茶膳食纖維粉營養(yǎng)價值分析及消化評價

石 慧， 胡 琴

(1.上?？底R食品科技有限公司， 上海 201103；2.江南大學(xué) 食品學(xué)院 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室， 江蘇 無錫 214122)

飲茶有利于健康，這是當(dāng)下人們的共識，但是茶及茶制品的保健功能究竟有多大？如何正確、科學(xué)地飲用以及如何充分發(fā)揮茶的保健成分功效，對深層次開發(fā)茶及其制品具有深遠的影響和意義。我國作為全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，同時也是茶資源文化和茶經(jīng)濟強國。當(dāng)前在我國市場上，相對主流的茶制粉劑主要分為兩類：工業(yè)用速溶茶(以茶葉或茶鮮葉為主要原料，經(jīng)水提或采用茶葉鮮葉榨汁，然后噴霧干燥等工藝制成的產(chǎn)品)和茶粉(以茶樹鮮葉或干葉為原料，經(jīng)加工后研磨或直接研磨成粉狀的茶產(chǎn)品)。這兩種方法制成的茶粉的特征是茶多酚含量均較高(茶粉中要求茶多酚含量≥10%，工業(yè)用速溶茶對各個茶葉品類做了詳細要求，但最低的紅茶速溶茶中茶多酚含量也要求≥6%，更要求了咖啡因含量最低也要≥1%)，這也致使現(xiàn)有茶粉雖含有高茶多酚和咖啡堿，但卻具有較重的苦澀味，在食品原料中難以加大用量。

而另一方面，據(jù)相關(guān)資料，茶葉的化學(xué)成分有500種之多，其中有機化合物達450種以上，無機化合物約有30余種。除茶多酚、維生素、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)、多糖、水分等人體所需要營養(yǎng)物質(zhì)外，其宏量營養(yǎng)素，如膳食纖維含量在35%左右，蛋白質(zhì)在20%左右[1]。膳食纖維作為宏量營養(yǎng)素的作用越來越被消費者認知，研究表明膳食纖維對糖尿病、腸癌、肥胖、心血管等疾病都有良好的抑制或治療效果[2-3]。伴隨對膳食纖維和茶葉產(chǎn)業(yè)深加工越來越多的科學(xué)研究和認知，其在普通食品領(lǐng)域，甚至是營養(yǎng)品、保健品和化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用也會越來越多。

本研究以水浸提茶多酚的方式，對茶多酚進行調(diào)控，并將茶葉進行超微粉碎，制備了一種茶膳食纖維粉，測定其基本理化性質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材 料

茶膳食纖維粉(上?？底R食品科技有限公司,經(jīng)茶多酚水浸提→擠壓脫水→干燥→超微磨粉制備)、市售全麥粉(山東濰坊)、市售大豆(山東德州)。

1.1.2 設(shè) 備

自動凱氏定氮儀(Manon K1100，濟南海能儀器有限公司)、pH計(OHAUS-STARTER3100)、原泰奇傾倒式粉碎機(YF2-3，北京普諾眾達科技有限公司)、石墨消解儀(Manon SH420，濟南海能儀器有限公司)、QiangLe HYL-A全溫搖瓶柜、低溫高速離心機(德國，Eppendorf)、蔡司場發(fā)射掃描電鏡(蔡司，德國)；Agilent1100高效液相色譜系統(tǒng)(安捷倫，日本)。

1.2 方 法

1.2.1 全豆粉的制備

水分含量的測定采用《食品中水分的測定(GB/5009.3—2016)》[4]中的直接干燥法；蛋白質(zhì)含量的測定采用《食品中蛋白質(zhì)的測定(GB/5009.5—2016)》[5]中的方法進行，食品類別中全小麥粉的蛋白質(zhì)折算系數(shù)為5.83，大豆及其粗加工制品的蛋白質(zhì)折算系數(shù)為5.71，其他食品的蛋白質(zhì)折算系數(shù)為6.25；灰分含量的測定采用《食品中灰分的測定(GB/5009.4—2016)》[6]；膳食纖維含量的測定應(yīng)用《食品中膳食纖維的測定(GB/5009.88—2014)》[7]中的酶重量法。

