CN110028548B

CN110028548B - 一种超声波辅助离子液体微乳萃取茶渣蛋白的工艺方法

Info

Publication number: CN110028548B
Application number: CN201910176935.8A
Authority: CN
Inventors: 解新安; 王南南; 文静; 李雁; 李璐
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: CN110028548A

Abstract

本发明涉及茶加工技术领域，公开了一种超声波辅助离子液体微乳萃取茶渣蛋白的工艺方法，以废弃茶渣为原料，在离子液体浓度为0.10～0.50mg/mL，茶渣粗蛋白添加量为0.10～0.30g/mL，超声波萃取功率为200～400W，超声波提取时间为20～100min，萃取温度为25～65℃的条件下提取茶渣蛋白。利用本技术的方法，在纯度为80.54～86.27％范围内，茶渣蛋白提取率最高值可达59.33％。所述方法采用超声波辅助离子液体微乳萃取茶蛋白，与碱法、酶法制备的茶蛋白比较分析，超声波辅助离子液体微乳法不仅具有成本低、可连续操作等优点，而且反应条件温和，其特有的“水池”结构对活性物质具有一定的保护作用，可减少蛋白质活性损失。

Description

一种超声波辅助离子液体微乳萃取茶渣蛋白的工艺方法

技术领域

本发明涉及茶加工技术领域，更具体地，涉及一种超声波辅助离子液体微乳萃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，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。碱溶酸沉法提取茶蛋白具有成本低和提取率高的优点，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，但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。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。

为寻求一种高效节能的茶蛋白提取新工艺，发明人经过反复实验研究，得到一种超声波辅助离子液体微乳萃取茶渣蛋白的工艺方法。

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，主要是针对茶蛋白提取效率低、提取时间长、易导致蛋白质功能特性发生改变等问题，以离子液体微乳液为溶剂，采用超声波萃取茶渣蛋白的工艺方法萃取茶蛋白，获得最佳的茶蛋白提取工艺条件。所述方法采用超声波辅助BmimPF₆/Tween80/乙醇/水离子液体微乳法萃取茶蛋白，由于离子液体微乳中“水池”的保护作用，蛋白质失活或变性程度很小，具有处理量大、可连续操作和蛋白质活性损失低等特点；作为一类环境友好的新型绿色溶剂，离子液体具有热稳定性良好、溶解能力强、不挥发和不易燃等特性，采用BmimPF₆/Tween80/乙醇/水型离子液体微乳，不仅可有效减少有机溶剂的使用，有利于保持目标组分的生物活性，同时可消除有机溶剂带来的环境污染及对操作人员的危害；此外，超声萃取对溶剂和目标萃取物的性质(如极性)影响小，可供选择的萃取剂种类多，目标萃取物范围广泛，且无需加热或加热温度低，萃取时间短，能够降低能耗，是一种高效节能的提取新工艺，为实际生产提供理论依据。

微乳萃取蛋白质具有选择性高、且能保持其活性等优点，同时还能避免传统提取过程中浪费蛋白质和污染环境的弊端。

本发明的目的是提供一种利用超声波辅助离子液体微乳萃取茶蛋白的工艺方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种超声波辅助离子液体微乳萃取茶渣蛋白的工艺方法，包括如下步骤：

S1：原料前处理：将废弃茶渣浸提后粉碎并过筛，得到不同粒径范围内的茶渣粉末；

S2：制备茶渣粗蛋白：将茶渣粉末与碱液混合均匀，进行提取反应，待反应完成后进行离心，将所得上清液进行脱色、沉淀，再次离心获得下层沉淀，经过冷冻干燥后获得茶渣粗蛋白；

S3：制备离子液体微乳液：以离子液体BmimPF6作为主体，以蒸馏水作为核，同时用表面活性剂和助表面活性剂作为混合界面膜，构成离子液体/表面活性剂/水型离子液体微乳液；具体是称取表面活性剂和助表面活性剂进行复配，然后加入具有一定离子强度的离子液体BmimPF6，在磁力搅拌器作用下分散半小时，边搅拌边滴入蒸馏水直至澄清透明，得到离子液体微乳液。

