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茶皂素表面活性理论体系及其应用茶皂素表面活性理论体系及其应用 朱伯荣 柳荣祥 夏春华 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发展的基础上，论述了茶皂素的应用理论之一 ——茶皂素表面活性理论，并祥述了茶皂素的应用，同时对可能利用的途径进行探讨。 关键词 茶皂素 ；表面活性；综合利用 前 言 茶皂素研究自1931年算起，已有60多年历史了。50年代初分离出来的茶皂素以后，主要致力于茶皂素组成及结构的研究。70年代末以来，随着我国茶皂素研究工作的兴起，并以应用为目的，广泛地开展茶皂素活性应用的研究。标志着茶皂素研究从50~60年代的结构鉴定阶段转入70年代末以来的应用研究阶段。 随着理论研究的深入，为茶皂素的利用提供了一大批成果和技术专利，从而带动了茶皂素生产的发展。在我国茶和油茶的主产区，浙江、江西、湖南、湖北、福建、广西、贵州和云南等省，都建起茶皂素生产厂或生产线。据不完全统计，目前全国生产茶皂素的厂家达20余家，年产茶皂素极其制剂达千吨以上。均以茶皂素的表面活性和生物活性应用于实践。 然而，茶皂素的活性只有被应用才体现其价值，而应用必须有其理论的指导。茶皂素表面活性理论体系是其开发应用的重要理论基础之一，它为工业应用提供了依据，并指导于实践，使茶皂素在各领域得到广泛的应用。这方面的理论研究与应用拓展，是我国在世界上的一大创举。为进一步开发茶皂素表面活性的应用，本文就茶皂素表面活性理论体系的建立及其在实践中的应用进行综述。 一、 茶皂素表面活性理论体系建立的背景 日本学者青山新次郎1931年从茶籽中分离出茶皂素，局限于没有得到茶皂素结晶，仅根据其水解实验所得的配基和糖体确定了茶皂素的实验式。直到1952年日本东京大学的石馆守三和上田阳分离提纯出茶皂素结晶，为结构鉴定提供了条件。随着60年代以后分离和鉴定手段的进步，吉冈等人和伊东等人对茶皂素的配基结构进行深入的研究，共分离鉴定七种皂甙配基。水野卓在石馆、上田研究的基础上，对糖体组成作了详细的研究。R.Tschesche等人的研究更明确了茶皂素糖体与配基、有机酸与配基的连接方式，以及糖体的整体结构和有机酸组成。从而基本搞清茶皂素的组成及结构，但对利用一直没有开发。 70年代初，我国对资源的综合利用开始重视，尤其对副产物的综合利用。茶叶生产中的副产物——茶叶籽，也被广大茶叶科技工作者所关注，开始对茶籽综合利用的系统研究。在解决了茶籽制油技术后，发现茶籽饼粕中尚有15%左右的茶皂素可以利用，从此我国对茶皂素的研究开始起步，并以解决茶籽饼粕的利用为目的，指导思想明确。茶皂素研究的起步，也带动了对油茶皂素的研究，以解决大量的油茶籽饼粕的利用，从而兴起了我国茶皂素研究的热潮。1979年夏春华等率先实现了茶皂素工业化生产，迈出了茶皂素应用的第一步。然而，茶皂素仅仅是一种中间产品，只有被应用才能体现其价值，而开发应用必须从其理化特性出发，才有坚实的理论基础。但是，当时茶皂素应用的理论与实践尚无文献可供参考。 历史上有用茶籽饼泡水洗头、洗衣，《本草纲目》中也有“茶籽捣仁洗衣去油腻”的记载，其活性成分即茶皂素。1938年町田佐一曾对茶叶皂素的起泡性能进行测试，也显示了茶皂素有表面活性。但以往的研究着重在结构鉴定方面，忽视了茶皂素表面活性这一重要性能的研究，使茶皂素的表面活性没有得到应有的利用。为了从根本上解决茶皂素的应用问题，必须对茶皂素的表面活性理论进行研究，从理论上指导实践。因此，茶皂素工业化生产实现以后，就开始对茶皂素表面活性的理论及应用的研究，特别是1980年茶皂素石蜡乳化剂的问世，更坚定了茶皂素表面活性利用的信心。随着理论研究与应用开发的相互促进，从而加快了茶皂素表面活性理论体系的建立及应用领域的拓展。 二、茶皂素表面活性的理论体系 （一） 茶皂素的结构具有两亲基团 表面活性剂之所以具有表面活性，是由其分子结构上存在两亲基团所决定。茶皂素的结构属三萜类皂甙，由糖体、配基和有机酸组成。从分子结构看，茶皂素是一种非离子型表面活性剂。其亲水基团是由强电负性的含氧基团（如：—O—，—OH，—C—O—，—C—OH）组成，这些含氧基团集中在茶皂素的糖类配体，有机酸配体及与皂甙配基的连接部位，构成亲水部分；其配基是由非极性的碳氢环链构成，在水溶液中呈现憎水的倾向，成为亲油的主体。因此，茶皂素的结构可以用表面活性剂的结构模型来表示其在两相界面上的形态。 （二） 茶皂素降低溶液的表面张力（或界面张力） 表面张力是表面活性剂的重要参数，以其确定表面活性剂的表面活性。茶皂素能显著地降低溶液的表面张力，并随浓度的增加而逐渐下降，当浓度为0.5%左右时，表面张力降至最低，从76.85（毫牛顿/米）降为32.86（毫牛顿/米），其后浓度再增加，也不再降低。呈现出表面活性剂特有的“胶束形成现象”，即当活性物浓度很低时，水表面不能全部为表面活性剂所覆盖，表面张力虽有下降，但不是最低；随浓度的升高，水表面的活性剂分子增多，表面张力逐渐下降；当增加到液面形成一层单分子膜，表面张力达到最低值。即使再增加活性物的浓度，仅在溶液中形成胶束，表面张力不再下降。此界限为活性物浓度在溶液表面已经达到饱和，称为临界胶束浓度。茶皂素的临界胶束浓度（CMC）为0.5%左右。 （三） 茶皂素的的HLB值—16 HLB值即亲水亲油平衡值。因每种表面活性剂分子结构不同，所带的两种基团大小与强弱不一，在胶体化学中加入一个概念——亲水亲油平衡值，简称HLB值。以完全没有亲水基团的石蜡HLB值定为0，把完全是亲水基团的聚乙二醇定为20，一般表面活性剂介于0~20之间。它在实践中是表面活性剂的重要参数，它可用来判断表面活性剂的可能用途。 无论采用测定临界胶束浓度（CMC），按公式HLB=7+4.02log1/CMC计算，还是根据茶皂素的分子结构，采用基团计算法，茶皂素的HLB值为16。根据HLB值与应用的关系，茶皂素在分散，发泡、去污以及O/W型的乳化方面均有较好的性能。 （四） 皂素使接触角变小 接触角通常能反映表面活性剂的湿润性能，以液滴在固体表面所形成的气液固三相界面的交点，作一切线与水平线的夹角来表示。接触角越小则湿润性能越好。习惯上，θ>90°为不湿润，θ<90°则为湿润。采用接触角测定仪，并以石蜡板作载体，测定茶皂素水溶液的接触角。随溶液中茶皂素浓度的增加，θ值逐渐变小，当浓度大于1%时，θ<90°，属浸渍湿润，而水的接触角达108°，为不湿润。在测定浓度0.001～10%范围内，θ与其浓度的对数值呈负相关（y=90.8112-5.897x，r=-0.9804） |
