謝藍(lán)華，杜 冰，張嘉怡，楊公明

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州 510642)

不同提取方法對茶渣蛋白功能特性的影響

謝藍(lán)華，杜 冰*，張嘉怡，楊公明

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州 510642)

以單樅茶葉為實驗材料，研究了單一堿法提取、擠壓膨化預(yù)處理堿法提取、擠壓膨化預(yù)處理酶法提取對茶渣蛋白功能特性的影響。結(jié)果表明，與單一堿法提取的茶渣蛋白相比較，擠壓膨化預(yù)處理堿法提取的茶渣蛋白吸水性、持水力、起泡性和乳化性分別提高了25%、43.43%、8.79%、5.57%，吸油性降低了8.67%;擠壓膨化預(yù)處理酶法提取茶渣蛋白吸水性、持水力、起泡性和乳化性分別提高了34.73%、86.87%、18.01%、12.46%，吸油性降低了18.50%;擠壓膨化預(yù)處理對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

隨著我國茶飲料工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，每年廢棄的茶渣達(dá)數(shù)百萬t。大量的茶渣廢棄物不僅污染了環(huán)境，而且造成資源的極大浪費(fèi)［1］。據(jù)國內(nèi)的研究表明，茶渣中粗蛋白質(zhì)含量高達(dá)15%～30%，賴氨酸和蛋氨酸含量分別為1.5%～2%和0.5%～0.7%，粗纖維含量16%～18%，含有一定量的維生素、茶多酚、咖啡堿及少量的茶皂素等，營養(yǎng)價值豐富，是良好的植物食用資源［2－3］。因此，利用廢棄茶渣制備可溶性食用蛋白添加劑不僅充分利用了蛋白資源，也大大減少了由此造成的環(huán)境污染，同時為低值單樅茶綜合利用開辟新途徑，實現(xiàn)中低檔茶葉的增值，具有顯著的經(jīng)濟(jì)利益和深遠(yuǎn)的社會效益。茶渣中大部分蛋白質(zhì)不溶于水、中性鹽和酒精溶液，而溶于稀酸或稀堿，其中谷蛋白等非水溶性蛋白質(zhì)占80%以上，谷蛋白分子間通過二硫鍵和疏水基團(tuán)進(jìn)行交聯(lián)而凝聚，因此難以直接被普通動物的胃蛋白酶消化吸收，必須通過物理化學(xué)手段加工處理使谷蛋白形態(tài)發(fā)生變化，或生成可溶性小肽和氨基酸才可以加以綜合利用［4］。目前食品蛋白質(zhì)的功能特性改進(jìn)研究主要包括物理法(微波、超聲波、熱處理)、化學(xué)法(?；?、磷酸化、脫氨基、糖基化、共價交聯(lián)作用)、生物酶法(木瓜、堿性、胰蛋白酶)等［5－6］。這些方法存在反應(yīng)條件苛刻，試劑專一性不強(qiáng)，溶劑分離困難，生產(chǎn)成本較高等不足之處。擠壓膨化技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、殺菌、成型為一體的高新技術(shù)。茶渣蛋白通過擠壓、摩擦、剪切和高溫高壓蒸汽等物理化學(xué)綜合作用，茶渣蛋白質(zhì)的三級和四級結(jié)構(gòu)的結(jié)合力變?nèi)?，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)伸展與重組，表面電荷重新分布趨向均勻化，分子間氫鍵、二硫鍵等部分?jǐn)嗔?，?dǎo)致蛋白質(zhì)最終變性［7－8］。該方法處理量大，是一種可以連續(xù)供料的蛋白改性方式。本研究以可溶性蛋白功能特性變化為參考指標(biāo)，探求不同提取方式對茶渣蛋白功能特性的影響，以期為茶渣蛋白的綜合利用提供一種新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

單樅茶 興寧市南華現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司;茶渣單樅茶葉開水浸泡3次，每次15min，烘干，粉碎，過40目標(biāo)準(zhǔn)篩，得過篩茶渣待用;玉米淀粉 好當(dāng)家超市;食品調(diào)和色拉油 寧波金光食品有限公司;堿性蛋白酶(5000u/g) 無錫杰能科酶制劑廠;氫氧化鈉、鹽酸、磷酸二氫鈉 均為分析純，廣州成碩試劑有限公司。

