茶皂素（C30H506）是一種性能優(yōu)良的天然非離子表面活性劑，具有降低水的表面張力、乳化、分散、潤濕等性能，所形成的乳液粒子小，分布均勻，穩定性好。它具有很強的起泡能力，0.05％的茶皂素水溶液振蕩后產(chǎn)生的泡沫30min不消散，而上等肥皂振蕩后所產(chǎn)生的泡沫14min就消散了。此外茶皂素還具有抗滲、消炎、鎮痛、抑制霉菌生長(cháng)和溶血作用等方面的藥理性能和生理活性，因而被廣泛應用于日化、農藥、食品及醫藥等領(lǐng)域。茶皂素含量的高低直接影響其進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)與利用，如用作生物試劑和醫藥原料，要求茶皂素的純度需達到95％以上。按傳統的水提法和有機溶劑法（如含水乙醇、含水甲醇等）都不能很好地解決市場(chǎng)對該產(chǎn)品的要求。從生產(chǎn)方面來(lái)講，主要缺陷是產(chǎn)品中茶皂素的含量不高，色度深，并有大量糖類(lèi)和蛋白類(lèi)大分子存在，特別是乙醇提取物具有難聞的氣味；另一方面就是產(chǎn)品成本過(guò)高。膜分離技術(shù)應用于茶皂素的提取與精制，能有效解決傳統加工方法加工成本高，產(chǎn)品質(zhì)量差，設備投資大，生產(chǎn)運行費用高，生產(chǎn)安全性差等缺陷。本文針對純度為70％左右的粗茶皂素體系，采用0.5um的陶瓷微濾膜與截留相對分子質(zhì)量為10000的螺旋卷式有機超濾膜（PW4040）組合工藝去除茶皂素水溶液中蛋白質(zhì)、多糖、油脂以及相對分子質(zhì)量更小的物質(zhì)，以提高茶皂素的純度，滿(mǎn)足市場(chǎng)要求。
1材料與方法
1.1材料、儀器
純度約為70％（質(zhì)量分數）的粗茶皂素，金陵石化公司研究院提供；反滲透水，實(shí)驗室自制；NaOH、丙酮、鹽酸均為分析純；0.5m的19通道陶瓷膜管（膜面積0.1m）、PW4040膜（膜面積8m），南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所提供；2100A型濁度儀，GZX一9146MBE電熱干燥箱，Sartorius分析天平，HH-S恒溫水浴鍋，索氏脂肪提取器，島津uV一1201紫外分光光度儀。
1.2粗茶皂素溶液配制
用純度為70％粗茶皂素，以反滲透水在40qC下配制質(zhì)量分數為26.3％的茶皂素溶液38，溶液濁度為202NTU。
1.3茶皂素精制工藝
實(shí)驗采用0.1in的平均孔徑為0.5m陶瓷膜過(guò)濾裝置作為預處理工序，采用8m的PW4040有機膜裝置進(jìn)行后續精制濃縮工序，工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1茶皂素精制工藝流程圖
1.4茶皂素含量分析
稱(chēng)取樣品3.000g置于三角燒杯中，加20mL蒸餾水溶解后再加36％HC125mL，接冷凝回流裝置水解（100qC，2h），冷卻后沉淀過(guò)濾洗滌至濾紙無(wú)酸性，沉淀與濾紙在恒溫箱中烘干（80-90qC），將濾紙與沉淀物用濾紙包好，放入索氏提取器內，用丙酮作溶劑在70-80qC水浴上提取5-6h，蒸餾除去丙酮，接收瓶與配基放入110qC烘箱中烘至恒重，稱(chēng)重，按下式計算茶皂素含量。
2結果與討論
2.1陶瓷膜微濾預處理
粗茶皂素水溶液中雜質(zhì)主要是微小顆粒以及蛋白質(zhì)、多糖等一些大分子物質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在直接影響茶皂素的后續開(kāi)發(fā)利用。采用平均孔徑為0.5m陶瓷膜過(guò)濾作為預處理工序，以除去一些微小顆粒及雜質(zhì)，但隨著(zhù)實(shí)驗的進(jìn)行，蛋白以及多糖等一些膠體大分子物質(zhì)在膜表面及孔道壁內吸附，從而導致膜孔道堵塞或變小，同時(shí)在膜表面形成一層凝膠層，從而起著(zhù)兩層膜的作用，對蛋白及多糖等也會(huì )有一定的截留。表1為陶瓷膜膜通量與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系。
從表1可以看出，隨著(zhù)過(guò)濾時(shí)間的延長(cháng)，膜通量逐漸下降并趨向穩定，但40min后膜通量開(kāi)始上升，75mi后出現急劇跳躍式增長(cháng)。這可能與溫度有關(guān)，一方面隨著(zhù)溫度的上升，溶液黏度下降，導致膜通量增大；另一方面，過(guò)濾40min后，體系溫度達到40℃左右，而在此溫度下茶皂素可以充分溶解，使得由于邊界層濃度過(guò)高而在膜表面結晶的茶皂素凝膠層逐漸溶解，隨著(zhù)過(guò)濾的進(jìn)行和溫度繼續升高，凝膠層被溶解，導致在75min時(shí)膜通量急劇上升，90min后溶解與污染又達到平衡，膜通量趨向穩定。
