茶皂素及其在棉织物短流程前处理中的应用

茶皂素及其在棉织物短流程前处理中的应用
李延卿1刘瑞宁1 刘阳2崔淑玲2
（1-河北宁纺集团，河北宁晋， 0555550）
（2-河北科技大学纺织服装学院，河北石家庄，050031）
摘要：本文叙述了茶皂素的研发历程、制备提纯方法、理化性质、应用领域特别是茶皂素在棉织物短流程前处理中的应用。

对茶皂素在短流程前处理中的开发和应用具有一定的参考价值。

关键词：茶皂素棉织物前处理短流程
0 前言
2009年在“能源杯”印染行业节能减排技术交流会上，茶皂素作为一种用于棉织物退煮漂一浴法前处理工艺的新型助剂被隆重推出，其具有取代常规退煮漂三步法中使用的烧碱和双氧水、缩短工艺流程、减少水和能源的消耗、降低废水中ＢＯＤ和ＣＯＤ排放的特点，是实现低碳时代棉织物前处理工艺高效、节能、环保的有效途径，也由此引起了印染行业的广泛关注。

如果茶皂素的作用真如交流会上所说，那么这无疑是棉织物退煮漂一浴法前处理工艺中的一次伟大改革。

但是，此助剂在印染前处理中的研究及应用时间较短，因此它的作用机理、应用效果、可操作性等还有待于进一步研究和论证。

1.茶皂素的历史
茶皂素亦称茶皂甙，主要存在于山茶科植物种籽中，在茶叶、茶树茎及根系中也有分布。

其基本结构是由配基、糖体及有机酸组成[1]。

茶皂素的研究至今已经有近80年的历史，最早由日本学者青山新次郎于1931年从茶树种子中分离出来[2]。

其中，前40 年的研究大部分着重于茶皂素的分离提纯、结构鉴定及理化性质等方面。

在中国茶皂素的研究起步较晚，20世纪50年代末才开始研究，到70 年代末取得了较大的突破，夏春华、朱全芬[3]在总结前人研究的基础上，研究并解决了茶皂素的工业提取技术及定量方法，不但为茶皂素的工业利用研究提供了可能，而且把茶皂素的基础理论与应用开发研究推向了一个崭新的高度和广度。

现在，茶皂素的生产过程变得逐渐成熟起来，并获得了诸多的应用价值。

目前，我国茶皂素的年生产能力约10
万吨。

2. 茶皂素的制备与提纯
我国于1979年首次实现从脱脂茶籽饼中分离茶皂素的工业化试验, 经过多年的研究，在提取制备茶皂素方面已经有了很多的成果。

其提取方法有：有机溶剂法[4]、水提取-沉淀法[5]、超声波法[6]等。

有机溶剂法是利用茶皂素易溶于热水、含水甲醇、含水乙醇、正丁醇及冰醋酸和醋酐的原理, 采用一定浓度的甲醇、乙醇或正丁醇溶液为浸提剂来提取茶皂素。

其优点在于使用该法提取制备的茶皂素产品纯度高, 可以用作生化试剂和医药原料, 可供出口；缺点是溶剂消耗大、成本高、工艺复杂、设备要求高。

水提取-沉淀法是利用茶皂素易溶于热水的原理来完成茶皂素的提取，然后采用氧化钙沉淀茶皂素从而实现茶皂素与其他杂质的分离。

该法工艺简单，所需要的设备要求也比较低。

但是产品的纯度不是很高,需要进一步纯化,而且沉淀过程带入了金属离子杂质,给产品的后续纯化带来了困难。

超声波法是利用超声波产生的振动加强细胞内物质的释放、扩散及溶解, 被浸提的物质在被破碎时生物活性保持不变，同时提高破碎速率和提取率。

该法大大缩短了提取时间，提高了提取效率并降低了能耗， 但是超声波提取工艺的影响因素较为复杂, 在应用中还需要继续深入研究。

制备纯化技术有：吸附树脂层析法[7]、膜法[8]等。

吸附树脂层析法是利用分子间吸附能力的差异,使不同分子相互分离。

该法可以得到纯度很高的茶皂素产品, 但是所用设备条件要求较高, 技术操作较细致, 操作周期比较长。

膜法包括渗透膜和反渗透膜技术, 在茶皂素的提纯精制过程中, 先是利用渗透膜对粗品茶皂素进行纯化, 根据分子量的大小来实现茶皂素与大分子杂质的分离, 通过渗透膜的透过液再经反渗透膜进行浓缩,得到的浓缩液经干燥得到高纯度的茶皂素产品。

