不同提取方法对茶渣蛋白功能特性的影响

谢蓝华，杜 冰，张嘉怡，杨公明

(华南农业大学食品学院，广东广州 510642)

不同提取方法对茶渣蛋白功能特性的影响

谢蓝华，杜 冰*，张嘉怡，杨公明

(华南农业大学食品学院，广东广州 510642)

以单枞茶叶为实验材料，研究了单一碱法提取、挤压膨化预处理碱法提取、挤压膨化预处理酶法提取对茶渣蛋白功能特性的影响。结果表明，与单一碱法提取的茶渣蛋白相比较，挤压膨化预处理碱法提取的茶渣蛋白吸水性、持水力、起泡性和乳化性分别提高了25%、43.43%、8.79%、5.57%，吸油性降低了8.67%;挤压膨化预处理酶法提取茶渣蛋白吸水性、持水力、起泡性和乳化性分别提高了34.73%、86.87%、18.01%、12.46%，吸油性降低了18.50%;挤压膨化预处理对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

随着我国茶饮料工业的不断发展壮大，每年废弃的茶渣达数百万t。大量的茶渣废弃物不仅污染了环境，而且造成资源的极大浪费［1］。据国内的研究表明，茶渣中粗蛋白质含量高达15%～30%，赖氨酸和蛋氨酸含量分别为1.5%～2%和0.5%～0.7%，粗纤维含量16%～18%，含有一定量的维生素、茶多酚、咖啡碱及少量的茶皂素等，营养价值丰富，是良好的植物食用资源［2－3］。因此，利用废弃茶渣制备可溶性食用蛋白添加剂不仅充分利用了蛋白资源，也大大减少了由此造成的环境污染，同时为低值单枞茶综合利用开辟新途径，实现中低档茶叶的增值，具有显著的经济利益和深远的社会效益。茶渣中大部分蛋白质不溶于水、中性盐和酒精溶液，而溶于稀酸或稀碱，其中谷蛋白等非水溶性蛋白质占80%以上，谷蛋白分子间通过二硫键和疏水基团进行交联而凝聚，因此难以直接被普通动物的胃蛋白酶消化吸收，必须通过物理化学手段加工处理使谷蛋白形态发生变化，或生成可溶性小肽和氨基酸才可以加以综合利用［4］。目前食品蛋白质的功能特性改进研究主要包括物理法(微波、超声波、热处理)、化学法(酰化、磷酸化、脱氨基、糖基化、共价交联作用)、生物酶法(木瓜、碱性、胰蛋白酶)等［5－6］。这些方法存在反应条件苛刻，试剂专一性不强，溶剂分离困难，生产成本较高等不足之处。挤压膨化技术是集混合、搅拌、破碎、加热、杀菌、成型为一体的高新技术。茶渣蛋白通过挤压、摩擦、剪切和高温高压蒸汽等物理化学综合作用，茶渣蛋白质的三级和四级结构的结合力变弱，蛋白质分子结构伸展与重组，表面电荷重新分布趋向均匀化，分子间氢键、二硫键等部分断裂，导致蛋白质最终变性［7－8］。该方法处理量大，是一种可以连续供料的蛋白改性方式。本研究以可溶性蛋白功能特性变化为参考指标，探求不同提取方式对茶渣蛋白功能特性的影响，以期为茶渣蛋白的综合利用提供一种新途径。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

单枞茶 兴宁市南华现代农业有限公司;茶渣单枞茶叶开水浸泡3次，每次15min，烘干，粉碎，过40目标准筛，得过筛茶渣待用;玉米淀粉 好当家超市;食品调和色拉油 宁波金光食品有限公司;碱性蛋白酶(5000u/g) 无锡杰能科酶制剂厂;氢氧化钠、盐酸、磷酸二氢钠 均为分析纯，广州成硕试剂有限公司。

