油茶餅粕中茶皂素的提取及固體發(fā)酵的初步研究

1、前言我國是世界油茶產(chǎn)量最高，栽培面積最大，品種最豐富的國家，主要分布在湖南、湖北、廣東、廣西、福建、江西等省。我國現(xiàn)有油茶面積40000km2，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國每年產(chǎn)茶籽約650kt，榨油后的茶籽餅在400kt，以上。過去多用作燃料或肥料，也有作廢棄物棄掉。據(jù)分析，茶籽餅的主要成分為殘留茶油5%8%，茶皂素約10.6%，蛋白質(zhì)約10.2%1。茶皂素本身是一種有多種用途的化工和醫(yī)藥原料。利用茶籽餅提取皂素，原料豐富便宜，既提高了茶籽餅的再利用性，又能得到價值較高的茶皂素，有很好的經(jīng)濟效益。茶皂素是一類齊墩果烷型五環(huán)三菇類皂苷化合物，基本結(jié)構(gòu)由三萜皂苷、結(jié)構(gòu)糖、結(jié)構(gòu)酸組成。茶皂素的提取方法有水浸

2、法、水提取沉淀法、水提醇萃法、吸附樹脂分離法、超聲波法和微波輻射法等提取方法。本文通過大量的文獻來分析比較各種茶皂素的提取方法來選擇最優(yōu)的提取方法，以利于生產(chǎn)實踐的需要，獲得以最小的代價獲得純度實用性更高的成品，以及原材料的充分應(yīng)用。油茶粕中含有10%左右的粗蛋白。具有一定的開發(fā)利用價值。但作為飼料，其能值低，營養(yǎng)不平衡。且有一定毒性。利用微生物發(fā)酵，可以提高蛋白質(zhì)的含量，Noltc等人早在1940年代就對柑桔果皮進行了發(fā)酵培養(yǎng)研究，但早期主要采用液態(tài)培養(yǎng)，一直到1970年代才有人利用固態(tài)堆積發(fā)酵法，以后對玉米渣、白酒渣、甜菜渣等進行了固態(tài)發(fā)酵，并取得了一定成果。本文在脫毒的基礎(chǔ)上，對油茶餅粕

3、固態(tài)發(fā)酵的菌種進行了選擇，對發(fā)酵工藝進行了研究，目的在于為進一步利用油茶餅粕提供科學(xué)依據(jù)。1.油茶餅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（圖1）屬于三萜類皂角甙，具有苦辛辣味，刺激鼻腔粘膜引起噴嚏，純品為白色微細柱狀晶體，吸濕性強，對甲基紅呈酸性，難溶于無水甲醇、乙醇，不溶于乙醚、丙酮、苯、石油醚等有機溶劑，易溶于含水甲醇、含水乙醇、以及冰醋酸、醋酐、吡啶等。茶皂甙溶液中加入鹽酸，酸性時，皂甙就沉淀2。熔點：223224。其基本結(jié)構(gòu)包括配基、糖體及有機酸。茶皂素屬于五環(huán)三萜類，此類結(jié)構(gòu)的化合物較多，他們具有-香樹素骨架，也可為齊墩果烷的衍生物，具有多氫聚五環(huán)。茶皂素配基與有

4、機酸的結(jié)合形式是配基環(huán)上的羰基與有機酸結(jié)合，包括與當(dāng)歸酸、醋酸等結(jié)合成酯。茶皂素的糖體部分包括葡萄糖醛酸，阿拉伯糖，木糖和半乳糖，它與配基上的羰基則以甙鍵形式相結(jié)合。提純后的茶皂素是一種無色微細狀晶體，分子式C57H90O26，分子量為1032，元素分析值C：59.93%，H：7.09%，水溶液呈茶褐色，無不溶物。1.2 茶皂素的用途茶皂素是從山茶科植物的種子中提取的一種糖式化合物，它屬皂素類，是一種天然非離子型表面活性劑。經(jīng)檢測，茶皂素具有良好的乳化、分散、發(fā)泡、濕潤等功能，并且具有消炎、鎮(zhèn)痛，抗?jié)B透等藥理作用3。茶皂素產(chǎn)品為淡黃色的微細粉末，廣泛應(yīng)用于洗滌，毛紡、針織、醫(yī)藥、日用化工行業(yè)等