S4：向步骤S3中制备的离子液体微乳液中添加茶渣粗蛋白，混合均匀，进行超声波萃取；

S5：冷却后，进行离心，上清液即为茶渣蛋白液。

优选地，步骤S3中，按照质量比，表面活性剂：助表面活性剂＝8:2。

优选地，步骤S1所述浸提是将废弃茶渣按料液比1:35～1:50(w/v)加入到热水中，80～100℃水浴搅拌浸提15～20min。

优选地，步骤S1所述废弃茶渣为至少一类茶渣的混合物，粉碎至粒度40～100目。

优选地，步骤S2所述碱液是氢氧化钠溶液，浓度为0.35mol/L。

优选地，步骤S2所述茶渣粉末与碱液按料液比1:20～1:40(w/v)混合，所述离心的转速为2000～4000r/min，时间为15～25min。

优选地，步骤S3所述BmimPF6浓度为0.10～0.50mg/mL。

优选地，步骤S3所述表面活性剂为Tween80，所述助表面活性剂为无水乙醇。

优选地，步骤S4所述茶渣粗蛋白添加量为0.10～0.30g/mL，所述超声波萃取的功率为200～400W，时间为20～100min，温度为25～65℃。

优选地，步骤S5所述离心的转速为2000～4000r/min，时间为15～25min。

本发明所公开的工艺方法，是以废弃茶渣为原料，利用碱法粗提茶渣粉末，得到茶渣粗蛋白，在离子液体浓度为0.10～0.50mg/mL、茶渣粗蛋白添加量为0.10～0.30g/mL、超声功率为200～400W、超声时间为20～100min、萃取温度为25～65℃的条件下利用离子液体微乳萃取茶蛋白。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明将超声辅助离子液体微乳应用于茶蛋白的提取，所述方法采用超声辅助BmimPF₆/Tween80/乙醇/水离子液体微乳萃取茶蛋白，不仅可有效减少有机溶剂的使用，有利于保持目标组分的生物活性，同时可消除有机溶剂带来的环境污染及对操作人员的危害；

(2)离子液体微乳是表面活性剂在非极性有机溶剂中自发形成的具有热力学稳定性的纳米级聚集体，其内部形成一个极性核即“水池”。由于周围水层和极性头的保护，蛋白质失活或变性程度很小，具有处理量大、可连续操作和蛋白质活性损失低等特点；

(3)超声辅助萃取可显著缩短萃取时间、萃取充分、操作便捷，无需加热或加热温度低，是一种高效节能的提取新工艺；

(4)本发明所公开的工艺技术在乳化性、乳化稳定性及发泡性等均优于碱法和酶法，在吸油性、持水力及泡沫稳定性方面与碱法和酶法差异不大，可较好的保持茶蛋白的功能特性；

(5)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：为离子液体添加量对茶蛋白萃取率的影响曲线图

图2：为茶粗蛋白添加量对茶蛋白萃取率的影响曲线图

图3：为超声功率对茶蛋白萃取率的影响曲线图

图4：为超声时间对茶蛋白萃取率的影响曲线图

图5：为萃取温度对茶蛋白萃取率的影响曲线图

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，本发明所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超声波辅助离子液体微乳萃取茶蛋白的工艺方法

S1.将废弃茶渣浸提后粉碎至粒度40～100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1:20～1:40(w/v)的比例，氢氧化钠浓度为0.35mol/L，将二者混合均匀，进行提取反应，反应完全后2000～4000r/min条件下离心15～25min，所得上清液脱色、沉淀，再次离心取下层沉淀冷冻干燥，得茶渣粗蛋白；

S3.制备离子液体微乳液：按质量比8:2称取的表面活性剂Tween80和助表面活性剂无水乙醇进行复配，然后加入具有一定离子强度的BmimPF₆溶液，在磁力搅拌器作用下分散半小时，边搅拌边滴入蒸馏水直至澄清透明，得到离子液体微乳液；

S4.超声萃取：向步骤S3所制得的离子液体微乳液中添加茶渣粗蛋白，茶渣粗蛋白添加量为0.10～0.30g/mL，混合均匀，在超声功率为200～400W、超声萃取时间20～100min、萃取温度25～65℃条件下进行萃取反应；

S5.冷却后，在2000～4000r/min条件下离心15～25min，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GB 5009.5-2010凯氏定氮法，计算蛋白质含量。

其中，步骤S1所述浸提是将废弃茶渣按料液比1:50(w/v)加入到事先加热的蒸馏水中，100℃水浴搅拌浸提15～20min，重复浸提2次。

步骤S3中BmimPF₆离子液体浓度为0.10～0.50mg/mL。

按照如上方法，茶渣蛋白提取率最高可达59.33％，纯度可达80.54～86.27％。

实施例2离子液体添加量对茶蛋白萃取率的影响

组1-组5实施方式同实施例1，不同之处在于步骤S3中离子液体浓度，组1-组5不同离子液体浓度下的茶蛋白萃取率如表1和图1所示。

表1离子液体浓度对茶蛋白萃取率的影响

组别	组1	组2	组3	组4	组5
						离子液体浓度/mg/mL	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
蛋白质萃取率/％	52.01	55.53	50.08	47.83	46.91

由表1和图1可以看出，随离子液体浓度的增加，茶蛋白萃取率呈现先增加后减少的趋势，离子液体BmimPF₆浓度为0.2mg/mL时(组2)，茶蛋白有最大萃取率为55.53％。其原因可能是，离子液体浓度过低时，形成的离子液体微乳“水池”过小，萃取的茶蛋白大多为小分子蛋白，茶蛋白萃取率也较低。当离子液体浓度逐渐增大时，离子液体微乳体系粘度逐渐增大，导致茶蛋白萃取率降低。

