基本介紹
- 中文名：茶蛋白
- 外觀：白色粉狀物質
- 套用：抗氧化、防輻射、抗凝血、提高機體的免疫力以及蛋白生物飼料
引言,提取方法,鹼法,酶解法,複合提取法,茶渣蛋白的純化,茶蛋白的特性,結論,
引言
我國是茶葉消費大國，2019年我國茶葉國內銷量200萬噸。每年在生產茶多酚、茶飲料、速溶茶等產品的同時，產生大量的剩餘殘渣，但大量的廢棄的茶渣仍然殘留較多的營養成分。研究數據表明，茶渣中殘留較多的是茶蛋白，高達20%左右，主要是谷蛋白和醇溶性蛋白。這些茶蛋白在降血脂、抗氧化、消除自由基及預防輻射等具有積極的作用，越來越受到研究者們重視，對茶渣中茶蛋白的提取、茶蛋白純化、茶蛋白的特性等進行了研究，也有一定的文獻報導。本文針對茶渣中蛋白質的鹼法提取、酶法提取、複合提取法、茶蛋白的純化及茶蛋白的特性等進行歸納整理，並對存在的問題進行了討論，以期為茶渣中蛋白質的研究提供參考。
提取方法
鹼法
鹼法提取的原理為茶蛋白中鹼溶性蛋白的含量在80%以上，鹼溶性蛋白含有疏水性官能團和二硫鍵，鹼性溶液對茶蛋白的次級鍵特別是氫鍵具有破壞作用，增加了蛋白質的溶解性，提高了蛋白質的提取率。
鹼法提取工藝為:茶渣→粉碎過篩→熱水浸提→過濾除雜質→鹼液浸提→過濾除雜質後得粗蛋白提取液。
單一鹼法提取的主要因素為鹼液濃度、液固比、提取時間、提取溫度4個因素。沈連清等通過正交試驗證實，對蛋白質的影響從大到小依次提取時間＞鹼液濃度＞提取溫度＞液固比。此外不少研究對鹼法提取條件進行探討，其中鹼液濃度、液固比、提取時間、提取溫度對提取率的影響詳見表1。
提取條件 | 提取率% | |||
鹼液濃度/(mol/L) | 液固比/(ml/g) | 提取時間/min | 提取溫度/℃ | |
0.2 | 25:1 | 110 | 70 | 57.1 |
0.3 | 30:1 | 60 | 80 | 77.35 |
0.08 | 60:1 | 40 | 90 | 61.86 |
0.1 | 45:1 | 4h | 50 | 58.94 |
pH:11 | 8:1 | 60 | 60 | 21.89 |
0.07 | 40:1 | 30 | 90 | 61.1 |
0.13 | 24:0.5:1 | 5h | 67.31 | 52.12 |
從表1可以看出，單一減法提取效率不高，提取效率從21.89%～77.35%，研究者們利用超音波、微波等提取技術在鹼法提取的基礎上進行改進。
超音波-鹼法提取，利用超音波在一定範圍內，產生的空化作用和機械效應增大，空化泡崩潰時間變短，茶渣中所含的物質與浸提液的接觸更加充分，所以茶渣蛋白的提取效率增大。黃曉輝等以茶渣為原料，通過超音波鹼法提取茶渣中的蛋白質。確定超音波鹼法提取茶渣蛋白的最優工藝為超聲功率為100W、鹼液濃度0.9mol/L、浸提時間為80min、浸提溫度為55℃、超聲時間40min、料液比1:20(g:mL)，茶渣中蛋白質的提取率可達90.82%；陸晨等以茶渣為原料，採用超音波技術輔助鹼法提取茶渣蛋白質，茶渣蛋白質一次提取率為86.50%，超音波-鹼法提取相對於單一鹼法提取，一次提取率提高了37.2%。
