反相微乳法與堿法、酶法制備的茶蛋白功能性質比較研究

文　靜,萬紫媛,解新安,李　雁,李　璐

(華南農業大學食品學院,廣東廣州 510642)

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反相微乳法與堿法、酶法制備的茶蛋白功能性質比較研究

文靜,萬紫媛,解新安*,李雁,李璐

(華南農業大學食品學院,廣東廣州 510642)

本文以綠茶茶渣為原料,采用新興的反相微乳法提取制備茶渣蛋白,以開發利用茶渣蛋白為目標,對茶渣蛋白的功能特性展開研究,并與堿溶酸沉法、酶法茶蛋白功能性質比較分析。對CTAB-Tween80反相微乳提取制備的茶渣蛋白的功能性質進行研究,結果表明:茶渣蛋白在pH4.0時溶解度最低,溶解度隨pH的增加呈現先降低后升高的趨勢,其吸油性為2.54 g/g,持水力為1.78 g/g,乳化性為60.27%、乳化穩定性為84.56%,發泡性為68.69%、泡沫穩定性為59.30%。表明反相微乳法制備的茶渣蛋白除了在吸油性、持水力及泡沫穩定性方面與堿溶酸沉法和酶法稍有差異外,乳化性、乳化穩定性及發泡性等均優于堿溶酸沉法和酶法,因而反相微乳法可較好的保持茶渣蛋白的功能特性。

反相微乳,茶蛋白,功能特性,溶解性

茶蛋白屬于植物蛋白,氨基酸組成豐富,不含膽固醇,非常適合高血脂、高脂質等特殊人群食用;茶蛋白還具有顯著的抗氧化、清除自由基及預防輻射等作用。由于茶蛋白中含有約80%谷蛋白、約14%醇溶蛋白,難以用水直接提取,很難被機體直接消化吸收,因此茶蛋白是一種尚未被充分開發利用的植物蛋白資源[1]。目前常用的蛋白質提取方法有堿溶酸沉法和酶法。

堿法提取簡單,提取率高,但是高濃度的堿液會造成不利反應,如導致蛋白的營養學特性發生變化,造成營養物質的損失;促進蛋白與糖等物質發生美拉德反應,易產生一些褐色物質等[2]。張士康等[3]通過對堿法提取的茶蛋白功能特性的分析,并與大豆濃縮蛋白比較,發現茶蛋白具有較優的功能性質。酶法提取條件較溫和,但經過蛋白酶部分水解后的蛋白,其功能性質容易發生變化,不能保持蛋白質原有特性[4]。與堿法提取相比,目前酶法提取工藝尚不成熟,提取率較低,成本高的缺點制約了其在工業中的應用。

W/O(油包水)型微乳又稱反相微乳或溶脹的反膠束,它是表面活性劑在非極性有機溶劑中自發形成的熱力學穩定和光學透明的納米級聚集體[5]。反相微乳中表面活性劑的非極性端朝外指向有機溶劑,極性端朝內聚集增溶一部分水形成“水池”,該“水池”具有增溶蛋白質的能力,從而實現植物蛋白的萃取[6]。利用反相微乳萃取生化物質是近些年來在非水相提取方面的一項新技術[7]。與傳統的堿溶酸沉法、酶法相比,反相微乳法不僅具有成本低、可連續操作等優點,而且反應條件溫和,其特有的“水池”結構對活性物質具有一定的保護作用,可減少蛋白質活性損失[8-9]。

本文采用CTAB-Tween80反相微乳提取制備茶蛋白,對其功能特性展開研究。參考文獻中堿溶酸沉法、酶法茶蛋白功能性質數據,分析比較反相微乳法與堿溶酸沉法、酶法茶蛋白的功能性質,對指導茶蛋白應用于食品中具有積極的意義,為反相微乳萃取茶蛋白的研究提供一定的理論基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

綠茶茶渣饅頭嶺茶廠提供,煮沸浸提三次。色拉油為市售色拉油,十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)來自于廣州市雨韶貿易有限公司,實驗所用試劑均為分析純。