表1陶瓷膜膜通量與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系
表2為陶瓷膜過(guò)濾前后原料液和滲透液的濁度分析結果0從表2可以看出，濁度從202NTU下降到31.5NTU，料液中一些微小顆粒及大分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、糖類(lèi)物質(zhì)等）基本被截留，濁度降低了84.4％，達到了預處理效果以及超濾對料液濁度的要求。
表2陶瓷膜過(guò)濾前后原料液和滲透液的物性參數
2.2PW4040膜超濾濃縮
為了進(jìn)～步提高茶皂素的純度，利用截留相對分子質(zhì)量為10000的螺旋卷式有機超濾膜（PW4040）對0.5m陶瓷膜的滲透液進(jìn)行濃縮，并除去相對分子質(zhì)量更小的物質(zhì)及色素。圖2為PW4040膜通量與濃縮時(shí)問(wèn)的關(guān)系。從圖2可以看出，PW4040膜通量剛開(kāi)始時(shí)急劇下降，隨著(zhù)濃縮時(shí)間的延長(cháng)，其膜通量逐漸趨于穩定，20min后達到污染平衡，膜通量也達到穩態(tài)，約為5.20L／（m·h）。
圖2PW4040膜通量與濃縮時(shí)間的關(guān)系
茶皂素中皂甙是一系列結構極為相近的三萜皂甙化合物，并在A(yíng)max=280nm附近有紫外吸收，所以在不顯色情況下，可以直接對其進(jìn)行紫外掃描測定，如圖3所示。從圖3茶皂素在A(yíng)max=280nm附近的吸光度可以看出，稀釋200倍的PW4040膜濃縮液與稀釋20倍的原液具有相當的吸光度，初步估計PW4040膜對茶皂素的截留率可以達到90％以上，這與表3化學(xué)分析方法得到的結果相近。表3為PW4040膜過(guò)濾前后濃縮液和滲透液的成分分析，0.5m陶瓷膜的滲透液共有34.3，經(jīng)過(guò)PW4040膜濃縮后，取出滲透液24.3kg，得到濃縮液10.0kg，所得濃縮液中茶皂素純度達到91.0％，皂素產(chǎn)品得率約為66％，達到市場(chǎng)對皂素純度的要求，增加了產(chǎn)品的附加值。
圖3茶皂素溶液紫外分光光度分析結果
2.3膜清洗與再生
在陶瓷膜過(guò)濾過(guò)程中，由于粗茶皂素中一些顆粒、大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)和多糖等的存在，膜易被污染，造成膜通量急劇降低；PW4040膜在濃縮過(guò)程中，由于膜污染，膜通量也衰減了80％左右。為了減輕膜污染，降低膜的應用成本，在膜材料設計、膜組件的形狀設計以及過(guò)程優(yōu)化上雖然取得了很大的進(jìn)展，但是在陶瓷膜的實(shí)際運行過(guò)程中，膜的化學(xué)清洗仍然是一種保持一定膜通量和延長(cháng)膜使用壽命的必需手段。為此，根據茶皂素易溶于熱水，在堿性水溶液中溶解性顯著(zhù)增加，以及40℃下NaOH可使得沉積的污染物最大程度地溶脹特性，選擇質(zhì)量分數1％～2％的NaOH水溶液在40下對陶瓷膜和PW4040膜進(jìn)行化學(xué)清洗。清洗步驟為：UF或MF膜使用完畢，在低壓（0.05MPa）高流速下（5m／s），先用水沖去系統中殘留液，然后用1％～2％的NaOH水溶液在40℃下對陶瓷膜和PW4040膜進(jìn)行化學(xué)清洗，用去離子水把堿漂洗干凈，再用SDS表面活性劑沖洗，最后用去離子水清洗干凈，測純水膜通量。
表3PW膜過(guò)濾前后濃縮液和滲透液的成分分析
圖4為清洗前后膜通量的恢復情況，所有純水膜通量均是在溫度為（22±2）℃，壓力為0.IMPa，流速3.0m／s條件下測得。由圖4可以看出，經(jīng)過(guò)清洗后陶瓷膜通量從22.7％恢復到新膜膜通量的87.6％左右，PW4040膜通量從24.9％恢復到新膜膜通量的93.0％左右，兩種膜的純水膜通量恢復良好，表明上述清洗方法較適合于此體系的清洗。
圖4純水膜通量恢復情況
3結論
（1）采用平均孑L徑為0.5um的陶瓷膜可以將原料液濁度從202NTU降低到31.5NTU，除濁率達到85％，所得的滲透液基本達到有機膜進(jìn)料要求。
（2）用截留相對分子質(zhì)量為10000的螺旋卷式超濾膜可以將原來(lái)純度為70％左右的茶皂素提純?yōu)?l％的茶皂素，純度提高了20個(gè)百分點(diǎn)；超濾膜通量從21.15L／（m·h）衰減到5.20L／（m·h）。
（3）根據體系性質(zhì)，選擇合適的清洗劑和方案，陶瓷膜膜通量從22.7％恢復到新膜膜通量的87.6％左右，PW4040膜通量從24.9％恢復到新膜膜通量的93.0％左右，兩種膜的純水膜通量恢復良好。
（4）利用微濾一超濾組合工藝精制茶皂素可以不再使用有機溶劑，因而在工藝、設備、電器、土建等方面無(wú)需考慮防燃、防爆設計，且能使茶皂素純度提高到91.0％，滿(mǎn)足市場(chǎng)對產(chǎn)品純度的要求，增加茶皂素的附加值。
