CN107410666A - 一种萃取茶蛋白的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于茶加工技术领域，更具体地，涉及一种萃取茶蛋白的工艺方法，包括如下步骤：S1.将废弃茶渣浸提后粉碎，所得茶渣粉末再进行干燥；S2.制备茶渣粗蛋白；S3.制备反相微乳液；S4.茶渣粗蛋白萃取；S5.冷却后，进行离心，上清液即为茶渣蛋白液。利用本发明的方法，反相微乳对茶蛋白萃取率最高值可达46.29%，纯度为80.24~85.37%。对超声辅助反相微乳法制备的茶蛋白功能性质展开研究，并与碱法、酶法制备的茶蛋白比较分析，反相微乳法制备的茶蛋白在乳化性、乳化稳定性及发泡性等均优于碱法和酶法，在吸油性、持水力及泡沫稳定性方面与碱法和酶法稍有差异，反相微乳法可较好的保持茶蛋白的功能特性。
Description
技术领域
本发明属于茶加工技术领域，更具体地，涉及一种萃取茶蛋白的工艺方法。
背景技术
我国是茶叶的生产和消费大国，我国每年的低档碎茶及茶渣的产量为20～30万吨。茶渣中富含茶蛋白、茶多酚、茶纤维等多种营养成分和药用成分，其中蛋白成分含量高达20%～30%。但是，目前这些茶渣大部分作为垃圾被丢弃，不仅造成极大的资源浪费，同时也给生态环境带来污染。作为茶渣中的重要成分之一，茶蛋白具有良好的保健功能。茶蛋白属于植物蛋白，氨基酸组成丰富，不含胆固醇，非常适合高血脂、高脂质等特殊人群食用；茶蛋白还具有显著的抗氧化、清除自由基及预防辐射等作用。由于茶蛋白中含有约80%谷蛋白、约14%醇溶蛋白，难以用水直接提取，也很难被机体直接消化吸收，茶蛋白是一种尚未被充分开发利用的植物蛋白资源。
目前，常用的茶蛋白质提取方法有碱溶酸沉法、酶解法和复合法。茶蛋白中80% 以上的蛋白属于碱溶性蛋白，这些蛋白质含有大量的疏水官能团和二硫键，溶解度较低。在碱液的作用下，茶蛋白的极性基团发生解离，蛋白质表面的电荷统一，同时茶蛋白分子的次级键，特别是氢键，遭到破坏，导致蛋白质溶解性增强。
碱溶酸沉法提取茶蛋白具有成本低和提取率高的优点，如周绍迁采用碱溶酸沉法提取茶蛋白，在最佳提取工艺条件下，浓度为0.12 mol/L、提取温度为90℃、提取时间1.5h、液料比1:30 (w/v)，茶蛋白的提取率为75.47 %；毛银等采用碱溶酸沉法提取茶蛋白，在碱液浓度0.3 mol/L、温度80℃、料液比1:30 (w/v)、时间60min条件下，此时茶蛋白的提取率达77.35%。但是，利用此法提取时间较长，且必须使用大量高浓度的碱溶液才能获得较高的蛋白质提取率，而高浓度的碱溶液导致蛋白质营养特性发生改变，生成赖丙氨酸。此外，高浓度的碱液还会导致出现一些不良现象，如促进蛋白与糖类等之间生美拉德反应、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，同时对环境造成严重污染。
酶解法提取茶蛋白所采用的酶主要是蛋白酶。酶解法提取茶蛋白的原理是利用蛋白酶对茶蛋白进行降解，使茶蛋白部分水解，肽链变短，分子量变小，溶解性增强，从而提高茶蛋白的提取率。酶解法所需的提取条件温和，能在提取茶蛋白的同时对其进行改性，改善茶蛋白的营养价值和功能性质。如王忠英采用酶法提取茶蛋白，在加酶量4%、液固比1:35（w/v）、提取时间4h、pH 6.0、温度60℃的工艺条件下提取茶蛋白，提取率可以达到41.85 %；李圆圆等采用酶法提取茶蛋白，先用纤维素酶和果胶酶，添加量（以茶渣用量计）分别为1.5%和2.5%，温度50℃，液固比1:25（w/v）的条件下提取茶蛋白2h 后；再在碱性蛋白酶的添加量（以茶渣用量计）为2.5%，温度60℃，pH 9.5的条件下提取1.5h，得到茶蛋白的提取率为63.97%，纯度为69.34%。相比较于碱溶酸沉法，酶法提取率较低，提取工艺尚不成熟，成本较高。
