毛银，王彬，朱科学，左茜，蒋玉兰

（1.江南大学食品学院，江苏无锡 214122；2.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016）

碱法提取茶渣蛋白工艺研究

毛银1，2，王彬2，*，朱科学1，左茜1，2，蒋玉兰2

（1.江南大学食品学院，江苏无锡 214122；2.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016）

摘 要：以茶渣为试验原料，利用传统的碱法提取茶渣中非水溶性蛋白。主要研究了提取温度、提取时间、碱液浓度以及料液比等单因素对蛋白提取率的影响，正交试验结果表明，碱法提取茶叶蛋白的最佳条件为，料液比1∶30（g/mL），时间60 min、温度80℃、碱液浓度0.3 mol/L。此时蛋白的提取率达77.35%，该提取工艺参数具有较高的提取率。

关键词：茶渣；蛋白质；碱法提取；提取率

我国是世界上产茶大国之一，随着国家对农业投入的力度加大，人们对茶叶的认识也越来越深刻，高效利用茶资源，跨界开发新产品成了茶产业界的核心思路。近年来，我国速溶茶以及茶饮料产业飞速发展，随之产生的大量茶渣却没有得到充分有效的利用。而据研究表明，茶渣中不但含有少量的可溶性物质如茶多酚、咖啡碱等[1]，还含有约20%～30%的茶叶蛋白[2]，这些蛋白因不溶于水，至今仍未得到很多的利用。目前对茶渣中非水溶性物质的研究仍处于初级阶段，一部分茶渣用作植物肥料和动物饲料[3-4]，多数茶渣被当作废物丢弃处理，这种现状不但给环境带来负担，也不符合可持续发展战略。因此从茶渣中提取有效成分的研究显得很有必要。

采用传统的碱法提取茶渣中的非水溶性蛋白质，提取工艺参数与现有研究资料不尽相同，但在提取率上有所突破，并且最佳工艺较适合应用于实际工业生产。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶渣：浙江塔塔茶叶科技有限公司提供，蛋白质含量为25.14%。

氢氧化钠、硫酸铜、硫酸钾、硫酸、盐酸、硼酸均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

DFY-500摇摆式高速中草药粉碎机：温州温岭林大机械有限公司；SHA-B水浴恒温振荡器：江苏省金坛市白塔金昌实验仪器厂；TDL-5大容量离心机：江苏省无锡市瑞江分析仪器有限公司；HN-01G凯氏定氮仪：上海勇规分析仪器有限公司。

1.3 测定方法

1）蛋白质含量测定：凯氏定氮法[5]，换算系数：6.25。

2）提取率/%=提取液中蛋白质含量/茶渣中蛋白质含量×100

1.4 茶渣蛋白的提取工艺

原料→粉碎过筛→水浴提取→离心弃沉淀→取上清液测定并计算提取率

1.4.1 提取工艺单因素条件确定

将原料粉碎过50目筛，称取5 g预处理原料，按照不同的料液比 [1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35（g/mL）]，不同的提取温度（45、55、65、75、85、95 ℃），不同的提取时间（40、60、80、100、120、140 min），以及不同的碱液浓度（0.08、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mol/L） 进行水浴提取，5 000 r/min离心10 min，取上清液测定蛋白含量，计算提取率。

1.4.2 正交试验设计

考虑到各因素之间的相互影响，在单因素试验的基础上设计了四因素三水平的正交试验L9（34），以获得最佳提取工艺。

表1 正交试验设计表Table 1 The orthogonal experiment design table

2 结果与讨论

2.1 料液比对提取率的影响

料液比对提取率的影响见图1。

图1 料液比对蛋白提取率的影响Fig.1 Effects of solid to liquid ratio on extraction rate of protein

由图1可以看出，随着料液比的增大，蛋白提取率一直在增大，当料液比为1∶30（g/mL）时，提取率达到84.15%，继续增大料液比，提取率依然会提高，但考虑到料液比过大会导致提取液中蛋白质浓度过低，不利于蛋白质沉淀，并且在实际生产中，料液比过大，会给提取设备以及废水处理过程带来过高的负担，因此初步选定料液比为1∶30（g/mL）进行后续实验。

2.2 时间对提取率的影响

时间对提取率的影响，见图2。

图2 提取时间对蛋白提取率的影响Fig.2 Effects of time on extraction rate of protein

由图2可知，在反应开始的60 min之内，蛋白提取率随时间的延长迅速增大，当反应进行至60 min后，提取率几乎不再增大，因此选定60min作为最佳提取时间。

2.3 温度对提取率的影响

温度对提取率的影响，见图3。

图3 提取温度对蛋白提取率的影响Fig.3 Effects of temperature on extraction rate of protein

由图3可知，随着温度的升高，蛋白的提取率逐渐增大，当温度升至80℃时，增大趋势变慢，考虑到蛋白质在过高的温度下会发生变性[6]，并且高温会给工业生产带来过高的能耗，增加生产成本，综合考虑，选取80℃作为提取蛋白的最佳温度。

2.4 碱液浓度对提取率的影响

碱液浓度对提取率的影响，见图4。

图4 碱液浓度对蛋白提取率的影响Fig.4 Effects of NaOH concentration on extraction rate of protein

