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正文1前言我国是世界油茶产量最高，栽培面积最大，品种最丰富的国家，主要分布在湖南、湖北、广东、广西、福建、江西等省。我国现有油茶面积40000km2，据不完全统计，全国每年产茶籽约650kt，榨油后的茶籽饼在400kt，以上。过去多用作燃料或肥料，也有作废弃物弃掉。据分析，茶籽饼的主要成分为残留茶油5%—8%，茶皂素约10.6%，蛋白质约10.2%[1]。茶皂素本身是一种有多种用途的化工和医药原料。利用茶籽饼提取皂素，原料丰富便宜，既提高了茶籽饼的再利用性，又能得到价值较高的茶皂素，有很好的经济效益。茶皂素是一类齐墩果烷型五环三菇类皂苷化合物，基本结构由三萜皂苷、结构糖、结构酸组成。茶皂素的提取方法有水浸法、水提取—沉淀法、水提—醇萃法、吸附树脂分离法、超声波法和微波辐射法等提取方法。本文通过大量的文献来分析比较各种茶皂素的提取方法来选择最优的提取方法，以利于生产实践的需要，获得以最小的代价获得纯度实用性更高的成品，以及原材料的充分应用。油茶粕中含有10%左右的粗蛋白。具有一定的开发利用价值。但作为饲料，其能值低，营养不平衡。且有一定毒性。利用微生物发酵，可以提高蛋白质的含量，Noltc等人早在1940年代就对柑桔果皮进行了发酵培养研究，但早期主要采用液态培养，一直到1970年代才有人利用固态堆积发酵法，以后对玉米渣、白酒渣、甜菜渣等进行了固态发酵，并取得了一定成果。本文在脱毒的基础上，对油茶饼粕固态发酵的菌种进行了选择，对发酵工艺进行了研究，目的在于为进一步利用油茶饼粕提供科学依据。1.油茶饼粕中茶皂素的理化特性和用途1.1茶皂素的理化特性茶皂素（图1）属于三萜类皂角甙，具有苦辛辣味，刺激鼻腔粘膜引起喷嚏，纯品为白色微细柱状晶体，吸湿性强，对甲基红呈酸性，难溶于无水甲醇、乙醇，不溶于乙醚、丙酮、苯、石油醚等有机溶剂，易溶于含水甲醇、含水乙醇、以及冰醋酸、醋酐、吡啶等。茶皂甙溶液中加入盐酸，酸性时，皂甙就沉淀[2]。熔点：223—224℃。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，他们具有β-香树素骨架，也可为齐墩果烷的衍生物，具有多氢聚五环。茶皂素配基与有机酸的结合形式是配基环上的羰基与有机酸结合，包括与当归酸、醋酸等结合成酯。茶皂素的糖体部分包括葡萄糖醛酸，阿拉伯糖，木糖和半乳糖，它与配基上的羰基则以甙正文2键形式相结合。提纯后的茶皂素是一种无色微细状晶体，分子式C57H90O26，分子量为1032，元素分析值C：59.93%，H：7.09%，水溶液呈茶褐色，无不溶物。1.2茶皂素的用途茶皂素是从山茶科植物的种子中提取的一种糖式化合物，它属皂素类，是一种天然非离子型表面活性剂。经检测，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[3]。茶皂素产品为淡黄色的微细粉末，广泛应用于洗涤，毛纺、针织、医药、日用化工行业等生产[4]。在固体型农药中作为湿润剂和悬浮剂，在乳油型农药中作为增效剂与展着剂，也可直接作为生物药。茶皂素作为农药湿润剂可提高可湿性粉剂的湿润性能和悬浮率(≥75%)，作为一种天然的非离子型表面活性剂，加入到农药中使用，明显改善农药药液的理化性质，提高药剂在靶标上有效积量，使之有助于农药药效的充分发挥，因此，使用效果可得到提高[7]。作为农药湿润剂突出优点是湿润速度快，分散性能强，pH5.5-6.5，中性偏酸，不会引起农药分解，有利于农药的贮存。这些都是合成表面活性剂所无法与之相比的。目前，茶皂素已广泛用于多效唑、异丙威、乙磷铝、三环唑等农药的湿润剂。茶皂素是水剂或可溶性粉剂农药的优良助剂，能改善农药的物理性能，提高药液在生物或植物体表的附着力，起到对农药的增效作用[5,6]。茶皂素能自动降解，无正文3毒害，它在分离过程中，不会对农药的化学性能产生影响，有利于农药的贮存。