PL203電子天平梅特勒-托利多儀器有限公司;78-1磁力加熱攪器金壇市富華儀器有限公司;FM200高剪切分散乳化機上海弗魯克流體機械制造有限公司;FJ-200高速分散均質機上海標本模型廠;KQ-100超聲波清洗機昆山市超聲儀器有限公司;DF-15中藥粉碎機溫嶺市大德中藥機械有限公司;DL-5高速離心機上海安亭科學儀器廠;HH-2數顯恒溫水浴鍋常州澳華儀器有限公司;HYP消化爐上海纖檢儀器廠;凱氏定氮蒸餾裝置上海精科;TA.XT2質構儀英國Stable Micro System公司。

1.2實驗方法

1.2.1制備茶渣將茶葉按料液比1∶40(g∶mL)加入到預先加熱至沸騰狀態的蒸餾水中,100℃水浴攪拌浸提20 min后過濾,同法再浸提兩次,得到茶渣備用。

1.2.2反相微乳法按照反相微乳表面活性劑濃度為0.01 g/mL,CTAB質量分數70%分別稱取表面活性劑置于燒杯中,同時加入有機溶劑異辛烷/正辛醇(二者體積比為4∶1),在磁力攪拌器上攪拌使其溶解,待其完全溶解后,加入0.08 mL濃度為0.10 mol/L KCl的溶液,調節pH至10,根據加入的KCl溶液的量調節反相微乳的W0值,超聲波振蕩(功率為100 W,下同)至澄清透明,得到的體系即為反相微乳液。

取上述反相微乳液置于錐型瓶中,加入一定量的茶渣,茶渣添加量為0.015 g/mL,超聲40 min,然后4000 r/min離心20 min。

萃取體系分為兩層,上層為含有蛋白質的反相微乳層,下層為殘渣,留取上層備用。

1.2.3堿溶酸沉法參考文獻[10]用堿溶酸沉法制備茶渣蛋白,并對茶渣蛋白的溶解性、吸油性、持水力、膠凝性、乳化性及乳化穩定性和發泡性及泡沫穩定性進行研究,得到堿溶酸沉法茶蛋白在吸油性、持水力等方面有優勢?；诖?本文選取堿溶酸沉法制備的茶蛋白與反相微乳法制備的茶蛋白的功能性質比較分析。

1.2.4酶法參考文獻[1,11]用酶法制備茶蛋白,分別對其溶解性、吸油性、持水力等功能特性進行研究,酶法茶蛋白吸油性、泡沫穩定性等方面有優勢。故本文選取酶法茶蛋白與反相微乳法茶蛋白的功能特性比較分析。

1.3茶蛋白功能性質的測定

1.3.1茶蛋白的溶解性稱取茶蛋白200 mg分別溶解在50 mL pH為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13的緩沖溶液中,80℃超聲溶解1 h,3000 r/min離心20 min,測定上清液中蛋白含量[12]。蛋白質的測定參考GB 5009.5-2010凱氏定氮法。

根據下面的公式換算溶解度

1.3.2茶蛋白的吸油性稱取200 mg茶蛋白置于15 mL刻度離心管中,加入10 mL色拉油,攪拌1 min后靜置30 min,3000 r/min離心分離20 min,記錄游離油的體積[13],茶蛋白的吸油性用下式計算:

1.3.3茶蛋白的持水力稱取茶蛋白200 mg置于干燥離心管(m1)中,加入10 mL pH為7.0的緩沖溶液,攪拌均勻后60℃恒溫水浴30 min,冷卻30 min,15000 r/min離心分離10 min,除去上清液,稱量離心管質量(m2),由下式計算茶蛋白的持水力[14]。

1.3.4茶蛋白的膠凝性稱取1.0000 g的茶蛋白溶解于20 mL pH為7.0的緩沖溶液中,2.0 MPa均質3 min,然后轉移至不銹鋼離心管中,3000 r/min離心分離10 min,除去上層泡沫,用錫箔紙包好,置于80℃水中加熱1 h,再用流動水冷卻1 h,移至冰箱4℃過夜,取出凝膠物,觀察膠凝性及其強度[14]。凝膠強度由質構儀測得,測定參數為:探頭:A/BE(直徑35 mm);測試深度:20 mm;觸發應力:0.5 g;測試前速度:1 mm/s;測試速度:1 mm/s;測試后速度:10 mm/s。

