茶皂素提取工艺及其应用研究进展_张国运

3 茶皂素的应用
3.1 茶皂素在化妆品中的应用
茶皂素有去污 、 杀菌 、 消炎 、 去头屑 、 止痒等功 能[ 14] , 在日用化学品中用于配制高档洗发香波 。 该 产品具有洗发护发双重功效 , 洗涤后头发光亮 , 手感 爽滑 、 松软 , 易于梳理 , 对皮肤无毒害和致敏作用 。 还可开发茶皂素洗涤剂 , 既能洗头 , 又能洗浴 , 具有 养发护肤功能 , 特别是伸长弹性和摩擦系数优于其他 产品[ 15] 。 高档洗发香波基础配方见表 1 。茶皂素还可 作头发生长促进剂 , 每天服 20 mg 茶皂素 , 可使头发 茂盛 , 一年之内可使 50 %白发变黑[ 16] 。
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[ 8 -10] , 用该法生产茶皂素 的收率为 15 %～ 16 %, 纯度为 95 %。 其提取工艺流 程图如下 :
1.5 吸附树脂分离法[ 11]
由于茶皂素是一种非离子型极性物质 , 而且其中 主要杂质单宁 、 黄酮及糖类物质也是非离子型的 , 所 以较适合使用中性大孔树脂分离 。 从茶籽饼化学成分 来看 , 蛋白质在浸提过程中由于不溶于浓乙醇而被除
茶皂素具有泡沫低 、 酸性弱 、 扩散快 、 易清洗 、 挥发快的特点 。 用它配制的洗涤剂 , 符合毛纺织物的 洗涤要求 , 且洗涤后的织物在色泽鲜艳性等方面优于 国产合成毛纺洗涤剂 。其优良的去污 、 起泡 、 稳泡等 功能 , 使其对毛 、 丝 、 羽绒等洗涤方面充分发挥优越 性 , 如剥色能力小 , 不使织物产生缩绒现象 , 又能保 持织物艳丽的色彩 , 既能延长毛丝织物的使用寿命 , 还不损坏织物上的染料色素等 。经茶皂素洗涤后的织 物柔软 、 光泽好 、 白度高 、 柔软膨松 , 无毡饼现象 , 残脂率和残碱率合格 , 各项综合性能均能达到冼净毛 的标准 。将质量分数为 0.2 %茶皂素作为化纤织物的 活性染料用于印花漂洗 , 各项指标均可达到国家标准 的规定 , 在白度和鲜艳度上优于雷米邦 A 。
水提法是最早开发的提取茶皂素的方法 , 该方法 工艺简单 、 成本低 、 投资少 、 见效快 , 易为小型工厂 接受 , 但是蒸发量大 , 能耗高 , 生产周期长 , 用该法 生产的茶皂素只能用作农药 、 沥青乳化剂 , 不能用于 化妆品 、 增溶 、 胶粘 、 起泡 、 生产试剂等方面 。 有机 溶剂法溶剂 消耗大 , 成本高 , 工艺复杂 , 设备要求 高 , 用该法生产 的茶皂素可用作生化试 剂和医药原 料 , 可供出口 。 水提 -沉淀法较有机溶剂法简单 , 但 产品纯度依然较低 。水提 -醇萃法具有 工艺较为简 单 、 投资少 , 是目前较为理想的生产工艺 。 树脂吸附 法 , 具有物化稳定性高 、 吸附选择性好 、 不受无机物 存在的影响 , 且再生简单 、 解吸条件温和 、 使用周期 长 、 易于构成闭路循环以及对环境无污染等优点 , 而
1.1 水浸法[ 3 , 4]
我国早在 20 世纪 50 年代就有人对水浸法提取茶 皂素进行过研究 , 其原理是利用茶皂素溶解于热水的 性质 , 用热水作为浸提剂提取茶皂素 。 用该法生产茶 皂素的收率为 12 % ～ 13 %, 纯度为 70 %。 其工艺流 程如下 :
1.2 有机溶剂法