5、生產(chǎn)4。在固體型農(nóng)藥中作為濕潤劑和懸浮劑，在乳油型農(nóng)藥中作為增效劑與展著劑，也可直接作為生物藥。 茶皂素作為農(nóng)藥濕潤劑可提高可濕性粉劑的濕潤性能和懸浮率(75%)，作為一種天然的非離子型表面活性劑，加入到農(nóng)藥中使用，明顯改善農(nóng)藥藥液的理化性質(zhì)，提高藥劑在靶標上有效積量，使之有助于農(nóng)藥藥效的充分發(fā)揮，因此，使用效果可得到提高7。作為農(nóng)藥濕潤劑突出優(yōu)點是濕潤速度快，分散性能強，中性偏酸，不會引起農(nóng)藥分解，有利于農(nóng)藥的貯存。這些都是合成表面活性劑所無法與之相比的。目前，茶皂素已廣泛用于多效唑、異丙威、乙磷鋁、三環(huán)唑等農(nóng)藥的濕潤劑。 茶皂素是水劑或可溶性粉劑農(nóng)藥的優(yōu)良助劑，能改善農(nóng)藥的物理性能，提高藥

6、液在生物或植物體表的附著力，起到對農(nóng)藥的增效作用5,6。茶皂素能自動降解，無毒害，它在分離過程中，不會對農(nóng)藥的化學(xué)性能產(chǎn)生影響，有利于農(nóng)藥的貯存。茶皂素已大量用于除草劑草甘膦、殺蟲劑殺蟲雙上，特別是用在草甘膦上，充分發(fā)揮了草甘膦的優(yōu)良性能，提高其在植物上的附著力和吸濕性，提高藥液的滲透力，而且由于茶皂素的良好生物活性，還能提高草甘膦的生物活性。 茶皂素由于有良好的生物活性，與殺蟲單、馬拉硫磷、滅多威、功夫菊酯、尼索朗、速螨酮、煙堿、樂果、魚藤酮混配分別對防治菜縊管蚜、小菜蛾、柑桔全爪螨等，有明顯的增效作用。 茶皂素對菜青蟲具有一定胃毒和較強的忌避作用，且濃度越高，忌避越強，對防治菜青蟲危害包心

7、菜有一定效果。在園林花卉上用作殺蟲劑防治地下害蟲，如地老虎、線蟲等害蟲。還對危害水稻的福壽螺和蝸牛、釘螺等均有良好的毒殺效果。2.油茶餅粕中茶皂素的各種提取方法2.1水提法我國在20世紀50年代就有人開始水提法的研究，傳統(tǒng)的水提法基本工藝:茶餅粕用6號汽油溶劑脫脂后，用熱水浸泡得浸提液，分離除去粗渣，加入沉淀劑除去細渣，真空蒸發(fā)濃縮浸提液，得液體茶皂素，噴霧干燥可得粉末狀茶皂素10。長時間熱水浸泡使得茶皂素水解變質(zhì)，大量雜質(zhì)溶解，還會使淀粉糊化、蛋白質(zhì)膠體化，造成雜質(zhì)分離困難，因此所得茶皂素純度低、水溶性雜質(zhì)多，顏色呈深褐色。真空蒸發(fā)濃縮水溶劑不僅難度大，而且能耗高。水提法簡單實用，設(shè)備投資少

8、，但從目前來看，依然沒有實現(xiàn)水提法生產(chǎn)茶皂素產(chǎn)品的工業(yè)化。通過設(shè)定不同的條件來提高提取茶皂素的提取效率，可以通過如下兩個實例研究如何提高水提法的效率。實例1：稱取脫脂的油茶籽餅粕6kg，經(jīng)粉碎機粉碎后，用化學(xué)處理法抑制茶粕粉中水解酶的活性;用55自來水12kg浸泡1.5h;用三足式離心機分離固液相后，再將殘渣按上述方法浸泡1次，總共得濾液22.4kg；使濾液通過5000r/min的高速離心分離機，經(jīng)10min后得輕相和重相;將重相經(jīng)過壓濾機，并將濾液匯兌入輕相，總共得澄清的提取液21.6kg，濾渣0.8kg8。納濾膜的活性膜層為磺化聚砜，截留分子質(zhì)量1000，膜面積2m2，進口壓力為0.5MP

9、a，經(jīng)1h納濾分離后得到濃縮物2.5kg，納濾液19.1kg，濃縮物中干物質(zhì)為22.4%。噴霧干燥后得到含量為85.3%的茶皂素0.56kg。納濾法可以使提取液由21.6kg，濃縮到為2.5kg，得到的濃縮液最后可直接進行噴霧干燥。整個過程茶皂素損失率為27.7%。實例2：稱取油茶籽餅粕10kg，經(jīng)粉碎機粉碎后，用化學(xué)處理法抑制、消除茶粕粉中水解酶的活性，用60自來水20kg浸泡2.0h；用三足式離心機分離固液相后，再將殘渣按上述方法浸泡1次，總共得濾液36.8kg；使濾液通過5000r/min的高速離心分離機，經(jīng)17min后得到輕相和重相；將重相經(jīng)過壓濾機，將濾液匯兌入輕相，總共得澄清的提取