由于此法不使用有机溶剂, 因而降低了制备生产成本, 并且提高了产品的安全性。

近来，随着市场上对茶皂素需求量的逐渐增加, 对产品纯度的要求也逐渐升高，茶皂素的提取制备方法正在人们的努力研究之下逐步变得完善起来。

3. 茶皂素的理化性质及生物活性
提纯后的茶皂素为乳白色或淡黄色固体无定形粉末，具有吸湿性、味苦辛辣、有刺激鼻粘膜的特性。

茶皂素分子式为C 57H 90O 36，相对分子质量为1203，熔点为
223-224℃，水溶液呈茶褐色，pH 值为5-7，表面张力为47-51mN/m 。

茶皂素结晶易
溶于含水的甲醇、乙醇、正丁醇及冰醋酸中，难溶于冷水、无水乙醇，在稀碱性水溶液中溶解性显著增加，不溶于乙醚、氯仿、石油醚及苯等溶剂。

茶皂素的糖基部分在受热时易发生焦糖化，与蔡酚反应可生成紫色物质，其甙键可被酸、碱或酶水解生成糖与皂甙单元。

茶皂素水溶液对斐林试剂没有还原能力，只有在硫酸或盐酸中加水分解后才有还原能力;在水溶液中茶皂素能被醋酸铅、盐基性醋酸铅和氧化钡所沉淀，但不会被氯化钡和氧化铁所沉淀[9]。

经过近几十年的研究证明：茶皂素具有溶血和鱼毒、抗虫杀菌作用, 抗渗消炎、化痰止咳、镇痛、抗癌等药理功能，具有灭螺钉和促进植物生长作用。

茶皂素不仅具有生物活性，而且具有表面活性。

其化学结构特殊，在乳化、分散、湿润、发泡、稳泡、去污等方面具有良好的活性，是一种性能优良的天然表面活性剂，能显著的降低液体表面张力。

它的亲水亲油平衡值（HLB值）为16，是制备水包油型（O/W）乳液的良好乳化剂。

茶皂素与水振荡后产生蜂窝状泡沫, 起泡力强, 泡沫具有持久性。

此外茶皂素还有良好的去污性能，特别是对于蛋白质纤维的丝、毛织物，使其洗涤后具有较好的光泽及手感并且不缩绒[10]。

4. 茶皂素的应用
(1)建筑工业
以茶皂素为主剂配制而成的TW-301，在加气混凝土生产中用作发泡剂和稳泡剂，具有脱脂作用，能提高铝粉分散悬浮性及料浆浇注的稳定性，改善气孔结构，使产品更牢固可靠，其效果明显优于皂荚粉、拉开粉等。

利用茶皂素强劲的乳化性和分散性制成的石蜡乳化剂，用于纤维板生产中的施胶工艺，能明显降低产品的吸水率、增强防水性，从而大大提高了纤维板的质量。

(2)日用化学工业
茶皂素作为天然产物是日化行业难得的表面活性剂材料。

利用茶皂素的表面活性作用，可用作洗发剂、洗理香波等，不但使头发手感良好有光泽，而且具有养发、护肤、消炎止痒、去头屑等药理功能。

茶皂素还可用于衣物的洗涤。

(3) 食品行业
用茶皂素作为发泡—稳泡剂在啤酒生产中也得到了应用，由于茶皂素可抑制酒精吸收，可以据此开发醒酒茶。

(4)农业
以茶皂素为主体精制而成的环保型农药助剂可广泛地应用于杀虫剂、杀菌剂、除草剂等，达到增效、增溶、减毒之目的。

同时由于茶皂素的驱避和生物激素作用，其本身也是一种很好的生物农药并能刺激作物促进生长。

(5)养殖业
茶皂素作为清洒剂应用于对虾养殖可除去鱼类；利用茶皂素的溶血作用和鱼毒作用可杀死有害鱼类，可用作清池剂，但对对虾无影响；防治对虾黑鳃病的发生及控制寄生虫，且可促进其蜕皮和生长。

