堿法提取茶渣蛋白工藝研究

毛銀，王彬，朱科學，左茜，蔣玉蘭

（1.江南大學食品學院，江蘇無錫 214122；2.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016）

堿法提取茶渣蛋白工藝研究

毛銀1，2，王彬2，*，朱科學1，左茜1，2，蔣玉蘭2

（1.江南大學食品學院，江蘇無錫 214122；2.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016）

摘 要：以茶渣為試驗原料，利用傳統(tǒng)的堿法提取茶渣中非水溶性蛋白。主要研究了提取溫度、提取時間、堿液濃度以及料液比等單因素對蛋白提取率的影響，正交試驗結果表明，堿法提取茶葉蛋白的最佳條件為，料液比1∶30（g/mL），時間60 min、溫度80℃、堿液濃度0.3 mol/L。此時蛋白的提取率達77.35%，該提取工藝參數(shù)具有較高的提取率。

關鍵詞：茶渣；蛋白質；堿法提?。惶崛÷?/p>

我國是世界上產(chǎn)茶大國之一，隨著國家對農(nóng)業(yè)投入的力度加大，人們對茶葉的認識也越來越深刻，高效利用茶資源，跨界開發(fā)新產(chǎn)品成了茶產(chǎn)業(yè)界的核心思路。近年來，我國速溶茶以及茶飲料產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，隨之產(chǎn)生的大量茶渣卻沒有得到充分有效的利用。而據(jù)研究表明，茶渣中不但含有少量的可溶性物質如茶多酚、咖啡堿等[1]，還含有約20%～30%的茶葉蛋白[2]，這些蛋白因不溶于水，至今仍未得到很多的利用。目前對茶渣中非水溶性物質的研究仍處于初級階段，一部分茶渣用作植物肥料和動物飼料[3-4]，多數(shù)茶渣被當作廢物丟棄處理，這種現(xiàn)狀不但給環(huán)境帶來負擔，也不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此從茶渣中提取有效成分的研究顯得很有必要。

采用傳統(tǒng)的堿法提取茶渣中的非水溶性蛋白質，提取工藝參數(shù)與現(xiàn)有研究資料不盡相同，但在提取率上有所突破，并且最佳工藝較適合應用于實際工業(yè)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶渣：浙江塔塔茶葉科技有限公司提供，蛋白質含量為25.14%。

氫氧化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、鹽酸、硼酸均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

DFY-500搖擺式高速中草藥粉碎機：溫州溫嶺林大機械有限公司；SHA-B水浴恒溫振蕩器：江蘇省金壇市白塔金昌實驗儀器廠；TDL-5大容量離心機：江蘇省無錫市瑞江分析儀器有限公司；HN-01G凱氏定氮儀：上海勇規(guī)分析儀器有限公司。

1.3 測定方法

1）蛋白質含量測定：凱氏定氮法[5]，換算系數(shù)：6.25。

2）提取率/%=提取液中蛋白質含量/茶渣中蛋白質含量×100

1.4 茶渣蛋白的提取工藝

原料→粉碎過篩→水浴提取→離心棄沉淀→取上清液測定并計算提取率

1.4.1 提取工藝單因素條件確定

將原料粉碎過50目篩，稱取5 g預處理原料，按照不同的料液比 [1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35（g/mL）]，不同的提取溫度（45、55、65、75、85、95 ℃），不同的提取時間（40、60、80、100、120、140 min），以及不同的堿液濃度（0.08、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mol/L） 進行水浴提取，5 000 r/min離心10 min，取上清液測定蛋白含量，計算提取率。

1.4.2 正交試驗設計

考慮到各因素之間的相互影響，在單因素試驗的基礎上設計了四因素三水平的正交試驗L9（34），以獲得最佳提取工藝。

表1 正交試驗設計表Table 1 The orthogonal experiment design table

2 結果與討論

2.1 料液比對提取率的影響

料液比對提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對蛋白提取率的影響Fig.1 Effects of solid to liquid ratio on extraction rate of protein

由圖1可以看出，隨著料液比的增大，蛋白提取率一直在增大，當料液比為1∶30（g/mL）時，提取率達到84.15%，繼續(xù)增大料液比，提取率依然會提高，但考慮到料液比過大會導致提取液中蛋白質濃度過低，不利于蛋白質沉淀，并且在實際生產(chǎn)中，料液比過大，會給提取設備以及廢水處理過程帶來過高的負擔，因此初步選定料液比為1∶30（g/mL）進行后續(xù)實驗。

2.2 時間對提取率的影響

時間對提取率的影響，見圖2。

圖2 提取時間對蛋白提取率的影響Fig.2 Effects of time on extraction rate of protein

由圖2可知，在反應開始的60 min之內(nèi)，蛋白提取率隨時間的延長迅速增大，當反應進行至60 min后，提取率幾乎不再增大，因此選定60min作為最佳提取時間。

2.3 溫度對提取率的影響

溫度對提取率的影響，見圖3。

圖3 提取溫度對蛋白提取率的影響Fig.3 Effects of temperature on extraction rate of protein

由圖3可知，隨著溫度的升高，蛋白的提取率逐漸增大，當溫度升至80℃時，增大趨勢變慢，考慮到蛋白質在過高的溫度下會發(fā)生變性[6]，并且高溫會給工業(yè)生產(chǎn)帶來過高的能耗，增加生產(chǎn)成本，綜合考慮，選取80℃作為提取蛋白的最佳溫度。