复合法是将碱溶酸沉法和酶解法结合，即先用一种方法对茶蛋白进行提取，再用另一种方法对茶蛋白再次提取。如邹小明等采用复合法，该工艺最佳条件为：碱溶pH值12、温度75 ℃、时间50 min、固液比1:40（w/v），再次酶提的pH值9、温度30 ℃、时间60 min、酶用量1500 U/g，在该条件下茶蛋白样品中蛋白质含量为60.40 %，蛋白质提取率为81.83 %。目前，采用复合法提取茶蛋白的相关研究较少。由于复合法是将碱溶酸沉法和酶解法结合使用，在提取茶蛋白的过程中不仅要使用大量的高浓度碱溶液，还要使用到成本较高的蛋白酶，因此该法未能应用到工业生产中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中上述茶蛋白提取技术的缺陷和不足，主要是针对茶蛋白提取效率低、提取时间长、易导致蛋白质功能特性发生改变等问题，采用超声辅助反相微乳萃取茶蛋白，获得最佳的蛋白提取工艺条件。所述方法采用超声辅助CTAB-Tween80反相微乳法萃取茶蛋白，由于反相微乳中“水池”的保护作用，蛋白质失活或变性程度很小，具有处理量大、可连续操作和蛋白质活性损失低等特点；此外，超声萃取对溶剂和目标萃取物的性质（如极性）影响小，可供选择的萃取剂种类多，目标萃取物范围广泛，且无需加热或加热温度低，萃取时间短，能够降低能耗，是一种高效节能的提取新工艺，为实际生产提供理论依据。
本发明的目的是提供一种利用超声辅助反相微乳来萃取茶蛋白的工艺方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种萃取茶蛋白的工艺方法，包括如下步骤：
S1.将废弃茶渣浸提后粉碎，所得茶渣粉末再进行干燥；
S2.制备茶渣粗蛋白：将茶渣粉末与碱液浓度混合均匀，进行提取反应，反应完全后进行离心，所得上清液脱色、沉淀，再次离心取下层沉淀冷冻干燥，得茶渣粗蛋白；
S3.制备反相微乳液：称取阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂进行复配，然后加入到有机溶剂中，在磁力搅拌器上搅拌溶解，待其完全溶解后，加入具有一定离子强度和pH值的KCl溶液，在磁力搅拌器作用下半小时至澄清透明，得到反相微乳液；
S4.超声萃取：向步骤S3所制得的反相微乳液中添加茶渣粗蛋白，混合均匀，进行超声萃取反应；
S5.冷却后，进行离心，上清液即为茶渣蛋白液。
优选地，步骤S1所述废弃茶渣为至少一类茶渣的混合物，粉碎至粒度40～80目。
优选地，步骤S1所述浸提是将茶渣按料液比1：35～1：50（w/v）加入到热水中，80～100℃水浴搅拌浸提15～25min。
更优选地，步骤S1所述浸提是将茶渣按料液比1：40（w/v）加入到沸腾状态的蒸馏水中，100℃水浴搅拌浸提20min。
优选地，步骤S2所述碱液的浓度为0.10～0.40mol/L，所述碱液为氢氧化钠溶液。
优选地，步骤S2所述料液比为1：10～1：35（w/v），所述离心转速为3500～4000 r/min，离心时间为15～20 min。
优选地，步骤S3所述KCl溶液浓度为0.05~0.25mol/L、pH为6~11。
更优选地，步骤S3所述KCl溶液浓度为0.15mol/L、pH为7。
优选地，步骤S3中阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，所述非离子型表面活性剂为Tween80，两者质量比为7:3，所述有机溶剂为异辛烷/正辛醇，两者体积比为4:1。
优选地，步骤S4所述萃取超声功率为200~400W、超声萃取时间20~100min，茶渣粗蛋白添加量为0.10~0.20g/mL。
更优选地，步骤S4所述超声功率为300W、超声萃取时间为60min。
优选地，步骤S5所述离心为3500-4000 r/min条件下离心15-20min。
本发明所公开的工艺方法，是以废弃茶渣为原料，利用碱法粗提茶渣粉末，得到茶渣粗蛋白，在超声功率为200～400W、超声时间为20～100min、KCl浓度为0.05～0.25mol/L、水相pH为6～11的条件下利用反相微乳萃取茶蛋白。