1.2.2 氨基酸測定

采用OPA柱前衍生反相高效液相色譜-紫外檢測法。檢測條件如下：高效液相色譜系統(tǒng)(Agilent1100)、紫外檢測器(VWD)；流動相為7.60 mmol/L,體積比為500∶0.11∶2.5，pH7.2的醋酸鈉-三乙胺-四氫呋喃的流動相A；以及80.90 mmol/L,體積比為1∶2∶2，pH7.2的醋酸鈉-甲醇-乙腈的流動相B；色譜柱為Agilent Hypersil ODS柱(5 m，4.0 mm×250 mm)，柱溫40 ℃；波譜檢測采用梯度洗脫(洗脫程序詳見表1)；試樣中一般氨基酸在波長338 nm激發(fā)光下進行紫外測定，含量以外標法進行定量(脯氨酸在波長262 nm下單獨檢測)。

表1 流動相梯度洗脫程序

1.2.3 茶膳食纖維粉體外消化研究

應(yīng)用Boisen等[8]建立的胃蛋白酶-胰酶兩酶法蛋白質(zhì)體外消化經(jīng)典模型，同時參考人體消化系統(tǒng)食物消化實際過程，確定模擬系統(tǒng)胃環(huán)境pH2.0、消化時間4 h；腸環(huán)境pH6.8、消化時間6 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 茶膳食纖維粉的營養(yǎng)組成

實驗對茶膳食纖維粉中的水分、蛋白質(zhì)、膳食纖維和灰分含量進行了統(tǒng)計分析，同時對比了全豆粉、全麥粉中基本成分的含量組成，測定結(jié)果如表2所示。

表2 樣品基本組成成分含量

從表2可以看出，茶粉中蛋白質(zhì)的含量(20.77%)和市售全麥粉(15.21%)近似，而略低于全豆粉的33.2%。茶粉中的膳食纖維含量相較于全豆粉和市售全麥粉則顯著增高，達到了50.84%。鄭清梅等[9]對不同品種茶葉研究表明：茶樣中的營養(yǎng)物質(zhì)和成分組成受茶葉品種和不同處理工藝影響。對綠茶、鐵觀音、紅茶、普洱4類茶葉粗蛋白測試顯示：綠茶粗蛋白含量通常為23%，而經(jīng)發(fā)酵處理的普洱茶中粗蛋白含量可達33%。另一方面，相比于通常綠茶粗纖維約15%的含量，超微茶粉可供給人體更高的膳食營養(yǎng)纖維素。

2.2 茶粉蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值評價

茶粉經(jīng)過24 h酸水解后，利用高效液相色譜法檢出水解氨基酸共20種(酸水解測定氨基酸時不能將色氨酸測出)，各氨基酸含量如表3所示。

表3 茶粉水解氨基酸組分含量

本實驗所制備的茶粉中水解氨基酸總量為21.46 g(100 g茶粉)；人體必需的8種氨基酸占比40.88%，總量為8.77 g；兒童必需氨基酸占比10.65%，總量為2.29 g；藥效氨基酸占比61.69%，總量為13.24 g；味覺氨基酸占比50.73%，這與文獻[10-11]研究結(jié)果一致。此外，該茶粉水解氨基酸組分中，含量最高的是谷氨酸，其次是天冬氨酸，含量最低的是蛋氨酸，這與張士康等[12]測得的綠茶茶粉的氨基酸組成基本一致。

蛋白質(zhì)作為人體健康和營養(yǎng)來源的主要元素之一，茶粉所含必需氨基酸的種類、占總氨基酸比重和數(shù)量顯著決定了該蛋白質(zhì)的潛在營養(yǎng)價值[13-16]。表4列出了本實驗茶粉中必需氨基酸和世界衛(wèi)生組織推薦的必須氨基酸比值系數(shù)評定標準(FAO/WHO推薦值)。

表4 茶粉氨基酸比例與FAO/WHO推薦值

由表4可知，酪氨酸+苯丙氨酸和亮氨酸的氨基酸比例接近10%，除了蛋氨酸+半胱氨酸之外的必需氨基酸的比例均超過FAO/WHO模式值[17]，此對比表明本實驗采用的水浸工藝提茶多酚后制備的超微茶粉，其蛋白質(zhì)仍具有較高的潛在營養(yǎng)價值。

