茶蛋白的提取方法及生物活性研究进展

王威威，昝丽霞，2，3，张文夷，孟 烨，关赛佳

（1.陕西理工大学生物科学与工程学院，陕西 汉中 723000；2.陕西省四主体一联合茶产业校企联合研究中心，陕西 汉中 723000；3.陕西理工大学 秦巴红茶研究所，陕西 汉中 723000）

我国是茶叶生产与消费大国，2020 年我国茶叶产量为293×104t，同比增长6.9%，并且未来仍有增长趋势[1]。据统计，我国在茶叶生产、加工及消费环节中，每年可产生50×104t以上的茶渣[2]。研究发现，茶渣的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、游离氨基酸、维生素和微量元素等[3]。茶蛋白在抗氧化、降血脂及预防辐射等方面具有积极的作用，并且具有良好的吸油性、乳化性和稳定性，营养价值高，应用范围广[4-6]。因此，茶蛋白在营养成分和功能活性方面都具有重要的研究意义。本文对茶蛋白的提取方法及生物活性进行综述，旨在为茶蛋白的开发利用和茶资源高值化利用提供参考。

1 茶蛋白的组成类型

茶蛋白是一种天然的植物性蛋白，来源于山茶科山茶属植物体，大多集中存在于植物细胞内部[3]。茶蛋白中80%以上均为非水溶性的蛋白质，水溶性蛋白质仅占蛋白总量的1%～2%，根据蛋白组成的复杂程度，茶蛋白分为单纯蛋白和结合蛋白两类，单纯蛋白主要包括谷蛋白、白蛋白和球蛋白。结合蛋白主要是由核蛋白、糖蛋白、脂蛋白和色蛋白组成[7]。

李娟等[8]使用氨基酸分析仪对茶蛋白的氨基酸组成进行了分析，结果表明，茶蛋白中含有16～18 种氨基酸，茶蛋白的总体氨基酸组成较丰富。茶蛋白的营养丰富，参考鸡蛋蛋白所含有的氨基酸比例，茶蛋白的氨基酸评分高于大豆蛋白质的氨基酸评分，稍低于牛奶和母乳蛋白质的氨基酸评分[9]。王忠英[6]使用氨基酸分析仪测定比较了茶蛋白与大豆分离蛋白的功能特性，结果表明，茶蛋白的吸油性、乳化性及稳定性较好，而吸水性、乳化性、发泡性较低。这与陆晨等[10]的结论一致，浓度对茶蛋白功能特性的影响极其有限，其原因可能是由于提取过程中部分变性所致。综合来说，茶蛋白的功能特性拓宽了其在食品和日化等领域的应用前景。

2 茶蛋白的提取方法

目前，对茶蛋白提取方法的研究比较成熟，茶蛋白常见的提取方法有碱提取法、蛋白酶提取法和碱酶复合提取法。本文对常见的3 种提取方法进行归纳概括，以期为相关研究人员和工业化生产应用提供依据。

2.1 碱提取法

茶蛋白中谷蛋白的含量在80%以上，谷蛋白中含有大量的疏水官能团和二硫键，两者交联而凝聚，导致其在水溶液中溶解度较低。利用碱液可以解离谷蛋白的官能团，破坏蛋白分子的二硫键这一特性，使用碱液可以提升谷蛋白的溶解性，从而提高谷蛋白的提取率[11-12]。提取时间、提取温度、pH、料液比、茶叶粒径等因素都会影响碱法提取茶蛋白的提取率[13]。王忠英[6]等采用碱法提取茶蛋白，通过正交试验优化提取条件，在0.10 mol/L 的NaOH 溶液中，液固比为40∶1 的条件下，40℃提取5 h，测得茶叶谷蛋白提取率可达到56.36%。倪君[14]等对茶叶中的谷蛋白进行提取，在温度90℃，提取时间2 h，碱液浓度0.09 mol/L，1∶40 的固液比的最优提取条件下，其谷蛋白得率为42.54%。陆晨[10]等比较分析了超声辅助碱提和热水浴碱提茶渣蛋白质提取率的差异，结果表明，在料液质量比为1∶27，碱液浓度0.35 mol/L 的溶液条件下，超声频率26 Hz、功率300 W、温度54℃、超声61 min，茶渣蛋白质提取率为86.50%，与热水浴碱提相比，提取率提高了37.2%。

目前，碱提取法仍然是工业生产应用的主要方法，该法提取率高，生产步骤简便，但是该技术要求在高碱浓度下才能获得较高的蛋白提取率，且生产废水较多，环境负担大。

2.2 蛋白酶提取法

根据酶的来源，工业提取中使用的蛋白酶可分为植物酶、微生物酶和消化酶三类。蛋白酶提取茶蛋白是利用蛋白酶对蛋白质肽链的降解能力，断裂肽链，使其相对分子质量变小，改变其蛋白结构，蛋白酶同时能水解与蛋白相连的其他物质，来达到提高蛋白质的溶出率的目的[15-16]。

酶法水解分为单酶提取、双酶分步提取和双酶复合提取法[17]。李圆圆[13]等使用双酶分步法提取茶蛋白，首先，使用纤维素酶（1.5%）和果胶酶（2.5%）组成的复合酶，在液固比为25∶1，50℃下提取2 h；其次使用2.5%碱性蛋白酶，在pH9.5，60℃下提取1.5 h，最终茶蛋白的提取率为63.97%，相较以存在的提取率显著提高33.94%。谭晓妍[18]等使用碱性电解水耦合碱性蛋白酶提取茶蛋白，结果表明，当碱性蛋白酶添加量为2 500 IU/g，酶解pH 为9，酶解时间32 h 时，茶渣蛋白提取率为83%，较单一碱性电解水提取提高34.7%。沈莲清[19]等使用单酶提取法、分步提取法和复合提取法提取茶蛋白，结果显示，单酶提取中碱性蛋白酶的提取效果最好，在酶加量4%，液固比35∶1下，提取4 h，提取率最高为34.20%。通过正交试验优化双酶分步提取茶蛋白的方法，在最佳提取方法，酶加量4%，pH8.0，60℃时，茶蛋白的提取率为47.76%。研究表明，茶蛋白经酶解改性，不仅其溶解性、乳化性和稳定性得到改善，且会产生具有多种生物活性的小分子肽[20]。因此，蛋白酶提取法拓宽了茶蛋白的应用领域，提升了茶蛋白的营养价值。

