茶叶籽粕蛋白功能特性研究

麻成金1,2，黄 群1,2，余 佶1，向小乐1，冯 磊1，陈功锡2

（1.吉首大学食品科学研究所，湖南 吉首 416000；

2.吉首大学 植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室，湖南 吉首 416000）

摘 要：以大豆分离蛋白为对照，研究碱法和酶法提取茶叶籽粕蛋白的功能特性。结果表明：酶法提取茶叶籽粕蛋白的溶解性、吸油性、乳化能力和乳化稳定性、起泡性、凝胶脆度优于碱法提取茶叶籽粕蛋白，而后者的吸水性、泡沫稳定性则优于前者，两者所形成蛋白凝胶的黏性和硬度相当。碱法和酶法提取的茶叶籽粕蛋白的乳化能力和乳化稳定性稍优于大豆分离蛋白，但起泡性和泡沫稳定性则不及大豆分离蛋白，溶解性与大豆分离蛋白相当，它们形成凝胶的最低质量分数分别为13%和15%，凝胶的黏性和硬度低于大豆分离蛋白。pH值、蛋白质量分数、NaCl浓度等因素对茶叶籽粕蛋白功能特性均有不同程度的影响。

关键词：茶叶籽粕蛋白；碱法提取；酶法提取；溶解性；吸油性；乳化能力

Functional Properties of Protein from Press Cake from Tea Seed Oil Processing

MA Cheng-jin1,2, HUANG Qun1,2, YU Ji1, XIANG Xiao-le1, FENG Lei1, CHEN Gong-xi2

(1. Institute of Food Science, Jishou University, Jishou 416000, China;

2. Key Laboratory of Plant Resource Conservation and Utilization of Hunan Province, Jishou University, Jishou 416000, China)

Abstract: The functional properties of tea seed meal proteins extracted with alkali and alkaline protease were studied by comparing with soybean protein isolate (SPI). The results showed that some properties such as solubility, oil absorbability, emulsifying capacity (EC), emulsion stability index (ESI), foaming capacity (FC) and gel frangibility of tea seed meal protein extracted with the enzyme (ETSMP) were better than those of tea seed meal protein from alkali extraction (ATSMP), but water absorbability and foam stability (FS) of ATSMP were better than those of ETSMP. The gel viscosity and hardness of ATSMP and ETSMP were similar. EC and ESI of both tea seed protein isolates were better than those of SPI, but FC and FS were weaker and solubility was similar. The gels of ATSMP and ETSMP were formed at the lowest protein concentration 13% and 15%, respectively, and the viscosity and hardness were weaker than those of SPI. Some factors such as pH, NaCl concentration and protein concentration had obvious effects on functional properties of these two tea seed meal proteins in various degrees.

Key words: tea seed meal protein; alkali extraction; enzymatic extraction; solubility; oil absorbability; emulsifying capacity

中图分类号：TS229；TS201.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）23-0114-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201423023

中国是茶叶的故乡，现有258万 hm2茶园面积，主要分布在黄河以南各省（市），每年可产80余万吨茶叶籽，开发利用前景广阔[1-3]。目前茶叶籽主要用于提取茶叶籽油和茶皂素，提油后茶叶籽粕蛋白含量在13%左右，其综合利用的有关研究文献主要集中在蛋白质提取及应用方面[4-7]，茶渣蛋白的功能特性研究已有文献报道，张士康等[8-9]对茶渣蛋白的氨基酸构成、分子质量分布、蛋白体外消化性等理化特性和吸水性、吸油性、乳化性、起泡性等功能特性进行了研究，谢蓝华等[10]对不同提取方法对茶渣蛋白吸水性、持水力、吸油性、起泡性和乳化性等功能特性的影响进行研究。但未见茶叶籽蛋白功能特性研究方面的文献报道，茶叶籽提油后的主要副产品是籽粕，籽粕中含有丰富的蛋白质，开展茶叶籽蛋白功能特性研究具有积极的现实意义。

本实验以碱法和酶法提取的茶叶籽粕蛋白为原料，研究其溶解性、吸水性、吸油性、起泡性、凝胶性和乳化性等功能特性，并探讨pH值、NaCl浓度、蛋白浓度等外界因素对其乳化特性和泡沫特性的影响情况，同时与大豆分离蛋白（soybean protein isolate，SPI）进行对照比较，旨在为茶叶籽粕蛋白的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶叶籽粕，湖南古丈县茶叶基地提供茶叶籽，经超临界CO2萃取油脂后的籽粕，测定蛋白质含量为14.37%。