1.3.5茶蛋白的乳化性及其穩定性稱取1.0000 g的茶蛋白溶解到25 mL pH為7.0的緩沖溶液中,加入25 mL色拉油,2.0 MPa均質2 min,然后轉移至不銹鋼離心管中,在15000 r/min離心分離10 min,根據乳化層的高度計算其乳化性,同時測定乳化層中的含油率(W1)。然后將乳狀液轉移至50 mL試管中,50℃水浴30 min,測定其含油率(W2),根據前后兩次測定的含油率計算茶蛋白的乳化穩定性[15]。

1.3.6茶蛋白的發泡性及其穩定性稱取1.0000 g的茶蛋白溶解到50 mL pH為7.0的緩沖溶液中,用高速均質機以10000 r/min勻漿1 min,記錄停止時刻的泡沫體積(V1)。泡沫的穩定性通過測定停止30 min后泡沫的體積(V2)來衡量[15]。

1.3.7數據統計分析所有實驗的測定均進行三次,采用Micro soft excel 2010軟件進行數據統計與分析。

2　結果與分析

2.1茶蛋白的溶解性

在蛋白質的功能性質之中,溶解性被認為是最重要的一個方面。植物蛋白的溶解性,即在各種條件下的溶解程度,是影響蛋白質在食品加工中利用程度的重要問題。良好的溶解性可以擴大蛋白質的潛在應用范圍。蛋白質的乳化性、發泡性等都與其溶解性有著密切的關系[16]。掌握不同 pH下茶蛋白的溶解性,有利于指導茶蛋白在不同食品體系中的應用。反相微乳法制備的茶蛋白在不同pH下的溶解度如圖1所示。

圖1　茶蛋白在不同pH下的溶解度Fig.1　The solubility of tea protein at different pH

由圖1可知,隨著pH的增加,反相微乳法制備的茶蛋白的溶解度呈現先降低后升高的趨勢,在pH為4.0左右時,茶蛋白的溶解度最低,這主要是因為茶蛋白的主要組成是堿溶性谷蛋白,谷蛋白的等電點在pH4.0左右,在此 pH附近其易發生沉淀,因此也可確定茶蛋白的等電點在pH4.0左右。隨著pH上升,茶渣蛋白溶解度有較大的增加。

2.2反相微乳法制備的茶蛋白其他功能性質

反相微乳法制備的茶蛋白其他功能性質如表1所示。

蛋白質吸油性是指促進脂肪吸收和與脂肪結合的能力,對食品的風味來說,蛋白的吸油性是一重要的功能特性,可以提高食品對脂肪的吸收和保留能力,減少脂肪在加工過程中的損失,進而改善食品的適口性和風味。良好的吸油能力可以提高食品對脂肪的吸收和保存能力,減少脂肪在加工過程中的損失[17]。一般用每克蛋白質吸附油的質量來表示,常用離心法測定。從表1可知,反相微乳法制備的茶蛋白吸油性為2.54 g/g。

表1　反相微乳法制備的茶蛋白其他功能性質

蛋白質的持水力表示蛋白質的水化能力,即蛋白質分子通過直接吸附及松散結合而在其分子周圍形成水化層的能力,這種吸水保水作用源于蛋白質的肽鍵和氨基酸側鏈與水分子之間的相互作用而實現,蛋白質分子表面的極性基團與極性水分子具有親合性,其結果和分子中極性基團的數目有關。蛋白質分子表面的極性基團越多,則吸水性越強。反相微乳法制備的茶蛋白持水力為1.78 g/g。

乳化性是指蛋白質將油水結合在一起形成乳狀液的能力;乳化穩定性是指油水乳狀液保持穩定的能力。蛋白質分子同時含有親水性和親油性基團,在油水混合液中可以擴散到油水界面形成油水乳化液,蛋白質促使油和水形成乳化液并保持乳化液穩定的能力即為蛋白質的乳化特性。蛋白質的乳化能力與其溶解性有關,較高的溶解度有較強的乳化能力。蛋白質能夠擴散并吸附于油水界面,這是決定其乳化性最重要的特征。反相微乳法制備的茶蛋白乳化性為60.27%,乳化穩定性為84.56%。

