从茶渣中提取茶多糖工艺条件的优化研究

焦自明，高 冉，杨建雄，，*，郭 琦，戴晶晶，陈 蓓，马兆瑞

（1.陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安 710062；2.陕西师范大学新闻与传播学院，陕西西安710062；3.陕西师范大学生命科学学院，陕西西安 710062；4.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710062）

从茶渣中提取茶多糖工艺条件的优化研究

焦自明1，高 冉2，杨建雄1，3，*，郭 琦1，戴晶晶4，陈 蓓3，马兆瑞3

（1.陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安 710062；2.陕西师范大学新闻与传播学院，陕西西安710062；3.陕西师范大学生命科学学院，陕西西安 710062；4.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710062）

以低档茶叶提取茶多酚后的茶渣为原料，研究茶叶多糖的水提工艺及初步纯化技术。分别就提取过程中的料液比、浸提时间、浸提温度、浸提次数进行了单因素实验，并用L9（34）正交实验优化提取工艺，用醇沉及脱蛋白技术对茶多糖进行初步纯化，得出优化的工艺为：料液比1∶30，浸提温度85℃，浸提时间2h，浸提次数3次，浓缩液与95%乙醇用量1∶5，乙醇沉淀静止6h，Sevage法脱蛋白3次，茶多糖的得率为4.10%。

茶渣，茶多糖，优化

Abstract：The water extraction and preliminary purification technology of tea polysaccharide（TPS） was studied.Main factors of extraction technology such as material-to-liquid ratio，extraction time，extraction temperature，and number of extraction times were researched through single-factor experiments.The optimum extraction technology was confirmed through orthogonal test of L9（34）.The preliminary purification technologies of alcohol precipitation and deproteintion on tea polysaccharide were investigated.The optimal conditions were as follows：the ratio of material to liquid was 1∶30，extraction temperature was 85℃，extraction time was 2h for three times，ratio of concentrated solution to 95%alcohol was 1∶5，alcohol quiescence time was 6h，and the protein was removed with Sevage method for 3 times.Under these conditions，the final polysaccharide yield was 4.10%.

Key words：tea residues；tea polysaccharide；optimization

我国茶饮料年产量已超过700万t，每年会产生大量的茶渣，但是我国目前对茶渣的回收利用还处于初步研究阶段。茶渣中含有较丰富的可溶性多糖，茶多糖是继茶多酚之后发现的又一重要生理活性物质，具有降血糖[1]、降血脂[2]、增强机体免疫力[3]、抗癌抗辐射、降血压、减慢心率、增加冠脉流量、抗凝血、抗血栓和抗氧化等作用[4-6]。随着对多糖研究的日益深入，特别是发现茶叶水溶性组分中的多糖复合物是茶叶中主要的降血糖成分[7]以后，茶多糖的提取、分离纯化、分析检测等方面研究越来越引起人们的关注，茶多糖的提取方法主要有水浸提法[8-9]、超滤法提取[10]，酶法辅助提取[11]、微波辅助提取[12]及超声波辅助提取[13]。超滤提法、酶提法、微波提法和超声波提法对提取条件要求较高，而且成本较高，因此在实际生产加工中仍以水提法为主。有关茶多糖的水提法提取工艺的研究，国内有一些报道，国外较少。我国年产成品茶约60万t，其中低档粗老茶约10万t。而随着人民生活水平的提高，粗老茶愈来愈无人问津，除一部分粗老茶叶被用于制备茶饮料外，大量粗老茶叶被用作肥料或燃料，造成自然资源的大量浪费。据报道茶叶越粗老，多糖含量越高[14]，但未见从茶渣中提取分离茶多糖的研究，本实验用低档茶提取茶多酚后茶渣提取可溶性多糖，不仅有利于茶叶资源的充分利用，提高经济效益，而且为茶渣再利用提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶渣 用低档紫阳富硒茶醇法提取茶多酚制备；标准牛血清蛋白 美国Sigma公司；乙醇、浓硫酸、苯酚、葡萄糖、磷酸、考马斯亮蓝G250、氯仿、正丁醇 均为国产分析纯。

TU1810紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；CF16RX高速离心机 日本日立公司；E-52AA型旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂；Alpha 4真空冷冻干燥机 德国Christ公司；磁力搅拌器，恒温水浴锅。

1.2 实验方法

1.2.1 茶多糖水提法工艺流程 紫阳富硒茶→醇法提取茶多酚→残渣在50℃烘干至恒重→热水提取→浓缩→醇沉→收集沉淀→复溶→Sevage法脱蛋白→醇沉→复溶→流水透析3d→冷冻干燥→茶多糖粗品