微波輔助-鹼法提取是利用微波能加熱與樣品相接觸的溶劑，將所需化合物從樣品基體中分離出來並進入溶劑，是在傳統提取工藝的基礎上強化傳熱、傳質的一個過程。文靜等採用微波輔助鹼法提取茶渣蛋白，試驗表明對茶蛋白提取率的影響順序為微波提取功率＞鹼液濃度＞微波提取時間＞液料比，最佳工藝條件為微波功率630W、鹼液濃度0.4mol/L、微波時間5min、液料比20:1(mL:g)。在此條件下，茶蛋白最高提取率可達89.01%。Ishmael等研究了茶渣蛋白質的超聲輔助鹼提，並與傳統的熱輔助鹼提進行了比較研究。超聲輔助鹼提的蛋白得率提高了56.83%，時間縮短了89.17%，總胺基酸含量提高了43.08%，疏水性胺基酸含量提高了35.12%，芳香族胺基酸含量提高了25%，帶正電荷胺基酸含量提高了54.85%、帶負電荷胺基酸含量提高了48.05%。
鹼法提取茶渣中的蛋白質工藝簡單，企業生產成本較低，資金和設備投入較小，適合套用於工業規模化生產，但高濃度的鹼會導致蛋白的營養學特性發生變化，生成賴丙氨酸。Zhang等在鹼性條件下分離水稻殘渣蛋白，發現鹼處理可降解胱氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和精氨酸以生成賴丙氨酸。此外，高濃度的鹼液還會導致出現不良現象，如促進蛋白與糖類等之間發生美拉德反應、茶蛋白發生不可逆變性以及非蛋白類物質溶出而加大茶蛋白分離純化的難度等，同時會對環境造成嚴重污染。
酶解法
酶法提取蛋白質主要使用的是蛋白酶，酶法提取的原理為通過蛋白酶降解和修飾蛋白質，使蛋白質發生降解，肽鏈縮短，分子量減小。在水解蛋白質的同時，蛋白酶也可將蛋白質相連的其他物質水解，從而達到提高蛋白質提取率的目的。
酶法提取的工藝為:茶渣→加水→調節pH→加酶振盪提取→加熱鈍化酶→離心分離→蛋白質提取液。
表1鹼法提取條件對提取率的影響
酶法提取使用的蛋白酶主要是商品化鹼性蛋白酶、複合蛋白酶、中性蛋白酶等。其中鹼性蛋白酶和中性蛋白酶等均屬於細菌蛋白酶，但兩者相比較，鹼性蛋白酶的活性更高;複合蛋白酶是一種蛋白酶和肽酶的複合體，含有內切蛋白酶和外切肽酶2種活性，酶活範圍為中性和偏酸性，主要作用於已溶出的蛋白質，使其改變為更少的肽。沈連清等採用單一酶提取法和雙酶複合提取法提取茶渣中蛋白質，經驗證在中性蛋白酶、鹼性蛋白酶、複合蛋白酶和複合風味蛋白酶等4種蛋白酶中，以鹼性蛋白酶提取效果最好，提取率達34.2%，其次是複合蛋白酶為18.63%;雙酶法提取率可達47.76%。
酶法提取的主要影響因素為酶解溫度、pH、底物濃度、酶添加量、提取時間5個因素;李園園等對酶法提取條件進行探討，酶解溫度、pH、底物濃度、酶添加量、提取時間對提取效率的影響詳見表2。
提取條件 | 提取率 | |||||
酶種類 | 酶解溫度/℃ | pH | 底物濃度 | 酶添加量/% | 提取時間 | |
鹼性蛋白酶 | 60 | 9.5 | 20:1 | 2.5 | 1.5h | 56.95 |
鹼性蛋白酶 | 60 | 8.7 | 未考察 | 2 | 90min | 20.93 |
複合酶B | 50 | 9.0 | 10% | 2 | 4h | 74.00 |
在實際工作中，由於酶法提取反應條件溫和，溫度不宜過高，有效組分不易溶出，加上植物細胞的細胞壁對其中有效組分的溶出具有一定的阻礙作用，共同導致蛋白酶提取效果不佳，但提取後的茶蛋白溶解性和營養價值相比於鹼法提取，具有多種活性的生物活性肽，提取後的茶蛋白具有較廣的適用範圍。
複合提取法
由於單一鹼法提取、酶法提取均有一定的局限性，研究者們採用複合提取法完成茶渣中蛋白質的提取，現有文獻報告的主要有鹼性電解水耦合酶提取、複合酶鹼法提取。
