前言

茶皂素是從油籽茶餅中提取出的產(chǎn)品，它是一種天然優(yōu)良的非離子型表面活性劑。

具有乳化、發(fā)泡、潤(rùn)濕等性能，能夠被加工成許多種類的高附加值產(chǎn)品，但是當(dāng)前生產(chǎn)出的茶皂素存在純度低、色澤差等問(wèn)題。

導(dǎo)致茶皂素的用途受到一定的限制，本文介紹了茶皂素的結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)性質(zhì)。

詳細(xì)的綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)茶皂素的提取方法，介紹了水提法、有機(jī)溶劑法、輔助法等提取技術(shù)的研究進(jìn)展。

重點(diǎn)闡述了不同提取方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

同時(shí)分析介紹了茶皂素在紡織業(yè)、農(nóng)業(yè)、建材業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用新進(jìn)展。

指出深入研究茶皂素在不同領(lǐng)域的作用機(jī)理具有重要的意義。

最后探討了今后茶皂素提取方法的研究方向，同時(shí)指出了茶皂素未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，為茶餅資源開(kāi)發(fā)利用提供了科學(xué)性指導(dǎo)。

茶皂素的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)

茶皂素又稱茶皂甙，其基本結(jié)構(gòu)是由有機(jī)酸糖體和配基組成的，屬于五環(huán)三類皂類，其甙元是B-香樹(shù)素的衍生物。

目前已經(jīng)鑒定出了茶葉皂素的4種元，茶籽皂素的7種甙元。其中有機(jī)酸主要有肉桂酸、當(dāng)歸酸、乙酸等。糖體主要有木糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖醛酸等。

茶皂素是一種混合物，但是它具有皂甙的通性，具有苦味和辛辣，茶皂素的理化性質(zhì)見(jiàn)表1和表2。

國(guó)內(nèi)對(duì)茶皂素的提取從20世紀(jì)50代開(kāi)始研究，當(dāng)時(shí)提取的茶皂素普遍存在純度低、色澤深、質(zhì)量差等問(wèn)題.

直到80年代才有較大的突破，并且開(kāi)始投入實(shí)際生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展，對(duì)于茶皂素的提取工藝已經(jīng)有了較深認(rèn)識(shí).

目前主要有水提取法和有機(jī)溶劑法以及一些其他新型提取工藝.

國(guó)內(nèi)最早采用熱水提取茶皂素，主要是利用茶皂素在熱水中能夠溶解的性質(zhì)。

熱水提取茶皂素的工藝相對(duì)于有機(jī)溶劑提取簡(jiǎn)單，水資源獲取方便，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理便可以用來(lái)使用，并且水可以循環(huán)使用，節(jié)約成本，水提工藝對(duì)環(huán)境污染小，生產(chǎn)成本低。

但是用熱水提取茶皂素也存在以下的不足之處:熱水處理量大，長(zhǎng)時(shí)間熱水提取還會(huì)把蛋白、多糖淀粉、單寧、殘余油脂等都溶解于熱水當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)淀粉糊化，蛋白質(zhì)膠體化等問(wèn)題。

大量的雜質(zhì)使得產(chǎn)品分離困難，后續(xù)處理復(fù)雜，并且在后續(xù)過(guò)程中皂素液濃縮困難，大大提高了能耗。

得到的茶皂素產(chǎn)品也存在純度低、質(zhì)量差、色澤深等缺點(diǎn)，純化也較為困難。

茶皂素的提取方法

因此后來(lái)在水提法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的改進(jìn)，發(fā)展成一系列的以水為主的茶皂素提取工藝，有效地提高了茶皂素的純度、色澤、質(zhì)量等。

水提沉淀法是采用熱水作為提取劑，得到的皂素液中加入氧化鈣，生成皂素鈣沉淀下來(lái)，與雜質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。

再將皂素鈣溶解在離子轉(zhuǎn)化劑中，釋放出茶皂素。其工藝流程見(jiàn)圖2所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，利用氧化鈣和碳酸氫鐵提取茶皂素，實(shí)驗(yàn)中氧化鈣加入量為茶籽餅的16%，室溫條件下提取時(shí)間為3h。

釋放條件為:按化學(xué)平衡提取率50%加碳酸氫，提取時(shí)間為2.5h，提取溫度為70"C，最后得到的茶皂素雜質(zhì)少，純度較好。

水提醇沉法主要是利用茶皂素的理化性質(zhì)，茶皂素很容易溶于熱水和乙醇，卻不于冷水。

先用熱水提取茶皂素，得到粗品，再通過(guò)絮凝除雜，乙醇沉淀來(lái)提純茶皂素。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，用熱水提和么醇提純聯(lián)合提取茶皂素，實(shí)驗(yàn)中先用熱水在提取溫度為60C，固液比為1:10(g/mL)，提取次數(shù)為3h，提取時(shí)間為2h條件進(jìn)行茶皂素的初提取。