1.2.2 单因素实验 采用水提法提取茶多糖，分别就料液比、浸提温度、浸提时间、浸提次数等做单因素实验。并按下式计算茶多糖的提取率：茶多糖提取率（%）=（多糖质量/样品质量）×100

1.2.2.1 料液比 准确称取茶渣1.000g，固定浸提温度80℃，浸提时间2.5h，浸取次数1次，研究不同的料液比（g/mL）1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45对茶多糖提取率的影响。

1.2.2.2 浸提时间 准确称取茶渣1.000g，固定浸提温度80℃，浸取次数1次，采用以上选出的结果，研究提取时间0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5h对茶多糖提取率的影响。

1.2.2.3 浸提温度 准确称取茶渣1.000g，固定浸取次数1次，采用以上选出的结果，研究茶渣在45、55、65、75、85、95℃条件下茶多糖的提取率。

1.2.2.4 浸提次数 准确称取茶渣1.000g，其他条件采用以上选出的结果，研究不同浸提次数1、2、3、4次条件下茶多糖的提取率。

1.2.3 茶多糖提取的正交实验设计[15]本实验在单因素实验的基础上，从前面对茶多糖浸提影响因素的考察中，我们选择了以下料液比、浸提温度、浸提时间以及浸提次数为影响因素进行L9（34）正交实验。

表1 茶多糖提取工艺正交实验因素水平表Table 1 Design of the orthogonal test of extracting tea polysaccharide

1.2.4 乙醇沉淀茶多糖实验

1.2.4.1 乙醇用量 浸提液浓缩至原体积的1/4，选用乙醇做沉淀剂，固定静置时间为10h，研究不同的乙醇加入量（即浸提液与95%乙醇的体积比分别为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8）对茶多糖沉淀率的影响。并按下式计算茶多糖的沉淀率：茶多糖沉淀率（%）=（冻干后得到的样品中多糖质量/沉淀前溶液中的多糖质量）×100

1.2.4.2 静置时间 浸提液浓缩至原体积的1/4，选用乙醇做沉淀剂，采用以上选出的结果，研究静置时间2、4、6、8、10、12h对茶多糖沉淀率的影响。

1.2.5 Sevage法脱蛋白次数对茶多糖中糖和蛋白含量的影响 对醇沉后所得粗多糖，用适量的蒸馏水溶解，然后分成7份，多糖溶液中加入0.25倍体积的Sevage试剂，充分振荡后（3000r/min）离心15min，蛋白质与Sevage试剂形成凝胶，即可除去。分别采取脱除1、2、3、4、5、6、7次，并计算粗多糖中的蛋白含量（Sevage试剂：氯仿∶正丁醇=4∶1）。并按下式计算茶多糖的损失率和蛋白的去除率：茶多糖损失率（%）=（除蛋白后多糖的损失量/除蛋白前的多糖质量）×100；蛋白去除率（%）=（除蛋白后多糖中蛋白的损失量/除蛋白前多糖中蛋白的含量）×100

1.2.6 茶多糖和茶蛋白的相关性研究 茶多糖的正交实验中测定茶多糖含量的同时对茶蛋白进行同步测定，研究两者之间的相关性。按下式计算茶蛋白的提取率：茶蛋白提取率（%）=（蛋白质量/样品质量）×100

1.2.7 茶多糖中糖和蛋白含量的测定 蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[16]，多糖含量的测定采用苯酚-硫酸比色法[17]。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 料液比对茶多糖提取率的影响 由图1可知，茶多糖的提取率随着料液比的增加而升高，但达到1∶35后茶多糖提取率上升缓慢，故料液比选择1∶35为宜。

图1 料液比对茶多糖提取率的影响Fig.1 Effect of ratio of solid to liquid on the extracting ratio of tea polysaccharide

2.1.2 浸提时间对茶多糖提取率的影响 由图2可知，2.5h的时候提取率达到最高值3.03%，提取时间宜取2.5h。

2.1.3 浸提温度对茶多糖提取率的影响 由图3可知，浸提温度低于75℃，茶多糖提取率随温度缓慢升高，75℃以后增加迅速。但用85℃以上热水浸提，会破坏降血糖有效成分[14]，所以提取温度不宜高于85℃。

图2 浸提时间对茶多糖提取率的影响Fig.2 Effect of extracting time on the extracting ratio of tea polysaccharide

图3 浸提温度对茶多糖提取率的影响Fig.3 Effect of extracting temperature on the extracting ratio of tea polysaccharide