10、液35.6kg，濾渣1.2kg。納濾膜的活性膜層為磺化聚砜，截留分子質(zhì)量1000，膜面積2m2；進口壓力為0.4Mpa，經(jīng)2h納濾分離后得到濃縮物4.2kg，納濾液31.4kg，濃縮物中干物質(zhì)為21.8%。噴霧干燥后得到含量為82.1%的茶皂素0.92kg。納濾法使提取液體積由35.6kg變?yōu)?.2kg，得到的濃縮液最后可直接進行噴霧干燥。整個過程茶皂素損失率為31.8%。從2個實例來看:本研究提出的新工藝工藝過程簡單、設(shè)備投資和生產(chǎn)成本低、能耗少，所得茶皂素產(chǎn)品純度達80%以上，呈淡黃色，茶皂素得率為70%，完全適合于工業(yè)化生產(chǎn)。2.2乙醇提取法 工藝流程與提取方法用茶籽為原料提取高純度茶皂

11、素的關(guān)鍵之一是盡量除去茶油。為此我們設(shè)計了兩步法去油，即在原料預(yù)處理時通過加入適量丙酮提出絕大部分茶油，再將乙醇提取的濃縮液與丙酮混合以除掉殘留茶油及有色物質(zhì)9。 提取工藝稱取壓碎的茶籽40g，置于250ml磨口三頸燒瓶中，加入200ml丙酮，攪拌回流，浸提2小時，冷卻后過濾。殘渣用相同方法再浸提一次。將浸提液蒸餾回收丙酮，同時得到淺黃色的茶油。將上述所得的殘渣放入干燥箱中干燥過夜，置于潔凈的標準磨口三頸燒瓶中，加入300ml無水乙醇，攪拌加熱回流3小時，迅速趁熱過濾，并用50ml沸騰的無水乙醇分兩次洗滌殘渣，最后得到浸提液500ml左右2。將上步濾液濃縮至20ml左右，回收乙醇并用氧化鈣處理

12、，以作為下步提取劑。然后加入30ml丙酮，溫?zé)釘嚢枰欢螘r間后過濾、洗滌。將上述所得的濾渣轉(zhuǎn)移到真空干燥箱中，50干燥12小時左右，稱重，得產(chǎn)品茶皂素。 結(jié)果與討論為了準確測定原料茶籽及產(chǎn)品中茶皂素含量，采用文獻的分析方法9。將丙酮充分除油后的茶籽粉用500ml乙醇分5次浸提各2h，合并濾液后制得粗產(chǎn)品。將充分干燥后的粗產(chǎn)品進行索氏提取得純茶皂素。分析結(jié)果見表1。表1 原料茶籽中茶皂素含量測定實驗編號茶籽用量/ g茶枯質(zhì)量/ g皂素質(zhì)量/ g皂素含量/ %平均含量/ %140.022.14.5611.411.3240.021.94.4511.1340.022.44.5111.3 取任意一份浸提殘

13、渣再加入50ml無水乙醇回流3h，得粗產(chǎn)品0.2g左右，說明五次浸提基本已將茶皂素提完，損失不超過0.5%。這與文獻報道值是基本吻合的4，5。按照前述提取步驟，選擇不同質(zhì)量濃度的乙醇作溶劑，考察其對產(chǎn)品收率和純度的影響得到表2結(jié)果。實驗發(fā)現(xiàn)，乙醇濃度低時，提取液濃縮困難且起泡現(xiàn)象嚴重，而無水乙醇作溶劑時對產(chǎn)品收率和純度均有明顯的優(yōu)勢。表2 乙醇濃度對產(chǎn)品收率和純度的影響茶籽用量/ g乙醇用量/ml乙醇濃度/%產(chǎn)量/g收率/%純度/%30.0250501.966.561.330.0250902.267.579.530.0250952.568.580.230.025099.72.889.481.2

14、通過改變?nèi)軇┯昧刻接懺喜枳雅c溶劑的合理配比的結(jié)果(表3)可以看出，從產(chǎn)品收率、純度及經(jīng)濟因素等綜合考慮，當(dāng)原料茶籽為40g時選取無水乙醇在300ml左右比較適宜。表3 提取劑乙醇用量對產(chǎn)品收率和純度的影響茶籽用量/ g乙醇用量/ ml產(chǎn)量/ g收率/ %純度/ %40.01002.857.178.140.02003.318.378.740.03003.889.780.140.04003.909.880.340.05004.0310.181.7回流時間的長短將直接影響產(chǎn)品的收率，為此我們研究了不同回流時間對產(chǎn)品收率和純度的影響得到表4的結(jié)果。顯然，從總體上說回流時間愈長收率愈高，但在回流時間超

