茶蛋白的提取方法及生物活性研究進展

王威威，昝麗霞，2，3，張文夷，孟 燁，關(guān)賽佳

（1.陜西理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中 723000；2.陜西省四主體一聯(lián)合茶產(chǎn)業(yè)校企聯(lián)合研究中心，陜西 漢中 723000；3.陜西理工大學(xué) 秦巴紅茶研究所，陜西 漢中 723000）

我國是茶葉生產(chǎn)與消費大國，2020 年我國茶葉產(chǎn)量為293×104t，同比增長6.9%，并且未來仍有增長趨勢[1]。據(jù)統(tǒng)計，我國在茶葉生產(chǎn)、加工及消費環(huán)節(jié)中，每年可產(chǎn)生50×104t以上的茶渣[2]。研究發(fā)現(xiàn)，茶渣的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、游離氨基酸、維生素和微量元素等[3]。茶蛋白在抗氧化、降血脂及預(yù)防輻射等方面具有積極的作用，并且具有良好的吸油性、乳化性和穩(wěn)定性，營養(yǎng)價值高，應(yīng)用范圍廣[4-6]。因此，茶蛋白在營養(yǎng)成分和功能活性方面都具有重要的研究意義。本文對茶蛋白的提取方法及生物活性進行綜述，旨在為茶蛋白的開發(fā)利用和茶資源高值化利用提供參考。

1 茶蛋白的組成類型

茶蛋白是一種天然的植物性蛋白，來源于山茶科山茶屬植物體，大多集中存在于植物細(xì)胞內(nèi)部[3]。茶蛋白中80%以上均為非水溶性的蛋白質(zhì)，水溶性蛋白質(zhì)僅占蛋白總量的1%～2%，根據(jù)蛋白組成的復(fù)雜程度，茶蛋白分為單純蛋白和結(jié)合蛋白兩類，單純蛋白主要包括谷蛋白、白蛋白和球蛋白。結(jié)合蛋白主要是由核蛋白、糖蛋白、脂蛋白和色蛋白組成[7]。

李娟等[8]使用氨基酸分析儀對茶蛋白的氨基酸組成進行了分析，結(jié)果表明，茶蛋白中含有16～18 種氨基酸，茶蛋白的總體氨基酸組成較豐富。茶蛋白的營養(yǎng)豐富，參考雞蛋蛋白所含有的氨基酸比例，茶蛋白的氨基酸評分高于大豆蛋白質(zhì)的氨基酸評分，稍低于牛奶和母乳蛋白質(zhì)的氨基酸評分[9]。王忠英[6]使用氨基酸分析儀測定比較了茶蛋白與大豆分離蛋白的功能特性，結(jié)果表明，茶蛋白的吸油性、乳化性及穩(wěn)定性較好，而吸水性、乳化性、發(fā)泡性較低。這與陸晨等[10]的結(jié)論一致，濃度對茶蛋白功能特性的影響極其有限，其原因可能是由于提取過程中部分變性所致。綜合來說，茶蛋白的功能特性拓寬了其在食品和日化等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

2 茶蛋白的提取方法

目前，對茶蛋白提取方法的研究比較成熟，茶蛋白常見的提取方法有堿提取法、蛋白酶提取法和堿酶復(fù)合提取法。本文對常見的3 種提取方法進行歸納概括，以期為相關(guān)研究人員和工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用提供依據(jù)。

2.1 堿提取法

茶蛋白中谷蛋白的含量在80%以上，谷蛋白中含有大量的疏水官能團和二硫鍵，兩者交聯(lián)而凝聚，導(dǎo)致其在水溶液中溶解度較低。利用堿液可以解離谷蛋白的官能團，破壞蛋白分子的二硫鍵這一特性，使用堿液可以提升谷蛋白的溶解性，從而提高谷蛋白的提取率[11-12]。提取時間、提取溫度、pH、料液比、茶葉粒徑等因素都會影響堿法提取茶蛋白的提取率[13]。王忠英[6]等采用堿法提取茶蛋白，通過正交試驗優(yōu)化提取條件，在0.10 mol/L 的NaOH 溶液中，液固比為40∶1 的條件下，40℃提取5 h，測得茶葉谷蛋白提取率可達到56.36%。倪君[14]等對茶葉中的谷蛋白進行提取，在溫度90℃，提取時間2 h，堿液濃度0.09 mol/L，1∶40 的固液比的最優(yōu)提取條件下，其谷蛋白得率為42.54%。陸晨[10]等比較分析了超聲輔助堿提和熱水浴堿提茶渣蛋白質(zhì)提取率的差異，結(jié)果表明，在料液質(zhì)量比為1∶27，堿液濃度0.35 mol/L 的溶液條件下，超聲頻率26 Hz、功率300 W、溫度54℃、超聲61 min，茶渣蛋白質(zhì)提取率為86.50%，與熱水浴堿提相比，提取率提高了37.2%。