实施例3茶粗蛋白添加量对茶蛋白萃取率的影响

组6-组10实施方式同实施例1，不同之处在于步骤S4中茶粗蛋白添加量，组6-组10不同茶粗蛋白添加量下的茶蛋白萃取率如表2和图2所示。

表2茶粗蛋白添加量对茶蛋白萃取率的影响

组别	组6	组7	组8	组9	组10
						茶粗蛋白添加量/g/mL	0.10	0.15	0.20	0.25	0.30
蛋白质萃取率/％	55.75	50.23	44.92	43.58	35.76

由表2和图2可以看出，随茶渣粗蛋白浓度由0.10g/mL到0.30g/mL逐渐增加，萃取率呈逐渐降低的趋势，即离子液体微乳体系萃取蛋白质的萃取率均随着茶渣粗蛋白浓度的增加而逐渐下降。

实施例4超声功率对茶蛋白萃取的影响

组11-组15实施方式同实施例1，不同之处在于步骤S4中超声功率，组11-组15不同超声功率下的茶蛋白萃取率如表3和图3所示。

表3超声功率对茶蛋白萃取率的影响

组别	组11	组12	组13	组14	组15
						超声功率/W	200	250	300	350	400
蛋白质萃取率/％	45.10	50.98	53.08	52.63	50.87

由表3和图3可以看出，随着超声波功率的增大，蛋白提取率均呈现先增大后减小的趋势，在超声功率300W时(组13)，茶蛋白有最大萃取率53.08％。原因可能是超声波可以为蛋白质的萃取提供一定的推动力，但当功率小于此范围时，作用力不够，萃取不充分；当功率大于此范围时，作用力过大，促使其他物质溶出，反而阻碍了蛋白质的萃取。

实施例5超声时间对茶蛋白萃取率的影响

组16-组20实施方式同实施例1，不同之处在于步骤S4中超声时间，组16-组20不同超声时间下的茶蛋白萃取率如表4和图4所示。

表4超声时间对茶蛋白萃取率的影响

组别	组16	组17	组18	组19	组20
						超声时间/min	20	40	60	80	100
蛋白质萃取率/％	43.51	50.94	54.36	54.86	53.96

由表4和图4可以看出，随着超声时间的增加，茶蛋白萃取率呈现增长趋势，在超声时间60min时(组18)，蛋白质萃取率达到54.36％，随着超声时间的增加，蛋白质萃取率增加不明显。

实施例6萃取温度对茶蛋白萃取率的影响

组21-组25实施方式同实施例1，不同之处在于步骤S4中萃取温度，组21-组25不同萃取温度下的茶蛋白萃取率如表5和图5所示。

表5萃取温度对茶蛋白萃取率的影响

组别	组21	组22	组23	组24	组25
						萃取温度/℃	25	35	45	55	65
蛋白质萃取率/％	43.51	52.28	55.36	53.26	52.61

由表5和图5可以看出，温度在35～55℃时，萃取率最高。低于此温度，随着温度的上升，分子运动加快，在超声波的作用下传质速率上升，反胶束被破坏的程度加大，相互作用增强；同时离子液体微乳“水池”聚集数增多，加溶蛋白质的量加大，提高萃取率。高于此温度，萃取时的蒸汽压随温度的升高而上升，表面活性剂和水的亲和力减小，“水池”直径减小，导致水含量降低，性质不稳定，不利于提取；同时高温也能导致蛋白质变性，降低提取率。

Claims

1.一种超声波辅助离子液体微乳萃取茶渣蛋白的工艺方法，包括如下步骤：

S3：制备离子液体微乳液：以离子液体BmimPF6作为主体，以蒸馏水作为核，同时用表面活性剂和助表面活性剂作为混合界面膜，构成离子液体/表面活性剂/水型离子液体微乳液；具体是称取表面活性剂和助表面活性剂进行复配，然后加入具有一定离子强度的离子液体BmimPF6，在磁力搅拌器作用下分散半小时，边搅拌边滴入蒸馏水直至澄清透明，得到离子液体微乳液；

按照质量比，表面活性剂：助表面活性剂＝8:2；所述BmimPF6浓度为0.10～0.50mg/mL；所述表面活性剂为Tween80，所述助表面活性剂为无水乙醇；

S5：冷却后，进行离心，上清液即为茶渣蛋白液。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1所述浸提是将废弃茶渣按料液比1:35～1:50加入到热水中，80～100℃水浴搅拌浸提15～20min。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1所述废弃茶渣为至少一类茶渣的混合物，粉碎至粒度40～100目。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2所述碱液是氢氧化钠溶液，浓度为0.35mol/L。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2所述茶渣粉末与碱液按料液比1:20～1:40混合，所述离心的转速为2000～4000r/min，时间为15～25min。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S4所述茶渣粗蛋白添加量为0.10～0.30g/mL，所述超声波萃取的功率为200～400W，时间为20～100min，温度为25～65℃。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S5所述离心的转速为2000～4000r/min，时间为15～25min。