茶渣蛋白功能特性研究

张士康 陆 晨 朱科学 王 彬 张海华 周惠明 朱跃进

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

茶渣蛋白功能特性研究

张士康1陆 晨2朱科学2王 彬1张海华1周惠明2朱跃进1

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

基于茶业发展现状，本着开发利用茶渣蛋白为目标，对茶渣蛋白的功能特性开展研究。结果表明：茶渣蛋白在pH 4.0附近氮溶解指数最低，其吸水性为4.13g/g，吸油性为4.86g/g，茶蛋白具有优于大豆蛋白的乳化性、乳化稳定性、起泡性和起泡稳定性，且这四个功能特性几乎不受浓度影响，其原因可能是由于提取过程中部分变性所致。综合来说，茶渣蛋白的部分功能特性虽然优于大豆蛋白，但受溶解性限制，其应用仍需进一步开发。

茶渣蛋白 功能特性 氮溶解指数 乳化性 起泡性

我国茶叶深加工工业生产迅速发展的同时，产生大量的茶渣[1]。在我国的许多中小型茶多酚、茶多糖生产企业中，每天有数万吨茶渣没得到利用，都被当作废物扔掉。这些茶叶深加工副产物的废弃不仅会严重污染环境，而且也是巨大的资源浪费。在茶叶的综合利用方面，国内外对茶多酚[2,3]、茶色素[4]、茶多糖[5,6]等水溶性成分的研究和应用已很深入和广泛，但对茶叶蛋白质的研究还主要局限在实验室阶段的提取和改性[7-9]，特别是针对非水溶性茶叶蛋白的功能性研究和应用还鲜有报道。

蛋白质，从营养学角度讲，作为生命活动中一种重要的大分子物质，其组成及质量非常重要，从应用上来讲，作为一种重要的功能性原料，其功能性质十分关键，因此，本文从我国茶叶深加工现状出发，对茶渣蛋白的功能性质进行研究，以期为茶渣蛋白的应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 实验材料与试剂

茶渣，采自浙江塔塔茶业科技有限公司大生产样品；大豆浓缩蛋白（蛋白含量65%），山东三维大豆蛋白有限公司；大豆色拉油，中国上海嘉里粮油有限公司。

实验所用氢氧化钠、盐酸、SDS等化学试剂均为分析纯，购自国药集团。

1.1.2 实验仪器与设备

FA25型高剪切分散乳化机，上海弗鲁克流体机械有限公司；UV-2800紫外-可见分光光度计，北京尤尼柯仪器有限公司；TDL-5低速大容量离心机，上海安亭科学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 茶渣蛋白提取工艺

采用响应面优化的超声波辅助提取茶渣蛋白[9]的方法对茶渣蛋白进行制备，该工艺所制备粗品经等电点沉淀粗分离获得蛋白含量为61.4%的茶渣蛋白样品，用于功能特性研究。大豆蛋白一直是国内外公认的具有良好溶解度、乳化性、乳化稳定性、起泡性、起泡稳定性的代表性植物蛋白，大豆蛋白中的蛋白主要球蛋白，目前市场上销售的植物蛋白功能改良剂大都以大豆蛋白为主要成分。基于此，本文选取低蛋白含量（65%）的大豆浓缩蛋白为参照，尽管茶渣蛋白是链蛋白而非球蛋白，然而通过对茶渣蛋白的功能特性与大豆浓缩蛋白进行对比，能够对茶渣蛋白的功能特性有更为直观的认识仍具有一定现实意义。

1.2.2 氮溶解性指数（NSI）测定方法

准确称取相同质量的茶渣蛋白样品（125mg）于6只100mL的具塞三角瓶中，加入25mL去离子水，然后分别用1mol/L的HCl与1mol/L的NaOH溶液分别调节茶渣蛋白溶液的pH为pH2.0、pH4.0、pH6.0、pH8.0、pH10.0、pH12.0，然后将茶渣蛋白溶液置于水浴摇床中，室温下转速为200r/min条件下振荡30min，然后在3500r/min条件下离心30min，采用凯氏定氮法测定各pH值条件下的茶渣蛋白溶液中上清液中蛋白质的含量，计算氮溶解性指数NSI，实验重复三次，取平均值。

1.2.3 吸水性和吸油性测定方法

准确称取1g茶渣蛋白（W0）样品于25mL干燥的离心管中，称量两者总重W1，加入10mL去离子水，用玻璃棒充分搅拌，使去离子水与茶渣蛋白质充分混匀。静置30min，以3000r/min离心30min，去除离心管后，将离心管内上层的水全部倒出，准确称量离心管和沉淀的总重量W2。实验重复三次，结果取三次实验的平均值。吸油性测定时将上述去离子水换成大豆色拉油，实验方法相同。

1.2.4 乳化性（EA）和乳化稳定性（ES）测定方法

采用浊度法测定茶渣蛋白质的乳化活性，配置体积浓度为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，室温条件下，10000r/min均质1min，立即取0.1mL乳化液稀释于10mL0.1%的SDS溶液中，以0.1%的SDS溶液作为空白对照，测定其在500nm处的吸光值A0，以吸光度值表示茶渣蛋白溶液的乳化活性EA，与大豆浓缩蛋白相对照。并用0.2mol/L，pH12.0的氯化钠-氢氧化钠缓冲溶液溶解茶渣蛋白，测定其在不同浓度下的乳化性。

测定完乳化性的乳液在室温下静置20min，按照上述测定乳化性的方法测定乳液的吸光值A20，计算在此条件下的乳化稳定性ES。

1.2.5 起泡性（FC）和泡沫稳定性（FS）测定

室温下将浓度为2.0%（w/v）的茶渣蛋白溶液100mL（V0）于500mL带刻度量筒中，用高速分散器以10000r/min搅拌1min，测定泡沫体积V1，计算起泡性，与大豆浓缩蛋白相比较。同时，用0.2mol/L，pH12.0的氯化钠-氢氧化钠缓冲溶液溶解茶渣蛋白，测定其在不同浓度下的起泡性。