本发明提出的超声辅助反相微乳萃取茶蛋白的高效节能新技术，具有较高的选择性和较快的提取效率等特点。超声辅助萃取可以显著缩短萃取时间，且萃取充分。超声萃取对溶剂和目标萃取物的性质（如极性）影响不大，可供选择的萃取剂种类多，目标萃取物范围广泛。此外，超声辅助无需加热或加热温度低，萃取时间短，能够降低能耗。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明首次将超声辅助反相微乳应用于茶蛋白的提取，所述方法采用超声辅助CTAB-Tween80反相微乳制备茶蛋白，反相微乳是表面活性剂在非极性有机溶剂中自发形成的具有热力学稳定性的纳米级聚集体，其内部形成一个极性核即“水池”；
(2)由于周围水层和极性头的保护, 蛋白质失活或变性程度很小, 具有处理量大、可连续操作和蛋白质活性损失低等特点；
(3)超声辅助萃取可显著缩短萃取时间、萃取充分、操作便捷，无需加热或加热温度低，是一种高效节能的提取新工艺；
(4)本发明所公开的工艺技术在乳化性、乳化稳定性及发泡性等均优于碱法和酶法，在吸油性、持水力及泡沫稳定性方面与碱法和酶法差异不大，可较好的保持茶蛋白的功能特性。
(5)本发明所针对的茶渣均来自于工业提取茶多酚等生化成分和茶饮料工业产生的大量茶渣，为茶产业废弃物茶渣提供了一种新的回收利用途径和方法，大大提升了茶渣的附加值。
附图说明
图1为超声功率对茶蛋白萃取率的影响。
图2为萃取时间对茶蛋白萃取率的影响。
图3为KCl溶液浓度对茶蛋白萃取率的影响。
图4为pH对茶蛋白萃取率的影响。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用材料均为市购。
实施例1 超声辅助反相微乳萃取茶蛋白的工艺方法
一种萃取茶蛋白的工艺方法，包括如下步骤：
S1.将废弃茶渣浸提后粉碎至粒度40～80目，所得茶渣粉末再进行干燥；
S2.按照茶渣粉末与氢氧化钠溶液的按料液比为1：10～1：35（w/v）的比例，氢氧化钠浓度为0.10~0.40mol/L，将二者混合均匀，进行提取反应，反应完全后3500～4000 r/min条件下离心15～20 min，所得上清液脱色、沉淀，再次离心取下层沉淀冷冻干燥，得茶渣粗蛋白；
S3.制备反相微乳液：按质量比7:3称取的阳离子表面活性剂CTAB和非离子型表面活性剂Tween80复配，加入到有机溶剂异辛烷/正辛醇(体积比为4:1)中，在磁力搅拌器上搅拌溶解，待其完全溶解后，加入具有一定离子强度和pH值的KCl溶液，在磁力搅拌器作用下至澄清透明，得到反相微乳液；
S4.超声萃取：向步骤S3所制得的反相微乳液中添加茶渣粗蛋白，茶渣粗蛋白添加量为0.10~0.20g/mL，混合均匀，在超声功率为200~400W、超声萃取时间20~100min条件下进行萃取反应；
S5.冷却后，在3500～4000 r/min条件下离心15～20 min，所得上清液即为茶渣蛋白液，测量上清液体积。并取5mL上清液经GB 5009.5-2010凯氏定氮法，计算蛋白质含量。
其中，步骤S1所述浸提是将茶渣按料液比1：40（w/v）加入到事先加热的蒸馏水中，100℃水浴搅拌浸提15～25min，再重复浸提2次。
步骤S3中KCl溶液浓度为0.05~0.25mol/L、pH为6~11。
按照如上方法，茶渣蛋白提取率可达34.41～46.29%，纯度可达80.24~85.37%。
实施例2 超声功率对茶蛋白提取率的影响
组1-组5实施方式同实施例1，不同之处在于步骤S4中萃取超声功率，组1-组5不同超声功率下的茶蛋白萃取率如表1和附图1所示。
表1 超声功率对茶蛋白萃取率的影响
| 组别 | 组1 | 组2 | 组3 | 组4 | 组5 |
| 超声功率/W | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 |
| 蛋白质萃取率/% | 35.60 | 40.39 | 43.19 | 42.71 | 38.76 |
