CN105777860A - 一种微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，以废弃茶渣为原料，在微波提取功率为490～770W、微波提取时间为3～7min、碱液浓度为0.3～0.5mol/L、料液比为1：10～1：35（w/v）的条件下提取茶渣蛋白。利用本发明的方法，在纯度为 80.58～86.26%范围内，茶渣蛋白提取率最高值可达89.01%。所述方法采用微波辅助碱法提取茶渣蛋白，微波加热速度快、提取时间短、操作便捷，能保持原有营养成分等，是一种高效节能的茶渣蛋白提取新工艺，而且为废弃茶渣的回收利用提供了一种很好的途径和方法。

Description

一种微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法

技术领域

本发明属于茶加工技术领域。更具体地，涉及一种微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法。

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0.12mol/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0.3mol/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、pH6.0、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℃，pH9.5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50min、固液比1:40（w/v），再次酶提的pH值9、温度30℃、时间60min、酶用量1500U/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渣蛋白提取技术的缺陷和不足，主要是针对提取效率低、提取时间长、易导致蛋白质营养特性发生改变等问题，采用微波辅助提取茶蛋白，获得最佳的蛋白提取工艺条件，，所述方法采用微波辅助碱法提取制备茶蛋白，微波加热速度快、提取时间短、操作便捷，能保持原有营养成分等，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微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，是以废弃茶渣为原料，在微波提取功率为490～770W、微波提取时间为3～7min、碱液浓度为0.3～0.5mol/L、料液比为1：10～1：35（w/v）的条件下提取茶渣蛋白。

具体优选地，上述微波辅助提取茶渣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，将二者混合均匀，在微波条件下进行提取反应，所述微波功率为490～770W、微波提取时间为3～7min；

S3.冷却后，在3500～4000r/min条件下离心15～20min，上清液即为茶渣蛋白液。

其中，优选地，步骤S1所述废弃茶渣可为一类或至少两类茶渣的混合物。

优选地，步骤S1所述浸提是将茶渣按料液比1：35～50（w/v）加入到事先加热的蒸馏水中，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）加入到事先加热至沸腾状态的蒸馏水中，100℃水浴搅拌浸提20min。

更优选地，步骤S1所述浸提一共重复浸提3次）。茶渣的前处理比较简单，只需热水浸提三次即可。

优选地，步骤S2所述氢氧化钠溶液的浓度为0.3～0.5mol/L。

优选地，步骤S2所述氢氧化钠溶液的浓度为0.4mol/L。

优选地，步骤S2所述料液比为1：20～1：30（w/v）。

更优选地，步骤S2所述料液比为1：20（w/v）。

优选地，步骤S2所述微波功率为630W、微波提取时间为5min。

优选地，步骤S3所述离心是4000r/min条件下离心15min。

本发明提出的微波辅助提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。微波辅助提取技术，利用微波能加热与茶渣相接触的溶剂，将所需蛋白质从茶渣中分离出来并进入溶剂，是在传统提取工艺的基础上强化传热、传质的一个过程。极性较大的分子可以获得较多的微波能，析出速度较快，析出的量也较大，从而提高产品的纯度，改善产品质量。

本发明具有以下有益效果：

本发明首次将微波辅助应用于茶渣蛋白的提取，所述方法采用微波辅助碱法提取制备茶渣蛋白，微波加热速度快、提取时间短、操作便捷，能保持原有营养成分，是一种高效节能的提取新工艺，在此工艺条件下，茶渣蛋白提取率可达82.37～89.01%，纯度可达80.58～86.26%。

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为微波提取功率对茶蛋白提取率的影响。

图2为微波提取时间对茶蛋白提取率的影响。

图3为碱液浓度对茶蛋白提取率的影响。

图4为茶渣粉末与碱液的料液比对茶蛋白提取率的影响。

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微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法

1、微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，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，将二者混合均匀，在微波条件下进行提取反应，所述微波功率为490～770W、微波提取时间为3～7min；

S3.冷却后，在3500～4000r/min条件下离心15～20min，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GB5009.5-2010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（共浸提3次）。

2、按照如上方法，茶渣蛋白提取率可达82.37～89.01%，纯度可达80.58～86.26%。

实施例2微波提取功率对茶蛋白提取率的影响

1、将茶渣按料液比1：40（w/v）加入到事先加热至沸腾状态的蒸馏水中，100℃水浴搅拌浸提20min后过滤，同法再浸提两次，粉碎至粒度40～80目，得到茶粉备用。

在碱液浓度0.3mol/L、料液比1:20（w/v）、微波提取时间5min，微波功率分别为210、350、490、630和770W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。取按试验要求配制的碱溶液置于锥型瓶中，加入一定量的茶粉，在一定微波功率下微波一定的时间，然后3500～4000r/min离心分离15～20min。

萃取体系分为两层，上层为蛋白质提取液，下层为残渣，除去残渣，留取上层液备用。

2、不同微波提取功率下的茶蛋白提取率如表1和附图1所示。

表1微波提取功率对茶蛋白提取率的影响

微波提取功率/W210350490630770

蛋白质提取率/%47.4353.9868.6180.5465.66

由表1和图1可以看出，随着微波功率的增大，蛋茶渣蛋白提取率出现先增大后减小的趋势，在微波功率为630W时，蛋白质提取率达到最大值80.54%。微波功率继续增加时，蛋白质提取率开始下降，这是由于微波功率过大易造成温度过高使茶渣蛋白分解，导致提取率降低。因此，当微波提取功率在490～770W时，茶渣蛋白的提取率较大，最优选为630W。