常用含水甲醇或含水乙醇作浸提剂 , 有时也用正 戊醇为辅助试剂 。由于甲醇毒性的限制 , 大多用乙醇 作为浸提剂 。 有人设计了用单一的含水 低碳醇[ 5, 6] , 采用梯度浸取方法 , 一步提取饼粕中的 油脂和茶皂 素 。用该法生产茶 皂素的收率为 18 %～ 19 %, 纯度 为 95 %。其工艺流程为 :
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专论与综述 日 用 化 学 工 业 第 36 卷
种有机酸组成多种化合物 , 其中糖基在受热时易发生 焦糖化 , 与萘酚反应生成紫色物 , 苷链可被酸 、 碱或 酶水解成糖与皂苷单元[ 12] , 由于带羟基而显弱酸性 , 其水溶液 pH 值为 5.7 。 茶皂素结晶易溶于含水的甲 醇 、 乙醇 、 正丁醇及冰醋酸中 , 能溶于热水 、 热醇 , 难溶于冷水 、 无水乙醇 , 不溶于乙醚 、 氯仿 、 石油醚 及苯等 。茶皂素分子结构中 , 糖体一端为亲水基团 , 通过醚键与另一端疏水基相连接 , 疏水基团有以酯键 形式相连接的苷元与有机酸构成 , 因而具备了能起表 面活性作用的条件 。 茶皂素具有乳化 、 分散 、 润湿 、 去污 、 发泡 、 稳泡等多种表面活性 , 是一种性能优良 的天然非离子表面活性剂 。 茶皂素的 cmc 为 5 mmol/ L 左右 , 其起泡力强 , 比油茶皂素 、 皂荚皂素都强 , 且 几乎不受 水质硬 度的影响 。 在pH 4 ～ 10 发泡 正常 , 泡沫稳定性相当持久 , 具有良好的润湿性 , 质量分数 为 1 %以上时 , 接触角 0°<θ<90°, 为浸渍润湿 ;对 固体微粒分散作用明显 , 茶皂素的亲水 亲油平衡值 HLB 为 16 , 是制备水包油型的良好乳化剂 ;茶皂素还 有良好的去污性能[ 13] 。 由于茶皂素的上述性能决定 了它在化妆品 、洗涤剂 、纺织等领域有着广泛的用途 。
表 2 丝绸 、 毛料专用洗涤剂配方 Tab.2 Special detergent culture medium of silk and woolen
原料
茶皂素 6501 AES 烷基苯磺酸钠 CMC 香精 去离子水
w/ %
2～ 3 6～ 8 7～ 9 5～ 6
1 适量 适量
3.3 茶皂素在纺织行业中的应用
1 茶皂素的提取工艺
天然茶皂素是由各类茶籽(茶 、 山茶 、 油茶)榨油 后的茶籽饼中提取而成 , 茶籽饼又称茶枯 、 茶籽渣 。 我国于 1979 年首次以工业方法从脱脂茶籽饼中分离 出茶皂素 , 1980 年投入生产 。目前国内外提取茶 皂 素
的方法主要有水浸法和有机溶剂法以及在此基础上推 广开来的新方法 。
茶皂素是一种纯天然非离子型表面活性剂 , 它的 分子中有亲水性的糖体和疏水性的配基团 。 因此 , 具 有乳化 、 分散 、 润湿 、 去污 、 发泡 、 稳泡等多种表面 活性 , 尤其具有很好的发泡和稳泡能力 , 且不受水质 硬度的影响 , 广泛应用于日用化工 、 农药 、 医药 、 食 品 、 建材 、 冶金和金 属材料 加工等领 域 。 1931 年日 本学者青山新次郎[ 1] 首次提取出了茶皂素 , 但当时没 有得到纯结晶 。1952 年日本东京 大学的石镐守山和 上田阳[ 2] 才分离出茶皂素的纯结晶体 。 国内对茶皂素 的研究起步较晚 , 始于 20 世纪 50 年代末 , 到 80 年 代才有较大的进展 。 现在全国有 10 t/a 茶皂素的能 力 , 近年来 , 各地对茶皂素的生产及应用研究越来越 重视 , 提出了各种不同的生产方法及工艺 。 作者就目 前国内外从茶籽饼粕中提取茶皂素的生产工艺及其用 途作一系统阐述 , 以便为国内同行提供参考和借鉴 。
