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茶皂素表面活性理論體系及其應用茶皂素表面活性理論體系及其應用 朱伯榮 柳榮祥 夏春華 朱全芬 （杭州中野天然植物科技有限公司，杭州310012） 摘 要 本文在概述茶皂素研究發展的基礎上，論述了茶皂素的應用理論之一 ——茶皂素表面活性理論，并祥述了茶皂素的應用，同時對可能利用的途徑進行探討。 關鍵詞 茶皂素 ；表面活性；綜合利用 前 言 茶皂素研究自1931年算起，已有60多年歷史了。50年代初分離出來的茶皂素以后，主要致力于茶皂素組成及結構的研究。70年代末以來，隨著我國茶皂素研究工作的興起，并以應用為目的，廣泛地開展茶皂素活性應用的研究。標志著茶皂素研究從50~60年代的結構鑒定階段轉入70年代末以來的應用研究階段。 隨著理論研究的深入，為茶皂素的利用提供了一大批成果和技術專利，從而帶動了茶皂素生產的發展。在我國茶和油茶的主產區，浙江、江西、湖南、湖北、福建、廣西、貴州和云南等省，都建起茶皂素生產廠或生產線。據不完全統計，目前全國生產茶皂素的廠家達20余家，年產茶皂素極其制劑達千噸以上。均以茶皂素的表面活性和生物活性應用于實踐。 然而，茶皂素的活性只有被應用才體現其價值，而應用必須有其理論的指導。茶皂素表面活性理論體系是其開發應用的重要理論基礎之一，它為工業應用提供了依據，并指導于實踐，使茶皂素在各領域得到廣泛的應用。這方面的理論研究與應用拓展，是我國在世界上的一大創舉。為進一步開發茶皂素表面活性的應用，本文就茶皂素表面活性理論體系的建立及其在實踐中的應用進行綜述。 一、 茶皂素表面活性理論體系建立的背景 日本學者青山新次郎1931年從茶籽中分離出茶皂素，局限于沒有得到茶皂素結晶，僅根據其水解實驗所得的配基和糖體確定了茶皂素的實驗式。直到1952年日本東京大學的石館守三和上田陽分離提純出茶皂素結晶，為結構鑒定提供了條件。隨著60年代以后分離和鑒定手段的進步，吉岡等人和伊東等人對茶皂素的配基結構進行深入的研究，共分離鑒定七種皂甙配基。水野卓在石館、上田研究的基礎上，對糖體組成作了詳細的研究。R.Tschesche等人的研究更明確了茶皂素糖體與配基、有機酸與配基的連接方式，以及糖體的整體結構和有機酸組成。從而基本搞清茶皂素的組成及結構，但對利用一直沒有開發。 70年代初，我國對資源的綜合利用開始重視，尤其對副產物的綜合利用。茶葉生產中的副產物——茶葉籽，也被廣大茶葉科技工作者所關注，開始對茶籽綜合利用的系統研究。在解決了茶籽制油技術后，發現茶籽餅粕中尚有15%左右的茶皂素可以利用，從此我國對茶皂素的研究開始起步，并以解決茶籽餅粕的利用為目的，指導思想明確。茶皂素研究的起步，也帶動了對油茶皂素的研究，以解決大量的油茶籽餅粕的利用，從而興起了我國茶皂素研究的熱潮。1979年夏春華等率先實現了茶皂素工業化生產，邁出了茶皂素應用的第一步。然而，茶皂素僅僅是一種中間產品，只有被應用才能體現其價值，而開發應用必須從其理化特性出發，才有堅實的理論基礎。但是，當時茶皂素應用的理論與實踐尚無文獻可供參考。 歷史上有用茶籽餅泡水洗頭、洗衣，《本草綱目》中也有“茶籽搗仁洗衣去油膩”的記載，其活性成分即茶皂素。1938年町田佐一曾對茶葉皂素的起泡性能進行測試，也顯示了茶皂素有表面活性。