2.3 茶粉的消化性能研究

為進一步探究茶粉中蛋白質(zhì)的營養(yǎng)和人體潛在可消化利用價值，本研究對茶粉進行了胃蛋白酶-胰酶兩酶法體外消化測試。詳細的實驗設(shè)計步驟如下：20 mL，pH2.0的PBS溶液→加入2.00 g茶粉樣品→吸取1 mL PBS配制的胃蛋白酶液→調(diào)pH至2.0→加入0.5 mL氯霉素→封口→在37 ℃下振蕩4 h→加入5 mL 20%磺基水楊酸→8000 r/min離心5 min→沉淀物于69 ℃干燥35 h→研磨→測粗蛋白含量(凱氏定氮法)→測算蛋白質(zhì)的消化率。在進行兩酶法消化之前，依據(jù)上述步驟，胃蛋白酶和胰酶最優(yōu)作用濃度被首先篩查。

2.3.1 胃蛋白酶最適濃度的選擇

圖1顯示的是2.00 g茶粉在胃液消化環(huán)境下，茶粉蛋白的消化率隨添加不同濃度的胃蛋白酶的變化曲線。從圖1可以清楚看出，隨著胃蛋白酶濃度從2 mg/mL增加到10 mg/mL，茶葉蛋白質(zhì)體外消化率從14.64%急劇增加至26.38%；而當(dāng)胃蛋白酶濃度從10 mg/mL增加到40 mg/mL時，茶粉蛋白的體外消化率從26.38%緩慢增加至35.30%。從茶粉蛋白的消化率增量和胃蛋白酶濃度變化的對比圖(圖2)可明顯看出，胃蛋白酶濃度10 mg/mL前后呈現(xiàn)斷崖式變化。眾所周知，蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)，通常以游離和結(jié)合兩種形態(tài)存在。從圖1和圖2的茶粉消化數(shù)據(jù)可推測，當(dāng)胃蛋白酶濃度小于10 mg/mL時，消化的主要是茶粉中的水溶性游離蛋白；而大于10 mg/mL時，消化的應(yīng)為剩余少量水溶性和部分纖維間蛋白。

圖1 胃蛋白酶濃度與消化率 圖2 胃蛋白酶濃度變化與消化率增量

從圖1和圖2中雖然可以看出胃蛋白酶濃度大于10 mg/mL后，消化率的增量有所下降，但最適濃度是選擇消化率增長趨勢突變的10 mg/mL還是選擇消化率增長趨于平緩的30 mg/mL，在兩酶法消化模型中，有待進一步研究。本實驗在10 mg/mL和30 mg/mL兩個不同的濃度下，通過添加相同濃度的胰酶，并對其蛋白質(zhì)消化率進行了方差分析，結(jié)果如表5所示。由表5可知，差異源為單一胃蛋白酶濃度時，方差因子F=29.23>F-crit(5.05，F(xiàn)-crit是在相應(yīng)顯著水平下的F臨界值)。因此，為充分考察茶粉蛋白體外消化，所以胃蛋白酶最適濃度選定為30 mg/mL。

表5 茶粉蛋白消化率的方差分析

2.3.2 胰酶最適濃度的選擇

圖3(a)表明的是2 g茶粉在模擬胃消化環(huán)境下，添加濃度為30 mg/mL的胃蛋白酶后，再模擬小腸消化環(huán)境，添加不同濃度的胰酶對其蛋白質(zhì)體外消化率進行測定。由圖3(a)可知，隨著胰酶濃度從2 mg/mL增加到11.6 mg/mL，茶粉蛋白質(zhì)體外消化率從33.44%較快增加到36.41%；胰酶濃度從11.6 mg/mL增加到40 mg/mL時，茶粉蛋白質(zhì)體外消化率從36.41%緩慢增加到38.78%。另一方面，茶粉蛋白的消化率增量和胰酶濃度變化柱狀圖如圖3(b)所示，胰酶濃度在10 mg/mL前后時，單位酶濃度消化率增加從0.61%變?yōu)?.12%，降低0.49%。當(dāng)胰酶濃度達到30 mg/mL后，茶粉蛋白質(zhì)體外消化率幾乎沒有變化，為充分考察茶粉蛋白體外消化效應(yīng)，本實驗選擇胰酶的濃度為30 mg/mL。