目前，堿提取法仍然是工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的主要方法，該法提取率高，生產(chǎn)步驟簡便，但是該技術(shù)要求在高堿濃度下才能獲得較高的蛋白提取率，且生產(chǎn)廢水較多，環(huán)境負(fù)擔(dān)大。

2.2 蛋白酶提取法

根據(jù)酶的來源，工業(yè)提取中使用的蛋白酶可分為植物酶、微生物酶和消化酶三類。蛋白酶提取茶蛋白是利用蛋白酶對蛋白質(zhì)肽鏈的降解能力，斷裂肽鏈，使其相對分子質(zhì)量變小，改變其蛋白結(jié)構(gòu)，蛋白酶同時能水解與蛋白相連的其他物質(zhì)，來達到提高蛋白質(zhì)的溶出率的目的[15-16]。

酶法水解分為單酶提取、雙酶分步提取和雙酶復(fù)合提取法[17]。李圓圓[13]等使用雙酶分步法提取茶蛋白，首先，使用纖維素酶（1.5%）和果膠酶（2.5%）組成的復(fù)合酶，在液固比為25∶1，50℃下提取2 h；其次使用2.5%堿性蛋白酶，在pH9.5，60℃下提取1.5 h，最終茶蛋白的提取率為63.97%，相較以存在的提取率顯著提高33.94%。譚曉妍[18]等使用堿性電解水耦合堿性蛋白酶提取茶蛋白，結(jié)果表明，當(dāng)堿性蛋白酶添加量為2 500 IU/g，酶解pH 為9，酶解時間32 h 時，茶渣蛋白提取率為83%，較單一堿性電解水提取提高34.7%。沈蓮清[19]等使用單酶提取法、分步提取法和復(fù)合提取法提取茶蛋白，結(jié)果顯示，單酶提取中堿性蛋白酶的提取效果最好，在酶加量4%，液固比35∶1下，提取4 h，提取率最高為34.20%。通過正交試驗優(yōu)化雙酶分步提取茶蛋白的方法，在最佳提取方法，酶加量4%，pH8.0，60℃時，茶蛋白的提取率為47.76%。研究表明，茶蛋白經(jīng)酶解改性，不僅其溶解性、乳化性和穩(wěn)定性得到改善，且會產(chǎn)生具有多種生物活性的小分子肽[20]。因此，蛋白酶提取法拓寬了茶蛋白的應(yīng)用領(lǐng)域，提升了茶蛋白的營養(yǎng)價值。

酶法提取茶蛋白具有專一性強、提取率高、便于控制反應(yīng)等優(yōu)點，但酶法較堿法提取成本高，工業(yè)化生產(chǎn)中要結(jié)合產(chǎn)品價格和生產(chǎn)效益綜合考慮。

2.3 堿酶復(fù)合法

復(fù)合法是將酶法與堿法結(jié)合起來發(fā)揮協(xié)同作用的一種方法，即先用堿法對茶蛋白進行提取，再用酶法方法對茶蛋白提取[21]。鄒小明[22]等分別采用堿提取法、堿酶復(fù)合法、蛋白酶提取法探究茶蛋白的最優(yōu)提取方案，結(jié)果表明，堿酶復(fù)合法的提取效果最好，蛋白質(zhì)提取率為81.83%，提取率分別比堿提取法和蛋白酶提取法高25.83%和70.58%，復(fù)合法的最優(yōu)提取工藝為堿液pH 為12，溫度75℃，時間50 min，固液比1∶40，酶提pH 為9，溫度30℃，時間60 min，酶用量1 500 U/g。靳偉剛[20]使用纖維素酶和半纖維素酶混合的復(fù)合酶對茶渣進行酶解破壁處理，破壁溫度為50℃，2 h，再使用0.10 mol/L的氫氧化鈉溶液，50℃提取2 h，提取率達到85.34%，蛋白純度為82.4%，與堿提取法和蛋白酶提取法相比，提取率顯著增加。