SPJ－40型双螺杆挤压膨化机 陕西得爱食品科技有限公司与华南农业大学食品学院联合研制; DMF－25B型中药流水式粉碎机 浙江温岭市明大机械设备有限公司;HH－4型数显恒温水浴锅 金坛市富华仪器有限公司;DZF6020型真空干燥箱 广州永程玻璃仪器有限公司;BP251型美的搅拌机 广州美的生活电器制造有限公司;FA1140型电子天平上海天平仪器厂;PL203型电子分析天平、9VDC型pH计 梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司; SHZ－Ⅲ型循环水真空抽虑机 上海亚荣生生化仪器厂;TDL－5－A型台式离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 碱法制备茶渣蛋白［9］茶渣→过滤→稀碱液提取→抽滤→调节pH(使蛋白质沉淀)→离心→真空干燥→茶渣蛋白。

1.2.2 挤压膨化预处理辅助碱法制备茶渣蛋白 茶渣→复配玉米淀粉→调节水分→双螺杆挤压膨化处理→粉碎→茶渣粉→碱液提取→抽滤→调节pH(使蛋白质沉淀)→离心→真空干燥→茶渣蛋白。

挤压膨化条件:挤压前调整原料含水率为12%～17%，供料机频率 27Hz;调节螺杆转速 200～235r/min;调质温度180℃，预热端温度100～115℃，挤压端温度120～150℃，收集挤压膨化茶渣产物，粉碎待用。

1.2.3 挤压膨化预处理辅助蛋白酶制备茶渣蛋白

茶渣→复配玉米淀粉→调节水分→双螺杆挤压膨化处理→粉碎→茶渣粉→酶解→抽滤→取上清液→调节pH(使蛋白质沉淀)→离心→真空干燥→茶渣蛋白。

挤压膨化条件同 1.2.2，酶解条件:pH9，温度50℃，碱性蛋白酶5%，时间60min。

1.3 茶渣蛋白性质测定方法

1.3.1 茶渣蛋白沉淀量及等电点测定［10］分别精确量取茶渣蛋白液于50mL离心管，每管30mL，装入7个锥形瓶中，用1mol/L HCl调节各离心管茶渣蛋白液pH分别为3、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0，静置5～10min后，离心，沉淀干燥称重，得出蛋白质沉淀量，根据沉淀量多少确定其等电点。

1.3.2 茶渣蛋白溶解性的测定［11］分别称取0.2g茶渣蛋白溶解在50mL用氯化钾－盐酸、磷酸氢二钠－柠檬酸、硼砂－硼酸、碳酸钠－碳酸氢钠、磷酸氢二钠－氢氧化钠、氯化钾－氢氧化钠调节pH为2～13的乙酸－乙酸钠缓冲溶液中，80℃水浴搅拌溶解1h，以4000r/min离心分离30min，过滤，测定上清液中蛋白质含量，用上清液中蛋白质量占样品中总蛋白质量的百分比表示溶解度。

1.3.3 茶渣蛋白吸水性的测定［12］精确称取0.5g茶渣蛋白加5mL蒸馏水置于离心管中，混匀1min后，在室温下静置30min，4000r/min离心30min，倒掉上清液，并将离心管倒置于滤纸上，10min后称量。吸水性以每克茶渣蛋白吸附水的体积表示。

1.3.4 茶渣蛋白吸油性的测定［12］精确称取0.5g茶渣蛋白置于离心管中，然后加10mL一级色拉油，混匀1min后，在室温静置 30min，4000r/min离心30min，静置10min后，测量游离色拉油的体积。吸油性以每克茶渣蛋白吸附油的体积表示。

1.3.5 茶渣蛋白持水力的测定［13］精确称取50mg茶渣蛋白质置于干燥离心管中，称量样品和离心管的质量用m1表示，加入30mL蒸馏水，用0.02mol/L磷酸盐缓冲溶液调pH7.0，用磁力搅拌器搅拌均匀后，于60℃水浴加热30min，冷却30min，15000r/min离心10min后去上清液，称取样品和离心管质量用m2表示，计算出每毫克茶渣蛋白的持水力(WHC)。计算公式为式(1):

1.3.6 茶渣蛋白起泡性的测定［14］精确称取1.0g茶渣蛋白溶解至99mL蒸馏水中，用0.02mol/L磷酸盐缓冲溶液调pH7.0，以8000r/min搅打30s，搅打3次，迅速倒入500mL量筒中，记录泡沫体积，表示起泡能力大小，根据式(2)进行计算:

