不同提取方法對茶渣蛋白功能特性的影響

謝藍華，杜 冰，張嘉怡，楊公明

(華南農業大學食品學院，廣東廣州 510642)

不同提取方法對茶渣蛋白功能特性的影響

謝藍華，杜 冰*，張嘉怡，楊公明

(華南農業大學食品學院，廣東廣州 510642)

以單樅茶葉為實驗材料，研究了單一堿法提取、擠壓膨化預處理堿法提取、擠壓膨化預處理酶法提取對茶渣蛋白功能特性的影響。結果表明，與單一堿法提取的茶渣蛋白相比較，擠壓膨化預處理堿法提取的茶渣蛋白吸水性、持水力、起泡性和乳化性分別提高了25%、43.43%、8.79%、5.57%，吸油性降低了8.67%;擠壓膨化預處理酶法提取茶渣蛋白吸水性、持水力、起泡性和乳化性分別提高了34.73%、86.87%、18.01%、12.46%，吸油性降低了18.50%;擠壓膨化預處理對茶渣蛋白功能特性有一定的改善作用。

茶渣蛋白，改性蛋白，功能特性

隨著我國茶飲料工業的不斷發展壯大，每年廢棄的茶渣達數百萬t。大量的茶渣廢棄物不僅污染了環境，而且造成資源的極大浪費［1］。據國內的研究表明，茶渣中粗蛋白質含量高達15%～30%，賴氨酸和蛋氨酸含量分別為1.5%～2%和0.5%～0.7%，粗纖維含量16%～18%，含有一定量的維生素、茶多酚、咖啡堿及少量的茶皂素等，營養價值豐富，是良好的植物食用資源［2－3］。因此，利用廢棄茶渣制備可溶性食用蛋白添加劑不僅充分利用了蛋白資源，也大大減少了由此造成的環境污染，同時為低值單樅茶綜合利用開辟新途徑，實現中低檔茶葉的增值，具有顯著的經濟利益和深遠的社會效益。茶渣中大部分蛋白質不溶于水、中性鹽和酒精溶液，而溶于稀酸或稀堿，其中谷蛋白等非水溶性蛋白質占80%以上，谷蛋白分子間通過二硫鍵和疏水基團進行交聯而凝聚，因此難以直接被普通動物的胃蛋白酶消化吸收，必須通過物理化學手段加工處理使谷蛋白形態發生變化，或生成可溶性小肽和氨基酸才可以加以綜合利用［4］。目前食品蛋白質的功能特性改進研究主要包括物理法(微波、超聲波、熱處理)、化學法(酰化、磷酸化、脫氨基、糖基化、共價交聯作用)、生物酶法(木瓜、堿性、胰蛋白酶)等［5－6］。這些方法存在反應條件苛刻，試劑專一性不強，溶劑分離困難，生產成本較高等不足之處。擠壓膨化技術是集混合、攪拌、破碎、加熱、殺菌、成型為一體的高新技術。茶渣蛋白通過擠壓、摩擦、剪切和高溫高壓蒸汽等物理化學綜合作用，茶渣蛋白質的三級和四級結構的結合力變弱，蛋白質分子結構伸展與重組，表面電荷重新分布趨向均勻化，分子間氫鍵、二硫鍵等部分斷裂，導致蛋白質最終變性［7－8］。該方法處理量大，是一種可以連續供料的蛋白改性方式。本研究以可溶性蛋白功能特性變化為參考指標，探求不同提取方式對茶渣蛋白功能特性的影響，以期為茶渣蛋白的綜合利用提供一種新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

單樅茶 興寧市南華現代農業有限公司;茶渣單樅茶葉開水浸泡3次，每次15min，烘干，粉碎，過40目標準篩，得過篩茶渣待用;玉米淀粉 好當家超市;食品調和色拉油 寧波金光食品有限公司;堿性蛋白酶(5000u/g) 無錫杰能科酶制劑廠;氫氧化鈉、鹽酸、磷酸二氫鈉 均為分析純，廣州成碩試劑有限公司。