蛋白質的水溶液受到機械攪拌時會有大量氣體混入而形成一定的水一空氣界面,蛋白質分子由于其極性及非極性基團的存在,表現出較強的表面活性而吸附到水一空氣界面上形成蛋白質膜,從而降低界面張力,促進泡沫的形成,同時部分膚鏈在界面上伸展開來,通過分子內和分子間力相互作用,形成二維保護網絡,維持泡沫的穩定。蛋白質的發泡性是蛋白質在食品工業應用中一種非常重要的性質。許多攪打型食品的質構和口感主要與蛋白組分的發泡性和泡沫穩定性有關,蛋白質在此起到表面活性劑的作用。反相微乳法制備的茶蛋白發泡性和泡沫穩定性分別為68.69%和59.30%。

蛋白質的膠凝性是指蛋白質形成膠體狀結構的性能。它能使蛋白質具有較高的粘度、可塑性和彈性,既可做水的載體,也可做糖、風味劑以及其它配合物的載體,對食品加工極為有利。反相微乳法制備的茶蛋白可形成凝膠,凝膠強度為0.71±0.21。

3　討論

本文選取CTAB-Tween80反相微乳制備茶蛋白,分析比較反相微乳法與堿溶酸沉法、酶法茶蛋白功能性質。堿溶酸沉法與酶法制備的茶蛋白功能性質如表2。

表2　堿法[10]、酶法[1,11]制備的茶蛋白功能性質

三種方法制備的茶蛋白均在pH為4.0左右時,茶蛋白的溶解度最低。隨pH的增加,其溶解度均呈現先降低后增加的趨勢。在同一pH條件下,茶蛋白溶解度的高低順序為反相微乳法>堿溶酸沉法,這可能是與反相微乳對小分子量蛋白的選擇性萃取有關,反相微乳對較小分子量的蛋白質萃取能力較強,小分子量的蛋白溶解性和分散性較好。反相微乳法對茶蛋白的溶解度具有較優的改善作用。

與反相微乳法制備的茶蛋白相比,堿溶酸沉法制備的茶蛋白的吸油性提高了5.51%,酶法制備的茶蛋白的吸油性提高了8.27%。堿溶酸沉法與酶法制備的茶蛋白吸油性優于反相微乳制備的茶蛋白。這種差異可能是由于反相微乳法制備的茶蛋白因受“水池”大小影響,其蛋白分子表面疏水基團較少,故與脂類物質的非極性基團相互作用較小,因此吸油性較低。

對反相微乳法和堿溶酸沉法、酶法制備的茶蛋白持水力進行比較,堿溶酸沉法制備的茶蛋白的持水力提高了6.74%,酶法茶蛋白持水力提高了12.4%。這可能是因為不同方法制備的蛋白質種類不同,而不同的蛋白質具有不同的結構,其內部帶電極性基團對水的結合能力以及速度也存在著差異;另外由于反相微乳的萃取能力受“水池”大小影響,對大分子蛋白萃取能力較小,蛋白的含量較低,相對濃度較小。故蛋白質分子結合的水分子少,茶蛋白分子表面具有較多的疏水基團和較少的親水基團。

與反相微乳法制備的茶蛋白乳化性、乳化穩定性相比,堿溶酸沉法、酶法制備的茶蛋白降低了29.27%、22.27%;乳化穩定性降低了7.36%、9.46%,反相微乳法制備的茶蛋白乳化性、乳化穩定性均優于堿溶酸沉法與酶法。茶蛋白的乳化性與其溶解度是密切相關的,一般情況下呈正相關;另一方面,反相微乳法制備的茶蛋白中殘留的少量表面活性劑,會增強其乳化性,因此反相微乳法制備的茶蛋白乳化性優于堿溶酸沉法和酶法茶蛋白;酶法制備的茶蛋白由于堿性蛋白酶的水解作用,因而肽鏈變短,疏水基團暴露增加,小肽分子不能像大分子蛋白那樣自由展開并適應界面張力,界面張力隨著蛋白質在界面上濃度的降低而提高,因此酶法制備的茶蛋白的乳化穩定性降低[18]。

