全 文 ：收稿日期: 2002- 09- 05
基金项目: 国家“十五”科技攻关课题 ( 2001BA502B03- 2)
皂荚皂甙提取工艺的研究
梁静谊 1, 2　蒋建新 1　朱莉伟 1　孙达峰 1　张卫明1　安鑫南 2
( 1. 南京野生植物研究院 ,江苏 南京 210042; 2.南京林业大学化工院 ,江苏 南京 210037)
摘　要　研究了以皂荚为原料 ,对传统有机溶剂提取与水提取和超临界 CO2萃取三萜皂甙进行了比较 ,得出水最
适合提取皂荚皂甙 ;水提工艺部分 ,在单因素实验的基础上采用正交设计实验优化工艺 ,得出提取皂荚皂甙的最佳
工艺。
关键词　皂荚皂甙 ;提取 ;正交设计 ;工艺
Study on the Extraction Technics of the Pod of Gledits ia s inensis
Liang Jingyi
1, 2
, Jiang Jianxin
1
, Zhu Liw ei
1
, Sun Dafeng
1
, Zhang Weiming
1
, An Xinnan
2
( 1. Nanjing w ild Plant Resea rch Insti tute, Nanjing 210042;
2. Nanjing Fo resty Univ ersi ty , Nanjing 210037)
Abstract　 It is concluded that w ater ex t raction is a asui table method for t ri terpenoid saponin
comparing t radi tional org anic reagent ex t raction, w ater ex t raction and supercritical f luid ( CO2 )
ex t raction on the pod o f the Gleditsia sinensis. In the part o f w ater ex t raction, the optimum
ex traction technics w as acquired by o rthogonal design and sing le factor experiment.
Key words　 Gleditsia saponin; ex t raction; o rthogonal design; technics
　　皂荚 (Gleditsia sinensis Lam. ) ,又名皂角 ,落叶
乔木或小乔木 ,在我国广泛分布于东北、华北、华东、
华南等地。由于皂荚一身都是宝 ,皂荚、种子、皂剌均
可利用 ,故已有大规模的人工种植。
皂荚含有大量的三萜皂甙 ( 15% ～ 30% )。 三萜
皂甙是非常优良的天然非离子表面活性剂 ,对眼、皮
肤均无刺激 ,对人类生态环境无影响 ,原料易得。因
而 ,皂荚皂甙不仅可作为传统的洗涤品 ,还可在医
药、农药、生物、纺织、金属加工、石油开采、泡沫灭火
等诸多领域得到广泛推广应用 ,其前景十分广阔 ,所
以有必要在工业上大规模提取皂荚皂甙 ,以便推广
其作为工业原料的应用。
笔者全面研究了皂甙的提取提纯方法及提取工
艺。
1　实验材料
华安超临界 CO2萃取设备 ,恒温水浴锅 ,旋转
蒸发仪 ,真空干燥箱 ,电子天秤。
正丁醇 ,乙醇 ,异丙醇 ,甲醇 ,乙醇乙酯 ,均为
AR级。
皂荚原材料采自北京 ,鉴定为皂角属皂荚植物
(Gleditsia sinensis Lam. )果实。
2　实验方法
2. 1　提取方法的比较
分别采用传统方法 (水浸提、甲醇浸提、 70%乙
醇浸提、乙酸乙酯浸提 )和超临界 CO2萃取方法 ,对