表 1 高档洗发香波配方
Tab.1 Culture medium of high -grade shampoo
原料
茶皂素 6501 AES BS -12 硼砂 羊毛脂 甘油 硅油 柠檬酸 香精 去离子水
w/ %
2～ 3 6～ 8 8～ 10
4 5 1 1.5 0.5～ 0.8 适量 适量 余量
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1.3 水提取 -沉淀法
水提取 -沉淀法是用热水作为浸提剂 , 并在浸提
剂中加入一 定量的沉淀剂 CaO , 使 茶皂素转 化为沉
淀 , 从而与杂质分离 , 再将分离出的沉淀物用离子转 换剂转沉淀 , 释放出纯的茶皂素[ 7] 。水提取 -沉淀法
收稿日期 :2005 -08 -29 ;修回日期 :2006 -02 -19 基金项目 :陕西科技大学博士科研基金资助项目 (BJ05 -3) 作者简介 :张国运 (1970-), 男 (汉), 陕西周至人 , 硕士 , 电话 :(0910) 3579787 , E -mail :zhangguoyun @ 。
(1.陕西科技大学 化学与化工学院 , 陕西 咸阳 712081 ;2.陕西科技大学 材料科学与工程学院 , 陕西 咸阳 712081)
摘要 :介 绍了从茶籽饼提取茶皂素的生产工艺以及茶皂素 的化学组成 和理化性 质 , 并重点综述 了其表面 活 性 、 生物 活性 、 药 理活性及其在化妆品 、 洗涤剂和纺织工业等 领域的研 究和应用 ;就目 前的生产 和使用 情 况提出了一些看法和需要解决的问题 。 关键词 :非离子表面活性剂 ;茶皂素 ;提取工艺 ;应用 中图分类号 :TQ423.2 文献标识码 :A 文章编号 :1001-1803(2006)03-0174-04
2 茶皂素的性质
茶皂素是从茶籽饼粕中提取出的一种皂类 , 基本 结构由三萜皂苷 、 结构糖 、 结构酸组成 。纯的茶皂素 为乳白色或淡黄色固体无定形粉末 , 熔点为 223 ℃～ 224 ℃, 分子式为 C57H90O26 , 相对分子质量为1 203 。 茶皂素水解后的皂苷单元的碳原 子数为 30 , 皂苷配 基(sapgening)有 7 种 , 分别与四种配糖体(agiycon)和两
3.2 茶皂素在洗涤剂中的应用
茶皂素是天然表面活性剂 , 易生物降解不会污染 环境 , 是日用化工行业难得的表面活性剂原料 。 民间 早有使用茶饼粕泡水洗衣 、 洗发的习惯 , 这就是茶皂 素去污洗涤性能的具体应用 。 茶皂素性能柔和 , 其水 溶液呈微酸性 , 以茶皂素为表面活性剂配成的洗涤剂 其起泡力优于上等肥皂或合成洗涤剂[ 17] , 是毛纺品 、 丝织品 、 棉纺品的优良洗涤剂 。丝绸 、 毛料专用洗涤 剂基础配方见表 2 。
且洗脱液廉价易得 , 生产周期短 , 降低了精制茶皂素 的成本 , 该法所得产品色泽明显优于传统工艺 。 作者 认为上述 5 种方法各有其优缺点 , 随着日化工业对产 品外观质量及低能耗的要求 , 在实际生产中可根据不 同的用途和经济技术要求选择合适的生产工艺 , 也可 以将其中几种工艺进行组合 , 或在此基础上开发新的 生产工艺以满足生产实际的需要 。