起泡性(%)=搅拌后静置时泡沫体积(mL)/ 100mL×100 式(2) 1.3.7 茶渣蛋白乳化性的测定［14］精确称取1.0g茶渣蛋白溶解至99mL蒸馏水中，用0.02mol/L磷酸盐缓冲溶液调pH7.0，加入50mL色拉油，置于高速组织捣碎机中，室温下以10000r/min的速度高速搅拌2min，所得乳状液移入2支100mL的离心管中，然后在2000r/min的速度下离心5min，根据乳化层高度计算乳化性，根据式(3)进行计算:

1.4 数据统计分析

所有实验的测定均进行三次，采用 Microsoft excel 2010软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同提取方法对茶渣蛋白质沉淀量及等电点的影响

在同一条件下，不同的蛋白质因其分子结构的不同而有不同的溶解度，根据蛋白质分子结构的特点，适当地调节溶液pH，就可以选择性地控制蛋白质混合物中某一成分的溶解度，达到分离纯化蛋白质的目的。由图1分析知，不同提取方式所得蛋白质的沉淀量均随着pH的增大呈先上升后下降的趋势，在pH为4.0时，蛋白质沉淀量均达到最大，挤压膨化后酶法提取、挤压膨化后碱法提取、碱法提取得率分别为92、87、84mg/mL，并初步判断其等电点为pH4.0;采用硫酸铵饱和溶液盐析、丙酮脱色、然后在pH7.0磷酸盐缓冲液中复溶、透析、再真空干燥得到初步提纯的茶渣蛋白，其纯度分别为 81.04%、80.06%、79.85%。

图1 不同提取方法对茶渣蛋白质沉淀量的影响Fig.1 Effect of different extraction methods on precipitation rate of tea－residue protein

2.2 不同提取方法对茶渣蛋白质溶解性的影响

植物蛋白的溶解性，即在各种条件下的溶解程度，是影响蛋白质在食品加工中利用程度的重要问题，蛋白质的乳化性、气泡性、黏度等与其溶解性有关。不同pH不同提取方法对茶渣蛋白溶解度的影响如图2所示。由图2可知，茶渣蛋白在酸性条件下溶解度都较低，在pH4左右溶解度都达到最低，随着pH上升，不同提取方法所提取的茶渣蛋白溶解度有较大的上升，在同一pH条件下，茶渣蛋白溶解度的高低顺序为挤压膨化后酶法提取＞挤压膨化后碱法提取＞碱法提取，表明挤压膨化后酶解提取法对茶渣蛋白的溶解度有明显的改善作用。

图2 不同提取方法对茶渣蛋白质溶解性的影响Fig.2 Effect of different extraction methods on solubility of tea－residue protein

2.3 茶渣蛋白质吸水性的比较

由图3可以看出，挤压膨化后碱法和酶法提取的茶渣蛋白吸水性均高于碱法提取的茶渣蛋白的吸水性。原因之一可能是经过挤压膨化改性后的蛋白质的构象发生变化，从紧密的球状结构转变为疏松的随机线团结构，有利于极性基团暴露，与极性水分子的亲合力增强，强化结合水分子能力;原因之二可能在于挤压膨化改性后的蛋白质肽键部分断裂，游离出更多的氨基和羧基，蛋白质分子表面的极性基团增多，有利于吸附周围的水分子［15］;原因之三在于多数情况下，吸水率随蛋白质含量的增加而增加［16］，由图1可知，挤压膨化后碱法和酶法提取的茶渣蛋白含量要高于碱提取法。

2.4 茶渣蛋白质吸油性的比较

图3 不同提取方法对茶渣蛋白质吸水性的影响Fig.3 Effect of different extraction methods on water absorbability of tea－residue protein

蛋白质吸油性表征蛋白质与游离脂肪相结合的能力，吸油性与蛋白含量有密切关系。由图4可知，挤压膨化后碱法和酶法提取茶渣蛋白的吸油性都较碱法提取的茶渣蛋白质的吸油性下降了，可能是由于经过挤压膨化改性后茶渣蛋白分子表面的极性基团增加［17］，减弱了吸收脂肪的能力。碱法提取的茶渣蛋白质吸油性较好，可以提高食品对脂肪的吸收和保留能力，减少脂肪在加工过程中的损失，进而改善食品的适口性和风味。