由表1和图1可以看出，茶蛋白萃取率均呈现先增加后减小的趋势，在超声功率300W时(组3)，蛋白质萃取率最高可达43.19%。其原因可能是：超声可以为反相微乳萃取蛋白质提供一定的推动力。同时超声作用也会使蛋白质空间结构发生变化，适当的超声功率使蛋白质的结构变得更有利于进入反相微乳。当功率偏小时超声作用力度不够，造成提取不充分，当超声功率较大时会使其他物质溶出，阻碍了蛋白质的溶出，因此，当超声功率继续增大时蛋白质提取率有所下降。
实施例3 超声萃取时间对茶蛋白萃取率的影响
组6-组10实施方式同实施例1，不同之处在于步骤S4中超声萃取时间，考察了超声萃取时间为20、40、60、80、100min条件下茶蛋白的萃取率，组6-组10不同超声萃取时间下的茶蛋白萃取率如表2和附图2所示。
表2 超声萃取时间对茶蛋白萃取率的影响
如附图2所示，随着超声时间的延长，蛋白提取率呈现一直增大的趋势，在超声萃取时间为60 min时，蛋白质提取率达到43.23%，随萃取时间继续增加，茶蛋白萃取率升高不明显。
实施例4 KCl浓度对茶蛋白萃取率的影响
组11-组15实施方式同实施例1，不同之处在于在步骤S4中萃取时超声功率350 W、超声萃取时间60 min，步骤S3中pH值为10及KCl溶液浓度分别为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25mol/L下微波辅助碱法提取茶蛋白，提取液经离心后测定茶蛋白提取率，不同KCl浓度下的茶蛋白萃取率如表3和附图3所示。
表3 KCl浓度对茶蛋白萃取率的影响
| 组别 | 组11 | 组12 | 组13 | 组14 | 组15 |
| KCl浓度/mol/L | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 | 0.25 |
| 蛋白质萃取率/% | 38.31 | 42.85 | 43.35 | 40.31 | 34.41 |
如附图3所示，随着KCl浓度的增加，茶蛋白的萃取率总体呈现先增大后减小的趋势，在KCl浓度为0.15mol/L时萃取率最高，为43.35%。分析其原因主要是因为KCl浓度越大，反相微乳内表面双电层变薄，减弱了蛋白质与反胶束内表面之间的相互吸引，从而降低了蛋白质的溶解；同时，也减弱了表面活性剂极性头之间的相互作用而使反胶束体积减小，使蛋白质不容易进入；当离子强度不断增大时，离子在反胶束体系“水池” 中的迁移也增大，从而影响蛋白质的溶解，当离子强度足够大时还会造成蛋白质从反胶束中盐析。因此，当KCl浓度在0.05～0.25mol/L时，茶蛋白的萃取率较大，最优选为0.15mol/L。
实施例5 pH对茶蛋白萃取率的影响
组16-组21实施方式同实施例1，不同之处在于步骤S4中萃取时超声功率350 W、超声萃取时间60 min，步骤S3中KCl溶液浓度为0.15 mol/L及pH值分别为6、7、8、9、10、11条件下微波辅助碱法提取茶蛋白，提取液经离心后测定茶蛋白提取率，不同pH下的茶蛋白萃取率如表4和附图4所示。
表4 pH浓度对茶蛋白萃取率的影响
| 组别 | 组16 | 组17 | 组18 | 组19 | 组20 | 组21 |
| pH值 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 蛋白质萃取率/% | 41.22 | 43.55 | 40.13 | 37.02 | 41.15 | 38.47 |
结果如附图4所示，在pH为7~9的范围内，茶蛋白的萃取率随pH增加而降低，在pH为10时，茶蛋白萃取率达到第二个小高峰，在pH为7时，茶蛋白的萃取率达到最大值43.55%。
实施例6 反相微乳法与碱法、酶法制备的茶蛋白功能性质比较
通过碱法、酶法及本发明所公开的反相微乳法制备的茶蛋白，对其功能性质展开研究，结果见表5。
表5 反相微乳法与碱法、酶法制备的茶蛋白功能性质比较
| 功能特性 | 反相微乳法 | 碱法 | 酶法 |
| 溶解度最低点 | pH=4 | pH=4.0 | pH=4.0 |
| 吸油性（g/g） | 2.54±0.11 | 2.68±0.18 | 2.75±0.05 |