SPJ－40型雙螺桿擠壓膨化機(jī) 陜西得愛食品科技有限公司與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院聯(lián)合研制; DMF－25B型中藥流水式粉碎機(jī) 浙江溫嶺市明大機(jī)械設(shè)備有限公司;HH－4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司;DZF6020型真空干燥箱 廣州永程玻璃儀器有限公司;BP251型美的攪拌機(jī) 廣州美的生活電器制造有限公司;FA1140型電子天平上海天平儀器廠;PL203型電子分析天平、9VDC型pH計 梅特勒－托利多儀器(上海)有限公司; SHZ－Ⅲ型循環(huán)水真空抽慮機(jī) 上海亞榮生生化儀器廠;TDL－5－A型臺式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 堿法制備茶渣蛋白［9］茶渣→過濾→稀堿液提取→抽濾→調(diào)節(jié)pH(使蛋白質(zhì)沉淀)→離心→真空干燥→茶渣蛋白。

1.2.2 擠壓膨化預(yù)處理輔助堿法制備茶渣蛋白 茶渣→復(fù)配玉米淀粉→調(diào)節(jié)水分→雙螺桿擠壓膨化處理→粉碎→茶渣粉→堿液提取→抽濾→調(diào)節(jié)pH(使蛋白質(zhì)沉淀)→離心→真空干燥→茶渣蛋白。

擠壓膨化條件:擠壓前調(diào)整原料含水率為12%～17%，供料機(jī)頻率 27Hz;調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速 200～235r/min;調(diào)質(zhì)溫度180℃，預(yù)熱端溫度100～115℃，擠壓端溫度120～150℃，收集擠壓膨化茶渣產(chǎn)物，粉碎待用。

1.2.3 擠壓膨化預(yù)處理輔助蛋白酶制備茶渣蛋白

茶渣→復(fù)配玉米淀粉→調(diào)節(jié)水分→雙螺桿擠壓膨化處理→粉碎→茶渣粉→酶解→抽濾→取上清液→調(diào)節(jié)pH(使蛋白質(zhì)沉淀)→離心→真空干燥→茶渣蛋白。

擠壓膨化條件同 1.2.2，酶解條件:pH9，溫度50℃，堿性蛋白酶5%，時間60min。

1.3 茶渣蛋白性質(zhì)測定方法

1.3.1 茶渣蛋白沉淀量及等電點測定［10］分別精確量取茶渣蛋白液于50mL離心管，每管30mL，裝入7個錐形瓶中，用1mol/L HCl調(diào)節(jié)各離心管茶渣蛋白液pH分別為3、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0，靜置5～10min后，離心，沉淀干燥稱重，得出蛋白質(zhì)沉淀量，根據(jù)沉淀量多少確定其等電點。

1.3.2 茶渣蛋白溶解性的測定［11］分別稱取0.2g茶渣蛋白溶解在50mL用氯化鉀－鹽酸、磷酸氫二鈉－檸檬酸、硼砂－硼酸、碳酸鈉－碳酸氫鈉、磷酸氫二鈉－氫氧化鈉、氯化鉀－氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為2～13的乙酸－乙酸鈉緩沖溶液中，80℃水浴攪拌溶解1h，以4000r/min離心分離30min，過濾，測定上清液中蛋白質(zhì)含量，用上清液中蛋白質(zhì)量占樣品中總蛋白質(zhì)量的百分比表示溶解度。

1.3.3 茶渣蛋白吸水性的測定［12］精確稱取0.5g茶渣蛋白加5mL蒸餾水置于離心管中，混勻1min后，在室溫下靜置30min，4000r/min離心30min，倒掉上清液，并將離心管倒置于濾紙上，10min后稱量。吸水性以每克茶渣蛋白吸附水的體積表示。

1.3.4 茶渣蛋白吸油性的測定［12］精確稱取0.5g茶渣蛋白置于離心管中，然后加10mL一級色拉油，混勻1min后，在室溫靜置 30min，4000r/min離心30min，靜置10min后，測量游離色拉油的體積。吸油性以每克茶渣蛋白吸附油的體積表示。

1.3.5 茶渣蛋白持水力的測定［13］精確稱取50mg茶渣蛋白質(zhì)置于干燥離心管中，稱量樣品和離心管的質(zhì)量用m1表示，加入30mL蒸餾水，用0.02mol/L磷酸鹽緩沖溶液調(diào)pH7.0，用磁力攪拌器攪拌均勻后，于60℃水浴加熱30min，冷卻30min，15000r/min離心10min后去上清液，稱取樣品和離心管質(zhì)量用m2表示，計算出每毫克茶渣蛋白的持水力(WHC)。計算公式為式(1):

1.3.6 茶渣蛋白起泡性的測定［14］精確稱取1.0g茶渣蛋白溶解至99mL蒸餾水中，用0.02mol/L磷酸鹽緩沖溶液調(diào)pH7.0，以8000r/min攪打30s，攪打3次，迅速倒入500mL量筒中，記錄泡沫體積，表示起泡能力大小，根據(jù)式(2)進(jìn)行計算:

起泡性(%)=攪拌后靜置時泡沫體積(mL)/ 100mL×100 式(2) 1.3.7 茶渣蛋白乳化性的測定［14］精確稱取1.0g茶渣蛋白溶解至99mL蒸餾水中，用0.02mol/L磷酸鹽緩沖溶液調(diào)pH7.0，加入50mL色拉油，置于高速組織搗碎機(jī)中，室溫下以10000r/min的速度高速攪拌2min，所得乳狀液移入2支100mL的離心管中，然后在2000r/min的速度下離心5min，根據(jù)乳化層高度計算乳化性，根據(jù)式(3)進(jìn)行計算:

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有實驗的測定均進(jìn)行三次，采用 Microsoft excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)沉淀量及等電點的影響

在同一條件下，不同的蛋白質(zhì)因其分子結(jié)構(gòu)的不同而有不同的溶解度，根據(jù)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的特點，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)溶液pH，就可以選擇性地控制蛋白質(zhì)混合物中某一成分的溶解度，達(dá)到分離純化蛋白質(zhì)的目的。由圖1分析知，不同提取方式所得蛋白質(zhì)的沉淀量均隨著pH的增大呈先上升后下降的趨勢，在pH為4.0時，蛋白質(zhì)沉淀量均達(dá)到最大，擠壓膨化后酶法提取、擠壓膨化后堿法提取、堿法提取得率分別為92、87、84mg/mL，并初步判斷其等電點為pH4.0;采用硫酸銨飽和溶液鹽析、丙酮脫色、然后在pH7.0磷酸鹽緩沖液中復(fù)溶、透析、再真空干燥得到初步提純的茶渣蛋白，其純度分別為 81.04%、80.06%、79.85%。

圖1 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)沉淀量的影響Fig.1 Effect of different extraction methods on precipitation rate of tea－residue protein

2.2 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)溶解性的影響

植物蛋白的溶解性，即在各種條件下的溶解程度，是影響蛋白質(zhì)在食品加工中利用程度的重要問題，蛋白質(zhì)的乳化性、氣泡性、黏度等與其溶解性有關(guān)。不同pH不同提取方法對茶渣蛋白溶解度的影響如圖2所示。由圖2可知，茶渣蛋白在酸性條件下溶解度都較低，在pH4左右溶解度都達(dá)到最低，隨著pH上升，不同提取方法所提取的茶渣蛋白溶解度有較大的上升，在同一pH條件下，茶渣蛋白溶解度的高低順序為擠壓膨化后酶法提取＞擠壓膨化后堿法提?。緣A法提取，表明擠壓膨化后酶解提取法對茶渣蛋白的溶解度有明顯的改善作用。

圖2 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)溶解性的影響Fig.2 Effect of different extraction methods on solubility of tea－residue protein

2.3 茶渣蛋白質(zhì)吸水性的比較

由圖3可以看出，擠壓膨化后堿法和酶法提取的茶渣蛋白吸水性均高于堿法提取的茶渣蛋白的吸水性。原因之一可能是經(jīng)過擠壓膨化改性后的蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生變化，從緊密的球狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷傻碾S機(jī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)，有利于極性基團(tuán)暴露，與極性水分子的親合力增強(qiáng)，強(qiáng)化結(jié)合水分子能力;原因之二可能在于擠壓膨化改性后的蛋白質(zhì)肽鍵部分?jǐn)嗔?，游離出更多的氨基和羧基，蛋白質(zhì)分子表面的極性基團(tuán)增多，有利于吸附周圍的水分子［15］;原因之三在于多數(shù)情況下，吸水率隨蛋白質(zhì)含量的增加而增加［16］，由圖1可知，擠壓膨化后堿法和酶法提取的茶渣蛋白含量要高于堿提取法。

2.4 茶渣蛋白質(zhì)吸油性的比較

圖3 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)吸水性的影響Fig.3 Effect of different extraction methods on water absorbability of tea－residue protein

蛋白質(zhì)吸油性表征蛋白質(zhì)與游離脂肪相結(jié)合的能力，吸油性與蛋白含量有密切關(guān)系。由圖4可知，擠壓膨化后堿法和酶法提取茶渣蛋白的吸油性都較堿法提取的茶渣蛋白質(zhì)的吸油性下降了，可能是由于經(jīng)過擠壓膨化改性后茶渣蛋白分子表面的極性基團(tuán)增加［17］，減弱了吸收脂肪的能力。堿法提取的茶渣蛋白質(zhì)吸油性較好，可以提高食品對脂肪的吸收和保留能力，減少脂肪在加工過程中的損失，進(jìn)而改善食品的適口性和風(fēng)味。