皂荚皂甙进行了提取 ,并作了比较。
传统提取实验: 称取 50. 0 g皂荚 4份 ,分别加
入水、甲醇、 70%乙醇、乙酸乙酯在 30℃室温下浸提
2次 ,每次 2 h,浸提剂的加入量第一次 300 mL,第 2
次 200 mL。合并两次浸提液 ,减压浓缩 ,然后真空干
燥 ,粉碎得粗皂甙 ,称重 ,取 2. 0 g粗皂甙 ,用异丙醇
溶解 ,回收异丙醇 ,得淡黄色皂甙。
超临界 CO2萃取实验方法:每次称取 50. 0 g皂
荚粉 ,加入体积为 1 L的萃取釜中 ,分别以不加夹带
剂、 95%乙醇夹带、 80%乙醇夹带、 70%乙醇夹带、
60%乙醇夹带、甲醇夹带、乙酸乙酯夹带 ,在 10～ 30
第 22卷第 6期
2003年 12月　　　　　　　　　　　　　　中 国 野 生 植 物 资 源Chinese W ild Plant Resources　　　　　　　　　　　 Vol. 22. No . 6Dec. 2003
MPa , 40～ 50℃条件下作一系列试验 ,从分离釜得到
的萃取液作皂甙的定性检验。 定性检验的方法 [1 ]为
( 1)泡沫试验。用力振荡提取物的水溶液 ,有泡沫产
生有皂甙存在 ,无泡沫则无皂甙 ; ( 2)醋酸酐 -浓硫
酸反应 ,有紫色物质产生证明有皂甙存在 ,无紫色物
质 ,则无皂甙。
2. 2　提纯工艺的筛选
皂甙的提纯方法有很多 ,常用的有正丁醇萃取
法、异丙醇溶解重结晶法、氧化镁吸附法、硅胶柱层
析法、大孔树脂法。前二种方法操作较简单 ,且所得
的皂甙纯度较高 ,故笔者对比了前两种提纯方法的
优劣 ,以期从中选出一种。
正丁醇法:粗皂荚粉 6倍水提取 2～ 3次 ,每次 2h 棕色提取液
减压浓缩 浓缩液 正丁醇萃取 正丁醇层 回收丁醇、干燥 棕色总皂甙
异丙醇法: 粗皂荚粉 6倍水提取 2～ 3次 ,每次 2h 棕色提取液
减压浓缩、干燥 棕 色 粗 皂 甙 异丙醇溶解 异 丙 醇 皂 甙 液
回收异丙醇、干燥 淡黄色皂甙
2. 3　水提工艺的单因素预试验
影响水浸提皂荚的因素有提取温度、时间、压
力、次数、固液比、原料粒度等。 笔者着重考察了温
度、时间、次数、固液比等因素的浸提效果 ,并以皂甙
得率来评定。
2. 3. 1　提取次数对皂甙得率的影响
称取 50. 0 g皂荚 ,第 1次加 300 mL自来水 ,第
2～ 6次加 200 mL自来水 ,在室温 25℃下 ,每次浸
提 2 h ,各次提取液离心沉淀 ,减压浓缩 ,真空干燥 ,
粉碎 ,得棕色粗皂甙粉末 ,称重。 分别从各次提取出
来的粗皂甙中取 2. 0 g ,用异丙醇溶解 4次 ( 90
m LX4) (异丙醇用量大的目的是尽可能把粗皂甙里
的皂甙溶解出来 ,便于比较 ) ,回收异丙醇 ,得淡黄色
皂甙 ,称重。
2. 3. 2　提取温度对皂甙得率的影响
每次称取 50. 0 g ,加 300 mL,提取 1次 ,提取时
间为 2 h。提取液离心沉淀 ,浓缩干燥 ,粉碎 ,得棕色
粗皂甙粉末 ,称重。每样取 2. 0g粗皂甙 ,用异丙醇溶
解 4次 ( 90 mLX4) ,浓缩回收异丙醇 ,淡黄色皂甙 ,
称重。
2. 3. 3　提取时间对皂甙得率的影响
每次称取 50. 0 g,加 300 mL,提取一次 ,提取温
度 25℃。 提取液离心沉淀 ,浓缩干燥 ,粉碎 ,得棕色
粗皂甙粉末 ,称重。每样取 2. 0 g粗皂甙 ,用异丙醇
溶解 4次 ( 90 mLX4) ,浓缩回收异丙醇 ,淡黄色皂
甙 ,称重。
2. 3. 4　固液比对皂甙得率的影响
每次称取 50. 0 g ,提取 2 h,提取一次 ,提取温
度 25℃。提取液离心沉淀 ,浓缩干燥 ,粉碎 ,得棕色
粗皂甙粉末 ,称重。每样取 2. 0 g粗皂甙 ,用异丙醇