(6)医药
茶皂素具有化痰止咳的效果，用于治疗老年性气管炎和各类水肿，其效果优于中药竹节人参皂甙；茶皂素具有明显的抗渗漏与抗炎症特征，在炎症初起阶段，能使受障碍的毛细血管透过性正常化，并刺激动物体内激素分泌，调节血糖含量，还可降低胆固醇含量，预防心血管疾病；茶皂素还有抗菌作用，对白色念珠菌、大肠杆菌均有抑制作用，对某些皮肤病有显著疗效；茶皂素能刺激肾上腺皮质机能，还有调节血糖水平；茶皂素能抑制酒精的吸收，加速酒精的分解，故可用于醒酒。

(7)纺织行业
茶皂素的天然性和对蛋白质纤维的无损性，使茶皂素在毛、丝、羽绒等洗涤方面具有无比的优越性，如剥色能力小、不缩绒、不消光等。

将茶皂素用于纺织品印染的前处理中，还可以大大提高棉纤维的吸水能力。

5.茶皂素在纺织印染上的应用进展
在纺织行业茶皂素最初是应用于织物洗涤剂。

由于茶皂素的天然性和对蛋白质类纤维的无损伤性，使茶皂素对毛、丝、羽绒等有良好的洗涤优越性能，从而开发出一系列的洗涤产品。

柳荣祥等[11]在1986年开发研制出了茶皂素裘皮净洗剂，在羊毛制革前对羊毛进行脱脂洗涤，保持了毛质光泽，效果良好，优于原工艺。

周镇江[12]在1989年开发研制了茶皂素羊毛净洗剂，在羊毛的柔软性、松散性、洁白度以及光泽等方面均有良好表现。

肖意中[13]在1990年开发研制了茶皂素毛纺洗涤剂，洗涤后织物柔软、光泽好、白度高。

张敏杰等[14]在1995年将茶皂素配制成洗涤剂，用于毛、麻的洗涤去污，或配入中药作为去污、消毒、灭菌洗涤剂。

利用茶皂素泡沫低、酸性弱、扩散快、易清洗、挥发快、无污染等特点，向卢阳等[15]在2000年又将其与合成表面活性剂复配成洗涤剂，其对丝、毛织物有强的去污力，并且性能温和，既不
损害丝毛织物的色泽和光彩，又能使丝、毛织物变得柔软细腻。

由于茶皂素是天然的植物表面活性剂，具有多种洗涤特性，相信它作为洗涤剂在纺织行业的应用会越来越广。

随着茶皂素活性理论研究与应用的不断深入，其在印染行业的作用逐渐被开发利用出来。

在2009年“能源杯”印染行业节能减排技术交流会上，茶皂素作为前处理助剂被提出来，提出它的目的是为了取代传统的烧碱双氧水漂白工艺。

在交流会上，上海洁润丝公司的卜竹起高工介绍了茶皂素用于前处理工艺。

同时卜竹起高工也表示：将茶皂素应用于前处理工艺只是初步开始，有待于进行深入地研究探讨。

此外，刘昭雪、陈光杰、何依利等人也对茶皂素应用于棉织物前处理工艺进行了研究[16]。

他们的研究结果表明,经茶皂素工艺处理,棉织物的白度和毛效较碱氧工艺或酶氧工艺好,强力损失在可控范围内，并且工艺流程短，操作简便，在节能降耗、生态环保等方面具有一定优势。