2.4 堿液濃度對提取率的影響

堿液濃度對提取率的影響，見圖4。

圖4 堿液濃度對蛋白提取率的影響Fig.4 Effects of NaOH concentration on extraction rate of protein

由圖4可看出，隨著堿液濃度的增大，茶葉蛋白提取率明顯增大，當堿液濃度達到0.3 mol/L時，蛋白提取率已達到79.47%，繼續(xù)增加堿液濃度，提取率仍會增加，但增幅較小，過高的堿液濃度會使蛋白質分子間或分子內(nèi)形成交聯(lián)鍵，生成某些新的氨基酸，如賴丙氨酸，這種變化不但使蛋白質中氨基酸含量降低，改變了蛋白質的營養(yǎng)學特性，新的物質還會對機體產(chǎn)生不利影響[7]。同時過高的堿液濃度會使得蛋白發(fā)生變性，加速美拉德反應，產(chǎn)生大量褐色物質，降低了蛋白質的純度[8]，且不利于后續(xù)脫色。因此選取0.3 mol/L作為最佳堿液濃度。

2.5 正交試驗結果分析

2.5.1 正交試驗直觀分析表

正交試驗直觀分析表，見表2。

表2 正交試驗直觀分析表Table 2 The orthogonal experiment intuitive analysis form

2.5.2 正交試驗效應曲線圖

正交試驗效應曲線圖，見圖5。

圖5 正交試驗效應曲線圖Fig.5 Orthogonal test effect graph

由表2和圖5可以看出，在4個因素中，影響茶葉蛋白提取率的主次順序為A＞C＞D＞B（即料液比＞溫度＞堿液濃度＞時間），由試驗結果表明，4個因素的最佳組合為 A3C2D3B2，即料液比 1∶30（g/mL），時間60 min，溫度80℃，堿液濃度0.3 mol/L。用上述提取條件進行驗證性試驗，重復3次平行試驗，得到蛋白提取率約為77.35%。

3 結論

堿法提取茶葉蛋白工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，適合應用于工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)，在料液比1∶30（g/mL），時間60 min，溫度80℃，堿液濃度0.3 mol/L的條件下對茶渣進行蛋白提取，一次提取率可達77.35%，該工藝條件下能夠得到較高的提取率。

與已有研究相比，本工藝采用的較高的堿液濃度，張曉輝[8]、王忠英[9]、李娟[10]等人的研究中均采用了較低的堿液濃度，但提取率均不高，并且采用的料液比也較大，而陸晨[11]采用綠茶原料進行研究，并提取兩次，所得提取率略高于本工藝，鄒曉明[12]等通過堿提與酶法相結合，得到了81.83%的提取率，但該法成本較高。綜上，本工藝在實際生產(chǎn)中具有優(yōu)越性。

此外，對茶葉蛋白質中賴丙氨酸等有毒物質的檢測以及對茶葉蛋白理化性質的研究工作仍有待開展。

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[1]Krishnapillai S.Effeet of waste tea(tea fluff)on growth of young tea plants(camellia sinensisl)[J].TeaQ,1998,50(3):98-104

[2]宛曉春.茶葉生物化學[M].3版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003:8

[3]羅紅玉,黎星輝,郁軍.茶渣回收利用研究現(xiàn)狀[J].福建茶葉,2010,32(7):8-12

[4]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

[5]張水華.食品分析[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2007:156-160

[6]Piva G,Moschini M,Fiorentini L,et al.Effect of temperature,pressure and alkaline treatments on meat meal quality[S].Animal feed science and technology,2001,89(1):59-68

[7]Shih FF,Daigle K.Use of enzymes for the separation of protein from rice flour[J].Cereal Chemistry,1997,74(4):437-441

[8]張曉輝,章克昌,活潑,等.非水溶性茶蛋白的提取工藝研究[J].食品研究與開發(fā),2005,26(3):64-67

[9]王忠英.茶葉中蛋白的提取及理化性質的研究[D].浙江:浙江工商大學,2006

[10]李娟.非水溶性茶葉蛋白提取及理化性質研究[D].新疆:新疆農(nóng)業(yè)大學,2006

[11]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(xiàn)代食品科技,2011(6):673-677

[12]鄒小明,謝騫,朱立成,等.茶葉蛋白的提取工藝研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2007(1):169-171

Studies on Technology of Tea-leaf Protein Extraction Using Alkali

MAO Yin1，2，WANG Bin2，*，ZHU Ke-xue1，ZUO Qian1，2，JIANG Yu-lan2
（1.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，Jiangsu，China；2.Hangzhou Tea Research Academy，All China Federation of Supply and Marketing Co-operatives，Hangzhou 310016，Zhejiang，China）

Abstract：Extracting tea-protein from tea residues by using alkali extraction was investigated in this paper：extraction temperature， extraction time，solid to water ratio and alkali concentration on extraction rate of protein were tested.Orthogonal test results showed that： the optimum technology was： extraction temperature （80 ℃），extraction time （60 min），solid to water ratio 1∶30（g/mL） and alkali concentration （0.3 mol/L）.The extraction rate of tea protein was about 77.35%under above conditions.This extraction process parameters have higher extraction rate.

Key words：tea residues；protein；alkali extraction；extraction rate

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.14.010

杭州市農(nóng)村農(nóng)業(yè)科研推廣專項（20110232B43）；浙江省公益性技術應用研究計劃項目（2010C32053）

毛銀（1986—），女（漢），碩士研究生，研究方向：方便食品。

王彬，男，副研究員。

2012-12-02