鹼性電解水耦合酶提取法採用電解水製備過程中陰極生成的含有NaOH等物質的鹼性水，與傳統的NaOH水溶液相比，強鹼性電解水在製備過程中氧化還原電位(redoxpotential，ORP)值可達-1000mV以下，具有強還原性，另外水的表面張力低，含有的活性成分性質不穩定，易逐漸恢復為普通水，因而不易對環境造成污染，較NaOH使用安全可靠。譚曉妍等採用鹼性電解水提取後再添加鹼性蛋白酶提取茶渣蛋白，最佳化後最佳工藝條件為:鹼性電解水pH為12.5，提取溫度120℃，液固比為40:1(mL/g)，提取時間40min，鹼性蛋白酶酶解pH9.0，酶解時間32h，酶添加量2500IU/g茶渣。在該條件下，蛋白質提取率為83%。
複合酶鹼法主要利用茶葉蛋白易溶於鹼，經過鹼溶後茶葉中的蛋白質溶出較多，在pH值改變不大的前提下添加適量的蛋白酶更有利於酶和蛋白接觸，從而提高蛋白的提取效率。鄒小明等採用鹼溶後再進行酶解的工藝提取茶梗中蛋白，並與單一酶法、鹼溶法進行比較，複合酶鹼法效率最高，在該條件下蛋白質提取率為81.83%。勒偉剛等採用以纖維素酶和半纖維素酶為主的複合酶B進行複合酶鹼法提取，在確定的提取工藝條件下(固液比1:35(mL/g)，複合酶B加量0.5%，鹼濃度0.1N，溫度50℃(2h)→90℃(2h))，蛋白提取率達到85.3%。
綜上所述，茶渣中蛋白質的提取方法各有優劣，詳見表3，因此採用何種方法提取茶渣中蛋白質應根據套用目的和條件來確定。
方法 | 優點 | 缺點 |
單一鹼法 | 工藝簡單，適合工業化生產 | 提取效率不高，對環境造成影響 |
酶法 | 提取後蛋白質具有多種活性的生物活性肽，適用範圍廣 | 提取效率不高，成本高 |
複合法 | 蛋白質提取率高 | 工藝複雜，工業化生產有一定難度 |
茶渣蛋白的純化
茶渣蛋白分離純化主要有：沉澱、脫色、純化等過程。
茶葉蛋白的沉澱主要採用等電點沉澱、鹽析和有機溶劑沉澱，等電點沉澱法提取率低;主要原因為茶蛋白的等電位不完全一致，不能把所有蛋白都析出;中性鹽沉澱方法溫和，不容易產生蛋白變性現象，有機溶劑沉澱需要在低溫下進行，否則容易變性。
常用脫色方法常用活性炭吸附法、有機溶劑脫色法、雙氧水脫色法等;李園園比較了3種脫色方法，發現雙氧水脫色效果優於其餘2種方法，主要原因是活性炭對茶蛋白有一定的吸附性，有機溶劑(丙酮)因殘留問題及脫色效果不及雙氧水，雙氧水因脫色後不易複色，將有色物質氧化的同時，自身分解為羧酸、醛和二氧化碳等物質，但由於考慮到雙氧水在食品中套用的安全性，採用食品級過氧化氫酶去除茶渣蛋白中殘留的過氧化氫，得到色澤較好的茶渣蛋白。倪君用等電點沉澱、中性鹽中和法、有機溶劑法、等電點-乙醇沉澱法對茶葉蛋白進行純化，結果表明以硫酸銨-等電點法沉澱的效率最高，達92.29%。但鹽析脫鹽所需的時間較長，純化後的蛋白具有刺激性氣味，實用性不強。
純化過程現主要採用電泳、層析、膜分離等方法進行。電泳根據帶電粒子或分子在電場中向著與其電性相反的電極移動的現象。常用的蛋白質分離技術採用聚丙烯醯胺凝膠電泳、等電聚焦電泳、毛細管電泳等。層析根據被分離物與層析固定相之間的物理化學性質以及生物學性質的相互作用來進行分離。層析法的種類繁多，套用較為廣泛的有凝膠過濾層析、離子交換層析、疏水層析以及親和層析。
對於蛋白質這樣的生物大分子來說，超濾是比較常用的膜分離技術。超濾是一種加壓的膜分離技術，在一定的壓力下使小分子溶質或溶劑穿過一定孔徑的薄膜，而大分子溶質不能透過，留在膜的另一邊，從而使大分子物質得到分離。膜分離技術作為蛋白質的粗提取技術有著廣泛的套用。Loginov等通過超濾技術分離了亞麻籽殼中提取的多酚和蛋白質，並研究了pH值從13.2～3.0變化時對分離過程的影響，他們發現pH值為4.4時的分離效果是最好的，並且pH值從13.2～4.4逐步下降的過程中過濾速度會越來越快，並且分離度也逐步調高，通過超濾分離後的多酚純度可以達到76%。