圖4 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)吸油性的影響Fig.4 Effect of different extraction methods on oil absorbability of tea－residue protein

2.5 茶渣蛋白質(zhì)持水力的比較

蛋白質(zhì)持水性能是蛋白質(zhì)的一個重要的功能特性，在蛋白質(zhì)食品的加工過程中起著非常重要的作用。由圖5可知，擠壓膨化酶法提取茶渣蛋白的持水力最高，達(dá)3.70mg/mg，是堿法提取茶渣蛋白質(zhì)持水力的1.83倍。擠壓膨化后堿法提取的茶渣蛋白持水力也明顯提高，這可能是因為經(jīng)過擠壓膨化改性后的茶渣蛋白質(zhì)與水分子之間的作用能增大，導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶脹程度變大;改性后的蛋白質(zhì)從球狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮⒌臒o規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)，增加了肽鏈間的空隙，改善了溶脹特性［18］。

圖5 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)持水力的影響Fig.5 Effect of different extraction methods on waterholding capacity of tea－residue protein

2.6 茶渣蛋白質(zhì)起泡性的比較

由圖6可知，擠壓膨化后堿法與酶法提取茶渣蛋白的起泡性得到較大提高，且起泡穩(wěn)定性較好。一方面，擠壓膨化改性的茶渣蛋白以及小分子蛋白肽能很快進(jìn)入氣液界面，展開并重組界面，增強(qiáng)起泡性能;另一方面，擠壓膨化后的蛋白質(zhì)疏水氨基酸殘基暴露，降低了表面張力，提高了蛋白質(zhì)的濃度，易于形成起泡。在一般情況下，溶解性越大，其起泡性就越高，由圖2可知，經(jīng)過擠壓膨化后的蛋白質(zhì)溶解性高于未經(jīng)處理的蛋白質(zhì)溶解性，因此后者的起泡性好于堿法提取的蛋白質(zhì)。

圖6 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)起泡性的影響Fig.6 Effect of different extraction methods on foamability of tea－residue protein

2.7 茶渣蛋白質(zhì)的乳化性比較

乳化體系的形成需要蛋白分子疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)同時分別與油水兩相相互作用，乳化的效果與蛋白質(zhì)分子中疏水基團(tuán)、親水基團(tuán)比例以及蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，表面結(jié)構(gòu)較疏松的蛋白分子，乳化能力較高。由表1可知，擠壓膨化后酶法提取茶渣蛋白的乳化性均較其他兩種方法好。經(jīng)過擠壓膨化預(yù)處理和酶解后的蛋白質(zhì)肽鏈伸展，疏水基團(tuán)暴露，表面結(jié)構(gòu)疏松，乳化性能提高。乳化性和溶解性關(guān)系密切，一般來說，溶解性越大，其乳化性就越高。由圖2可知，經(jīng)過擠壓后的蛋白質(zhì)溶解性比未擠壓的蛋白質(zhì)的溶解性好，因此，擠壓膨化后酶法提取的茶渣蛋白的乳化性較好。

表1 不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)乳化性的影響Table 1 Effect of different extraction methods on emulsibility of tea－residue protein

3 結(jié)論與討論

3.1 單一堿法提取的茶渣蛋白質(zhì)的功能性質(zhì):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 擠壓膨化后堿法提取的茶渣蛋白質(zhì)的功能性質(zhì):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 擠壓膨化后酶法提取的茶渣蛋白質(zhì)的功能性質(zhì):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，擠壓膨化預(yù)處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，表明擠壓膨化預(yù)處理對茶渣蛋白的功能特性有一定的改善作用。

3.5 擠壓膨化預(yù)處理后，茶渣蛋白結(jié)構(gòu)疏松多孔，持水性好，添加到制品中，不僅出品率高，降低生產(chǎn)成本，延長保鮮期，而且在加熱過程中水分不易分離，保證產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)，因此改性茶渣蛋白在食品加工中具有良好的應(yīng)用前景。

3.6 經(jīng)過擠壓膨化預(yù)處理的茶渣顆粒細(xì)小，蛋白質(zhì)提取較困難，提取時間較長，生產(chǎn)成本提高，是工業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸，進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝是值得研究的方向。本文僅比較了三種不同提取方法對茶渣蛋白質(zhì)功能性質(zhì)改善的影響，對擠壓膨化預(yù)處理改性茶渣蛋白質(zhì)功能特性的機(jī)理尚不清楚，需作進(jìn)一步研究探討。

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Effect of the different extracting methods on functional properties of tea－residue protein

XIE Lan－h(huán)ua，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 *通訊聯(lián)系人

謝藍(lán)華(1987－)，碩士研究生，研究方向:食品生物技術(shù)與微生物。

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項目(2011B090400071)。