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茶蛋白

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月09日 13:33

我國是茶葉消費大國，2019年我國茶葉國內(nèi)銷量200萬噸。每年在生產(chǎn)茶多酚、茶飲料、速溶茶等產(chǎn)品的同時，產(chǎn)生大量的剩余殘渣，但大量的廢棄的茶渣仍然殘留較多的營養(yǎng)成分。研究數(shù)據(jù)表明，茶渣中殘留較多的是茶蛋白，高達20%左右，主要是谷蛋白和醇溶性蛋白。這些茶蛋白在降血脂、抗氧化、消除自由基及預(yù)防輻射等具有積極的作用，越來越受到研究者們重視，對茶渣中茶蛋白的提取、茶蛋白純化、茶蛋白的特性等進行了研究，也有一定的文獻報道。本文針對茶渣中蛋白質(zhì)的堿法提取、酶法提取、復(fù)合提取法、茶蛋白的純化及茶蛋白的特性等進行歸納整理，并對存在的問題進行了討論，以期為茶渣中蛋白質(zhì)的研究提供參考。

堿法

堿法提取的原理為茶蛋白中堿溶性蛋白的含量在80%以上，堿溶性蛋白含有疏水性官能團和二硫鍵，堿性溶液對茶蛋白的次級鍵特別是氫鍵具有破壞作用，增加了蛋白質(zhì)的溶解性，提高了蛋白質(zhì)的提取率。 [1]

堿法提取工藝為:茶渣→粉碎過篩→熱水浸提→過濾除雜質(zhì)→堿液浸提→過濾除雜質(zhì)后得粗蛋白提取液。

單一堿法提取的主要因素為堿液濃度、液固比、提取時間、提取溫度4個因素。沈連清等通過正交試驗證實，對蛋白質(zhì)的影響從大到小依次提取時間＞堿液濃度＞提取溫度＞液固比。此外不少研究對堿法提取條件進行探討，其中堿液濃度、液固比、提取時間、提取溫度對提取率的影響詳見表1。

表1 堿法提取條件對提取率的影響

提取條件

提取率%

堿液濃度/(mol/L)

液固比/(ml/g)

提取時間/min

提取溫度/℃

0.2

25:1

110

57.1

0.3

30:1

77.35

0.08

60:1

61.86

0.1

45:1

58.94

pH:11

8:1

21.89

0.07

40:1

61.1

0.13

24:0.5:1

67.31

52.12

從表1可以看出，單一減法提取效率不高，提取效率從21.89%～77.35%，研究者們利用超聲波、微波等提取技術(shù)在堿法提取的基礎(chǔ)上進行改進。

超聲波-堿法提取，利用超聲波在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)生的空化作用和機械效應(yīng)增大，空化泡崩潰時間變短，茶渣中所含的物質(zhì)與浸提液的接觸更加充分，所以茶渣蛋白的提取效率增大。黃曉輝等以茶渣為原料，通過超聲波堿法提取茶渣中的蛋白質(zhì)。確定超聲波堿法提取茶渣蛋白的最優(yōu)工藝為超聲功率為100W、堿液濃度0.9mol/L、浸提時間為80min、浸提溫度為55℃、超聲時間40min、料液比1:20(g:mL)，茶渣中蛋白質(zhì)的提取率可達90.82%；陸晨等以茶渣為原料，采用超聲波技術(shù)輔助堿法提取茶渣蛋白質(zhì)，茶渣蛋白質(zhì)一次提取率為86.50%，超聲波-堿法提取相對于單一堿法提取，一次提取率提高了37.2%。

微波輔助-堿法提取是利用微波能加熱與樣品相接觸的溶劑，將所需化合物從樣品基體中分離出來并進入溶劑，是在傳統(tǒng)提取工藝的基礎(chǔ)上強化傳熱、傳質(zhì)的一個過程。文靜等采用微波輔助堿法提取茶渣蛋白，試驗表明對茶蛋白提取率的影響順序為微波提取功率＞堿液濃度＞微波提取時間＞液料比，最佳工藝條件為微波功率630W、堿液濃度0.4mol/L、微波時間5min、液料比20:1(mL:g)。在此條件下，茶蛋白最高提取率可達89.01%。Ishmael等研究了茶渣蛋白質(zhì)的超聲輔助堿提，并與傳統(tǒng)的熱輔助堿提進行了比較研究。超聲輔助堿提的蛋白得率提高了56.83%，時間縮短了89.17%，總氨基酸含量提高了43.08%，疏水性氨基酸含量提高了35.12%，芳香族氨基酸含量提高了25%，帶正電荷氨基酸含量提高了54.85%、帶負電荷氨基酸含量提高了48.05%。

