茶渣蛋白功能特性研究

張士康 陸 晨 朱科學(xué) 王 彬 張海華 周惠明 朱躍進(jìn)

(1.中華全國(guó)供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122）

茶渣蛋白功能特性研究

張士康1陸 晨2朱科學(xué)2王 彬1張海華1周惠明2朱躍進(jìn)1

(1.中華全國(guó)供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122）

基于茶業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，本著開(kāi)發(fā)利用茶渣蛋白為目標(biāo)，對(duì)茶渣蛋白的功能特性開(kāi)展研究。結(jié)果表明：茶渣蛋白在pH 4.0附近氮溶解指數(shù)最低，其吸水性為4.13g/g，吸油性為4.86g/g，茶蛋白具有優(yōu)于大豆蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性和起泡穩(wěn)定性，且這四個(gè)功能特性幾乎不受濃度影響，其原因可能是由于提取過(guò)程中部分變性所致。綜合來(lái)說(shuō)，茶渣蛋白的部分功能特性雖然優(yōu)于大豆蛋白，但受溶解性限制，其應(yīng)用仍需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

茶渣蛋白 功能特性 氮溶解指數(shù) 乳化性 起泡性

我國(guó)茶葉深加工工業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)生大量的茶渣[1]。在我國(guó)的許多中小型茶多酚、茶多糖生產(chǎn)企業(yè)中，每天有數(shù)萬(wàn)噸茶渣沒(méi)得到利用，都被當(dāng)作廢物扔掉。這些茶葉深加工副產(chǎn)物的廢棄不僅會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而且也是巨大的資源浪費(fèi)。在茶葉的綜合利用方面，國(guó)內(nèi)外對(duì)茶多酚[2,3]、茶色素[4]、茶多糖[5,6]等水溶性成分的研究和應(yīng)用已很深入和廣泛，但對(duì)茶葉蛋白質(zhì)的研究還主要局限在實(shí)驗(yàn)室階段的提取和改性[7-9]，特別是針對(duì)非水溶性茶葉蛋白的功能性研究和應(yīng)用還鮮有報(bào)道。

蛋白質(zhì)，從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度講，作為生命活動(dòng)中一種重要的大分子物質(zhì)，其組成及質(zhì)量非常重要，從應(yīng)用上來(lái)講，作為一種重要的功能性原料，其功能性質(zhì)十分關(guān)鍵，因此，本文從我國(guó)茶葉深加工現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)茶渣蛋白的功能性質(zhì)進(jìn)行研究，以期為茶渣蛋白的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

茶渣，采自浙江塔塔茶業(yè)科技有限公司大生產(chǎn)樣品；大豆?jié)饪s蛋白（蛋白含量65%），山東三維大豆蛋白有限公司；大豆色拉油，中國(guó)上海嘉里糧油有限公司。

實(shí)驗(yàn)所用氫氧化鈉、鹽酸、SDS等化學(xué)試劑均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

FA25型高剪切分散乳化機(jī)，上海弗魯克流體機(jī)械有限公司；UV-2800紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京尤尼柯儀器有限公司；TDL-5低速大容量離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 茶渣蛋白提取工藝

采用響應(yīng)面優(yōu)化的超聲波輔助提取茶渣蛋白[9]的方法對(duì)茶渣蛋白進(jìn)行制備，該工藝所制備粗品經(jīng)等電點(diǎn)沉淀粗分離獲得蛋白含量為61.4%的茶渣蛋白樣品，用于功能特性研究。大豆蛋白一直是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的具有良好溶解度、乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性、起泡穩(wěn)定性的代表性植物蛋白，大豆蛋白中的蛋白主要球蛋白，目前市場(chǎng)上銷售的植物蛋白功能改良劑大都以大豆蛋白為主要成分?；诖?，本文選取低蛋白含量（65%）的大豆?jié)饪s蛋白為參照，盡管茶渣蛋白是鏈蛋白而非球蛋白，然而通過(guò)對(duì)茶渣蛋白的功能特性與大豆?jié)饪s蛋白進(jìn)行對(duì)比，能夠?qū)Σ柙鞍椎墓δ芴匦杂懈鼮橹庇^的認(rèn)識(shí)仍具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1.2.2 氮溶解性指數(shù)（NSI）測(cè)定方法

準(zhǔn)確稱取相同質(zhì)量的茶渣蛋白樣品（125mg）于6只100mL的具塞三角瓶中，加入25mL去離子水，然后分別用1mol/L的HCl與1mol/L的NaOH溶液分別調(diào)節(jié)茶渣蛋白溶液的pH為pH2.0、pH4.0、pH6.0、pH8.0、pH10.0、pH12.0，然后將茶渣蛋白溶液置于水浴搖床中，室溫下轉(zhuǎn)速為200r/min條件下振蕩30min，然后在3500r/min條件下離心30min，采用凱氏定氮法測(cè)定各pH值條件下的茶渣蛋白溶液中上清液中蛋白質(zhì)的含量，計(jì)算氮溶解性指數(shù)NSI，實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，取平均值。