大豆分离蛋白（粗蛋白含量≥90%） 山东赛康蓝山公司；考马斯亮蓝G-250、牛血清白蛋白 美国Amresco公司；碱性蛋白酶（酶活力≥20万 U/g） 北京
奥博星生物；十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）为生化级；氢氧化钾、氢氧化钠、盐酸、氯化钠、磷酸二氢钠、磷酸氢钠等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TUV-2550型紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；TA.XT2i/50型质构仪 英国SMS公司；FA25型高剪切分散乳化机 上海弗鲁克公司；KQ-250D型超声波清洗器 昆山超声波仪器厂；FD5-2.5冻干机 美国SIM公司；pHS-25数字式pH计 上海日岛公司；LXJ-ⅡB型离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 实验用茶叶籽粕蛋白制备

碱法提取茶叶籽粕蛋白（tea seed meal protein from alkali extraction，ATSMP）：提取工艺参照文献[4]改进。提取工艺流程为：茶叶籽粕→烘干→碱溶浸提→超声波辅助→离心分离→酸沉→离心分离→沉淀水洗→真空冷冻干燥→茶叶籽粕蛋白。

酶法提取茶叶籽粕蛋白（tea seed meal protein from enzymatic extraction，ETSMP）：提取工艺参照文献[5]改进。提取工艺流程为：茶叶籽粕→烘干→调节蛋白酶最适温度、pH值→蛋白酶水解→离心分离→等电点沉淀浓缩→真空冷冻干燥→茶叶籽粕蛋白。

1.3.2 茶叶籽粕蛋白溶解性、吸油性和吸水性测定

茶叶籽粕蛋白溶解性（nitrogen solubility index，NSI）测定参照文献[11-13]，按照公式（1）计算。

（1）

吸油性测定参照文献[14]，以每克茶叶籽粕蛋白吸附油的体积（mL）表示；吸水性测定参照文献[15-17]，以每克蛋白样品吸附水的克数表示。每一个测定进行3 组平行实验，取平均值为实验结果。

1.3.3 茶叶籽粕蛋白起泡性（foaming characteristics，FC）及泡沫稳定性（foam stability，FS）的测定

准确称量茶叶籽粕蛋白0.8 g，溶于40 mL蒸馏水中，制备质量分数为2.0%的茶叶籽粕蛋白质溶液，以
7 000 r/min分散乳化1 min后移入100 mL量筒中，记录初始泡沫体积（V0）和静置10 min后泡沫体积（Vt）[18-20]。每一个测定进行3 组平行实验，取平均值为测定结果。
按照公式（2）、（3）计算起泡性、泡沫稳定性。

（2）

（3）

1.3.4 茶叶籽粕蛋白乳化能力及乳化稳定性的测定

准确称取茶叶籽粕蛋白0.32 g，溶于40 mL蒸馏水中，制备质量分数0.8%茶叶籽粕蛋白质溶液，加入体积分数25%的花生油，以7 000 r/min分散乳化1～2 min，从底部取100 μL乳状液与5.0 mL质量分数0.1% SDS缓冲溶液混合，立即测定稀释样品在500 nm波长处吸光度（A0）；10 min后再从底部取100 μL乳状液，稀释同样倍数，测定吸光度（At）。每一个测定进行3 组平行实验，取平均值为测定结果。乳化特性以乳化能力指数A0和乳化稳定性指数（emulsifying stability index，ESI）表示[21]，ESI计算公式如下：

（4）

式中：t为放置时间/min。

1.3.5 茶叶籽粕蛋白凝胶特性测定

最低凝胶点的确定：准确称取茶叶籽粕蛋白1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6 g，分别加入20 mL pH 7.0的混合磷酸盐缓冲液，配制成质量分数为8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%的蛋白溶液，置于90 ℃水浴中保温1 h，冷却至室温后于4 ℃冰箱中保存24 h，观察凝胶形成情况，确定最低凝胶点。

蛋白凝胶的制备：配制一定浓度的茶叶籽粕蛋白溶液，置于90 ℃水浴中保温1 h，冷却至室温后于4 ℃冰箱保存24 h，取出放置30 min后即为蛋白凝胶，切成20 mm厚度的凝胶块，备凝胶特性测定用。

凝胶特性的测定[22]：采用质构仪测定蛋白凝胶的力学性质。运行模式：质地多面分析（texture profile analysis，TPA），测前速率0.5 mm/s，测试速率0.5 mm/s，
测后速率0.5 mm/s，下压距离15 mm，触发力4.0 g，探头型号：P/0.5，数据采集速率200/s。利用质构仪检测探头下压测得茶叶籽粕蛋白凝胶样品的特征曲线，然后进行分析。