6.茶皂素的应用成本和工艺[16]
6.1应用成本
应用茶皂素，可利用原设备，将强减蒸煮和漂白工艺合为一道工序，并且用茶皂素替代烧碱和双氧水，在其它工艺条件均不变的情况下，达到原传统工序的前处理技术指标，这样使工艺操作更为简便，质量更加得以有效控制，生产操作时可减少使用3-5只轧液槽，一只R或L汽蒸箱，是工艺流程大大缩短，仅此一项，每天可节省蒸汽50吨/24h;节省用电500度；节约用水500吨，相当于每天节省人民币10000元以上（按月生产200万米计）.效益相当可观。

6.2应用工艺
6.2.1 品种、设备和检验方法
品种：各类棉梭织物及涤棉织物
设备：LMA043-180L联合煮漂机（黄石纺机）
半制品检验方法：
（1）白度：将处理后的棉布折叠成8层（织物纹路方向尽可能一致，并保持平整），测量3个不同部位取三次白度的平均值。

（2）毛效：按FZ/T01071-1999标准
（3）强力：按ASTM D50535-96标准（条样法）
6.2.2无碱、无双氧水一浴法工艺：
（1）工艺配方（g/L）：
茶皂素：40—80
稳定剂：4
渗透剂：4
（2）工艺流程：
二格轧液槽（50～600C）多侵二轧茶皂素工作液→汽蒸1050C（30—60min）→5-6格热水洗（85---900C）→烘干→落布
（3）半制品检测结果:
表一烧碱工艺与茶皂素处理剂半制品对比检测表
6.2.3无碱、少量双氧水一浴法工艺：
（1）工艺配方（g/L）：
茶皂素: 40—60
双氧水: 5
稳定剂: 4
渗透剂: 4
（2）工艺流程：
二格轧液槽（冷轧）多浸二轧茶皂素工作液→汽蒸1050C（30—60min）→ 5-6格热水洗（85---900C）→烘干→落布
（3）半制品检测结果:
表二烧碱工艺与茶皂素处理剂半制品对比检测表
6.2.4淡碱堆置、茶皂素精炼漂白两步法工艺：
结合染厂的实际情况，采用淡碱堆置、茶皂素精炼漂白两步法工艺，可进一步明显降低生产成本，两步法工艺如下：
（1）工艺配方（g/L）：
茶皂素: 40-60
H2O2 : 5
精炼剂: 4
稳定剂: 4
（2）工艺流程：
两格轧液槽轧淡碱（丝光废碱40-50g/L）打卷堆放12-24h，4-5格90-950C热水洗→浸轧茶皂素工作液：二格轧液槽多侵二轧室温（汽蒸1050C—30-45min）→ 4-5格热水洗→烘干→落布。

（3）半制品检测结果:
表-三烧碱工艺与茶皂素处理剂半制品对比检测表
6.2.5工艺过程中的几点注意事项：
1、工作液轧余率尽可能大；
2、汽蒸温度要102-1050C度；
3、工作液制备要有搅拌机、防止沉淀，必要时用温水化料。

6.2.6结论：
与烧碱的前处理工艺相比，茶皂素的突出优点是，
1、减少了烧碱、双氧水和化学助剂的用量，废水低碱排放；
2、明显缩短工艺流程，节水、节电、节约蒸汽、节省时间；
3、工艺简单，方便操作，随着茶皂素用量的增加，工艺流程会更短；
4、废水容易处理，降低废水处理作用。

5、改善了生产环境，实现了染整前处理清洁化生产。

参考文献
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2. 青山新次郎. 茶皂素的提取工艺及性质.药学杂志，1931,51(5)：367～375.
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12 .周镇江.日用化学工业，1989(1)：39～40.
13 .肖意中.日用化学工业，1990(2)：46～48.
14 .张敏杰等.中国化学会第六届全国农副产品综合利用化学学术会论文，1995，南昌.
15.向卢阳，唐明远，黄彬等.茶皂素表面活性性能及对丝毛织物的洗涤效果.湖南农业大学学报，2000，26(3).
16.卜竹起，狄建平.茶皂素退煮漂一浴法前处理剂的应用.
作者简介：
作者: 刘瑞宁,
工作单位: 河北宁纺集团
通讯地址: 河北省宁晋县工业街113号(邮编055550)
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