茶皂素已大量用于除草剂草甘膦、杀虫剂杀虫双上，特别是用在草甘膦上，充分发挥了草甘膦的优良性能，提高其在植物上的附着力和吸湿性，提高药液的渗透力，而且由于茶皂素的良好生物活性，还能提高草甘膦的生物活性。茶皂素由于有良好的生物活性，与杀虫单、马拉硫磷、灭多威、功夫菊酯、尼索朗、速螨酮、烟碱、乐果、鱼藤酮混配分别对防治菜缢管蚜、小菜蛾、柑桔全爪螨等，有明显的增效作用。茶皂素对菜青虫具有一定胃毒和较强的忌避作用，且浓度越高，忌避越强，对防治菜青虫危害包心菜有一定效果。在园林花卉上用作杀虫剂防治地下害虫，如地老虎、线虫等害虫。还对危害水稻的福寿螺和蜗牛、钉螺等均有良好的毒杀效果。2.油茶饼粕中茶皂素的各种提取方法2.1水提法我国在20世纪50年代就有人开始水提法的研究，传统的水提法基本工艺:茶饼粕用6号汽油溶剂脱脂后，用热水浸泡得浸提液，分离除去粗渣，加入沉淀剂除去细渣，真空蒸发浓缩浸提液，得液体茶皂素，喷雾干燥可得粉末状茶皂素[10]。长时间热水浸泡使得茶皂素水解变质，大量杂质溶解，还会使淀粉糊化、蛋白质胶体化，造成杂质分离困难，因此所得茶皂素纯度低、水溶性杂质多，颜色呈深褐色。真空蒸发浓缩水溶剂不仅难度大，而且能耗高。水提法简单实用，设备投资少，但从目前来看，依然没有实现水提法生产茶皂素产品的工业化。通过设定不同的条件来提高提取茶皂素的提取效率，可以通过如下两个实例研究如何提高水提法的效率。实例1：称取脱脂的油茶籽饼粕6kg，经粉碎机粉碎后，用化学处理法抑制茶粕粉中水解酶的活性;用55℃自来水12kg浸泡1.5h;用三足式离心机分离固液相后，再将残渣按上述方法浸泡1次，总共得滤液22.4kg；使滤液通过5000r/min的高速离心分离机，经10min后得轻相和重相;将重相经过压滤机，并将滤液汇兑入轻相，总共得澄清的提取液21.6kg，滤渣0.8kg[8]。纳滤膜的活性膜层为磺化聚砜，截留分子质量1000，膜面积2m2，进口压力为0.5MPa，经1h纳滤分离后得到浓缩物2.5kg，纳滤液19.1kg，浓缩物中干物质为22.4%。喷雾干燥后得到含量为85.3%的茶皂素0.56kg。纳滤法可以使提取液由21.6kg，浓缩到为2.5kg，得到的浓缩液最后可直接进行喷雾干燥。整个过程茶皂素损失率为27.7%。正文4实例2：称取油茶籽饼粕10kg，经粉碎机粉碎后，用化学处理法抑制、消除茶粕粉中水解酶的活性，用60℃自来水20kg浸泡2.0h；用三足式离心机分离固液相后，再将残渣按上述方法浸泡1次，总共得滤液36.8kg；使滤液通过5000r/min的高速离心分离机，经17min后得到轻相和重相；将重相经过压滤机，将滤液汇兑入轻相，总共得澄清的提取液35.6kg，滤渣1.2kg。纳滤膜的活性膜层为磺化聚砜，截留分子质量1000，膜面积2m2；进口压力为0.4Mpa，经2h纳滤分离后得到浓缩物4.2kg，纳滤液31.4kg，浓缩物中干物质为21.8%。喷雾干燥后得到含量为82.1%的茶皂素0.92kg。纳滤法使提取液体积由35.6kg变为4.2kg，得到的浓缩液最后可直接进行喷雾干燥。整个过程茶皂素损失率为31.8%。从2个实例来看:本研究提出的新工艺工艺过程简单、设备投资和生产成本低、能耗少，所得茶皂素产品纯度达80%以上，呈淡黄色，茶皂素得率为70%，完全适合于工业化生产。2.2乙醇提取法2.2.1工艺流程与提取方法用茶籽为原料提取高纯度茶皂素的关键之一是尽量除去茶油。为此我们设计了两步法去油，即在原料预处理时通过加入适量丙酮提出绝大部分茶油，再将乙醇提取的浓缩液与丙酮混合以除掉残留茶油及有色物质[9]。2.2.2提取工艺称取压碎的茶籽40g，置于250ml磨口三颈烧瓶中，加入200ml丙酮，搅拌回流，浸提2小时，冷却后过滤。残渣用相同方法再浸提一次。将浸提液蒸馏回收丙酮，同时得到浅黄色的茶油。将上述所得的残渣放入干燥箱中干燥过夜，置于洁净的标准磨口三颈烧瓶中，加入300ml无水乙醇，搅拌加热回流3小时，迅速趁热过滤，并用50ml沸腾的无水乙醇分两次洗涤残渣，最后得到浸提液500ml左右[2]。