堿法提取茶渣中的蛋白質(zhì)工藝簡單，企業(yè)生產(chǎn)成本較低，資金和設(shè)備投入較小，適合應(yīng)用于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，但高濃度的堿會導(dǎo)致蛋白的營養(yǎng)學(xué)特性發(fā)生變化，生成賴丙氨酸。Zhang等在堿性條件下分離水稻殘渣蛋白，發(fā)現(xiàn)堿處理可降解胱氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和精氨酸以生成賴丙氨酸。此外，高濃度的堿液還會導(dǎo)致出現(xiàn)不良現(xiàn)象，如促進蛋白與糖類等之間發(fā)生美拉德反應(yīng)、茶蛋白發(fā)生不可逆變性以及非蛋白類物質(zhì)溶出而加大茶蛋白分離純化的難度等，同時會對環(huán)境造成嚴重污染。

酶解法

酶法提取蛋白質(zhì)主要使用的是蛋白酶，酶法提取的原理為通過蛋白酶降解和修飾蛋白質(zhì)，使蛋白質(zhì)發(fā)生降解，肽鏈縮短，分子量減小。在水解蛋白質(zhì)的同時，蛋白酶也可將蛋白質(zhì)相連的其他物質(zhì)水解，從而達到提高蛋白質(zhì)提取率的目的。 [1]

酶法提取的工藝為:茶渣→加水→調(diào)節(jié)pH→加酶振蕩提取→加熱鈍化酶→離心分離→蛋白質(zhì)提取液。

表1堿法提取條件對提取率的影響

酶法提取使用的蛋白酶主要是商品化堿性蛋白酶、復(fù)合蛋白酶、中性蛋白酶等。其中堿性蛋白酶和中性蛋白酶等均屬于細菌蛋白酶，但兩者相比較，堿性蛋白酶的活性更高;復(fù)合蛋白酶是一種蛋白酶和肽酶的復(fù)合體，含有內(nèi)切蛋白酶和外切肽酶2種活性，酶活范圍為中性和偏酸性，主要作用于已溶出的蛋白質(zhì)，使其改變?yōu)楦俚碾摹Ｉ蜻B清等采用單一酶提取法和雙酶復(fù)合提取法提取茶渣中蛋白質(zhì)，經(jīng)驗證在中性蛋白酶、堿性蛋白酶、復(fù)合蛋白酶和復(fù)合風(fēng)味蛋白酶等4種蛋白酶中，以堿性蛋白酶提取效果最好，提取率達34.2%，其次是復(fù)合蛋白酶為18.63%;雙酶法提取率可達47.76%。

酶法提取的主要影響因素為酶解溫度、pH、底物濃度、酶添加量、提取時間5個因素;李園園等對酶法提取條件進行探討，酶解溫度、pH、底物濃度、酶添加量、提取時間對提取效率的影響詳見表2。

表2 酶法提取條件對提取率的影響

提取條件

提取率

酶種類

酶解溫度/℃

底物濃度

酶添加量/%

提取時間

堿性蛋白酶

9.5

20:1

2.5

1.5h

56.95

堿性蛋白酶

8.7

未考察

90min

20.93

復(fù)合酶B

9.0

10%

74.00

在實際工作中，由于酶法提取反應(yīng)條件溫和，溫度不宜過高，有效組分不易溶出，加上植物細胞的細胞壁對其中有效組分的溶出具有一定的阻礙作用，共同導(dǎo)致蛋白酶提取效果不佳，但提取后的茶蛋白溶解性和營養(yǎng)價值相比于堿法提取，具有多種活性的生物活性肽，提取后的茶蛋白具有較廣的適用范圍。

復(fù)合提取法

由于單一堿法提取、酶法提取均有一定的局限性，研究者們采用復(fù)合提取法完成茶渣中蛋白質(zhì)的提取，現(xiàn)有文獻報告的主要有堿性電解水耦合酶提取、復(fù)合酶堿法提取。 [1]

堿性電解水耦合酶提取法采用電解水制備過程中陰極生成的含有NaOH等物質(zhì)的堿性水，與傳統(tǒng)的NaOH水溶液相比，強堿性電解水在制備過程中氧化還原電位(redoxpotential，ORP)值可達-1000mV以下，具有強還原性，另外水的表面張力低，含有的活性成分性質(zhì)不穩(wěn)定，易逐漸恢復(fù)為普通水，因而不易對環(huán)境造成污染，較NaOH使用安全可靠。譚曉妍等采用堿性電解水提取后再添加堿性蛋白酶提取茶渣蛋白，優(yōu)化后最佳工藝條件為:堿性電解水pH為12.5，提取溫度120℃，液固比為40:1(mL/g)，提取時間40min，堿性蛋白酶酶解pH9.0，酶解時間32h，酶添加量2500IU/g茶渣。在該條件下，蛋白質(zhì)提取率為83%。