1.2.3 吸水性和吸油性測(cè)定方法

準(zhǔn)確稱取1g茶渣蛋白（W0）樣品于25mL干燥的離心管中，稱量?jī)烧呖傊豔1，加入10mL去離子水，用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，使去離子水與茶渣蛋白質(zhì)充分混勻。靜置30min，以3000r/min離心30min，去除離心管后，將離心管內(nèi)上層的水全部倒出，準(zhǔn)確稱量離心管和沉淀的總重量W2。實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，結(jié)果取三次實(shí)驗(yàn)的平均值。吸油性測(cè)定時(shí)將上述去離子水換成大豆色拉油，實(shí)驗(yàn)方法相同。

1.2.4 乳化性（EA）和乳化穩(wěn)定性（ES）測(cè)定方法

采用濁度法測(cè)定茶渣蛋白質(zhì)的乳化活性，配置體積濃度為0.2%的茶渣蛋白溶液，取30mL茶渣蛋白溶液，加入10mL的大豆色拉油，室溫條件下，10000r/min均質(zhì)1min，立即取0.1mL乳化液稀釋于10mL0.1%的SDS溶液中，以0.1%的SDS溶液作為空白對(duì)照，測(cè)定其在500nm處的吸光值A(chǔ)0，以吸光度值表示茶渣蛋白溶液的乳化活性EA，與大豆?jié)饪s蛋白相對(duì)照。并用0.2mol/L，pH12.0的氯化鈉-氫氧化鈉緩沖溶液溶解茶渣蛋白，測(cè)定其在不同濃度下的乳化性。

測(cè)定完乳化性的乳液在室溫下靜置20min，按照上述測(cè)定乳化性的方法測(cè)定乳液的吸光值A(chǔ)20，計(jì)算在此條件下的乳化穩(wěn)定性ES。

1.2.5 起泡性（FC）和泡沫穩(wěn)定性（FS）測(cè)定

室溫下將濃度為2.0%（w/v）的茶渣蛋白溶液100mL（V0）于500mL帶刻度量筒中，用高速分散器以10000r/min攪拌1min，測(cè)定泡沫體積V1，計(jì)算起泡性，與大豆?jié)饪s蛋白相比較。同時(shí)，用0.2mol/L，pH12.0的氯化鈉-氫氧化鈉緩沖溶液溶解茶渣蛋白，測(cè)定其在不同濃度下的起泡性。

泡沫穩(wěn)定性的測(cè)定：記錄0min～20min時(shí)的泡沫體積，泡沫穩(wěn)定性測(cè)定公式如下，V20為20min時(shí)泡沫體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮溶解指數(shù)

溶解性是蛋白質(zhì)最基本也是最重要的功能性質(zhì)，主要研究pH對(duì)茶渣蛋白溶解性的影響，結(jié)果如圖1所示。茶渣蛋白在pH4.0附近溶解性最低，說(shuō)明在此pH值附近茶渣蛋白所帶的正負(fù)電荷相當(dāng)，因此茶渣蛋白在此具有最低溶解度。分析茶渣蛋白氨基酸組成[10]可知，茶渣蛋白分子中的天冬氨酸和谷氨酸殘基的和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于賴氨酸、精氨酸與組氨酸的總和，因此茶渣蛋白屬于酸性蛋白質(zhì)，在pH3～pH5之間具有最低的溶解度，隨著pH值的增大或減小，茶渣蛋白的溶解度逐漸增加。

圖1 茶渣蛋白在不同pH值下的氮溶解指數(shù)Fig.1 The nitrogen soluble index(NSI)of tea residue protein at different pH

2.2 吸水性和吸油性

吸水性和吸油性也是蛋白質(zhì)在食品中應(yīng)用時(shí)需要考慮的重要特性，吸水性和吸油性會(huì)影響食品類制品的口感和質(zhì)構(gòu)，從而決定產(chǎn)品的可接受度，影響產(chǎn)品銷量及利潤(rùn)。茶渣蛋白的吸水性和吸油性測(cè)定結(jié)果如下圖所示。

圖2 蛋白質(zhì)的吸水性和吸油性Fig.2 The water absorption capacity and the oil absorption capacity of tea residue protein

由圖2可以看出，茶渣蛋白吸水性為4.13g/g，吸油性為4.86g/g，茶渣蛋白的吸水性能高于大豆?jié)饪s蛋白，吸油性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大豆?jié)饪s蛋白。吳元峰等[11]研究表明茶渣蛋白吸水性和吸油性不高于2mL/g。乳化后的油-蛋白-水體系中，蛋白的親水極性基團(tuán)就會(huì)與水牢固的結(jié)合在一起，而親油性的非極性基團(tuán)能溶于油中，從而通過(guò)這種物質(zhì)的作用使水和油結(jié)合在一起形成均一的乳狀液[12]，因此，蛋白質(zhì)的吸油能力取決于蛋白質(zhì)非極性側(cè)鏈結(jié)合油（烴鏈）的能力，能力越強(qiáng)，吸油性越好，而茶渣蛋白在提取過(guò)程中有不同程度的變性，由此可能導(dǎo)致其吸水性和吸油性高于大豆?jié)饪s蛋白。