溶解 4次 ( 90 mLX4) ,浓缩回收异丙醇 ,淡黄色皂
甙 ,称重。
3　结果及讨论
3. 1　提取方法的比较结果
不同溶剂提取皂甙及 CO2超临界萃取皂荚皂
甙结果分别见表 1、表 2。
表 1　不同溶剂提取皂甙的比较
提取溶剂 水 甲醇 70%乙醇乙酸乙酯
提取液颜色 棕红 棕青 棕黑 黄绿
粗皂甙质量 ( g ) 18. 08 12. 25 15. 65 0
粗皂甙得率 (% ) 36. 14 24. 41 31. 27 0
皂甙质量 ( g ) 9. 94 8. 58 9. 39 0
皂甙得率 (% ) 19. 89 17. 16 18. 78 0
表 2　 CO2超临界萃取皂荚皂甙
夹带剂 萃取压力
( M Pa )
萃取和分
离温度 (℃ )定性检验 萃取结果
无夹带 10～ 30 40 — 没能萃取皂甙
95%乙醇 30 40 — 没能萃取皂甙
80%乙醇 25 50 — 没能萃取皂甙
70%乙醇 10～ 30 40～ 50 — 没能萃取皂甙
60%乙醇 25 50 — 没能萃取皂甙
甲醇 10 40 — 没能萃取皂甙
乙酸乙酯 10 40 — 没能萃取皂甙
　　由表 1、表 2可见 ,乙酸乙酯极性小 ,和皂甙不
相溶 ,故不能把皂甙萃取出来 ; CO2超临界萃取皂荚
皂甙 ,不管压力多大 ,温度多高 ,是否加夹带剂 ,都无
法把皂甙提取出来 ,究其原因可能因为皂甙的极性
太大 ,分子量大 ( 1 600左右 ) [2 ] ,这都与 CO2只能提
取低极性、小分子量的原则有着极大的矛盾 ,故皂荚
皂甙只能以传统的方法提取 ;水、甲醇、 70%乙醇对
皂甙的萃取能力相当 (水的提取能力强 ) ,考虑到水
的价廉、安全及对设备的要求低 ,所以选择水来提取
皂甙。
3. 2　提纯工艺的筛选
59第 6期　　　　 　　　　　　　　　　梁静谊等:皂荚皂甙提取工艺的研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　
就提取提纯的过程及所得的皂甙作了比较 ,结 果见表 3。
表 3　两种提纯工艺的表较
提纯方法 皂甙颜色 优点 缺点
正丁醇萃取 棕黄色 流程较简单 ,能耗小 ,得率较高 ,正丁醇能重复使用
皂甙颜色深 ,杂质较多 ,不能直接应用 ,还得用
其它方法进一步提纯
异丙醇溶解 淡黄色 皂甙颜色浅 ,纯度高 ,可以直接应用 流程较长 ,得率低 ,能耗大 ,溶剂消耗较大 ,回收的异丙醇已不是无水异丙醇
　　从表 3可以看出 ,两种提纯方法各有优缺点 ,从
皂甙纯度出发 ,异丙醇溶解法较好 ,故本次论文在下
面的工艺研究中采用了异丙醇提纯这一流程。
3. 3　单因素预实验结果与讨论
3. 3. 1　提取次数对皂甙得率的影响
提取次数对皂甙得率的影响见表 4。
表 4　提取次数实验数据分析表
提取次数 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 第六次
提取液颜色 红棕色 淡红棕色 淡红棕色 棕黄色 淡棕黄色 淡棕黄色
粗皂甙质量 ( g ) 10. 86 5. 18 2. 73 1. 31 0. 71 0. 43
粗皂甙得率 (% ) 21. 71 10. 35 5. 46 2. 61 1. 43 0. 85
总皂甙质量 ( g ) 7. 40 3. 53 1. 86 0. 89 0. 49 0. 29
总皂甙得率 (% ) 14. 80 7. 06 3. 72 1. 78 0. 97 0. 58
　　从表 4可见 ,经第 3次提取后 ,已经基本把皂甙
提取干净 ,前 3次提取的皂甙共 12. 79 g ,占了 6次
提取皂甙的 88% ,再往下提取 ,会增加电能消耗。故