泡沫稳定性的测定：记录0min～20min时的泡沫体积，泡沫稳定性测定公式如下，V20为20min时泡沫体积。

2 结果与分析

2.1 氮溶解指数

溶解性是蛋白质最基本也是最重要的功能性质，主要研究pH对茶渣蛋白溶解性的影响，结果如图1所示。茶渣蛋白在pH4.0附近溶解性最低，说明在此pH值附近茶渣蛋白所带的正负电荷相当，因此茶渣蛋白在此具有最低溶解度。分析茶渣蛋白氨基酸组成[10]可知，茶渣蛋白分子中的天冬氨酸和谷氨酸残基的和远远大于赖氨酸、精氨酸与组氨酸的总和，因此茶渣蛋白属于酸性蛋白质，在pH3～pH5之间具有最低的溶解度，随着pH值的增大或减小，茶渣蛋白的溶解度逐渐增加。

图1 茶渣蛋白在不同pH值下的氮溶解指数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质在食品中应用时需要考虑的重要特性，吸水性和吸油性会影响食品类制品的口感和质构，从而决定产品的可接受度，影响产品销量及利润。茶渣蛋白的吸水性和吸油性测定结果如下图所示。

图2 蛋白质的吸水性和吸油性Fig.2 The water absorption capacity and the oil absorption capacity of tea residue protein

由图2可以看出，茶渣蛋白吸水性为4.13g/g，吸油性为4.86g/g，茶渣蛋白的吸水性能高于大豆浓缩蛋白，吸油性也远远高于大豆浓缩蛋白。吴元峰等[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-水体系中，蛋白的亲水极性基团就会与水牢固的结合在一起，而亲油性的非极性基团能溶于油中，从而通过这种物质的作用使水和油结合在一起形成均一的乳状液[12]，因此，蛋白质的吸油能力取决于蛋白质非极性侧链结合油（烃链）的能力，能力越强，吸油性越好，而茶渣蛋白在提取过程中有不同程度的变性，由此可能导致其吸水性和吸油性高于大豆浓缩蛋白。

2.3 乳化性和乳化稳定性

在食品体系中，蛋白质的乳化特性使油和水能够以稳定的乳状液的形式存在，乳化性和乳化稳定性是蛋白质在食品工业中应用时的重要功能特性之一，在蛋白质的乳化特性的作用下，两种不相溶的液体能够形成稳定的多相分散体系。

图3 茶渣蛋白和大豆浓缩蛋白的乳化性和乳化稳定性Fig.3 The comparison of the emulsibility and the emulsion stability of tea residue protein with that of soybean protein

由图3可以看出，茶渣蛋白的乳化性和乳化稳定性均高于大豆浓缩蛋白。从影响蛋白质乳化稳定性的因素分析，蛋白质种类、变性程度、pH、离子强度、温度以及糖的存在等都是影响蛋白质乳化稳定性的因素，由上面的分析可知，茶渣蛋白有一定程度的变性，在茶渣蛋白体系中，还含有相当一部分的茶多糖等成分，这些都是导致茶渣蛋白乳化性及乳化稳定性比大豆浓缩蛋白好的因素。

图4 茶渣蛋白浓度对其乳化性和乳化稳定性的影响Fig.4 The effect of tea residue protein content on its emulsibility and emulsion stability

图4表明，茶渣蛋白的浓度对其乳化性及乳化稳定性有一定影响，但影响不是很大，随着茶渣蛋白浓度的增大，茶渣蛋白的乳化性稍有降低，但乳化稳定性基本不变。可以看出，茶渣蛋白浓度对乳化性能的影响不大。

2.4 起泡性和泡沫稳定性

起泡性和泡沫稳定性是蛋白质在食品工业中应用时的又一重要功能特性，许多搅打型食品的质构和口感主要与其中蛋白组分的泡沫性和泡沫稳定性有关，蛋白质在此起到表面活性剂的作用。

茶渣蛋白的起泡性和泡沫稳定性与大豆浓缩蛋白的比较如图5所示，与乳化性测定结论相似，茶渣蛋白的起泡性和泡沫稳定性均高于大豆浓缩蛋白。

与乳化性相似的是，茶渣蛋白浓度对起泡性和泡沫稳定性并没有明显的影响，由图6可知，随着茶渣蛋白浓度的增加，起泡性和泡沫稳定性略有提高，但幅度不大。

图5 茶渣蛋白的起泡性和泡沫稳定性Fig.5 The foam capacity and foam stability of tea residue protein

图6 茶渣蛋白浓度对其起泡性和泡沫稳定性的影响Fig.6 The effect of tea residue protein content on its foam capacity and foam stability

3 结论

通过对氮溶解指数、乳化性、起泡性、吸水性和吸油性等几个功能特性指标的分析，测得茶渣蛋白的乳化液在500nm处的吸光度为0.30，搅拌1min起泡性达到54%，吸水性为4.13g/g，吸油性为4.86g/g，发现茶渣蛋白具有良好的吸水性、吸油性、乳化性、乳化稳定性、起泡性及起泡稳定性，这些特性测定值要高于参照样品 （大豆浓缩蛋白），因此茶渣蛋白具有开发成为功能改良剂的潜在可能性。

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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

浙江省公益性技术应用研究计划项目（2010C32053）

张士康（1965-），男，江苏南京人，工学博士，高级工程师，硕士研究生导师，主要从事茶资源跨界综合利用研究。