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茶蛋白

来源：泰然健康网时间：2024年12月09日 13:33

我国是茶叶消费大国，2019年我国茶叶国内销量200万吨。每年在生产茶多酚、茶饮料、速溶茶等产品的同时，产生大量的剩余残渣，但大量的废弃的茶渣仍然残留较多的营养成分。研究数据表明，茶渣中残留较多的是茶蛋白，高达20%左右，主要是谷蛋白和醇溶性蛋白。这些茶蛋白在降血脂、抗氧化、消除自由基及预防辐射等具有积极的作用，越来越受到研究者们重视，对茶渣中茶蛋白的提取、茶蛋白纯化、茶蛋白的特性等进行了研究，也有一定的文献报道。本文针对茶渣中蛋白质的碱法提取、酶法提取、复合提取法、茶蛋白的纯化及茶蛋白的特性等进行归纳整理，并对存在的问题进行了讨论，以期为茶渣中蛋白质的研究提供参考。

碱法

碱法提取的原理为茶蛋白中碱溶性蛋白的含量在80%以上，碱溶性蛋白含有疏水性官能团和二硫键，碱性溶液对茶蛋白的次级键特别是氢键具有破坏作用，增加了蛋白质的溶解性，提高了蛋白质的提取率。 [1]

碱法提取工艺为:茶渣→粉碎过筛→热水浸提→过滤除杂质→碱液浸提→过滤除杂质后得粗蛋白提取液。

单一碱法提取的主要因素为碱液浓度、液固比、提取时间、提取温度4个因素。沈连清等通过正交试验证实，对蛋白质的影响从大到小依次提取时间＞碱液浓度＞提取温度＞液固比。此外不少研究对碱法提取条件进行探讨，其中碱液浓度、液固比、提取时间、提取温度对提取率的影响详见表1。

表1 碱法提取条件对提取率的影响

提取条件

提取率%

碱液浓度/(mol/L)

液固比/(ml/g)

提取时间/min

提取温度/℃

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

从表1可以看出，单一减法提取效率不高，提取效率从21.89%～77.35%，研究者们利用超声波、微波等提取技术在碱法提取的基础上进行改进。

超声波-碱法提取，利用超声波在一定范围内，产生的空化作用和机械效应增大，空化泡崩溃时间变短，茶渣中所含的物质与浸提液的接触更加充分，所以茶渣蛋白的提取效率增大。黄晓辉等以茶渣为原料，通过超声波碱法提取茶渣中的蛋白质。确定超声波碱法提取茶渣蛋白的最优工艺为超声功率为100W、碱液浓度0.9mol/L、浸提时间为80min、浸提温度为55℃、超声时间40min、料液比1:20(g:mL)，茶渣中蛋白质的提取率可达90.82%；陆晨等以茶渣为原料，采用超声波技术辅助碱法提取茶渣蛋白质，茶渣蛋白质一次提取率为86.50%，超声波-碱法提取相对于单一碱法提取，一次提取率提高了37.2%。

微波辅助-碱法提取是利用微波能加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品基体中分离出来并进入溶剂，是在传统提取工艺的基础上强化传热、传质的一个过程。文静等采用微波辅助碱法提取茶渣蛋白，试验表明对茶蛋白提取率的影响顺序为微波提取功率＞碱液浓度＞微波提取时间＞液料比，最佳工艺条件为微波功率630W、碱液浓度0.4mol/L、微波时间5min、液料比20:1(mL:g)。在此条件下，茶蛋白最高提取率可达89.01%。Ishmael等研究了茶渣蛋白质的超声辅助碱提，并与传统的热辅助碱提进行了比较研究。超声辅助碱提的蛋白得率提高了56.83%，时间缩短了89.17%，总氨基酸含量提高了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%，带正电荷氨基酸含量提高了54.85%、带负电荷氨基酸含量提高了48.05%。