15、過3h后收率增長趨緩17。因此，從工藝上考慮以回流時間為3h比較合適。另外，根據(jù)文獻6，7報道初步進行了皂素沉淀劑的選擇實驗。由于在本實驗情況下必須選擇即能很好地沉淀皂素同時又能除掉殘油的有機溶劑，且該溶劑還能與乙醇能較方便分離，因此實驗中考察了乙醚和丙酮作為沉淀劑對產(chǎn)品沉淀的影響得到表5的結(jié)果，初步認為丙酮較佳。表4 回流時間對產(chǎn)品收率的影響茶籽用量/ g乙醇用量/ ml回流時間/ h產(chǎn)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 不同沉淀劑對產(chǎn)

16、品純度的影響沉淀劑沉淀狀況分離難易產(chǎn)品顏色沉淀劑損失產(chǎn)量損失乙醚顆粒較細難淺黃2.0%74.2%丙酮顆粒較大易灰白1.0%80.5%無沉淀劑呈絮狀難黃0.0%70.0%2.3 超聲波提取法 實驗材料脫殼油茶餅粕：采用脫殼制油工藝獲得。無水乙醇、丙酮、濃鹽酸等均為分析純。主要實驗儀器有超聲波細胞粉碎機、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、大功率電動攪拌器、調(diào)溫恒溫電熱套。 實驗方法實驗流程：油茶餅粕粉碎超聲波提取過濾干燥茶皂素。稱取100g脫殼茶籽餅粕，粉碎過20目篩，然后浸泡于一定體積的乙醇溶液中，攪拌均勻后裝入合適的容器中，將容器固定于反應(yīng)架上，啟動超聲波細胞粉碎機，并設(shè)置不同提取時間、乙醇濃度、料液比、超聲功率及

17、提取液溫度等參數(shù)，進行提取，浸提完畢后，進行分離過濾，所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮并干燥得茶皂素，稱重，測定油茶皂素的含量以及提取率。定量分析方法油茶餅粕中的茶皂素測定采用重量法9，油茶皂素的提取率(%)=(提取所得茶皂素量/原餅粕中茶皂素含量)×100%。 結(jié)果與討論超聲波提取時間對茶皂素提取率的影響型超聲波細胞粉碎機的超聲頻率為20kHz，因此在實驗中均采用該頻率。在超聲功率為800W，乙醇濃度為80%，料液比為14，溶液的提取溫度保持在50條件下，考察在不同超聲波提取時間對茶皂素提取率的影響16。超聲提取時間對茶皂素提取率的影響從實驗中可以看出隨著超聲提取時間的增加，茶皂素的提取率

18、也隨之提高，當(dāng)超聲提取時間達到20min時，茶皂素提取率最高為95.9%。而當(dāng)提取時間進一步增加時，茶皂素的提取率并沒有提高10。由于餅粕顆粒內(nèi)部茶皂素的溶解和擴散均需要一定的時間，所以延長超聲波作用時間，有利于提取完全。但是隨著提取時間的延長，溶劑中的茶皂素濃度達到一定水平時，傳質(zhì)動力減少，提取率不會繼續(xù)提高，可見存在一個最佳的超聲提取時間。（1）乙醇濃度對茶皂素提取率的影響超聲頻率為20kHz，超聲功率為800W，料液比為13，超聲提取時間為20min，溶液的提取溫度保持在50，考察不同乙醇濃度對茶皂素提取率的影響。研究表明隨著乙醇濃度的提高，茶皂素提取率有所提高，80%時乙醇溶液達到最佳

19、的提取效果，提取率為95.15%。這說明乙醇溶液提取茶皂素的效果要好于純水或低濃度乙醇溶液，因為油茶餅粕中的蛋白質(zhì)、淀粉、可溶性多糖等雜質(zhì)在水中容易被浸出，造成溶液濃度增加，形成粘度較大的料漿，影響了超聲波的作用效果。而提高乙醇濃度可以減少大量雜質(zhì)的浸出，提高了茶皂素的提取率。（2）料液比對茶皂素提取率的影響一般情況下，懸浮液的料液比較大時，固液相的相對運動就越快，從而提高溶質(zhì)的浸提效果。在超聲頻率為20kHz，超聲功率為800W，超聲提取時間為20min，乙醇濃度80%，溶液的提取溫度保持在50條件下，考察不同料液比對茶皂素提取率的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)料液比從12增加至14時，茶皂素的提取率逐

20、漸提高，料液比為14時提取率為95.25%。盡管高料液比可以提高傳質(zhì)推動力，加快浸取速度，但是結(jié)果表明料液比的進一步增大，提取率并沒有繼續(xù)提高，同時料液比的增加使浸取液中溶質(zhì)濃度變低，使溶劑回收或濃縮溶液的工作量加大，因此應(yīng)當(dāng)選擇合適的料液比。超聲功率對茶皂素提取率的影響考慮超聲波與介質(zhì)相互作用程度時，超聲功率是一重要因素，在超聲頻率為20kHz，料液比為14，超聲提取時間為20min，乙醇濃度為80%，溶液的提取溫度保持在50條件下，考察不同超聲功率對油茶皂素提取率的影響從研究結(jié)果可以看出超聲功率對茶皂素提取效果的影響并不顯著，因此在小試中800W的超聲功率已經(jīng)達到良好的提取效果13。提取溶