酶法提取茶蛋白具有专一性强、提取率高、便于控制反应等优点，但酶法较碱法提取成本高，工业化生产中要结合产品价格和生产效益综合考虑。

2.3 碱酶复合法

复合法是将酶法与碱法结合起来发挥协同作用的一种方法，即先用碱法对茶蛋白进行提取，再用酶法方法对茶蛋白提取[21]。邹小明[22]等分别采用碱提取法、碱酶复合法、蛋白酶提取法探究茶蛋白的最优提取方案，结果表明，碱酶复合法的提取效果最好，蛋白质提取率为81.83%，提取率分别比碱提取法和蛋白酶提取法高25.83%和70.58%，复合法的最优提取工艺为碱液pH 为12，温度75℃，时间50 min，固液比1∶40，酶提pH 为9，温度30℃，时间60 min，酶用量1 500 U/g。靳伟刚[20]使用纤维素酶和半纤维素酶混合的复合酶对茶渣进行酶解破壁处理，破壁温度为50℃，2 h，再使用0.10 mol/L的氢氧化钠溶液，50℃提取2 h，提取率达到85.34%，蛋白纯度为82.4%，与碱提取法和蛋白酶提取法相比，提取率显著增加。

碱酶复合法提取茶蛋白具有提取率高，提取时间短的优点，但复合酶种类及提取条件的选择需经小试中试试验，确定技术参数，对技术要求较高。

3 茶蛋白的生物活性

茶蛋白具有抗氧化、降血糖、降血脂、抗辐射突变等生物活性，可作为抗氧化剂、降血糖药物、保健产品等广泛使用[4-5]。因此，从茶渣中提取具有生物活性的蛋白会为茶资源的开发利用带来广阔的应用前景。

3.1 抗氧化活性

周慧[23]等通过体外抗氧化试验，表明茶蛋白对DPPH 自由基和羟基自由基均具有显著的清除能力，且清除能力与分子量呈弱相关。李永富[24]等制备并分离纯化茶蛋白，结果表明，具有抗氧化活性的蛋白主要集中在2 700～36 500 Da，其对DPPH 自由基清除率为59.32%，对羟自由基清除率为55.43%。华炜[25]等通过建立老龄小鼠模型检验抗氧化活性，结果显示，茶蛋白能显著降低老龄小鼠血液中MDA 含量，明显提升血液中的SOD 含量，证实茶蛋白能减轻生物体的氧化反应，具有延缓衰老的抗氧化作用。靳伟刚[20]等对茶蛋白的抗氧化活性进行了探究，结果表明，茶蛋白对羟自由基、超氧阴离子自由基和DPPH 自由基的清除率分别为99%、100%和97%，显著高于维生素C。茶蛋白的抗氧化活性主要与其肽段氨基酸序列组成有关，其主要原理是通过抑制生物大分子过氧化或清除体内羟基自由基和超氧阴离子自由基等自由基产物而实现抗氧化功能[26-27]。

3.2 降血糖活性

苏可盈[28]等利用高血糖小鼠模型对茶蛋白进行了降血糖活性研究，结果表明，茶蛋白能抑制高血糖小鼠的体质量，且使高血糖小鼠的空腹血糖含量显著降低，对正常小鼠的空腹血糖含量无显著影响，证明了茶蛋白的摄入对高血糖小鼠和正常小鼠的糖耐量都有积极的调控作用。杜梦轲[16]等筛选出碱性蛋白酶和中性蛋白酶对茶蛋白进行酶解，结果表明，碱性蛋白酶的酶解产物降血糖作用比中性蛋白酶的酶解产物强，使用活性追踪鉴定发现，相对分子质量小于1 kDa的组分降血糖能力最强，高达93.29%。

3.3 抗突变

李燕[29]等采用Ames 试验、V79 细胞染色体畸变试验、仓鼠嗜多染红细胞（PCE）微核试验和显性致死试验证明，茶蛋白具有抗辐射对沙门氏菌的诱变作用，显著降低仓鼠肺细胞的染色体畸变数，使小鼠PCE 微核数明显减少，结论证明茶蛋白具有抗突变作用，其作用机理可能与其抗氧化作用有关。李春方[30]等通过建立腹水瘤小鼠模型对富硒茶各主要成分的抗肿瘤活性进行了研究，结果表明，富硒茶的茶多酚、茶多糖、茶蛋白均具有抗肿瘤活性，富硒茶蛋白高剂量组（30 g/L）的肿瘤抑制率为61.82%，比阳性对照环磷酰胺的肿瘤抑制率高6.5%。

4 结语

茶蛋白营养丰富、氨基酸组成合理，具有抗氧化、降血糖、抗辐射突变等多种生物活性。酶法是目前最有效的水解茶蛋白的方法，因其过程易控、特异性强、反应速度快等优点，越来越受到工业生产的重视，在大范围工业化应用中具有巨大的潜力，蛋白质水解后的小分子多肽更易为肠道吸收，提升了蛋白质的营养价值和保健功能，在医药、食品、化工、农业及环保等方面均有广阔的应用前景。