再使用乙醇來(lái)提純，提純條件為:90%含水乙醇，提取溫度為75C，提取時(shí)間為25h，乙醇與濃縮液的體積比為4:1，茶皂素收率為95.2%，茶皂素的純度為69.9%綜上可知，利用熱水從茶餅中提取茶皂素。

得到的茶皂素純度不高，色澤深，質(zhì)最也不好，且生產(chǎn)能耗大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本也加大。

故而需采用一些輔助手段來(lái)提純茶皂素，可以結(jié)合膜、大孔樹(shù)脂或者是多種手段聯(lián)合的方式來(lái)操作，從而解決水提茶皂素純度、色澤、質(zhì)量等問(wèn)題。

利用水提法提取茶皂素仍有待于進(jìn)一步研究，找到突破口，從而實(shí)現(xiàn)水提茶皂素的工業(yè)化，降低生產(chǎn)成本，讓資源最大化利用。

隨著茶皂素提取工藝的不斷深入，學(xué)者們根據(jù)茶皂素的性質(zhì)采用有機(jī)試劑來(lái)提取茶皂素。

利用茶皂素溶于醇的性質(zhì)來(lái)提取茶皂素，而茶籽粕中的其他雜質(zhì)則在醇中解度小。

因此該類方法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，具有操作容易、萃取速度快、效率高、選擇性好、容量大、產(chǎn)品易分離、有機(jī)試劑再生容易、試劑回收率高、回收溶劑能耗低、操作安全的特點(diǎn)。

得到的茶皂素產(chǎn)品收率也比水提法要高，產(chǎn)品色澤好、純度高、質(zhì)量好。但是用有機(jī)試劑萃取也存在不足之處。

生產(chǎn)設(shè)備需要密閉性好，提取工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本要比水提取法高得多，并且有些有機(jī)萃取劑具有一定的毒性，有機(jī)溶劑用量大等不利因素。

甲醇提取法中，茶皂素能溶解于醇中，而甲醇價(jià)格便宜，沸點(diǎn)低，優(yōu)先考慮以甲醇為茶皂素的提取劑。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有良好的提取效果，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展的其他提取工藝，有機(jī)溶劑提取法主要是醇提法，通常都是采開(kāi)甲醇或是乙醇，由于甲醇有毒，乙醇易揮發(fā)，兩者易燃易爆，安全要求高。

通過(guò)采用正丙醇來(lái)提取茶皂素也獲得較好的效果，得到的茶皂素純度高色澤好，茶皂素易溶于醇中，有人嘗試采用正丁醇提取茶素，采用有機(jī)試劑來(lái)提取茶皂素，得到的粗茶皂素純度、色澤、質(zhì)量都要比水提取法好。

正丙醇和正丁醇的價(jià)格遠(yuǎn)比甲醇和乙醇高，生產(chǎn)成本也會(huì)提高，有機(jī)溶劑用量大勢(shì)必導(dǎo)致溶劑回收難度加大，能耗也會(huì)加大。

針對(duì)以上問(wèn)題可以綜合評(píng)價(jià)來(lái)選擇合理試劑，采用大孔樹(shù)脂或是活性炭等手段來(lái)提純茶皂素，也可以優(yōu)化有機(jī)試劑苯取條件，縮短生產(chǎn)流程來(lái)節(jié)約成本。

采用一些手段來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量、色澤、純度等可稱為輔助法。

輔助的方法各式各樣，主要有超聲波、微波、膜、大孔樹(shù)脂、超臨界流體、閃式提取等技術(shù)，這些輔助法在實(shí)驗(yàn)中得到快速發(fā)展，并且不斷的優(yōu)化。

但是這些輔助法大都數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室取得較好的效果，到實(shí)際工業(yè)運(yùn)用仍然存在許多問(wèn)題。如設(shè)備精密、一次性投資人等問(wèn)題。

超聲波輔助法超聲波技術(shù)可以使液體內(nèi)可產(chǎn)生空化作用，細(xì)胞壁在受到強(qiáng)大的壓力下破裂，在很短的時(shí)間內(nèi)完成有效成分提取。

微波技術(shù)是一種新型技術(shù)，在萃取方面得到了應(yīng)用。微波在萃取物質(zhì)的有效成分過(guò)程中，，可以有效的縮短時(shí)間，萃取速度快，實(shí)現(xiàn)分離、凈化、提純的目的。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定陶瓷膜預(yù)處理和超濾膜濃縮提純茶皂素的工藝方法，0.5um的陶瓷膜、濃縮液濃度為46%，茶皂素收率為72%，純度為93%。

大孔樹(shù)脂是一類是通過(guò)吸附對(duì)有機(jī)物具有濃縮、分離作用的高分子聚合物。

通過(guò)物理吸附有選擇地從溶液中吸附有機(jī)物質(zhì)，它不溶于酸堿、對(duì)有機(jī)物選擇性好、不受低分子物質(zhì)和無(wú)機(jī)鹽的影響茶皂素提取過(guò)程中會(huì)提取出單寧等一些酚類物質(zhì)。