SPJ－40型雙螺桿擠壓膨化機 陜西得愛食品科技有限公司與華南農業大學食品學院聯合研制; DMF－25B型中藥流水式粉碎機 浙江溫嶺市明大機械設備有限公司;HH－4型數顯恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司;DZF6020型真空干燥箱 廣州永程玻璃儀器有限公司;BP251型美的攪拌機 廣州美的生活電器制造有限公司;FA1140型電子天平上海天平儀器廠;PL203型電子分析天平、9VDC型pH計 梅特勒－托利多儀器(上海)有限公司; SHZ－Ⅲ型循環水真空抽慮機 上海亞榮生生化儀器廠;TDL－5－A型臺式離心機 上海安亭科學儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 堿法制備茶渣蛋白［9］茶渣→過濾→稀堿液提取→抽濾→調節pH(使蛋白質沉淀)→離心→真空干燥→茶渣蛋白。

1.2.2 擠壓膨化預處理輔助堿法制備茶渣蛋白 茶渣→復配玉米淀粉→調節水分→雙螺桿擠壓膨化處理→粉碎→茶渣粉→堿液提取→抽濾→調節pH(使蛋白質沉淀)→離心→真空干燥→茶渣蛋白。

擠壓膨化條件:擠壓前調整原料含水率為12%～17%，供料機頻率 27Hz;調節螺桿轉速 200～235r/min;調質溫度180℃，預熱端溫度100～115℃，擠壓端溫度120～150℃，收集擠壓膨化茶渣產物，粉碎待用。

1.2.3 擠壓膨化預處理輔助蛋白酶制備茶渣蛋白

茶渣→復配玉米淀粉→調節水分→雙螺桿擠壓膨化處理→粉碎→茶渣粉→酶解→抽濾→取上清液→調節pH(使蛋白質沉淀)→離心→真空干燥→茶渣蛋白。

擠壓膨化條件同 1.2.2，酶解條件:pH9，溫度50℃，堿性蛋白酶5%，時間60min。

1.3 茶渣蛋白性質測定方法

1.3.1 茶渣蛋白沉淀量及等電點測定［10］分別精確量取茶渣蛋白液于50mL離心管，每管30mL，裝入7個錐形瓶中，用1mol/L HCl調節各離心管茶渣蛋白液pH分別為3、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0，靜置5～10min后，離心，沉淀干燥稱重，得出蛋白質沉淀量，根據沉淀量多少確定其等電點。

1.3.2 茶渣蛋白溶解性的測定［11］分別稱取0.2g茶渣蛋白溶解在50mL用氯化鉀－鹽酸、磷酸氫二鈉－檸檬酸、硼砂－硼酸、碳酸鈉－碳酸氫鈉、磷酸氫二鈉－氫氧化鈉、氯化鉀－氫氧化鈉調節pH為2～13的乙酸－乙酸鈉緩沖溶液中，80℃水浴攪拌溶解1h，以4000r/min離心分離30min，過濾，測定上清液中蛋白質含量，用上清液中蛋白質量占樣品中總蛋白質量的百分比表示溶解度。

1.3.3 茶渣蛋白吸水性的測定［12］精確稱取0.5g茶渣蛋白加5mL蒸餾水置于離心管中，混勻1min后，在室溫下靜置30min，4000r/min離心30min，倒掉上清液，并將離心管倒置于濾紙上，10min后稱量。吸水性以每克茶渣蛋白吸附水的體積表示。

1.3.4 茶渣蛋白吸油性的測定［12］精確稱取0.5g茶渣蛋白置于離心管中，然后加10mL一級色拉油，混勻1min后，在室溫靜置 30min，4000r/min離心30min，靜置10min后，測量游離色拉油的體積。吸油性以每克茶渣蛋白吸附油的體積表示。

1.3.5 茶渣蛋白持水力的測定［13］精確稱取50mg茶渣蛋白質置于干燥離心管中，稱量樣品和離心管的質量用m1表示，加入30mL蒸餾水，用0.02mol/L磷酸鹽緩沖溶液調pH7.0，用磁力攪拌器攪拌均勻后，于60℃水浴加熱30min，冷卻30min，15000r/min離心10min后去上清液，稱取樣品和離心管質量用m2表示，計算出每毫克茶渣蛋白的持水力(WHC)。計算公式為式(1):

1.3.6 茶渣蛋白起泡性的測定［14］精確稱取1.0g茶渣蛋白溶解至99mL蒸餾水中，用0.02mol/L磷酸鹽緩沖溶液調pH7.0，以8000r/min攪打30s，攪打3次，迅速倒入500mL量筒中，記錄泡沫體積，表示起泡能力大小，根據式(2)進行計算:

起泡性(%)=攪拌后靜置時泡沫體積(mL)/ 100mL×100 式(2) 1.3.7 茶渣蛋白乳化性的測定［14］精確稱取1.0g茶渣蛋白溶解至99mL蒸餾水中，用0.02mol/L磷酸鹽緩沖溶液調pH7.0，加入50mL色拉油，置于高速組織搗碎機中，室溫下以10000r/min的速度高速攪拌2min，所得乳狀液移入2支100mL的離心管中，然后在2000r/min的速度下離心5min，根據乳化層高度計算乳化性，根據式(3)進行計算:

1.4 數據統計分析

所有實驗的測定均進行三次，采用 Microsoft excel 2010軟件進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同提取方法對茶渣蛋白質沉淀量及等電點的影響

在同一條件下，不同的蛋白質因其分子結構的不同而有不同的溶解度，根據蛋白質分子結構的特點，適當地調節溶液pH，就可以選擇性地控制蛋白質混合物中某一成分的溶解度，達到分離純化蛋白質的目的。由圖1分析知，不同提取方式所得蛋白質的沉淀量均隨著pH的增大呈先上升后下降的趨勢，在pH為4.0時，蛋白質沉淀量均達到最大，擠壓膨化后酶法提取、擠壓膨化后堿法提取、堿法提取得率分別為92、87、84mg/mL，并初步判斷其等電點為pH4.0;采用硫酸銨飽和溶液鹽析、丙酮脫色、然后在pH7.0磷酸鹽緩沖液中復溶、透析、再真空干燥得到初步提純的茶渣蛋白，其純度分別為 81.04%、80.06%、79.85%。

圖1 不同提取方法對茶渣蛋白質沉淀量的影響Fig.1 Effect of different extraction methods on precipitation rate of tea－residue protein

2.2 不同提取方法對茶渣蛋白質溶解性的影響

植物蛋白的溶解性，即在各種條件下的溶解程度，是影響蛋白質在食品加工中利用程度的重要問題，蛋白質的乳化性、氣泡性、黏度等與其溶解性有關。不同pH不同提取方法對茶渣蛋白溶解度的影響如圖2所示。由圖2可知，茶渣蛋白在酸性條件下溶解度都較低，在pH4左右溶解度都達到最低，隨著pH上升，不同提取方法所提取的茶渣蛋白溶解度有較大的上升，在同一pH條件下，茶渣蛋白溶解度的高低順序為擠壓膨化后酶法提取＞擠壓膨化后堿法提取＞堿法提取，表明擠壓膨化后酶解提取法對茶渣蛋白的溶解度有明顯的改善作用。

圖2 不同提取方法對茶渣蛋白質溶解性的影響Fig.2 Effect of different extraction methods on solubility of tea－residue protein

2.3 茶渣蛋白質吸水性的比較

由圖3可以看出，擠壓膨化后堿法和酶法提取的茶渣蛋白吸水性均高于堿法提取的茶渣蛋白的吸水性。原因之一可能是經過擠壓膨化改性后的蛋白質的構象發生變化，從緊密的球狀結構轉變為疏松的隨機線團結構，有利于極性基團暴露，與極性水分子的親合力增強，強化結合水分子能力;原因之二可能在于擠壓膨化改性后的蛋白質肽鍵部分斷裂，游離出更多的氨基和羧基，蛋白質分子表面的極性基團增多，有利于吸附周圍的水分子［15］;原因之三在于多數情況下，吸水率隨蛋白質含量的增加而增加［16］，由圖1可知，擠壓膨化后堿法和酶法提取的茶渣蛋白含量要高于堿提取法。

2.4 茶渣蛋白質吸油性的比較

圖3 不同提取方法對茶渣蛋白質吸水性的影響Fig.3 Effect of different extraction methods on water absorbability of tea－residue protein

蛋白質吸油性表征蛋白質與游離脂肪相結合的能力，吸油性與蛋白含量有密切關系。由圖4可知，擠壓膨化后堿法和酶法提取茶渣蛋白的吸油性都較堿法提取的茶渣蛋白質的吸油性下降了，可能是由于經過擠壓膨化改性后茶渣蛋白分子表面的極性基團增加［17］，減弱了吸收脂肪的能力。堿法提取的茶渣蛋白質吸油性較好，可以提高食品對脂肪的吸收和保留能力，減少脂肪在加工過程中的損失，進而改善食品的適口性和風味。