碱法提取茶渣中的蛋白质工艺简单，企业生产成本较低，资金和设备投入较小，适合应用于工业规模化生产，但高浓度的碱会导致蛋白的营养学特性发生变化，生成赖丙氨酸。Zhang等在碱性条件下分离水稻残渣蛋白，发现碱处理可降解胱氨酸、赖氨酸、苏氨酸和精氨酸以生成赖丙氨酸。此外，高浓度的碱液还会导致出现不良现象，如促进蛋白与糖类等之间发生美拉德反应、茶蛋白发生不可逆变性以及非蛋白类物质溶出而加大茶蛋白分离纯化的难度等，同时会对环境造成严重污染。

酶解法

酶法提取蛋白质主要使用的是蛋白酶，酶法提取的原理为通过蛋白酶降解和修饰蛋白质，使蛋白质发生降解，肽链缩短，分子量减小。在水解蛋白质的同时，蛋白酶也可将蛋白质相连的其他物质水解，从而达到提高蛋白质提取率的目的。 [1]

酶法提取的工艺为:茶渣→加水→调节pH→加酶振荡提取→加热钝化酶→离心分离→蛋白质提取液。

表1碱法提取条件对提取率的影响

酶法提取使用的蛋白酶主要是商品化碱性蛋白酶、复合蛋白酶、中性蛋白酶等。其中碱性蛋白酶和中性蛋白酶等均属于细菌蛋白酶，但两者相比较，碱性蛋白酶的活性更高;复合蛋白酶是一种蛋白酶和肽酶的复合体，含有内切蛋白酶和外切肽酶2种活性，酶活范围为中性和偏酸性，主要作用于已溶出的蛋白质，使其改变为更少的肽。沈连清等采用单一酶提取法和双酶复合提取法提取茶渣中蛋白质，经验证在中性蛋白酶、碱性蛋白酶、复合蛋白酶和复合风味蛋白酶等4种蛋白酶中，以碱性蛋白酶提取效果最好，提取率达34.2%，其次是复合蛋白酶为18.63%;双酶法提取率可达47.76%。

酶法提取的主要影响因素为酶解温度、pH、底物浓度、酶添加量、提取时间5个因素;李园园等对酶法提取条件进行探讨，酶解温度、pH、底物浓度、酶添加量、提取时间对提取效率的影响详见表2。

表2 酶法提取条件对提取率的影响

提取条件

提取率

酶种类

酶解温度/℃

底物浓度

酶添加量/%

提取时间

碱性蛋白酶

9.5

20:1

2.5

1.5h

56.95

碱性蛋白酶

8.7

未考察

90min

20.93

复合酶B

9.0

10%

74.00

在实际工作中，由于酶法提取反应条件温和，温度不宜过高，有效组分不易溶出，加上植物细胞的细胞壁对其中有效组分的溶出具有一定的阻碍作用，共同导致蛋白酶提取效果不佳，但提取后的茶蛋白溶解性和营养价值相比于碱法提取，具有多种活性的生物活性肽，提取后的茶蛋白具有较广的适用范围。

复合提取法

由于单一碱法提取、酶法提取均有一定的局限性，研究者们采用复合提取法完成茶渣中蛋白质的提取，现有文献报告的主要有碱性电解水耦合酶提取、复合酶碱法提取。 [1]

碱性电解水耦合酶提取法采用电解水制备过程中阴极生成的含有NaOH等物质的碱性水，与传统的NaOH水溶液相比，强碱性电解水在制备过程中氧化还原电位(redoxpotential，ORP)值可达-1000mV以下，具有强还原性，另外水的表面张力低，含有的活性成分性质不稳定，易逐渐恢复为普通水，因而不易对环境造成污染，较NaOH使用安全可靠。谭晓妍等采用碱性电解水提取后再添加碱性蛋白酶提取茶渣蛋白，优化后最佳工艺条件为:碱性电解水pH为12.5，提取温度120℃，液固比为40:1(mL/g)，提取时间40min，碱性蛋白酶酶解pH9.0，酶解时间32h，酶添加量2500IU/g茶渣。在该条件下，蛋白质提取率为83%。