(a)胰酶濃度與消化率 (b)胰酶濃度變化與消化率增量 圖3 胰酶濃度與蛋白質(zhì)消化率的關(guān)系

2.3.3 茶粉蛋白消化率與全豆粉、全麥粉的對比結(jié)果

在確定茶粉蛋白的最優(yōu)消化條件后，按照消化具體流程同時對茶粉、全豆粉、全麥粉進行蛋白質(zhì)體外消化率測定，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，在兩酶法體外模擬胃腸消化環(huán)境條件下，茶粉、全豆粉和全麥粉的蛋白質(zhì)體外消化率分別為：茶粉(39.03%)<全豆粉(58.72%)<全麥粉(90.39%)。

2.4 茶粉蛋白體外消化機制研究

蛋白質(zhì)的消化程度不僅會受到酶量的影響，還會受到pH值、溫度、時間等諸多因素的影響。本研究選擇的胃消化環(huán)境pH2.0、小腸環(huán)境pH6.8與李清曉等[18]的研究條件相同；實驗中使用胃環(huán)境、小腸環(huán)境溫度與文獻[19]基本一致；消化時間也與人體消化道充分消化所需時間相當(dāng)，但與周根來等[20]的研究消化時間相比，有所縮短，原因在于消化時間的過度延長，茶粉蛋白質(zhì)體外消化率雖有所提升，但與人體的正常代謝時間相悖。

圖4 不同樣品類型的蛋白質(zhì)消化率

雖然本研究采用相對較短的體外消化時間，然而經(jīng)水浸提制備的超微茶粉卻呈現(xiàn)出了39.03%的蛋白消化率(圖4)。眾所周知，物質(zhì)的酶化消解通常呈現(xiàn)為：樣品蛋白與消化酶的接觸面積越大、接觸頻率越高，消化程度、消化率也越高。利用掃描電鏡(SEM)展示了3種樣品的微觀結(jié)構(gòu)鏡像圖，如圖5所示。從圖中可以看出，茶粉為大粒徑、鱗片狀排布的層疊結(jié)構(gòu)，全豆粉呈現(xiàn)為微包覆的橢球狀顆粒體，而全麥粉則為小顆粒的層疊和橢球體混合物。結(jié)合纖維素和蛋白質(zhì)的形態(tài)不難推測：SEM鏡像中的橢球體應(yīng)為蛋白顆粒，而片層堆疊和包覆片層為難以消化的木質(zhì)纖維素。由于全麥粉中的纖維素從蛋白顆粒上被剝離，使得大量的蛋白質(zhì)顆粒暴露于胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用之下，因此全麥粉在體外消化的過程中呈現(xiàn)出了極高的消化率，全豆粉次之。由于蛋白顆粒被大量的纖維素包被，因此茶粉相比于全麥粉和全豆粉呈現(xiàn)出了相對較低的蛋白消化率。對比全豆粉和全麥粉的微觀織構(gòu)，不難發(fā)現(xiàn)如將茶粉進行研磨處理或進行膨化工藝破壞其纖維晶粒，則茶蛋白消化率將會有一個極大的提高。

圖5 SEM結(jié)構(gòu)鏡像圖

3 結(jié) 論

本文以水浸提茶多酚后獲得的膳食纖維超微茶粉為研究對象，通過水解和必需氨基酸比值系數(shù)測定，表明該茶粉具有較高的營養(yǎng)價值。分析可知，此茶粉中膳食纖維含量達到了50.84%，大幅高于通常綠茶粗纖維約15%的含量。同時含有人體必需的8種氨基酸占40.88%，其中谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸分別為3.08%、1.93%、1.86%。酪氨酸+苯丙氨酸和亮氨酸這兩組氨基酸組分比例接近10%。此茶粉中的茶蛋白即使被大量纖維素包覆，但在類似人體的代謝時間和胃、腸微環(huán)境條件下，仍可呈現(xiàn)39.03%的茶蛋白消化率。此研究表明，該茶粉在提供大量膳食纖維的同時，可作為優(yōu)質(zhì)的氨基酸產(chǎn)品原料進行深度開發(fā)。伴隨對膳食纖維和茶葉深加工越來越多的科學(xué)研究和認識，相信茶粉在食品領(lǐng)域，甚至是營養(yǎng)強化食品、保健品和化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用必會越來越多。