21、液溫度對茶皂素提取率的影響超聲頻率為20kHz，料液比為14，超聲功率為800W，超聲提取時間為20min，乙醇濃度為80%，在不同提取溶液溫度下，油茶皂素提取率的影響，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度一般都是隨著溫度的升高而增大，升高溫度，浸取液的溶質(zhì)濃度會增加，同時由于溫度上升也導(dǎo)致溶液的粘度下降、擴散系數(shù)增大，從而促使浸取速度增快。但是溫度過高對超聲換能器的壓電性能會有影響，通常在實際操作中物料的溫度不超過50發(fā)現(xiàn)研究提取溫度為50時，茶皂素的提取率為94.88%，當(dāng)溫度超過50時，茶皂素的提取率下降。根據(jù)以上實驗結(jié)果，采用最佳實驗參數(shù)進行驗證實驗。所采用的參數(shù)為超聲頻率20kHz，超聲提取時間20

22、min，乙醇濃度80%，料液比14，超聲功率800W，提取溶液溫度50，在此條件下其茶皂素的提取率為96.1%。2.4 微波輻射提取法 材料油茶餅粕 實驗儀器試劑微波化學(xué)實驗儀、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、水循環(huán)真空泵、電子天平、傅里葉變換紅外光譜儀。無水乙醇、正丁醇、95乙醇。 材料的預(yù)處理將茶籽餅研碎，過40目篩，在50下恒溫干燥。稱取10g茶籽餅粉末于50mL燒杯中，加入一定體積的浸提液，攪拌浸泡，使茶餅粉與浸提液充分混合浸潤一定的時間。將微波爐的功率調(diào)至最低檔，將茶餅粉與浸提液的混合物進行一段時間的微波輻射。在進行微波輻射的過程中，為防止物料噴濺出來，采用了連續(xù)回流的裝置，放入微

23、波爐中進行輻射。將上述混合物趁熱抽濾，并用20mL熱水洗滌，取濾液，進行減壓蒸餾，至原體積的1/21/3，用60mL正丁醇分3次萃取，將萃取液濃縮至少量液體后，轉(zhuǎn)入燒杯中，將其置于通風(fēng)廚內(nèi)，使正丁醇自然揮發(fā)得產(chǎn)品。稱重、計算產(chǎn)率。分別改變乙醇用量、輻射時間和浸泡時間等因素，得出最佳提取條件。產(chǎn)率=(茶皂素質(zhì)量/茶餅粉質(zhì)量) ×100%8。 實驗條件研究輻射時間與料液比對產(chǎn)率的影響利用微波輻射法提取天然產(chǎn)物時，不同種類的植物所需的微波輻射時間不同，且輻射時間的長短也與含水量有關(guān)，較干的物料需要較長的時間。本實驗中，95%乙醇在微波輻射1min時出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，但為了充分提取產(chǎn)品，又防止物

24、料噴濺，則采用了連續(xù)回流裝置以適當(dāng)延長輻射時間，本實驗選取3min、6min、9min等3個時間條件對物料進行輻射11。而不同的乙醇用量在浸提過程中對茶皂素的提取程度有一定的影響，故本實驗所用的乙醇用量，選為70mL、80mL、90mL。本文設(shè)計了輻射時間、浸泡時間和料液比3個因素、3個水平正交實驗表安排實驗，所以影響產(chǎn)率的主要因素為輻射時間，其次是乙醇用量，影響最小的是浸泡時間。因此，本文可以得出用95%乙醇做浸提液，來提取茶皂素的最佳工藝條件是：原料浸泡5h，95%乙醇用量80mL，微波輻射6min。不同浸提液對產(chǎn)率的影響在微波輻射中，為避免物料吸收過多熱量，內(nèi)部溫度過高，使剛提取出的產(chǎn)物

25、受熱分解，降低產(chǎn)率，應(yīng)盡量選擇對微波輻射高度透明的溶劑作為浸提液。研究不同浸提液在正交實驗分析得出的最佳工藝條件下提取得到的產(chǎn)率及產(chǎn)品顏色10。研究發(fā)現(xiàn)正丁醇所得的產(chǎn)率最高，而無水乙醇所得產(chǎn)率最低，這是因為茶皂素易溶于正丁醇、甲醇及含水乙醇，而難溶于無水乙醇。對于提取出的茶皂素的純度來說，浸提液中的水會溶解其他物質(zhì)增大雜質(zhì)含量，所以含水乙醇的含水量越低，提取的茶皂素晶體的純度越高，而正丁醇作為浸提液，因其不含水分所以提取出的茶皂素質(zhì)量較好，但是正丁醇的價格昂貴，提取成本高，而且正丁醇有一定的毒性，對人體有害。相較而言，95%乙醇得到的產(chǎn)率、質(zhì)量雖然稍低一些，但其價格便宜，而且無毒，經(jīng)過簡單的提