但以往的研究著重在結構鑒定方面，忽視了茶皂素表面活性這一重要性能的研究，使茶皂素的表面活性沒有得到應有的利用。為了從根本上解決茶皂素的應用問題，必須對茶皂素的表面活性理論進行研究，從理論上指導實踐。因此，茶皂素工業化生產實現以后，就開始對茶皂素表面活性的理論及應用的研究，特別是1980年茶皂素石蠟乳化劑的問世，更堅定了茶皂素表面活性利用的信心。隨著理論研究與應用開發的相互促進，從而加快了茶皂素表面活性理論體系的建立及應用領域的拓展。 二、茶皂素表面活性的理論體系 （一） 茶皂素的結構具有兩親基團 表面活性劑之所以具有表面活性，是由其分子結構上存在兩親基團所決定。茶皂素的結構屬三萜類皂甙，由糖體、配基和有機酸組成。從分子結構看，茶皂素是一種非離子型表面活性劑。其親水基團是由強電負性的含氧基團（如：—O—，—OH，—C—O—，—C—OH）組成，這些含氧基團集中在茶皂素的糖類配體，有機酸配體及與皂甙配基的連接部位，構成親水部分；其配基是由非極性的碳氫環鏈構成，在水溶液中呈現憎水的傾向，成為親油的主體。因此，茶皂素的結構可以用表面活性劑的結構模型來表示其在兩相界面上的形態。 （二） 茶皂素降低溶液的表面張力（或界面張力） 表面張力是表面活性劑的重要參數，以其確定表面活性劑的表面活性。茶皂素能顯著地降低溶液的表面張力，并隨濃度的增加而逐漸下降，當濃度為0.5%左右時，表面張力降至最低，從76.85（毫牛頓/米）降為32.86（毫牛頓/米），其后濃度再增加，也不再降低。呈現出表面活性劑特有的“膠束形成現象”，即當活性物濃度很低時，水表面不能全部為表面活性劑所覆蓋，表面張力雖有下降，但不是最低；隨濃度的升高，水表面的活性劑分子增多，表面張力逐漸下降；當增加到液面形成一層單分子膜，表面張力達到最低值。即使再增加活性物的濃度，僅在溶液中形成膠束，表面張力不再下降。此界限為活性物濃度在溶液表面已經達到飽和，稱為臨界膠束濃度。茶皂素的臨界膠束濃度（CMC）為0.5%左右。 （三） 茶皂素的的HLB值—16 HLB值即親水親油平衡值。因每種表面活性劑分子結構不同，所帶的兩種基團大小與強弱不一，在膠體化學中加入一個概念——親水親油平衡值，簡稱HLB值。以完全沒有親水基團的石蠟HLB值定為0，把完全是親水基團的聚乙二醇定為20，一般表面活性劑介于0~20之間。它在實踐中是表面活性劑的重要參數，它可用來判斷表面活性劑的可能用途。 無論采用測定臨界膠束濃度（CMC），按公式HLB=7+4.02log1/CMC計算，還是根據茶皂素的分子結構，采用基團計算法，茶皂素的HLB值為16。根據HLB值與應用的關系，茶皂素在分散，發泡、去污以及O/W型的乳化方面均有較好的性能。 （四） 皂素使接觸角變小 接觸角通常能反映表面活性劑的濕潤性能，以液滴在固體表面所形成的氣液固三相界面的交點，作一切線與水平線的夾角來表示。接觸角越小則濕潤性能越好。習慣上，θ>90°為不濕潤，θ<90°則為濕潤。采用接觸角測定儀，并以石蠟板作載體，測定茶皂素水溶液的接觸角。隨溶液中茶皂素濃度的增加，θ值逐漸變小，當濃度大于1%時，θ<90°，屬浸漬濕潤，而水的接觸角達108°，為不濕潤。在測定濃度0.001～10%范圍內，θ與其濃度的對數值呈負相關（y=90.8112-5.897x，r=-0.9804） |