将上步滤液浓缩至20ml左右，回收乙醇并用氧化钙处理，以作为下步提取剂。然后加入30ml丙酮，温热搅拌一段时间后过滤、洗涤。将上述所得的滤渣转移到真空干燥箱中，50℃干燥12小时左右，称重，得产品茶皂素。2.2.3结果与讨论为了准确测定原料茶籽及产品中茶皂素含量，采用文献的分析方法[9]。将丙酮充分除油后的茶籽粉用500ml乙醇分5次浸提各2h，合并滤液后制得粗产品。将充分干燥后的粗产品进行索氏提取得纯茶皂素。分析结果见表1。正文5表1原料茶籽中茶皂素含量测定实验编号茶籽用量/g茶枯质量/g皂素质量/g皂素含量/%平均含量/%140.022.14.5611.411.3240.021.94.4511.1340.022.44.5111.3取任意一份浸提残渣再加入50ml无水乙醇回流3h，得粗产品0.2g左右，说明五次浸提基本已将茶皂素提完，损失不超过0.5%。这与文献报道值是基本吻合的[4，5]。按照前述提取步骤，选择不同质量浓度的乙醇作溶剂，考察其对产品收率和纯度的影响得到表2结果。实验发现，乙醇浓度低时，提取液浓缩困难且起泡现象严重，而无水乙醇作溶剂时对产品收率和纯度均有明显的优势。表2乙醇浓度对产品收率和纯度的影响茶籽用量/g乙醇用量/ml乙醇浓度/%产量/g收率/%纯度/%30.0250501.966.561.330.0250902.267.579.530.0250952.568.580.230.025099.72.889.481.2通过改变溶剂用量探讨原料茶籽与溶剂的合理配比的结果(表3)可以看出，从产品收率、纯度及经济因素等综合考虑，当原料茶籽为40g时选取无水乙醇在300ml左右比较适宜。表3提取剂乙醇用量对产品收率和纯度的影响茶籽用量/g乙醇用量/ml产量/g收率/%纯度/%40.01002.857.178.140.02003.318.378.740.03003.889.780.140.04003.909.880.340.05004.0310.181.7回流时间的长短将直接影响产品的收率，为此我们研究了不同回流时间对产品收率和纯度的影响得到表4的结果。显然，从总体上说回流时间愈长收率愈高，但在回流时正文6间超过3h后收率增长趋缓[17]。因此，从工艺上考虑以回流时间为3h比较合适。另外，根据文献[6，7]报道初步进行了皂素沉淀剂的选择实验。由于在本实验情况下必须选择即能很好地沉淀皂素同时又能除掉残油的有机溶剂，且该溶剂还能与乙醇能较方便分离，因此实验中考察了乙醚和丙酮作为沉淀剂对产品沉淀的影响得到表5的结果，初步认为丙酮较佳。表4回流时间对产品收率的影响茶籽用量/g乙醇用量/ml回流时间/h产量/g收率/%40.03001.03.258.140.03002.03.488.740.03003.03.889.740.03004.03.929.840.03005.03.939.8表5不同沉淀剂对产品纯度的影响沉淀剂沉淀状况分离难易产品颜色沉淀剂损失产量损失乙醚颗粒较细难浅黄2.0%74.2%丙酮颗粒较大易灰白1.0%80.5%无沉淀剂呈絮状难黄0.0%70.0%2.3超声波提取法2.3.1实验材料脱壳油茶饼粕：采用脱壳制油工艺获得。无水乙醇、丙酮、浓盐酸等均为分析纯。主要实验仪器有超声波细胞粉碎机、旋转蒸发仪、大功率电动搅拌器、调温恒温电热套。2.3.2实验方法实验流程：油茶饼粕→粉碎→超声波提取→过滤→干燥→茶皂素。称取100g脱壳茶籽饼粕，粉碎过20目筛，然后浸泡于一定体积的乙醇溶液中，搅拌均匀后装入合适的容器中，将容器固定于反应架上，启动超声波细胞粉碎机，并设置不同提取时间、乙醇浓度、料液比、超声功率及提取液温度等参数，进行提取，浸提完毕后，进行分离过滤，所得滤液用旋转蒸发仪浓缩并干燥得茶皂素，称重，测定油茶皂素的含量以及提取率。定量分析方法油茶饼粕中的茶皂素测定采用重量法[9]，油茶皂素的提取率(%)=(提取正文7所得茶皂素量/原饼粕中茶皂素含量)×100%。2.3.3结