26、純后也可以得到較好質(zhì)量的產(chǎn)品，因此本次實驗選擇95%乙醇作為浸提液。3.各種茶皂素提取方法研究總結(jié)研究四種提取茶皂素的方法發(fā)現(xiàn)超聲波提取法與微波提取法有很多相似之處，在進行統(tǒng)計的時候這兩種方法只研究一種。研究結(jié)果見表6。結(jié)果表明采用超聲波和微波提取茶皂素效果要優(yōu)于水浸提法和乙醇溶液浸提法。水浸提法和乙醇溶液浸提法的提取時間為3h，而超聲波提取只需要20min，時間明顯縮短，僅為原先的1/9。從能耗上相比較，超聲波法所消耗的能量為水提法和乙醇溶液浸提法的17.8%。同時超聲波法所提取的茶皂素純度為58.28%，比水提法和乙醇溶液浸提法高，這有利于后續(xù)茶皂素的提純17。一般情況下，水浸提法和乙醇溶

27、液浸提法的提取次數(shù)為35次，而超聲波法提取茶皂素的效率非常高，一次性得率能達到95%以上，可以減少提取次數(shù)，因此更加節(jié)約了試劑和能耗。不過將實驗結(jié)果應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)之中還有一定的距離，因為生產(chǎn)用的大功率的超聲波、微波裝置成本過高。表6 各種茶皂素提取方法的技術(shù)參數(shù)研究項目水提法乙醇提取法超聲波提取法溶劑水80%乙醇80%乙醇提取方法電加熱電加熱超聲波提取時間3h3h20min能耗/皂素含量18.5641.6258.28茶皂素得率75.6184.5295.894.油茶餅粕的固體發(fā)酵初步實驗研究4.1材料油茶餅粕 發(fā)酵菌種：黑曲霉 毛霉 少孢根霉4.2實驗方法菌種培養(yǎng)基采用

28、PDA培養(yǎng)基+油茶餅粕發(fā)酵培養(yǎng)基按以下比例調(diào)配而成：脫皂油茶餅粕比例為85%，麥麩為12%，葡萄糖為2%，(NH4)2SO4為1%，用水調(diào)至含水量為6070%18。固態(tài)發(fā)酵按以下流程進行：菌種斜面試管活化液體培養(yǎng)接種固態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵用454g卷封式罐頭瓶，每瓶裝250g固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基，接液體菌種10ml，在2528下培養(yǎng)。蛋白質(zhì)含量測定采用凱氏微量定氮法；粗纖維含量測定利用稱重法。4.3研究結(jié)果 不同脫毒方法對發(fā)酵底物營養(yǎng)成分的影響油茶餅粕經(jīng)粉碎過20目篩后，采用熱水和乙醇兩種脫皂方法進行脫皂。熱水脫皂法是將粉碎過篩后的油茶餅粕加23倍清水，煮沸2.h，不斷攪拌，以防止焦灼，然后用布袋過濾，

29、濾渣在清水中浸泡24.h，除去上層清液，過濾，干燥備用。乙醇脫皂法是將粉碎過篩后油茶餅粕加人2倍無水乙醇，置70水浴中保溫8h，不時攪拌，然后過濾除去乙醇，干燥備用19。對脫皂后的餅糖進行油茶皂素含量和主要營養(yǎng)成分含量分析。從研究結(jié)果看出，油茶餅粕經(jīng)脫皂處理后，主要營養(yǎng)成分均有不同程度的變化，總糖都呈下降的趨勢，而且以熱水脫皂處理下降得稍為明顯。但總體看來，油茶可溶性糖的含量并不高。而乙醇脫皂處理后保留了水溶而醇不溶的碳水化合物組分，特別是半纖維素部分，導(dǎo)致乙醇脫皂處理對總糖下降不甚明顯。兩種脫皂處理后粗纖維略有提高。熱水脫皂處理對蛋白質(zhì)有一定程度的損失，而乙醇脫皂處理則使蛋白質(zhì)含量略有提高。