2 结果与分析

2.1 茶叶籽粕蛋白溶解性

由图1可知，茶叶籽粕蛋白的溶解性在pH 3.5～5.0之间较低，当pH≥5.0或≤3.5时，其溶解性随之增大，且与大豆分离蛋白具有相似溶解特性；相同pH值条件下，酶法提取茶叶籽粕蛋白的溶解性稍优于碱法提取茶叶籽粕蛋白，与大豆分离蛋白溶解性接近。

图 1 pH值对茶叶籽粕蛋白溶解性的影响

Fig.1 Effect of pH on the solubility of tea seed meal proteins

2.2 茶叶籽粕蛋白吸油性和吸水性

图 2 不同提取工艺对茶叶籽粕蛋白吸油性和吸水性的影响

Fig.2 Effects of different extraction methods on oil absorbability and water absorbability of tea seed meal proteins

由图2a可知，酶法提取茶叶籽粕蛋白的吸油性高于碱法提取茶叶籽粕蛋白，且两者均优于大豆分离蛋白；由图2b可知，碱法提取茶叶籽粕蛋白吸水性高于酶法提取茶叶籽粕蛋白，但低于大豆分离蛋白。这可能是由于蛋白酶的部分水解导致包埋于茶叶籽粕蛋白分子内部的疏水性氨基酸侧链基团伸展暴露，从而增强与非极性基团作用，降低了与水分子的亲合力所致[23-24]。

2.3 茶叶籽粕蛋白泡沫特性

2.3.1 pH值对茶叶籽粕蛋白泡沫特性的影响

图 3 pH值对茶叶籽粕蛋白起泡性和泡沫稳定性的影响

Fig.3 Effect of pH on FC and FS of tea seed meal proteins

由图3可知，在等电点附近，3 种蛋白质的起泡性达最低值，其FC值大小为SPI＞ETSMP＞ATSMP；泡沫稳定性达最大值，FS值大小为SPI＞ATSMP＞ETSMP。酶法提取茶叶籽粕蛋白和碱法提取茶叶籽粕蛋白的起泡性和泡沫稳定性均不及大豆分离蛋白。

2.3.2 NaCl浓度对茶叶籽粕蛋白泡沫特性的影响

图 4 NaCl浓度对茶叶籽粕蛋白起泡性和泡沫稳定性的影响

Fig.4 Effect of NaCl concentration on FC and FS of tea seed meal proteins

由图4可知，茶叶籽粕蛋白起泡性及泡沫稳定性均随着NaCl浓度的增加而升高，在NaCl浓度小于0.2 mol/L时，增加趋势明显，在NaCl浓度大于0.2 mol/L后，增加趋势平缓。

2.3.3 蛋白质量分数对茶叶籽粕蛋白泡沫特性的影响

图 5 蛋白质量分数对茶叶籽粕蛋白起泡性和泡沫稳定性的影响

Fig.5 Effect of protein concentration on FC and FS of tea seed meal proteins

由图5可知，酶法和碱法提取茶叶籽粕蛋白的起泡性与泡沫稳定性均随蛋白质量分数的增大而提高，与大豆分离蛋白泡沫特性相似，但大豆分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性均优于前者；与碱法相比，酶法提取茶叶籽粕蛋白具有更好的起泡性但泡沫稳定性稍差。其机理可能是由于蛋白质经蛋白酶部分水解后黏度降低，降低表面张力有利于泡沫的形成，但液膜的强度降低会导致泡沫稳定性下降[25-26]。

2.4 茶叶籽粕蛋白乳化特性

2.4.1 NaCl浓度对茶叶籽粕蛋白乳化特性的影响

图 6 NaCl浓度对茶叶籽粕蛋白乳化特性的影响

Fig.6 Effect of NaCl concentration on emulsifying properties of tea seed meal proteins

由图6a可知，当NaCl浓度小于0.2 mol/L时，茶叶籽粕蛋白的乳化能力随着NaCl浓度的增加有较大幅度降低，当NaCl浓度大于0.2 mol/L后，乳化能力的降低趋于平缓，其机理可能是离子强度增加会掩蔽蛋白质自身所带的电荷，减少静电排斥，降低溶解度，最终导致蛋白质乳化活性的降低[27]。由图6b可知，乳化稳定性在NaCl浓度小于0.1 mol/L时，随着NaCl浓度的增加而上升，NaCl浓度大于0.1 mol/L后，乳化稳定性呈缓慢下降趋势。