復(fù)合酶堿法主要利用茶葉蛋白易溶于堿，經(jīng)過堿溶后茶葉中的蛋白質(zhì)溶出較多，在pH值改變不大的前提下添加適量的蛋白酶更有利于酶和蛋白接觸，從而提高蛋白的提取效率。鄒小明等采用堿溶后再進行酶解的工藝提取茶梗中蛋白，并與單一酶法、堿溶法進行比較，復(fù)合酶堿法效率最高，在該條件下蛋白質(zhì)提取率為81.83%。勒偉剛等采用以纖維素酶和半纖維素酶為主的復(fù)合酶B進行復(fù)合酶堿法提取，在確定的提取工藝條件下(固液比1:35(mL/g)，復(fù)合酶B加量0.5%，堿濃度0.1N，溫度50℃(2h)→90℃(2h))，蛋白提取率達到85.3%。

綜上所述，茶渣中蛋白質(zhì)的提取方法各有優(yōu)劣，詳見表3，因此采用何種方法提取茶渣中蛋白質(zhì)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的和條件來確定。

表3 蛋白質(zhì)提取方法的比較

方法

優(yōu)點

缺點

單一堿法

工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)

提取效率不高，對環(huán)境造成影響

酶法

提取后蛋白質(zhì)具有多種活性的生物活性肽，適用范圍廣

提取效率不高，成本高

復(fù)合法

蛋白質(zhì)提取率高

工藝復(fù)雜，工業(yè)化生產(chǎn)有一定難度

茶渣蛋白分離純化主要有：沉淀、脫色、純化等過程。

茶葉蛋白的沉淀主要采用等電點沉淀、鹽析和有機溶劑沉淀，等電點沉淀法提取率低;主要原因為茶蛋白的等電位不完全一致，不能把所有蛋白都析出;中性鹽沉淀方法溫和，不容易產(chǎn)生蛋白變性現(xiàn)象，有機溶劑沉淀需要在低溫下進行，否則容易變性。

常用脫色方法常用活性炭吸附法、有機溶劑脫色法、雙氧水脫色法等;李園園比較了3種脫色方法，發(fā)現(xiàn)雙氧水脫色效果優(yōu)于其余2種方法，主要原因是活性炭對茶蛋白有一定的吸附性，有機溶劑(丙酮)因殘留問題及脫色效果不及雙氧水，雙氧水因脫色后不易復(fù)色，將有色物質(zhì)氧化的同時，自身分解為羧酸、醛和二氧化碳等物質(zhì)，但由于考慮到雙氧水在食品中應(yīng)用的安全性，采用食品級過氧化氫酶去除茶渣蛋白中殘留的過氧化氫，得到色澤較好的茶渣蛋白。倪君用等電點沉淀、中性鹽中和法、有機溶劑法、等電點-乙醇沉淀法對茶葉蛋白進行純化，結(jié)果表明以硫酸銨-等電點法沉淀的效率最高，達92.29%。但鹽析脫鹽所需的時間較長，純化后的蛋白具有刺激性氣味，實用性不強。

純化過程現(xiàn)主要采用電泳、層析、膜分離等方法進行。電泳根據(jù)帶電粒子或分子在電場中向著與其電性相反的電極移動的現(xiàn)象。常用的蛋白質(zhì)分離技術(shù)采用聚丙烯酰胺凝膠電泳、等電聚焦電泳、毛細管電泳等。層析根據(jù)被分離物與層析固定相之間的物理化學(xué)性質(zhì)以及生物學(xué)性質(zhì)的相互作用來進行分離。層析法的種類繁多，應(yīng)用較為廣泛的有凝膠過濾層析、離子交換層析、疏水層析以及親和層析。

對于蛋白質(zhì)這樣的生物大分子來說，超濾是比較常用的膜分離技術(shù)。超濾是一種加壓的膜分離技術(shù)，在一定的壓力下使小分子溶質(zhì)或溶劑穿過一定孔徑的薄膜，而大分子溶質(zhì)不能透過，留在膜的另一邊，從而使大分子物質(zhì)得到分離。膜分離技術(shù)作為蛋白質(zhì)的粗提取技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用。Loginov等通過超濾技術(shù)分離了亞麻籽殼中提取的多酚和蛋白質(zhì)，并研究了pH值從13.2～3.0變化時對分離過程的影響，他們發(fā)現(xiàn)pH值為4.4時的分離效果是最好的，并且pH值從13.2～4.4逐步下降的過程中過濾速度會越來越快，并且分離度也逐步調(diào)高，通過超濾分離后的多酚純度可以達到76%。