大大的影響了茶皂素的色澤和純度，大孔樹(shù)脂對(duì)物質(zhì)進(jìn)行精制其有良好的效果，提取出的茶皂素色洋和純度都有明顯的提高。

大孔樹(shù)脂在物質(zhì)的分離純化方面已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，所謂超臨界流體是指某一流體的壓力和溫度均超過(guò)其相應(yīng)的臨界點(diǎn)時(shí)，流體的密度和液體相似，且黏度也很低。

正是因?yàn)榱黧w具有這種似液體似氣體的特點(diǎn)，使得對(duì)有些物質(zhì)溶解度很高。

超臨界流體法發(fā)展速度很快，在中藥有效成分的提取研究上得到廣泛的應(yīng)用。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，采用了超臨界流體來(lái)萃取油茶皂昔，實(shí)驗(yàn)中超臨界流體CO2的壓力為25MPa提取溫度為50C。

采用含水乙醇為夾帶劑，流體的流量為25~30L/h，整個(gè)提取時(shí)間在3h完成，得到的茶皂素收率為15.23%，純度為78.65%。

所謂閃式提取，是利用閃式提取器來(lái)提取物質(zhì)的某些有效成分，物質(zhì)在提取器內(nèi)的各種外力(負(fù)壓、高速碰撞、高剪切)作用下取圍溶解，最后迅速進(jìn)入苯取劑中，達(dá)到溶解平衡，整個(gè)提取過(guò)程在很短的時(shí)間內(nèi)完成。

茶皂素在各行業(yè)中的應(yīng)用

茶皂素是一種天然非離子型表面活性劑，能夠顯著降低液體表面張力。

由于茶皂素具有弱酸性、擴(kuò)散速度快、泡沫濃度低、容易清洗等特點(diǎn)，通常用來(lái)制作洗滌劑。

含有茶皂素的洗滌劑具有良好的洗滌效果，去污能力強(qiáng)，持久保持色澤和柔潤(rùn)感，洗滌后對(duì)紡織物的色澤，柔軟度等均符合標(biāo)準(zhǔn)，并且長(zhǎng)時(shí)間使用也不會(huì)對(duì)織物造成脫色、變硬、縮絨等問(wèn)題。

正是由于茶皂素的特殊性能才使得洗滌效果比一般洗滌劑好。

茶皂素通常也用于精煉成助劑。在紡織品印染行業(yè)通常被用于前處理，能夠提高生產(chǎn)效率，降低能耗，減少環(huán)境污染。

茶皂素是一種表面活性劑，可以有效地去除織物中的油脂、果膠質(zhì)、蠟質(zhì)等雜物，使得生產(chǎn)出的織物的質(zhì)量提高。

茶皂素在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，茶皂素是一種天然表面活性劑，具有乳化、潤(rùn)濕和擴(kuò)散的特點(diǎn)，因此常用于農(nóng)藥生產(chǎn)中，作農(nóng)藥潤(rùn)濕劑、農(nóng)藥增效劑、殺蟲(chóng)劑、殺劑。

茶皂素在建材行業(yè)的應(yīng)用，具有良好的表面活性作用，常用于建材行業(yè)，作穩(wěn)定劑和發(fā)泡劑使用，通過(guò)改善物料的氣孔結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高料漿的穩(wěn)定性，使得建更加穩(wěn)定。

研究結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)茶皂素提取工藝的描述，可以得出以下兒個(gè)結(jié)論。

利用熱水從茶餅中提取茶皂素，得到的茶皂素純度低，色澤深，質(zhì)量差，雜質(zhì)多。

且茶皂素在水中也會(huì)水解，使得收率不高，再加上后續(xù)處理濃縮生產(chǎn)能耗大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本也加大。

今后的研究應(yīng)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，結(jié)合一些精致純化技術(shù)來(lái)提高茶皂素的品質(zhì)。

輔助技術(shù)能夠提高茶皂素的純度、色澤質(zhì)量，但是運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)還需進(jìn)一步的改進(jìn)。

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，種植各種茶籽類的植物，這些茶籽類植物產(chǎn)量大，通常在提取油脂后就被焚燒不僅對(duì)環(huán)境造成重大的污染而且也是對(duì)資源的浪費(fèi)。

目前提取的茶皂素普遍存在許多問(wèn)題，高品質(zhì)的茶皂素提取還沒(méi)有得到大規(guī)模開(kāi)發(fā)，在應(yīng)用上也缺乏足夠的基礎(chǔ)理論研究。

今后的研究可以在現(xiàn)有的提取基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化來(lái)縮短工藝流程或是采用其他萃取技術(shù)提取茶皂素。

同時(shí)也要努力開(kāi)發(fā)在其他行業(yè)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)茶餅資源最大化利用。