圖4 不同提取方法對茶渣蛋白質吸油性的影響Fig.4 Effect of different extraction methods on oil absorbability of tea－residue protein

2.5 茶渣蛋白質持水力的比較

蛋白質持水性能是蛋白質的一個重要的功能特性，在蛋白質食品的加工過程中起著非常重要的作用。由圖5可知，擠壓膨化酶法提取茶渣蛋白的持水力最高，達3.70mg/mg，是堿法提取茶渣蛋白質持水力的1.83倍。擠壓膨化后堿法提取的茶渣蛋白持水力也明顯提高，這可能是因為經過擠壓膨化改性后的茶渣蛋白質與水分子之間的作用能增大，導致蛋白質溶脹程度變大;改性后的蛋白質從球狀結構轉變為松散的無規線團結構，增加了肽鏈間的空隙，改善了溶脹特性［18］。

圖5 不同提取方法對茶渣蛋白質持水力的影響Fig.5 Effect of different extraction methods on waterholding capacity of tea－residue protein

2.6 茶渣蛋白質起泡性的比較

由圖6可知，擠壓膨化后堿法與酶法提取茶渣蛋白的起泡性得到較大提高，且起泡穩定性較好。一方面，擠壓膨化改性的茶渣蛋白以及小分子蛋白肽能很快進入氣液界面，展開并重組界面，增強起泡性能;另一方面，擠壓膨化后的蛋白質疏水氨基酸殘基暴露，降低了表面張力，提高了蛋白質的濃度，易于形成起泡。在一般情況下，溶解性越大，其起泡性就越高，由圖2可知，經過擠壓膨化后的蛋白質溶解性高于未經處理的蛋白質溶解性，因此后者的起泡性好于堿法提取的蛋白質。

圖6 不同提取方法對茶渣蛋白質起泡性的影響Fig.6 Effect of different extraction methods on foamability of tea－residue protein

2.7 茶渣蛋白質的乳化性比較

乳化體系的形成需要蛋白分子疏水基團和親水基團同時分別與油水兩相相互作用，乳化的效果與蛋白質分子中疏水基團、親水基團比例以及蛋白質的分子結構有關，表面結構較疏松的蛋白分子，乳化能力較高。由表1可知，擠壓膨化后酶法提取茶渣蛋白的乳化性均較其他兩種方法好。經過擠壓膨化預處理和酶解后的蛋白質肽鏈伸展，疏水基團暴露，表面結構疏松，乳化性能提高。乳化性和溶解性關系密切，一般來說，溶解性越大，其乳化性就越高。由圖2可知，經過擠壓后的蛋白質溶解性比未擠壓的蛋白質的溶解性好，因此，擠壓膨化后酶法提取的茶渣蛋白的乳化性較好。

表1 不同提取方法對茶渣蛋白質乳化性的影響Table 1 Effect of different extraction methods on emulsibility of tea－residue protein

3 結論與討論

3.1 單一堿法提取的茶渣蛋白質的功能性質:吸水性1.67mL/g，吸油性1.73mL/g，持水力1.98mg/mg，起泡性70.5%，乳化性63.87%。

3.2 擠壓膨化后堿法提取的茶渣蛋白質的功能性質:吸水性 2.08mL/g，吸油性 1.58mL/g，持水力2.84mg/mg，起泡性76.7%，乳化性67.43%。

3.3 擠壓膨化后酶法提取的茶渣蛋白質的功能性質:吸水性 2.52mL/g，吸油性 1.41mL/g，持水力3.70mg/mg，起泡性83.2%，乳化性71.83%。

3.4 相比之下，擠壓膨化預處理提高了茶渣蛋白的吸水性、持水力、起泡性以及乳化性，但吸油性降低，表明擠壓膨化預處理對茶渣蛋白的功能特性有一定的改善作用。

3.5 擠壓膨化預處理后，茶渣蛋白結構疏松多孔，持水性好，添加到制品中，不僅出品率高，降低生產成本，延長保鮮期，而且在加熱過程中水分不易分離，保證產品的優良品質，因此改性茶渣蛋白在食品加工中具有良好的應用前景。

3.6 經過擠壓膨化預處理的茶渣顆粒細小，蛋白質提取較困難，提取時間較長，生產成本提高，是工業化生產的瓶頸，進一步優化提取工藝是值得研究的方向。本文僅比較了三種不同提取方法對茶渣蛋白質功能性質改善的影響，對擠壓膨化預處理改性茶渣蛋白質功能特性的機理尚不清楚，需作進一步研究探討。

［1］傅志民，吳永福.廢棄茶渣綜合再利用研究進展［J］.中國茶葉加工，2011(1):17－20.