王洪新對茶渣蛋白通過鹽析-丙酮脫色-超濾脫鹽-真空乾燥的初步純化，可得到淺灰白色的茶蛋白粉。以原料計茶蛋白的提取率為36.8%，初步純化得率為91%，經測定蛋白質含量81.5%。王忠英對酶法提取的茶蛋白通過鹽析-丙酮脫色-pH7.0磷酸鹽緩衝液復溶-透析-真空乾燥，得到深黃色的茶葉蛋白粉，以原料計算茶葉蛋白的提取率為47.76%。
茶蛋白的傳統純化過程存在操作相對比較複雜，步驟多，自動化程度不高，工藝複雜，費用較高等問題，而膜分離技術作為一種新型分離、濃縮技術，具有操作溫度低、能耗消耗少、無需添加化學試劑、選擇範圍廣、適用性強等優點，在現有研究報導中，主要是壓力驅動膜在蛋白質分離上的套用，包括在蛋白質脫鹽、脫醇、濃縮、分級分離等方面，有望在蛋白質分離中扮演越來越重要的角色。
茶蛋白的特性
經提取後的茶渣蛋白具有積極的作用。研究者們主要研究了茶渣蛋白在吸水性、吸油性、起泡性、穩定性、胺基酸構成、分子量分布和蛋白體外消化性、抗氧化性等方面的特性。張士康等發現茶渣蛋白在pH4.0附近氮溶解指數最低，其吸水性為4.13g/g，吸油性為4.86g/g，茶蛋白具有優於大豆蛋白的乳化性、乳化穩定性、起泡性和起泡穩定性，且這4個功能特性幾乎不受濃度影響，並分析其原因可能是由於提取過程中部分變性所致。謝藍華證實茶蛋白在吸水性、持水力、起泡性和乳化性等方面均表現出一定特性;陸晨研究發現，鹼性蛋白酶酶解後的茶蛋白具有較好的乳化性及優越的乳化穩定性，泡沫穩定性受pH顯著影響，pH為7時泡沫穩定性最好。張士康等對鹼法提取的茶渣蛋白進行了研究，結果表明茶渣蛋白中胺基酸種類豐富，其中必需胺基酸含量均高於FAO/WHO/UNU1985年的推薦值;茶渣蛋白在十二烷基磺酸鈉-聚丙烯醯胺凝膠電泳中分子量分布呈現4條主要條帶，對應分子量分別為40.54a、30.77k、24.09和20.04kDa;茶渣蛋白的體外消化性比大豆蛋白低20%。趙立娜等研究發現經酶解的0.1mg/mL多肽複合物DPPH·自由基清除率為90.30%，1.0mg/mL多肽複合物羥自由基(·OH)清除率為65.18%。在亞油酸體系中，多肽複合物的抗氧化性高於維生素C，略低於丁基羥基甲苯(butylatedhydroxytoluene，BHT);套用在雞肉產品中可有效抑制氧化變質，其中分子質量＞8000Da的多肽抗氧化性最強。祝子坪等經超聲輔助酶解茶渣製備酶解液對DPPH清除率達為85.36%，比對照活性提高了31.87%。
茶蛋白在吸水性、吸油性、起泡性、穩定性、抗氧化性等方面均表現出較好的特性，研究發現不同提取方法得到的茶蛋白的乳化性、起泡性、吸水性等功能性質存在差異，應根據茶蛋白的套用目的選擇不同的提取方法。
結論
茶渣資源的綜合利用，特別是茶渣中蛋白質的提取是近年來研究的熱點，綜上所述，單一的鹼法提取、酶法提取均有一定的局限性，茶渣中蛋白提取率不高(50%-75%);在鹼法提取的基礎上，加以微波、超音波或者添加酶能顯著提高茶渣蛋白的提取率;茶蛋白的純化過程有新的研究突破，如膜分離技術，但缺乏統一質量標準等問題，從總體來看，茶蛋白資源較為豐富，套用範圍廣，但在提取、純化、套用、推廣中存在實驗室研究居多，工業化生產套用較少等問題，對工藝參數和機理等問題有待進一步研究，隨著科技發展，各種新技術的套用，茶渣蛋白有望實現高值化利用。
