复配。彭游等[9]利用提取的茶皂素开发成洗发香波，对多个配方进行了多方面的性能评价，其中两个配方的多项指标达到或优于国家标准。（二）农药我国很早就有使用茶籽饼防治田间蚜虫、螟虫、飞虱、叶螨等的民间记载。近年来研究发现茶皂素对多种害虫均具有一定的防治效果且作用方式多样。茶皂素对有害生物的活性机制主要是由于粘附性强，对生物体表气门具有堵塞作用，继而窒息死亡。对农药的增效作用机制则是能改善农药的理化性能，提高某些农药在植物叶片表面的沉积量，有助于农药有效成分在虫体和植物体内的渗透。茶皂素还可破坏虫体内解素代谢酶的活性,使某些昆虫具有拒食和影响生长发育的作用。黄继轸等用实验室提取纯化的茶皂素处理菜青虫幼虫，研究证明茶籽皂素对菜青虫兼有胃毒和忌避的作用。王小艺等[在用茶皂素处理菜青虫后发现茶皂素对菜青虫3、4、5龄幼虫均有强烈的拒食作用，作者还用茶皂素处理过斜纹夜蛾4龄幼虫，发现有较强的拒食活性。何晓玲等[采用茶皂素处理8株枯萎病原真菌，发现高质量浓度试药(0.39g/L)的茶皂素对枯萎病原真菌有一定的抑制作用，但是对不同枯萎病原菌具有一定的选择活性。胡美英等申请的发明专利就是利用茶皂素对柑橘青霉病菌、柑橘绿霉病菌、柑橘酸腐病菌等多种水果采后病原菌良好的防治作用将其用于采后水果的防腐保鲜，从而开拓了茶皂素作为生物杀菌剂的新领域。（三）医药TsukamotoS等对茶皂素在酒精吸收及新陈代谢中的作用进行了动物试验，即在鼠服用酒精前1h口服茶皂素，则在服用酒精后的0.15~3h均能降低其血液中的乙醇含量，且能降低肝中的乙醇含量，表明茶皂素是酒精吸收的抑制剂；与此同时，血液中乙醇消失的时间也有所缩短，表明茶皂素又是酒精消化的促进剂。这一试验还显示，小鼠的血液、肝、胃中的乙醛含量也有所降低，尤其是肝脏中乙醇、乙醛含量的降低，意味着茶皂素具有保护肝脏的作用。研究表明，口服0.11~0.15g茶皂素能抑制小鼠对酒精的吸收，有助于防止因过度饮酒而造成的危害。在这方面，日本已开发出含茶皂素的饮料、冰淇淋和药片等专利技术。该项研究也为喝茶醒酒提供了新的证据。文莉等为探讨茶皂素的毒性、刺激性及抑菌作用，将不同质量浓度的茶皂素单次涂抹于家兔背部完整/破损脱毛皮肤上，观察皮肤红斑及水肿情况，取不同质量浓度的茶皂素滴于家兔眼内，观察其刺激性，取适量不同质量浓度的茶皂素涂抹于大鼠背部完整皮肤上，观察毒性反应。采用滤纸片法，测定茶皂素对常见致病菌的抑菌作用。结果表明，质量浓度为40mg/mL的茶皂素对皮肤有轻微的刺激，16mg/mL的茶皂素对眼有轻微刺激，茶皂素无明显毒性作用，茶皂素对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌有较明显的抑制作用，对白色念珠菌有一定的抑制作用，对绿脓杆菌无抑制作用。吴文鹤等探讨茶皂素对高脂血症模型大鼠血液流变学、心肌酶活性的影响。将Wistar大鼠30只随机分为对照组、高脂血症模型组和茶皂素组。根据实验要求，按标准喂养15周后,测定每组动物个体血液流变及心肌酶的变化。结果表明，与对照组比较，模型组动物血清中胆固醇TC、甘油三酯TG、低密度脂蛋白LDL-C升高，高密度脂蛋白HDL-C值明显降低，心肌酶大量释放，血液流变异常明显改变；与模型组比较，茶皂素组动物血清中TC、TG、LDL-C明显降低，HDL-C值升高，心肌酶的释放受到明显抑制，血液黏度、红细胞和血小板聚集能力明显降低。茶皂素具有调节血脂、改善血流状态、保护心肌细胞膜完整性的作用。（四）在水产领域的应用茶皂素具有溶血作用和鱼毒作用，皂甙对动物细胞存在着破坏作用，发生细胞溶血现象。朱全芬等研究发现茶皂素仅对血红细胞(包括有核的鱼血、鸡血、无核的人血等)产生溶血作用，而对白细胞和虾血细胞则没有影响。因此，茶皂素对鱼类有毒性,而对对虾则无毒性作用。茶皂素的溶血机理是皂苷引起含胆固醇的细胞膜的通透性改变所致，起初破坏细胞膜活性，进而导致细胞质外渗，最终使红细胞解体失活。鱼毒作用机理是茶皂素首先破坏鳃组织，然后由鱼鳃的上皮细胞进入微血管,从而引起溶血作用，导致鱼中毒死亡。由于虾鳃是由角质层发育而来，表皮的主要成分是几丁质和蛋白质，与鱼鳃的成分结构截然不同；另外对虾的携氧载体是血蓝素，而鱼血却是血红素，因则茶皂素对虾是没有鱼毒作用。茶皂素作为性能优异的天然鱼毒性活性物质，是一种理想的清池剂，可以清除鱼池、虾池中的敌害鱼类。茶皂素能刺激对虾等甲壳类动物体内分泌激素促进蜕皮，从而有利于对虾的生长