30、這可能是由于其他醇溶性物質(zhì)如粗脂肪的損失相對較多，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)相對含量有所增加。從皂效果來看，兩種方法均已達到78以上22。乙醇處理皂素的去除率要高于熱水處理，而且乙醇提取得到的油茶皂素相對純凈，對油茶餅粕營養(yǎng)物質(zhì)的破壞也較少，皂素的回收相對也較容易。 滅菌方法對營養(yǎng)物質(zhì)的影響再發(fā)酵之前，除了脫毒之外，還要對發(fā)酵用的培養(yǎng)基進行滅菌，采用了兩種不同的滅菌方式，包括常用了高溫濕熱滅菌，以及微波滅菌兩種方法，高溫濕熱滅菌就是在高壓滅菌鍋內(nèi)使用十個大氣壓，讓溫度提高到121，滅菌30min?？紤]到高壓濕熱滅菌有可能使得其中的營養(yǎng)成分發(fā)生很大的變化，所以我們應(yīng)用了條件相對溫和的微波滅菌的方法，條件是1

31、個大氣壓，121，30min25。通過對滅菌前后的培養(yǎng)基中的纖維素和蛋白質(zhì)的測量可以總結(jié)為如下兩個表格（表7，表8）。表7 微波、濕熱處理油茶蛋白質(zhì)含量測定實驗材料質(zhì)量（單位g）測量數(shù)據(jù)實際結(jié)果空白00.13%0.13%脫毒油茶10.202613.32%13.45%脫毒油茶20.201412.92%13.05%濕熱油茶10.200814.97%15.01%濕熱油茶20.211015.56%15.69%微波油茶10.202217.87%18.00%微波油茶20.201017.36%17.49%表8 微波、濕熱處理油茶纖維素含量測定處理方式樣品重（g）烘干后質(zhì)量（g）灰化后質(zhì)量（g）含量（g）百分

32、含量（%）微波15min0.601630.635930.42060.213535.7879微波30min0.601130.077829.89970.179029.7787濕熱10.601429.310829.23330.077512.8866濕熱20.601230.464930.38210.082813.7724脫毒茶粕10.600429.500329.35280.147524.5666脫毒茶粕20.600330.241230.08860.152625.4206 不同的脫毒方法對發(fā)酵菌種的生產(chǎn)狀況的影響將熱水脫皂()、乙醇脫皂()和未處理() 3種油茶餅粕，按前所述培養(yǎng)基配方調(diào)配后裝入試管，滅

33、菌，分別接人毛霉、黑曲霉、少孢根霉3個菌種及菌種組合各2ml于餅粕上部，每個處理重復(fù)3次，放A恒溫培養(yǎng)箱中，在25條件下培養(yǎng)，每隔2d測量菌絲在試管中的生長高度，每個處理取平均值，結(jié)果見表9?？傮w看來，各菌種及菌種組合生長速度差異不甚明顯，毛霉稍快，其他差異不大，黑曲霉前期生長速度較快26。不同處理之間各菌種及菌種蛆合的生長速度差異明顯，以熱水脫皂處理生長速度最快，到第14d均已長滿試管，乙醇脫皂處理生長速度次之，未脫皂的最慢，盡管乙醇脫皂使油茶皂素脫除率較高，但菌絲酌生長速度仍然較慢，這可能是餅粕尚存乙醇之故24。各菌種及菌種組合的生長高峰期集中在前6d，黑曲霉則主要集中在前2d。表9 不同

34、的脫毒方法對發(fā)酵菌種的生產(chǎn)狀況的影響菌種不同生長天數(shù)菌株的生長狀況處理2d4d6d8d10d12d14d毛霉+黑曲霉+少孢根霉+ 采用不同的細菌進行固體發(fā)酵對發(fā)酵底物的營養(yǎng)成分的影響熱水脫皂()、乙醇脫皂()和未脫皂()的油茶餅粕按前文所述配方調(diào)配后，裝入罐頭，每瓶250g，殺菌后，3個菌種10mI，共12個處理，每個處理重復(fù)8次，在25下培養(yǎng)，每隔23d取出干燥，測定其蛋白質(zhì)含量，蛋白質(zhì)的動態(tài)變化見表9，從表9可以看出，各處理的蛋白質(zhì)最大提高率有明顯差異，以乙醇脫皂的油茶餅粕接種毛霉的為最高，達99.7%，其次為乙醇脫皂餅粕接種黑曲霉，蛋自質(zhì)提高74.2%，大部分處理餅粕的蛋白質(zhì)含量在6d左

35、右達到最高值，這與各菌種處理的生長速度變化基本一致，隨著時間的延長，總蛋白質(zhì)含量略有下降，這可能是由于營養(yǎng)物質(zhì)已基本消耗完畢，各菌種不能維持正常生長，導(dǎo)致菌體自溶的緣故23。各種餅粕處理對蛋白質(zhì)的提高呈現(xiàn)出一定差異，以乙醇脫皂餅粕樣品蛋白質(zhì)提高最為顯著，而未進行脫皂處理的餅粕，除接種毛霉的稍高外，接種其他菌種的餅粕的蛋白質(zhì)含量明顯偏低。表10 不同的細菌進行固體發(fā)酵對發(fā)酵底物的營養(yǎng)成分的影響菌種餅粕處理不同階段固體發(fā)酵培養(yǎng)基中蛋白質(zhì)含量 最大蛋白質(zhì)提高效率（%）0d2d6d10d14d毛霉6.948.238.859.199.1232.428.758.8512.4117.4716.7899.71