由表2可知,反相微乳法制備的茶蛋白發泡性優于堿溶酸沉法和酶法。與反相微乳法制備的茶蛋白相比,堿溶酸沉法和酶法制備的茶蛋白的發泡性降低了20.26%、5.01%。反相微乳法制備的茶蛋白大多是小分子蛋白[19],能很快進入氣液界面,展開并重組界面,因而發泡性好;反相微乳法制備的茶蛋白在泡沫穩定性方面稍弱于酶法茶蛋白,這可能是因為蛋白酶的水解作用使蛋白質的疏水性氨基酸殘基暴露,蛋白質分子快速吸附至氣-水界面,導致界面表面張力降低,使得蛋白質泡沫穩定性較強。與反相微乳法制備的茶蛋白相比,堿溶酸沉法和酶法制備的茶蛋白的泡沫穩定性分別提高了15.38%、1.64%。

反相微乳法與堿溶酸沉法、酶法制備的茶蛋白都能形成凝膠,且凝膠都具有一定的性狀和彈性。因此,茶蛋白有希望用于肉類、果凍、凝乳、奶酪等要求有一定凝膠性的食品中。反相微乳法制備的茶蛋白分子量小、肽鏈短,蛋白質分子間的結合力下降,導致反相微乳法制備的茶蛋白形成的凝膠強度較弱。

4　結論

本文用CTAB-Tween80反相微乳法制備茶蛋白,并比較了反相微乳法、堿溶酸沉法和酶法制備的茶蛋白的功能性質,得出以下結論:

反相微乳法制備的茶蛋白在溶解性、乳化性、乳化穩定性、發泡性方面均優于堿溶酸沉法;乳化性、乳化穩定性、發泡性分別提高了41.38%、7.94%、25.42%,在吸油性、持水力方面與堿溶酸沉法相差不大;

反相微乳法制備的茶蛋白在乳化性、乳化穩定性、發泡性方面優于酶法,分別提高了28.64%、10.45%、5.27%,而在泡沫穩定性方面與酶法茶蛋白相差不大。

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Comparison of functional properties of tea protein in reverse micelles,alkali and enzymatic

WEN Jing,WAN Zi-yuan,XIE Xin-an*,LI Yan,LI Lu

(College of Food Science,South China Agriculture University,Guangzhou 510642,China)

To develop the utilization of tea residue protein,the effects of reverse micelle system CTAB-Tween80 on some functional properties of tea residue protein were investigated,compared with the effects of alkali-solution and acid-isolation as well as enzymatic method.The results showed that tea residue protein had the lowest solubility at pH4.0,then solubility had a rising trend with increasing pH.The oil absorption capacity and the water absorption capacity were 2.54 g/g and 1.78 g/g,respectively,while the foam stability was 59.30%.Besides,the emulsibility was 60.27% with reverse micelle system CTAB-Tween80 preparation,the number was 84.56% in terms of emulsion stability.And the foam capacity valued 68.69%.Tea residue protein with reverse micelle system CTAB-Tween80 preparation can form gel.In summary,tea residue protein with reverse micelle system CTAB-Tween80 preparation showed excellent emulsibility,emulsion stability and foam capacity despite its slightly poorer performance in the oil absorption capacity,water holding capacity and foam stability test,in comparison with tea residue protein with either alkali-solution and acid-isolation or enzymatic method,so reverse micelle system can keep the tea residue protein functional properties better.

reverse micelle;tea residue protein;functional properties;solubility

2015-08-11

文靜(1991-)，女，碩士研究生在讀，研究方向：食品加工過程模擬與優化，E-mail：765258383@qq.com。

解新安(1964-)，男，博士，研究員，研究方向：食品加工與模擬，E-mail：xinanxie@scau.edu.cn。

廣州市科技計劃項目(201510010099)；現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS-23)。

TS272.5

A

1002-0306(2016)07-0097-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.011