2.1.4 浸提次数对茶多糖提取率的影响 由图4可知，提取率随着浸提次数的增加而上升，但增加幅度逐渐降低。浸提4次多糖的提取率仅比浸提3次多糖提取率多0.59%，考虑到提取时要维持85℃较高的温度，以及后续浓缩、醇沉、脱蛋白等工艺条件的耗能耗材，成本已经大于收益，为了降低成本、提高效率、节约能源，并兼顾得率，浸提次数选取3次。

图4 浸提次数对茶多糖提取率的影响Fig.4 Effect of extracting times on the extracting ratio of tea polysaccharide

2.2 正交实验结果与分析

由表2可知，四个因素对茶多糖提取率的影响大小为：D＞B＞C＞A。其最佳提取参数是A2B3C3D3，但由于料液比和浸提时间为次要因素，为节约时间和成本，调整料液比为1∶30，浸提时间为2h，则组合方案为A1B3C1D3，与A1B3C3D3同时进行验证，在A1B3C3D3的工艺条件下，茶多糖提取率5.34%，略高于A1B3C1D3条件下提取率5.22%。但从节省能源、成本、时间的角度考虑选择A1B3C1D3，即料液比为1∶30，浸提温度为85℃，浸提时间为2h，浸提次数为3次。

将正交实验所得的粗多糖中茶多糖和茶蛋白的含量进行相关性分析得；相关系数r=0.94，表明茶多糖含量和茶蛋白含量呈正相关，这极有可能是因为一部分蛋白是以糖肽或糖蛋白的形式存在的，而这部分糖蛋白并非杂质，而且极有可能对其功能有重要贡献。

表2 正交实验结果Table 2 The result of design of the orthogonal test

2.3 乙醇沉淀茶多糖实验

2.3.1 乙醇用量对沉淀率的影响 由图5可知，沉淀率随着乙醇用量的加大而增加，但在1∶5至1∶6之间多糖沉淀率增长十分缓慢，比较而言，浓缩液与95%乙醇用量取1∶5为宜。

图5 乙醇用量对多糖沉淀率的影响Fig.5 The consumption rate of ethanol has effect on the precipitation rate of polysaccharide

2.3.2 静置时间对多糖沉淀率的影响 由图6可知，在静置6h之后沉淀率可达到最大值89.52%，因此乙醇沉淀的静置时间选6h最佳。

2.4 Sevage法脱蛋白次数对茶多糖中糖和蛋白含量的影响

由图7可知，随着Sevage法脱蛋白次数的增加，蛋白质的去除率上升，但是茶多糖的损失率也在增加。经过7次脱蛋白，蛋白的去除率达到52.49%，但是在第三次蛋白的去除率就已经达到51.05%，这时茶多糖的损失率是10.94%，因此，脱蛋白选择3次为宜。

Sevage法脱蛋白4到7次，茶多糖中蛋白含量不再变化，这很可能是因为这部分蛋白质与糖链结合在一起，以糖肽或糖蛋白的形式存在。

图7 脱蛋白次数与蛋白去除率及多糖损失率的关系Fig.7 The relationship between the times of removing protein and the removal rate of protein or the loss rate of polysaccharide

3 结论

通过本实验的研究得出从生产茶多酚后的中低档茶渣中提取茶多糖的的最优工艺为：料液比1∶30，浸提温度85℃，浸提时间2h，浸提次数3次，此时提取率可达到5.22%；并得出初步纯化的最优条件为：浓缩液与95%乙醇用量1∶5，乙醇沉淀静止6h，Sevage法脱蛋白3次。经过浓缩、醇沉、脱蛋白三个步骤后，最终提取率为4.10%，多糖含量为59.72%，蛋白含量为6.88%。

粗多糖中茶多糖和茶蛋白的含量相关系数为r=0.94，表明茶多糖含量和茶蛋白含量呈正相关，且Sevage法脱蛋白不能将蛋白除尽，这极有可能是因为一部分蛋白是以糖肽或糖蛋白的形式存在，而这部分糖蛋白并非杂质，极有可能对其功能有重要贡献。

本实验的研究同时也为茶渣的综合利用以及工业化生产提供依据，为将茶渣变废为宝，解决茶渣对环境造成污染问题开辟一个新途径。

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Study on optimization of extraction condition of tea polysaccharide from tea residue

JIAO Zi-ming1，GAO Ran2，YANG Jian-xiong1，3，*，GUO Qi1，DAI Jing-jing4，CHEN Bei3，MA Zhao-rui3
（1.College of Physics and Information Technology，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China；2.College of Journalism and Communication，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China；3.College of Life Sciences，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China；4.College of Food Engineering and Nutrition Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China）

TS272

B

1002-0306（2012）16-0285-04

2012－01－10 *通讯联系人

焦自明（1984-），男，硕士研究生，主要从事天然产物的分离鉴定及功能评价。

国家自然科学基金（10874108）。