［2］羅紅玉，黎星輝，郁軍.茶渣回收利用研究現狀［J］.福建茶葉，2010(7):8－12.

［3］余芳.茶葉生物活性成分的功能與提取制備［J］.江蘇調味副食品，2010，27(2):42－45.

［4］靳偉剛，張洋，羅鋆琳，等.茶渣資源的開發與利用－茶葉蛋白肽的功能性研究［J］.中國食品學報，2011，11(5):52－58.

［5］覃思，吳衛國，劉焱，等.茶多酚與蛋白質的相互作用對蛋白質功能特性的影響研究進展［J］.食品工業科技，2008，29 (6):310－312，316.

［6］任為聰，程建軍，張智宇，等.不同改性方法對蛋白質溶解性的影響研究進展［J］.中國糧油學報，2011，26(8):123－128.

［7］Riaz M N.Innovation in extrusion technology［J］.All About Feed，2011，9(2):17－19.

［8］劉金霞，李慶龍，李麗，等.雙螺桿擠壓對小麥膳食纖維改性的研究［J］.糧食加工，2010，35(2):62－65.

［9］張曉暉，章克昌，活潑.非水溶性茶蛋白的提取工藝研究［J］.食品研究與開發，2005，26(3):66－67.

［10］陸晨，張士康，朱科學，等.堿提酸沉法提取茶葉蛋白質的研究［J］.現代食品科技，2011，27(6):673－677.

［11］李娟.非水溶性茶葉蛋白質提取及理化性質研究［D］.新疆:新疆農業大學，2006.

［12］劉長江，宣麗，宗緒巖，等.啤酒糟提取蛋白吸水性和吸油性的研究［J］.中國釀造，2009(9):65－69.

［13］張鐘，齊愛云.玉米醇溶蛋白提取工藝及功能性質研究［J］.糧食與飼料工業，2004(9):21－23.

［14］馬勇，張麗娜，齊鳳元，等.榛子蛋白質提取及功能特性研究［J］.食品科學，2008，29(8):318－322.

［15］王洪新，胡昌云.茶葉蛋白質的改性及其功能性質研究［J］.食品科學，2005，26(6):135－140.

［16］黃光榮，沈蓮清，王向陽，等.茶葉蛋白質功能性質及其在肉制品中的應用研究［J］.食品工程，2007(1):42－45.

［17］劉興信.擠壓技術在谷物加工中的應用［J］.糧油食品科技，2011，19(2):1－5.

［18］董奮強，崔英德，崔亦華，等.蛋白高吸水凝膠研究的進展［J］.材料導報，2006，20(7):46－50.

Effect of the different extracting methods on functional properties of tea－residue protein

XIE Lan－hua，DU Bing*，ZHANG Jia－yi，YANG Gong－ming
(College of Food，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)

The effects of modification and functional properties were investigated by the alkali solution extraction，alkali solution extraction with extrusion pretreatment and enzymatic extraction with extrusion pretreatment from the Danzong tea－residue.The results showed that the hydroscopicity，waterholding capacity，foamability and emulsibility of tea－residue protein by alkali solution extraction with extrusion pretreatment increased by 25%，43.43%，8.79%and 5.57%respectively and oil absorbability decreased by 8.67%compared with the alkali solution extraction.The same case with the functional properties increased by 34.73%，86.87%，18.01% and 12.46% respectively and oil absorbability decreased by 18.50%of enzymatic extraction with extrusion pretreatment.The conclusion was a most useful processing method to improve tea－residue protein functional properties for extrusion pretreatment.

tea－residue protein;modified protein;functional properties

TS272.5

A

1002－0306(2012)21－0130－04

2012－04－07 *通訊聯系人

謝藍華(1987－)，碩士研究生，研究方向:食品生物技術與微生物。

廣東省教育部產學研結合項目(2011B090400071)。