皂荚皂甙的提取以 3次为好。
3. 3. 2　提取温度对皂甙得率的影响
提取温度对皂甙得率的影响见表 5。
表 5提取温度实数据分析表
提取温度 (℃ ) 25 42 60 75 91
提取液颜色 红棕色 深红棕色 深红棕色 棕褐色 棕褐色
粗皂甙质量 ( g ) 10. 80 12. 18 12. 48 12. 95 13. 91
粗皂甙得率 (% ) 21. 56 24. 36 24. 92 25. 89 27. 81
总皂甙质量 ( g ) 7. 36 8. 09 8. 61 9. 36 9. 66
总皂甙得率 (% ) 14. 70 16. 18 17. 20 18. 71 19. 32
　　从表 5可以看出 ,随着提取温度的升高 ,总皂甙
得率上升缓慢 ,在 42～ 60℃ ,得率已经达到 16～
17% ,温度从 30℃升到 90℃ ,得率才提高 2% ,而且
低温提取在工业上对设备和成本都有利 ,故提取的
温度在 40～ 60℃为好。
3. 3. 3　提取时间对皂甙得率的影响
提取时间对皂甙得率的影响见表 6。
表 6　提取时间实数据分析表
提取时间 ( h) 1 2 3 4 7 10 17 24 47
提取液颜色 浅红棕 红棕 红棕 红棕 红棕 红棕 红棕 红棕 红棕
粗皂甙质量 ( g) 9. 55 10. 80 11. 46 12. 30 12. 50 13. 89 14. 35 14. 28 15. 97
粗皂甙得率 (% ) 19. 11 21. 56 22. 92 24. 58 25. 02 27. 76 28. 69 28. 56 31. 94
总皂甙质量 ( g) 6. 62 7. 36 7. 76 8. 45 8. 33 9. 33 9. 75 9. 44 10. 70
总皂甙得率 (% ) 13. 24 14. 70 15. 52 16. 88 16. 68 18. 64 19. 49 18. 89 21. 40
　　从表 6可以看出 ,刚开始的 1～ 4 h ,随着提取时
间的延长 ,皂甙得率增加得比较快 ,每延长 1 h,得
率增加一个百分点 ,但从提取 4 h以后开始 ,得率上
升缓慢 ,到了 17 h以后 ,更是缓慢 ,综合考虑各方面
条件 ,提取时间在 10～ 17 h为好 ,得率在 18% ～
19% 。
60　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　中 国 野 生 植 物 资 源　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 22卷
3. 3. 4　固液比对皂甙得率的影响 固液比对皂甙得率的影响见表 7。
表 7　提取固液比实数据分析表
固液比 ( g /m L) 1∶ 3 1∶ 5 1∶ 6 1∶ 8 1∶ 10 1∶ 16
提取液颜色 深红棕 深红棕 深红棕 红棕 淡红棕 棕黄
粗皂甙质量 ( g ) 6. 93 9. 87 10. 80 11. 99 13. 33 14. 57
粗皂甙得率 (% ) 13. 85 19. 72 21. 56 23. 96 26. 64 29. 12
总皂甙质量 ( g ) 4. 66 6. 57 7. 36 8. 58 9. 24 10. 15
总皂甙得率 (% ) 9. 31 13. 12 14. 70 17. 14 18. 47 20. 28
　　从表 7可以看出 ,固液比对皂甙得率的影响比
较大 ,随着固液比的减小 ,皂甙得率上升得比较快 ,
但减小固液比 ,在工业上会增加浓缩工序的负担 ,消
耗更多的电能 ,增加成本 ,故固液比以 1∶ 8为好。
3. 4　正交实验及其结果分析