堿酶復(fù)合法提取茶蛋白具有提取率高，提取時間短的優(yōu)點，但復(fù)合酶種類及提取條件的選擇需經(jīng)小試中試試驗，確定技術(shù)參數(shù)，對技術(shù)要求較高。

3 茶蛋白的生物活性

茶蛋白具有抗氧化、降血糖、降血脂、抗輻射突變等生物活性，可作為抗氧化劑、降血糖藥物、保健產(chǎn)品等廣泛使用[4-5]。因此，從茶渣中提取具有生物活性的蛋白會為茶資源的開發(fā)利用帶來廣闊的應(yīng)用前景。

3.1 抗氧化活性

周慧[23]等通過體外抗氧化試驗，表明茶蛋白對DPPH 自由基和羥基自由基均具有顯著的清除能力，且清除能力與分子量呈弱相關(guān)。李永富[24]等制備并分離純化茶蛋白，結(jié)果表明，具有抗氧化活性的蛋白主要集中在2 700～36 500 Da，其對DPPH 自由基清除率為59.32%，對羥自由基清除率為55.43%。華煒[25]等通過建立老齡小鼠模型檢驗抗氧化活性，結(jié)果顯示，茶蛋白能顯著降低老齡小鼠血液中MDA 含量，明顯提升血液中的SOD 含量，證實茶蛋白能減輕生物體的氧化反應(yīng)，具有延緩衰老的抗氧化作用。靳偉剛[20]等對茶蛋白的抗氧化活性進行了探究，結(jié)果表明，茶蛋白對羥自由基、超氧陰離子自由基和DPPH 自由基的清除率分別為99%、100%和97%，顯著高于維生素C。茶蛋白的抗氧化活性主要與其肽段氨基酸序列組成有關(guān)，其主要原理是通過抑制生物大分子過氧化或清除體內(nèi)羥基自由基和超氧陰離子自由基等自由基產(chǎn)物而實現(xiàn)抗氧化功能[26-27]。

3.2 降血糖活性

蘇可盈[28]等利用高血糖小鼠模型對茶蛋白進行了降血糖活性研究，結(jié)果表明，茶蛋白能抑制高血糖小鼠的體質(zhì)量，且使高血糖小鼠的空腹血糖含量顯著降低，對正常小鼠的空腹血糖含量無顯著影響，證明了茶蛋白的攝入對高血糖小鼠和正常小鼠的糖耐量都有積極的調(diào)控作用。杜夢軻[16]等篩選出堿性蛋白酶和中性蛋白酶對茶蛋白進行酶解，結(jié)果表明，堿性蛋白酶的酶解產(chǎn)物降血糖作用比中性蛋白酶的酶解產(chǎn)物強，使用活性追蹤鑒定發(fā)現(xiàn)，相對分子質(zhì)量小于1 kDa的組分降血糖能力最強，高達93.29%。

3.3 抗突變

李燕[29]等采用Ames 試驗、V79 細(xì)胞染色體畸變試驗、倉鼠嗜多染紅細(xì)胞（PCE）微核試驗和顯性致死試驗證明，茶蛋白具有抗輻射對沙門氏菌的誘變作用，顯著降低倉鼠肺細(xì)胞的染色體畸變數(shù)，使小鼠PCE 微核數(shù)明顯減少，結(jié)論證明茶蛋白具有抗突變作用，其作用機理可能與其抗氧化作用有關(guān)。李春方[30]等通過建立腹水瘤小鼠模型對富硒茶各主要成分的抗腫瘤活性進行了研究，結(jié)果表明，富硒茶的茶多酚、茶多糖、茶蛋白均具有抗腫瘤活性，富硒茶蛋白高劑量組（30 g/L）的腫瘤抑制率為61.82%，比陽性對照環(huán)磷酰胺的腫瘤抑制率高6.5%。

4 結(jié)語

茶蛋白營養(yǎng)豐富、氨基酸組成合理，具有抗氧化、降血糖、抗輻射突變等多種生物活性。酶法是目前最有效的水解茶蛋白的方法，因其過程易控、特異性強、反應(yīng)速度快等優(yōu)點，越來越受到工業(yè)生產(chǎn)的重視，在大范圍工業(yè)化應(yīng)用中具有巨大的潛力，蛋白質(zhì)水解后的小分子多肽更易為腸道吸收，提升了蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值和保健功能，在醫(yī)藥、食品、化工、農(nóng)業(yè)及環(huán)保等方面均有廣闊的應(yīng)用前景。