36、8.708.7513.1012.8211.7350.63黑曲霉6.949.3211.1611.089.7860.828.7511.5015.3114.9914.8772.318.708.748.979.029.347.41少孢根霉6.948.518.7311.5711.0466.328.7512.2912.3412.1911.5241.218.708.889.309.3510.1516.75.總結(jié)(1)茶皂素是從山茶科植物的種子中提取的一種糖式化合物，它屬皂素類，是一種天然非離子型表面活性劑。經(jīng)檢測，茶皂素具有良好的乳化、分散、發(fā)泡、濕潤等功能，并且具有消炎、鎮(zhèn)痛，抗?jié)B透等藥理作用。茶皂素產(chǎn)品

37、為淡黃色的微細粉末，廣泛應(yīng)用于洗滌，毛紡、針織、醫(yī)藥、日用化工行業(yè)等生產(chǎn)。在固體型農(nóng)藥中作為濕潤劑和懸浮劑，在乳油型農(nóng)藥中作為增效劑與展著劑，也可直接作為生物農(nóng)藥。(2)通過對油茶餅粕中茶皂素的各種提取方法發(fā)現(xiàn)，油茶餅粕中茶皂素的提取可采用超聲波法。在超聲波作用下提取茶皂素的提取率受多種因素的影響，如超聲波提取時間、溶劑濃度、料液比及溶液溫度等。實驗得出了較佳工藝參數(shù)為：超聲頻率20kHz，料液比為1 4，超聲提取時間為20min，乙醇濃度為80，提取溶液溫度為50，在此條件下茶皂素的提取率為96.3，產(chǎn)率為9。并且能量消耗，原料的利用率遠比其他方法優(yōu)化。(3)在用熱水和乙醇萃取油茶餅粕中的油

38、茶皂素作為脫皂的兩種方法中，乙醇脫皂方法較為簡單，脫皂率較高，營養(yǎng)成分損失較少，而且所萃取的皂素較為純凈。在工業(yè)化生產(chǎn)中，可以結(jié)合油茶皂素提取，將提取皂素后的油茶餅粕作為進一步發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的原料。(4)毛霉、黑曲霉、少孢根霉3個菌種在油茶餅粕培養(yǎng)基上生長速率，以毛霉較快，但它們之間的差異不明顯。在不同油茶餅粕培養(yǎng)基上，3個菌種表現(xiàn)出不同的生長速率，以接種在清水脫皂餅粕上的稍快，乙醇脫皂餅粕上的稍慢，而未脫皂餅粕上的則明顯變慢。這主要是由于油茶皂素對各菌種的抑制作用所致，但乙醇脫皂餅粕的速度稍慢，可能是由于乙醇脫皂餅粕中尚存少量乙醇。接種在脫皂餅粕上的各菌種及菌種組合的生長高峰期除在未脫皂餅

39、粕外大多集中在前6d，生長量占整個培養(yǎng)時間14d的7080%，黑曲霉的初期生長速度更快一些，前2d的生長量占50%左右18。這主要是由于在餅粕中可利用的營養(yǎng)物質(zhì)的消耗主要集中在培養(yǎng)前期，從還原糖變化動態(tài)可以看出，還原糖的消耗主要集中在前6d。毛霉和黑曲霉對油茶餅粕中的纖維素有一定的分解能力，分解率分別為24.5和31.5，各菌種及菌種組合對油茶餅粕培養(yǎng)基的蛋白質(zhì)最大提高率為66.799.7%，本實驗蛋白質(zhì)得率最高峰出現(xiàn)在第610天，其中毛霉的表現(xiàn)最為突出，在用乙醇脫皂的情況下蛋白質(zhì)的提高率可以達到99.7%，因此在實踐生產(chǎn)中要著重研究毛霉，估計在改變其他的條件下毛霉的分解潛力會更進一步的增加。致謝畢業(yè)論文已經(jīng)完成了，首先要感謝我的畢業(yè)論文導(dǎo)師李威老師，在他認真的指導(dǎo)和幫助下，我才能順利的完成了我的畢業(yè)論文。從論文的選題到論文的完成，我經(jīng)歷了查閱大量文獻資料、開題報告、任務(wù)書、外文文獻翻譯、論文工作日記、文獻綜述、論文初稿到完成，在這么長的階段里，我非常感謝李威老師，他對我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。李威老師甚至為