经过上面的单因素试验 ,初步得出较好的试验
条件:提取次数 3次 ,时间 10～ 17h,温度 40～ 60℃ ,
固液比 1∶ 8。为得出确切的最佳工艺条件 ,进行了
正交设计实验。在提取 1次的情况下 ,对影响提取得
率的时间、温度、固液比 3因素作 3水平的正交设计
实验 [3 ]。 对于 3因素选出的 3水平见下表。
表 8　三因素三水平表
因素 时间 ( h) 温度 (℃ ) 固液比 ( g /mL )
一水平 6 30 1∶ 6
二水平 12 45 1∶ 8
三水平 18 60 1∶ 10
表 9　正交实验数据分析表
试号 1浸提时间 ( h)
2浸提
温度 (℃ )
3固液比
( g /m L)
总皂甙得
率 (% )
1 6 30 1∶ 6 18. 29
2 6 45 1∶ 8 21. 37
3 6 60 1∶ 10 22. 97
4 12 30 1∶ 8 20. 71
5 12 45 1∶ 10 22. 62
6 12 60 1∶ 6 19. 98
7 18 30 1∶ 10 22. 99
8 18 45 1∶ 6 21. 47
9 18 60 1∶ 8 22. 31
Ⅰ 62. 63 61. 99 59. 74
Ⅱ 63. 31 65. 46 64. 39
Ⅲ 66. 77 65. 26 68. 58
Ⅰ /3 20. 88 20. 66 19. 91
Ⅱ /3 21. 10 21. 82 21. 46
Ⅲ /3 22. 26 21. 75 22. 86
极差 1. 38 1. 16 2. 95
　　 9次实验 ,每次称取 50. 0 g原料 ,按照 L 9表 1
～ 9号的条件进行 ,提取液离心沉淀 ,减压浓缩 ,真
空干燥 ,得粗皂甙 ,粉碎 ,称重。每样取 2. 0 g粗皂
甙 ,用异丙醇溶解 4次 ( 90 mLX4) ,回收异丙醇 ,干
燥 ,得淡黄色皂甙 ,称重。 实验数据见表 9。
　　由表 9的极差及皂甙得率可得出以下结论: 无
论是从粗皂得率 ,还是从皂甙的得率来看 ( 1)固液比
对得率影响最大 ,其次是提取时间 ,再其次是提取温
度。 ( 2)提取时间 18 h最好 ,温度 45℃最好 ,固液比
1∶ 10最好。 ( 3)最佳提取条件是提取时间 18 h,温
度 45℃ ,固液比 1∶ 10。
由上述设计实验得出的最佳工艺条件作试验 ,
得出的实验结果见表 10。
表 10　最佳提取工艺条件实验结果表
浸提时间
( h)
浸提温度
(℃ )
固液比
( g /m L)
总皂甙得
率 (% )
18 45 1: 10 24. 22
　　从表 10可以看出 ,最佳工艺条件下得出的皂甙
得率比正交实验任何试验高 ,故本次正交实验优化
工艺是成功的 ,由此而得出的最佳工艺是正确可靠
的。
4　结　语
超临界 CO2和乙酸乙酯不能提取皂甙 ;与 70%
乙醇、甲醇相比 ,水比较适合提取皂荚皂甙 ,其最佳
提取工艺条件为时间 18 h ,温度 45℃ ,固液比 1∶
10。 这一研究成果为皂荚皂甙的工业化提取提供参
考。
参考文献:
[ 1]　肖崇厚 .中药化学 .上海: 上海科学技术出版社 , 1997, 368, 391
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[ 2 ]　 Zhizh en Zh ang , Kazuo Koik e, Zh onghua Jia, J. Nat. Prod,
1999, 62( 5): 740- 745.
[3 ]　北京大学数学力学系数学专业概率统计组 ,正交设计 .北京:人
民教育出版社 , 1976, 16- 24.
61第 6期　　　　 　　　　　　　　　　梁静谊等:皂荚皂甙提取工艺的研究