实施例3微波提取时间对茶蛋白提取率的影响

1、实验方法同实施例2，唯一不同之处在于单变量为微波提取时间，考察了微波提取时间为3、4、5、6、7min条件下茶渣蛋白的提取率。

2、结果如附图2所示。随着微波提取时间的延长，蛋白提取率呈现一直增大的趋势，在微波提取时间为6min时，蛋白质提取率达到最大79.78%，再之后，茶渣蛋白提取率升高不明显。

实施例4碱液浓度对茶蛋白提取率的影响

1、将茶渣按料液比1：40（w/v）加入到事先加热至沸腾状态的蒸馏水中，100℃水浴搅拌浸提20min后过滤，同法再浸提两次，粉碎至粒度40～80目，得到茶粉备用。取按试验要求配制的碱溶液置于锥型瓶中，加入一定量的茶粉，在一定微波功率下微波一定的时间，然后3500～4000r/min离心分离15～20min。萃取体系分为两层，上层为蛋白质提取液，下层为残渣，除去残渣，留取上层液备用。

在微波提取功率490W、微波提取时间5min、料液比1：20（w/v）、碱液浓度分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mol/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。

2、不同微波提取功率下的茶蛋白提取率如表2和附图3所示。

表2碱液浓度对茶蛋白提取率的影响

碱液浓度/mol/L0.10.20.30.40.5

蛋白质提取率/%45.1264.1671.8981.3268.96

在碱液浓度0.1～0.4mol/L范围内，茶渣蛋白的提取率随碱液浓度的升高而增加，碱液浓度为0.4mol/L时提取率达到最高，为81.32%。当碱液浓度达0.4mol/L以后，随着碱液溶度的增加，茶蛋白提取率逐渐下降，而且提取液粘度增加，不利于后续的离心分离过程。另外，高浓度碱液可能会引起脱氨、脱羧反应，对茶蛋白的理化性质造成不良影响，因此，当碱液浓度在0.3～0.5mol/L时，茶蛋白的提取率较大，最优选为0.4mol/L。

实施例5茶渣粉末与碱液的料液比对茶渣蛋白提取率的影响

1、实验方法同实施例4，唯一不同之处在于单变量为茶渣粉末与碱液的料液比，考察了茶渣粉末与碱液的料液比为1：15、1：20、1：25、1：30、1：35条件下茶渣蛋白的提取率。

2、结果如附图4所示。在料液比为1:15～1:25（w/v）的范围内，茶渣蛋白的提取率随料液比的增加而增加，在料液比为1:25（w/v）时，茶渣蛋白的提取率达到最大值78.01%。但当料液比大于1:25（w/v）后，茶渣蛋白提取率呈缓慢下降的趋势。

实施例6前处理的作用

1、本发明经过大量的研究和探索，得出了与微波辅助碱提方法最能协调适宜、且最简单的茶渣前处理方法。而且，该前处理方法的作用也是至关重要的。

2、按照上述实施例筛选的最佳工艺条件，对茶渣进行蛋白提取，实验分为两组。

（1）实验组：即为本发明的最佳方法，包括茶渣的前处理过程：将茶渣按料液比1：40（w/v）加入到事先加热至沸腾状态的蒸馏水中，100℃水浴搅拌浸提20min后过滤，同法再浸提两次，粉碎至粒度40～80目，得到茶粉进行下一提取步骤。

（2）对比组1：茶渣不经过前处理，直接进行粉碎至粒度40～80目，得到茶粉进行下一提取步骤。

（3）对比组2：将茶渣分别经体积比浓度为0.02%EDTA-2Na水溶液，和体积比浓度为60%乙醇溶液洗涤，去除原料中的灰尘、金属离子和部分酚类物质，沥干后干燥，粉碎至粒度40~80目，得到茶粉进行下一步提取步骤。

3、结果显示，实验组、对比组1和对比组2的茶渣蛋白提取率分别为89.01%、60.21%、72.43%，茶蛋白提取率显著高于对比组1和2。

Claims (10)

1.一种微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，以废弃茶渣为原料，在微波提取功率为490～770W、微波提取时间为3～7min、碱液浓度为0.3～0.5mol/L、料液比为1：10～1：35（w/v）的条件下提取茶渣蛋白。

2.根据权利要求1所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，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的比例，将二者混合均匀，在微波条件下进行提取反应，所述微波功率为490～770W、微波提取时间为3～7min；

S3.冷却后，3500～4000r/min离心15～20min，上清液即为茶渣蛋白液。

3.根据权利要求2所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，步骤S1所述废弃茶渣可为一类或至少两类茶渣的混合物。

4.根据权利要求2所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，步骤S1所述浸提是将茶渣按料液比1：35～50加入到事先加热的蒸馏水中，80～100℃水浴搅拌浸提15～25min。

5.根据权利要求4所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，步骤S1所述浸提是将茶渣按料液比1：40加入到事先加热至沸腾状态的蒸馏水中，100℃水浴搅拌浸提20min，再重复浸提2次。

6.根据权利要求2所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，步骤S2所述氢氧化钠溶液的浓度为0.3～0.5mol/L。

7.根据权利要求6所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，步骤S2所述氢氧化钠溶液的浓度为0.4mol/L。

8.根据权利要求2所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，步骤S2所述料液比为1：20～1：30。

9.根据权利要求2所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，步骤S2所述微波功率为630W、微波提取时间为5min。

10.根据权利要求2所述微波辅助提取茶渣蛋白的工艺方法，其特征在于，步骤S3所述离心是4000r/min条件下离心15min。