2.4.2 pH值对茶叶籽粕蛋白乳化特性的影响

图 7 pH值对茶叶籽粕蛋白乳化特性的影响

Fig.7 Effect of pH on emulsifying properties of tea seed meal proteins

由图7a可知，茶叶籽粕蛋白在等电点附近乳化能力达到最低值，远离等电点时乳化能力逐渐增加；由图7b可知，乳化稳定性先随pH值增大而减小，在等电点达最小值，而后随pH值增大而增大，当pH值大于8后乳化稳定性又开始下降。在所选的pH值范围内，茶叶籽粕蛋白的乳化能力和乳化稳定性总体优于大豆分离蛋白，酶法提取茶叶籽粕蛋白的乳化能力和乳化稳定性稍优于碱法提取的茶叶籽粕蛋白。

2.4.3 蛋白质量分数对茶叶籽粕蛋白乳化特性的影响

图 8 蛋白质量分数对茶叶籽粕蛋白乳化特性的影响

Fig.8 Effect of protein concentration on emulsifying properties of tea seed meal proteins

由图8可知，随着蛋白质质量分数的增大，茶叶籽粕蛋白的乳化能力和乳化稳定性都呈上升趋势。这是由于蛋白质质量分数的增大，增加了界面膜的厚度，从而提高膜的强度，乳化性和乳化稳定性增加；碱法和酶法提取的茶叶籽粕蛋白的乳化能力和乳化稳定性总体稍优于大豆分离蛋白。

2.5 茶叶籽粕蛋白凝胶特性

2.5.1 茶叶籽粕蛋白最低凝胶点

由于食品体系大多为中性或偏酸性，本实验选择考察中性条件下蛋白质量分数对茶叶籽粕蛋白凝胶性的影响，确定茶叶籽粕蛋白的最低凝胶点实验结果见表1。

表 1 蛋白质量分数对茶叶籽粕蛋白凝胶性能的影响

Table 1 Effect of protein concentration on gel-forming capacity of tea seed meal proteins

注：＋. 可形成凝胶；±. 可形成凝胶但不能自持；－. 不能形成凝胶。

由表1可知，随着蛋白质量分数的提高，蛋白质形成自持凝胶的能力逐渐增强，大豆分离蛋白质量分数为12%时即可形成自持凝胶，酶法提取茶叶籽粕蛋白质量分数为15%、碱法提取茶叶籽粕蛋白质量分数为13%时可形成自持凝胶，大豆分离蛋白形成凝胶的能力更强。

2.5.2 茶叶籽粕蛋白凝胶特性

图 9 茶叶籽粕蛋白凝胶特性曲线

Fig.9 Texture properties of tea seed meal protein gels

脆度是指曲线上第一个明显破裂点处的力，硬度是指第一次压缩过程中的峰值力，黏性是指第一次压缩过程中负峰下的面积，代表将探头拔出样品所做的功[22]。由图9可得如下判断：ATSMP凝胶和SPI凝胶的脆度相当，但低于ETSMP凝胶的脆度；ETSMP凝胶和ATSMP凝胶的黏性和硬度相似，但低于SPI凝胶的黏性和硬度。

3 结 论

在相同条件下，酶法提取茶叶籽粕蛋白的溶解性优于碱法提取茶叶籽粕蛋白，与大豆分离蛋白溶解性接近。碱法提取茶叶籽粕蛋白吸水性略高于酶法提取茶叶籽粕蛋白，但低于大豆分离蛋白；而酶法提取茶叶籽粕蛋白吸油性则高于碱法提取茶叶籽粕蛋白，且优于大豆分离蛋白。

pH值、蛋白质量分数、NaCl浓度等外部环境因素对茶叶籽粕蛋白乳化能力和乳化稳定性、起泡性及泡沫稳定性具有不同程度的影响。酶法提取茶叶籽粕蛋白的乳化能力和乳化稳定性稍优于碱法提取茶叶籽粕蛋白；与碱法提取茶叶籽粕蛋白相比，酶法提取茶叶籽粕蛋白具有更好的起泡性但泡沫稳定性稍差；碱法和酶法提取的茶叶籽粕蛋白的乳化能力和乳化稳定性总体稍优于大豆分离蛋白，但其起泡性和泡沫稳定性则不及大豆分离蛋白。

碱法和酶法提取的茶叶籽粕蛋白形成自持凝胶所需的最低蛋白质量分数分别为13%、15%，ATSMP凝胶和SPI凝胶的脆度相当，但低于ETSMP凝胶的脆度；ETSMP凝胶和ATSMP凝胶的黏性和硬度相似，但低于SPI凝胶的黏性和硬度。

通过与大豆分离蛋白对比发现，碱法和酶法提取的茶叶籽粕蛋白具有较好的溶解性、持水性、凝胶特性、乳化能力和乳化稳定性，以及一定的起泡性和泡沫稳定性，可应用于食品加工等领域。

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