复合酶碱法主要利用茶叶蛋白易溶于碱，经过碱溶后茶叶中的蛋白质溶出较多，在pH值改变不大的前提下添加适量的蛋白酶更有利于酶和蛋白接触，从而提高蛋白的提取效率。邹小明等采用碱溶后再进行酶解的工艺提取茶梗中蛋白，并与单一酶法、碱溶法进行比较，复合酶碱法效率最高，在该条件下蛋白质提取率为81.83%。勒伟刚等采用以纤维素酶和半纤维素酶为主的复合酶B进行复合酶碱法提取，在确定的提取工艺条件下(固液比1:35(mL/g)，复合酶B加量0.5%，碱浓度0.1N，温度50℃(2h)→90℃(2h))，蛋白提取率达到85.3%。

综上所述，茶渣中蛋白质的提取方法各有优劣，详见表3，因此采用何种方法提取茶渣中蛋白质应根据应用目的和条件来确定。

表3 蛋白质提取方法的比较

方法

优点

缺点

单一碱法

工艺简单，适合工业化生产

提取效率不高，对环境造成影响

酶法

提取后蛋白质具有多种活性的生物活性肽，适用范围广

提取效率不高，成本高

复合法

蛋白质提取率高

工艺复杂，工业化生产有一定难度

茶渣蛋白分离纯化主要有：沉淀、脱色、纯化等过程。

茶叶蛋白的沉淀主要采用等电点沉淀、盐析和有机溶剂沉淀，等电点沉淀法提取率低;主要原因为茶蛋白的等电位不完全一致，不能把所有蛋白都析出;中性盐沉淀方法温和，不容易产生蛋白变性现象，有机溶剂沉淀需要在低温下进行，否则容易变性。

常用脱色方法常用活性炭吸附法、有机溶剂脱色法、双氧水脱色法等;李园园比较了3种脱色方法，发现双氧水脱色效果优于其余2种方法，主要原因是活性炭对茶蛋白有一定的吸附性，有机溶剂(丙酮)因残留问题及脱色效果不及双氧水，双氧水因脱色后不易复色，将有色物质氧化的同时，自身分解为羧酸、醛和二氧化碳等物质，但由于考虑到双氧水在食品中应用的安全性，采用食品级过氧化氢酶去除茶渣蛋白中残留的过氧化氢，得到色泽较好的茶渣蛋白。倪君用等电点沉淀、中性盐中和法、有机溶剂法、等电点-乙醇沉淀法对茶叶蛋白进行纯化，结果表明以硫酸铵-等电点法沉淀的效率最高，达92.29%。但盐析脱盐所需的时间较长，纯化后的蛋白具有刺激性气味，实用性不强。

纯化过程现主要采用电泳、层析、膜分离等方法进行。电泳根据带电粒子或分子在电场中向着与其电性相反的电极移动的现象。常用的蛋白质分离技术采用聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电聚焦电泳、毛细管电泳等。层析根据被分离物与层析固定相之间的物理化学性质以及生物学性质的相互作用来进行分离。层析法的种类繁多，应用较为广泛的有凝胶过滤层析、离子交换层析、疏水层析以及亲和层析。

对于蛋白质这样的生物大分子来说，超滤是比较常用的膜分离技术。超滤是一种加压的膜分离技术，在一定的压力下使小分子溶质或溶剂穿过一定孔径的薄膜，而大分子溶质不能透过，留在膜的另一边，从而使大分子物质得到分离。膜分离技术作为蛋白质的粗提取技术有着广泛的应用。Loginov等通过超滤技术分离了亚麻籽壳中提取的多酚和蛋白质，并研究了pH值从13.2～3.0变化时对分离过程的影响，他们发现pH值为4.4时的分离效果是最好的，并且pH值从13.2～4.4逐步下降的过程中过滤速度会越来越快，并且分离度也逐步调高，通过超滤分离后的多酚纯度可以达到76%。