2.3 乳化性和乳化穩(wěn)定性

在食品體系中，蛋白質(zhì)的乳化特性使油和水能夠以穩(wěn)定的乳狀液的形式存在，乳化性和乳化穩(wěn)定性是蛋白質(zhì)在食品工業(yè)中應(yīng)用時(shí)的重要功能特性之一，在蛋白質(zhì)的乳化特性的作用下，兩種不相溶的液體能夠形成穩(wěn)定的多相分散體系。

圖3 茶渣蛋白和大豆?jié)饪s蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性Fig.3 The comparison of the emulsibility and the emulsion stability of tea residue protein with that of soybean protein

由圖3可以看出，茶渣蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性均高于大豆?jié)饪s蛋白。從影響蛋白質(zhì)乳化穩(wěn)定性的因素分析，蛋白質(zhì)種類、變性程度、pH、離子強(qiáng)度、溫度以及糖的存在等都是影響蛋白質(zhì)乳化穩(wěn)定性的因素，由上面的分析可知，茶渣蛋白有一定程度的變性，在茶渣蛋白體系中，還含有相當(dāng)一部分的茶多糖等成分，這些都是導(dǎo)致茶渣蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性比大豆?jié)饪s蛋白好的因素。

圖4 茶渣蛋白濃度對(duì)其乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.4 The effect of tea residue protein content on its emulsibility and emulsion stability

圖4表明，茶渣蛋白的濃度對(duì)其乳化性及乳化穩(wěn)定性有一定影響，但影響不是很大，隨著茶渣蛋白濃度的增大，茶渣蛋白的乳化性稍有降低，但乳化穩(wěn)定性基本不變?？梢钥闯?，茶渣蛋白濃度對(duì)乳化性能的影響不大。

2.4 起泡性和泡沫穩(wěn)定性

起泡性和泡沫穩(wěn)定性是蛋白質(zhì)在食品工業(yè)中應(yīng)用時(shí)的又一重要功能特性，許多攪打型食品的質(zhì)構(gòu)和口感主要與其中蛋白組分的泡沫性和泡沫穩(wěn)定性有關(guān)，蛋白質(zhì)在此起到表面活性劑的作用。

茶渣蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性與大豆?jié)饪s蛋白的比較如圖5所示，與乳化性測(cè)定結(jié)論相似，茶渣蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均高于大豆?jié)饪s蛋白。

與乳化性相似的是，茶渣蛋白濃度對(duì)起泡性和泡沫穩(wěn)定性并沒(méi)有明顯的影響，由圖6可知，隨著茶渣蛋白濃度的增加，起泡性和泡沫穩(wěn)定性略有提高，但幅度不大。

圖5 茶渣蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性Fig.5 The foam capacity and foam stability of tea residue protein

圖6 茶渣蛋白濃度對(duì)其起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.6 The effect of tea residue protein content on its foam capacity and foam stability

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)氮溶解指數(shù)、乳化性、起泡性、吸水性和吸油性等幾個(gè)功能特性指標(biāo)的分析，測(cè)得茶渣蛋白的乳化液在500nm處的吸光度為0.30，攪拌1min起泡性達(dá)到54%，吸水性為4.13g/g，吸油性為4.86g/g，發(fā)現(xiàn)茶渣蛋白具有良好的吸水性、吸油性、乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性及起泡穩(wěn)定性，這些特性測(cè)定值要高于參照樣品 （大豆?jié)饪s蛋白），因此茶渣蛋白具有開(kāi)發(fā)成為功能改良劑的潛在可能性。

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The Functional Properties of Tea Residue Protein

ZHANG Shi-kang1,LU Chen2,ZHU Ke-xue2,WANG Bin1,ZHANG Hai-hua1,ZHOU Hui-ming2,ZHU Yue-jin1
(1.Hangzhou Tea Research Institute,CHINA COOP,Hangzhou 310016,China;2.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

Base on the reality of tea industry,this paper aimed at developing the utilization of tea residue protein which extracted from by-product of tea extract producing company with large amount.Therein,the functional properties of tea residue protein were investigated.The results showed that tea residue protein had the lowest nitrogen solubility index(NSI)at pH 4.0,and its water absorption capacity and oil absorption capacity was 4.13 g/g and 4.86 g/g,respectively.Tea residue protein was superior in emulsion capacity,emulsion stability,foam capacity and foam stability compared with soy bean protein,which may be due to the partially denaturation of protein reduced by extraction.In general,tea residue protein is better than soybean protein in terms of some functional properties,but the utilization is limited by its poor solubility and still needs more efforts.

Tea residue protein,Functional properties,NSI,Emulsion capacity,Foam capacity

2012-07-21

浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目（2010C32053）

張士康（1965-），男，江蘇南京人，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事茶資源跨界綜合利用研究。