| 持水力（g/g） | 1.78±0.13 | 1.90±0.24 | 2.00±0.03 |
| 乳化性（%） | 60.27±0.12 | 42.63±0.01 | 46.8±0.11 |
| 乳化稳定性（%） | 84.56±0.22 | 78.34±0.02 | 76.5±0.18 |
| 发泡性（%） | 68.69±0.15 | 54.77±0.03 | 65.2±0.02 |
| 泡沫稳定性（%） | 59.30±0.07 | 68.42±0.22 | 60.2±0.20 |
| 凝胶形成性 | 0.71±0.21 | 形成凝胶状 | 形成凝胶状 |
数据对比表明，反相微乳法制备的茶蛋白在乳化性、乳化稳定性及发泡性等均优于碱法和酶法，在吸油性、持水力及泡沫稳定性方面与碱法和酶法差异不大，因此反相微乳法可较好的保持茶蛋白的功能特性。
Claims (10)
1.一种萃取茶蛋白的工艺方法艺方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.将废弃茶渣浸提后粉碎，所得茶渣粉末再进行干燥；
S2.制备茶渣粗蛋白：将茶渣粉末与碱液浓度混合均匀，进行提取反应，反应完全后进行离心，所得上清液脱色、沉淀，再次离心取下层沉淀冷冻干燥，得茶渣粗蛋白；
S3：制备反相微乳液：称取阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂进行复配，然后加入到有机溶剂中，在磁力搅拌器上搅拌溶解，待其完全溶解后，加入具有一定离子强度和pH值的KCl溶液，在磁力搅拌器作用下半小时至澄清透明，得到反相微乳液。
2.S4.超声萃取：向步骤S3所制得的反相微乳液中添加茶渣粗蛋白，混合均匀，进行超声萃取反应；
S5.冷却后，进行离心，上清液即为茶渣蛋白液。
3.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于，步骤S1所述浸提是将废弃茶渣按料液比1：35～1：50（w/v）加入到热水中，80～100℃水浴搅拌浸提15～25min。
4.根据权利要求2所述工艺方法，其特征在于，步骤S1所述废弃茶渣为至少一类茶渣的混合物，粉碎至粒度40～80目。
5.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于，步骤S2所述碱液的浓度为0.10～0.40mol/L，所述碱液为氢氧化钠溶液。
6.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于，步骤S2所述料液比为1：10～1：35（w/v），所述离心转速为3500～4000 r/min，离心时间为15～20 min。
7.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于，步骤S3所述KCl溶液浓度为0.05~0.25mol/L，pH值为6~11。
8.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于，步骤S3中阳离子表面活性剂为CTAB，所述非离子型表面活性剂为Tween80，两者质量比为7:3，所述有机溶剂为异辛烷/正辛醇，两者体积比为4:1。
9.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于，步骤S4所述萃取超声功率为200~400W、超声萃取时间20~100min
根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于，步骤S4所述茶渣粗蛋白添加量为0.10~0.20g/mL。
10.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于，步骤S5所述离心条件为3500-4000 r/min条件下离心15-20min。
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