王洪新对茶渣蛋白通过盐析-丙酮脱色-超滤脱盐-真空干燥的初步纯化，可得到浅灰白色的茶蛋白粉。以原料计茶蛋白的提取率为36.8%，初步纯化得率为91%，经测定蛋白质含量81.5%。王忠英对酶法提取的茶蛋白通过盐析-丙酮脱色-pH7.0磷酸盐缓冲液复溶-透析-真空干燥，得到深黄色的茶叶蛋白粉，以原料计算茶叶蛋白的提取率为47.76%。

茶蛋白的传统纯化过程存在操作相对比较复杂，步骤多，自动化程度不高，工艺复杂，费用较高等问题，而膜分离技术作为一种新型分离、浓缩技术，具有操作温度低、能耗消耗少、无需添加化学试剂、选择范围广、适用性强等优点，在现有研究报道中，主要是压力驱动膜在蛋白质分离上的应用，包括在蛋白质脱盐、脱醇、浓缩、分级分离等方面，有望在蛋白质分离中扮演越来越重要的角色。

经提取后的茶渣蛋白具有积极的作用。研究者们主要研究了茶渣蛋白在吸水性、吸油性、起泡性、稳定性、氨基酸构成、分子量分布和蛋白体外消化性、抗氧化性等方面的特性。张士康等发现茶渣蛋白在pH4.0附近氮溶解指数最低，其吸水性为4.13g/g，吸油性为4.86g/g，茶蛋白具有优于大豆蛋白的乳化性、乳化稳定性、起泡性和起泡稳定性，且这4个功能特性几乎不受浓度影响，并分析其原因可能是由于提取过程中部分变性所致。谢蓝华证实茶蛋白在吸水性、持水力、起泡性和乳化性等方面均表现出一定特性;陆晨研究发现，碱性蛋白酶酶解后的茶蛋白具有较好的乳化性及优越的乳化稳定性，泡沫稳定性受pH显著影响，pH为7时泡沫稳定性最好。张士康等对碱法提取的茶渣蛋白进行了研究，结果表明茶渣蛋白中氨基酸种类丰富，其中必需氨基酸含量均高于FAO/WHO/UNU1985年的推荐值;茶渣蛋白在十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳中分子量分布呈现4条主要条带，对应分子量分别为40.54a、30.77k、24.09和20.04kDa;茶渣蛋白的体外消化性比大豆蛋白低20%。赵立娜等研究发现经酶解的0.1mg/mL多肽复合物DPPH·自由基清除率为90.30%，1.0mg/mL多肽复合物羟自由基(·OH)清除率为65.18%。在亚油酸体系中，多肽复合物的抗氧化性高于维生素C，略低于丁基羟基甲苯(butylatedhydroxytoluene，BHT);应用在鸡肉产品中可有效抑制氧化变质，其中分子质量＞8000Da的多肽抗氧化性最强。祝子坪等经超声辅助酶解茶渣制备酶解液对DPPH清除率达为85.36%，比对照活性提高了31.87%。

茶蛋白在吸水性、吸油性、起泡性、稳定性、抗氧化性等方面均表现出较好的特性，研究发现不同提取方法得到的茶蛋白的乳化性、起泡性、吸水性等功能性质存在差异，应根据茶蛋白的应用目的选择不同的提取方法。

茶渣资源的综合利用，特别是茶渣中蛋白质的提取是近年来研究的热点，综上所述，单一的碱法提取、酶法提取均有一定的局限性，茶渣中蛋白提取率不高(50%-75%);在碱法提取的基础上，加以微波、超声波或者添加酶能显著提高茶渣蛋白的提取率;茶蛋白的纯化过程有新的研究突破，如膜分离技术，但缺乏统一质量标准等问题，从总体来看，茶蛋白资源较为丰富，应用范围广，但在提取、纯化、应用、推广中存在实验室研究居多，工业化生产应用较少等问题，对工艺参数和机理等问题有待进一步研究，随着科技发展，各种新技术的应用，茶渣蛋白有望实现高值化利用。 [1]