由图4可看出，随着碱液浓度的增大，茶叶蛋白提取率明显增大，当碱液浓度达到0.3 mol/L时，蛋白提取率已达到79.47%，继续增加碱液浓度，提取率仍会增加，但增幅较小，过高的碱液浓度会使蛋白质分子间或分子内形成交联键，生成某些新的氨基酸，如赖丙氨酸，这种变化不但使蛋白质中氨基酸含量降低，改变了蛋白质的营养学特性，新的物质还会对机体产生不利影响[7]。同时过高的碱液浓度会使得蛋白发生变性，加速美拉德反应，产生大量褐色物质，降低了蛋白质的纯度[8]，且不利于后续脱色。因此选取0.3 mol/L作为最佳碱液浓度。

2.5 正交试验结果分析

2.5.1 正交试验直观分析表

正交试验直观分析表，见表2。

表2 正交试验直观分析表Table 2 The orthogonal experiment intuitive analysis form

2.5.2 正交试验效应曲线图

正交试验效应曲线图，见图5。

图5 正交试验效应曲线图Fig.5 Orthogonal test effect graph

由表2和图5可以看出，在4个因素中，影响茶叶蛋白提取率的主次顺序为A＞C＞D＞B（即料液比＞温度＞碱液浓度＞时间），由试验结果表明，4个因素的最佳组合为 A3C2D3B2，即料液比 1∶30（g/mL），时间60 min，温度80℃，碱液浓度0.3 mol/L。用上述提取条件进行验证性试验，重复3次平行试验，得到蛋白提取率约为77.35%。

3 结论

碱法提取茶叶蛋白工艺简单，生产成本较低，适合应用于工业规模化生产，在料液比1∶30（g/mL），时间60 min，温度80℃，碱液浓度0.3 mol/L的条件下对茶渣进行蛋白提取，一次提取率可达77.35%，该工艺条件下能够得到较高的提取率。

与已有研究相比，本工艺采用的较高的碱液浓度，张晓辉[8]、王忠英[9]、李娟[10]等人的研究中均采用了较低的碱液浓度，但提取率均不高，并且采用的料液比也较大，而陆晨[11]采用绿茶原料进行研究，并提取两次，所得提取率略高于本工艺，邹晓明[12]等通过碱提与酶法相结合，得到了81.83%的提取率，但该法成本较高。综上，本工艺在实际生产中具有优越性。

此外，对茶叶蛋白质中赖丙氨酸等有毒物质的检测以及对茶叶蛋白理化性质的研究工作仍有待开展。

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[1]Krishnapillai S.Effeet of waste tea(tea fluff)on growth of young tea plants(camellia sinensisl)[J].TeaQ,1998,50(3):98-104

[2]宛晓春.茶叶生物化学[M].3版.北京:中国农业出版社,2003:8

[3]罗红玉,黎星辉,郁军.茶渣回收利用研究现状[J].福建茶叶,2010,32(7):8-12

[4]傅志民,吴永福.废弃茶渣综合再利用研究进展[J].中国茶叶加工,2011(1):17-20

[5]张水华.食品分析[M].北京:中国轻工业出版社,2007:156-160

[6]Piva G,Moschini M,Fiorentini L,et al.Effect of temperature,pressure and alkaline treatments on meat meal quality[S].Animal feed science and technology,2001,89(1):59-68

[7]Shih FF,Daigle K.Use of enzymes for the separation of protein from rice flour[J].Cereal Chemistry,1997,74(4):437-441

[8]张晓辉,章克昌,活泼,等.非水溶性茶蛋白的提取工艺研究[J].食品研究与开发,2005,26(3):64-67

[9]王忠英.茶叶中蛋白的提取及理化性质的研究[D].浙江:浙江工商大学,2006

[10]李娟.非水溶性茶叶蛋白提取及理化性质研究[D].新疆:新疆农业大学,2006

[11]陆晨,张士康,朱科学,等.碱提酸沉法提取茶叶蛋白质的研究[J].现代食品科技,2011(6):673-677

[12]邹小明,谢骞,朱立成,等.茶叶蛋白的提取工艺研究[J].江苏农业科学,2007(1):169-171

Studies on Technology of Tea-leaf Protein Extraction Using Alkali

MAO Yin1，2，WANG Bin2，*，ZHU Ke-xue1，ZUO Qian1，2，JIANG Yu-lan2
（1.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，Jiangsu，China；2.Hangzhou Tea Research Academy，All China Federation of Supply and Marketing Co-operatives，Hangzhou 310016，Zhejiang，China）

Abstract：Extracting tea-protein from tea residues by using alkali extraction was investigated in this paper：extraction temperature， extraction time，solid to water ratio and alkali concentration on extraction rate of protein were tested.Orthogonal test results showed that： the optimum technology was： extraction temperature （80 ℃），extraction time （60 min），solid to water ratio 1∶30（g/mL） and alkali concentration （0.3 mol/L）.The extraction rate of tea protein was about 77.35%under above conditions.This extraction process parameters have higher extraction rate.

Key words：tea residues；protein；alkali extraction；extraction rate

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.14.010

杭州市农村农业科研推广专项（20110232B43）；浙江省公益性技术应用研究计划项目（2010C32053）

毛银（1986—），女（汉），硕士研究生，研究方向：方便食品。

王彬，男，副研究员。

2012-12-02