王洪新對茶渣蛋白通過鹽析-丙酮脫色-超濾脫鹽-真空干燥的初步純化，可得到淺灰白色的茶蛋白粉。以原料計茶蛋白的提取率為36.8%，初步純化得率為91%，經(jīng)測定蛋白質(zhì)含量81.5%。王忠英對酶法提取的茶蛋白通過鹽析-丙酮脫色-pH7.0磷酸鹽緩沖液復(fù)溶-透析-真空干燥，得到深黃色的茶葉蛋白粉，以原料計算茶葉蛋白的提取率為47.76%。

茶蛋白的傳統(tǒng)純化過程存在操作相對比較復(fù)雜，步驟多，自動化程度不高，工藝復(fù)雜，費用較高等問題，而膜分離技術(shù)作為一種新型分離、濃縮技術(shù)，具有操作溫度低、能耗消耗少、無需添加化學(xué)試劑、選擇范圍廣、適用性強等優(yōu)點，在現(xiàn)有研究報道中，主要是壓力驅(qū)動膜在蛋白質(zhì)分離上的應(yīng)用，包括在蛋白質(zhì)脫鹽、脫醇、濃縮、分級分離等方面，有望在蛋白質(zhì)分離中扮演越來越重要的角色。

經(jīng)提取后的茶渣蛋白具有積極的作用。研究者們主要研究了茶渣蛋白在吸水性、吸油性、起泡性、穩(wěn)定性、氨基酸構(gòu)成、分子量分布和蛋白體外消化性、抗氧化性等方面的特性。張士康等發(fā)現(xiàn)茶渣蛋白在pH4.0附近氮溶解指數(shù)最低，其吸水性為4.13g/g，吸油性為4.86g/g，茶蛋白具有優(yōu)于大豆蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性和起泡穩(wěn)定性，且這4個功能特性幾乎不受濃度影響，并分析其原因可能是由于提取過程中部分變性所致。謝藍華證實茶蛋白在吸水性、持水力、起泡性和乳化性等方面均表現(xiàn)出一定特性;陸晨研究發(fā)現(xiàn)，堿性蛋白酶酶解后的茶蛋白具有較好的乳化性及優(yōu)越的乳化穩(wěn)定性，泡沫穩(wěn)定性受pH顯著影響，pH為7時泡沫穩(wěn)定性最好。張士康等對堿法提取的茶渣蛋白進行了研究，結(jié)果表明茶渣蛋白中氨基酸種類豐富，其中必需氨基酸含量均高于FAO/WHO/UNU1985年的推薦值;茶渣蛋白在十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳中分子量分布呈現(xiàn)4條主要條帶，對應(yīng)分子量分別為40.54a、30.77k、24.09和20.04kDa;茶渣蛋白的體外消化性比大豆蛋白低20%。趙立娜等研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)酶解的0.1mg/mL多肽復(fù)合物DPPH·自由基清除率為90.30%，1.0mg/mL多肽復(fù)合物羥自由基(·OH)清除率為65.18%。在亞油酸體系中，多肽復(fù)合物的抗氧化性高于維生素C，略低于丁基羥基甲苯(butylatedhydroxytoluene，BHT);應(yīng)用在雞肉產(chǎn)品中可有效抑制氧化變質(zhì)，其中分子質(zhì)量＞8000Da的多肽抗氧化性最強。祝子坪等經(jīng)超聲輔助酶解茶渣制備酶解液對DPPH清除率達為85.36%，比對照活性提高了31.87%。

茶蛋白在吸水性、吸油性、起泡性、穩(wěn)定性、抗氧化性等方面均表現(xiàn)出較好的特性，研究發(fā)現(xiàn)不同提取方法得到的茶蛋白的乳化性、起泡性、吸水性等功能性質(zhì)存在差異，應(yīng)根據(jù)茶蛋白的應(yīng)用目的選擇不同的提取方法。

茶渣資源的綜合利用，特別是茶渣中蛋白質(zhì)的提取是近年來研究的熱點，綜上所述，單一的堿法提取、酶法提取均有一定的局限性，茶渣中蛋白提取率不高(50%-75%);在堿法提取的基礎(chǔ)上，加以微波、超聲波或者添加酶能顯著提高茶渣蛋白的提取率;茶蛋白的純化過程有新的研究突破，如膜分離技術(shù)，但缺乏統(tǒng)一質(zhì)量標準等問題，從總體來看，茶蛋白資源較為豐富，應(yīng)用范圍廣，但在提取、純化、應(yīng)用、推廣中存在實驗室研究居多，工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用較少等問題，對工藝參數(shù)和機理等問題有待進一步研究，隨著科技發(fā)展，各種新技術(shù)的應(yīng)用，茶渣蛋白有望實現(xiàn)高值化利用。 [1]

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