图4 不同提取方法对茶渣蛋白质吸油性的影响Fig.4 Effect of different extraction methods on oil absorbability of tea－residue protein

2.5 茶渣蛋白质持水力的比较

蛋白质持水性能是蛋白质的一个重要的功能特性，在蛋白质食品的加工过程中起着非常重要的作用。由图5可知，挤压膨化酶法提取茶渣蛋白的持水力最高，达3.70mg/mg，是碱法提取茶渣蛋白质持水力的1.83倍。挤压膨化后碱法提取的茶渣蛋白持水力也明显提高，这可能是因为经过挤压膨化改性后的茶渣蛋白质与水分子之间的作用能增大，导致蛋白质溶胀程度变大;改性后的蛋白质从球状结构转变为松散的无规线团结构，增加了肽链间的空隙，改善了溶胀特性［18］。

图5 不同提取方法对茶渣蛋白质持水力的影响Fig.5 Effect of different extraction methods on waterholding capacity of tea－residue protein

2.6 茶渣蛋白质起泡性的比较

由图6可知，挤压膨化后碱法与酶法提取茶渣蛋白的起泡性得到较大提高，且起泡稳定性较好。一方面，挤压膨化改性的茶渣蛋白以及小分子蛋白肽能很快进入气液界面，展开并重组界面，增强起泡性能;另一方面，挤压膨化后的蛋白质疏水氨基酸残基暴露，降低了表面张力，提高了蛋白质的浓度，易于形成起泡。在一般情况下，溶解性越大，其起泡性就越高，由图2可知，经过挤压膨化后的蛋白质溶解性高于未经处理的蛋白质溶解性，因此后者的起泡性好于碱法提取的蛋白质。

图6 不同提取方法对茶渣蛋白质起泡性的影响Fig.6 Effect of different extraction methods on foamability of tea－residue protein

2.7 茶渣蛋白质的乳化性比较

乳化体系的形成需要蛋白分子疏水基团和亲水基团同时分别与油水两相相互作用，乳化的效果与蛋白质分子中疏水基团、亲水基团比例以及蛋白质的分子结构有关，表面结构较疏松的蛋白分子，乳化能力较高。由表1可知，挤压膨化后酶法提取茶渣蛋白的乳化性均较其他两种方法好。经过挤压膨化预处理和酶解后的蛋白质肽链伸展，疏水基团暴露，表面结构疏松，乳化性能提高。乳化性和溶解性关系密切，一般来说，溶解性越大，其乳化性就越高。由图2可知，经过挤压后的蛋白质溶解性比未挤压的蛋白质的溶解性好，因此，挤压膨化后酶法提取的茶渣蛋白的乳化性较好。

表1 不同提取方法对茶渣蛋白质乳化性的影响Table 1 Effect of different extraction methods on emulsibility of tea－residue protein

3 结论与讨论

3.1 单一碱法提取的茶渣蛋白质的功能性质: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 挤压膨化后碱法提取的茶渣蛋白质的功能性质: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 挤压膨化后酶法提取的茶渣蛋白质的功能性质: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，挤压膨化预处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，表明挤压膨化预处理对茶渣蛋白的功能特性有一定的改善作用。

3.5 挤压膨化预处理后，茶渣蛋白结构疏松多孔，持水性好，添加到制品中，不仅出品率高，降低生产成本，延长保鲜期，而且在加热过程中水分不易分离，保证产品的优良品质，因此改性茶渣蛋白在食品加工中具有良好的应用前景。

3.6 经过挤压膨化预处理的茶渣颗粒细小，蛋白质提取较困难，提取时间较长，生产成本提高，是工业化生产的瓶颈，进一步优化提取工艺是值得研究的方向。本文仅比较了三种不同提取方法对茶渣蛋白质功能性质改善的影响，对挤压膨化预处理改性茶渣蛋白质功能特性的机理尚不清楚，需作进一步研究探讨。

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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 *通讯联系人

谢蓝华(1987－)，硕士研究生，研究方向:食品生物技术与微生物。

广东省教育部产学研结合项目(2011B090400071)。