绿茶渣中膳食纤维提取工艺的研究
2011-01-13黄艳
黄 艳
（武夷学院 茶学与生物系，福建 武夷山 354300）
绿茶渣中膳食纤维提取工艺的研究
黄 艳
（武夷学院 茶学与生物系，福建 武夷山 354300）
本文以热水浸泡过的绿茶渣为原料，采用碱性提取法制备膳食纤维。利用正交试验设计确定绿茶渣中不溶性膳食纤维的最佳提取工艺，结果表明：绿茶渣中可溶性膳食纤维含量极少，没有提取的经济价值；不溶性膳食纤维的最佳提取工艺参数为：NaOH浓度为0.4mol/L、处理时间为60min、提取温度为50℃，此时提取率为34.64%。
绿茶；茶渣；膳食纤维；提取工艺
近年来随着人们生活水平大幅提高，饮食日趋精细，导致一些富贵病如糖尿病、高血压、动脉粥样硬化、肥胖、便秘以及严重威胁人类生命的肠道癌等疾病越来越普遍[1]，而这些现代“文明病”均与膳食纤维（Dietary fiber，DF）的摄入量有关。因此，膳食纤维被称为继淀粉、脂类、蛋白质、维生素、矿物质、水之后的人类所需的“第七大营养素”[2-3]。
膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收的而在人体大肠内能部分或全部发酵的可食用的植物性成分，即碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质[4]。近年来又将一些非细胞壁的化合物加入到膳食纤维的组成成分之中，包括抗性淀粉、美拉德反应的产物、来源于动物的甲壳素等。根据其溶解特性可分为水溶性膳食纤维（SDF）和水不溶性膳食纤维（IDF）两大类[5]，前者不被人体消化道酶所消化，可溶于温水、热水且其水溶液可被乙醇沉淀，如果胶、阿拉伯胶、半纤维素等；后者是指既不被人体消化道酶消化且不溶于热水，如木质素、纤维素、壳聚糖等。有研究表明，膳食纤维具有预防冠心病和高血压、促进肠道蠕动和吸水膨胀而防止便秘及预防结肠癌、清除外源有毒重金属等生理功效和作用[6]。
我省绿茶产量可观，中低档绿茶常用于提取功能性成分，提取之后便会产生大量茶渣，而茶渣中含有丰富的膳食纤维。若将绿茶渣中膳食纤维提取精制，可以进一步提高深加工产品的附加值及资源的利用率。因此，本文以绿茶渣为主要原料，采用碱处理，研究不同条件对不溶性膳食纤维提取率的影响，通过正交优化提取工艺，一方面为保健食品的生产提供优良原料，另一方面可为绿茶渣的加工再利用、减少环境污染提供理论依据。
1 试验材料
1.1 原料
绿茶，福建省天湖茶叶有限公司提供。
1.2 试剂
糖化酶 （固体酶），美国杰能科公司，比活力为2000U/g；木瓜蛋白酶（固体酶），天津利华酶制剂技术有限公司，比活力为50000U/g；石油醚 （沸程30℃～60℃），NaOH 溶液，HCl溶液，磷酸缓冲液（pH=8.2），95%无水乙醇（分析纯）。
1.3 主要仪器与设备
FW100型高速万能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；HH－4型数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司；BS124S电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；DHG－9123A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；S－3C型pH计，上海精密科学仪器有限公司；TDL－5低速台式大容量离心机，上海安亭科学仪器厂；VP30型真空抽滤泵，北京莱伯泰科仪器有限公司。
2 试验方法
2.1 绿茶渣中膳食纤维的制备工艺流程
新鲜绿茶→ 烘干→ 碾磨→ 过筛→ 热水浸泡→过滤后烘干茶渣去除脂类→NaOH溶液提取→去除蛋白及淀粉→ 真空抽滤→｛滤液浓缩→乙醇沉淀→离心过滤→取沉淀热风干燥→水溶性膳食纤维取其沉淀、洗涤至中性→热风干燥→水不溶性膳食纤维
2.2 具体操作要点
2.2.1 绿茶渣的制取
将新鲜绿茶烘干，烘干后经粉碎机碾磨成粉渣，细度要求过40目筛。再将茶渣粉用60℃热水浸泡30min以去除茶渣中多酚类化合物、氨基酸、咖啡碱及矿物质等水溶性成分，过滤后烘干茶渣，贮存备用。
2.2.2 脂类的去除[7]
茶叶中的脂类物质包括脂肪、磷脂等，含量占干物质总量的8%左右，其中脂肪含量约为2%～3%，本实验采用25mL石油醚浸泡以除去脂类物质。
2.2.3 碱处理
碱处理的目的是为了让细胞破碎，从而使蛋白质、多糖等从细胞中溢出，同时可调节溶液pH值，便于蛋白酶的酶解。
2.2.4 蛋白质及淀粉的去除
用NaOH调节pH至7.5，加入 100μL蛋白酶溶液，除去蛋白质，再调pH值为4左右，加100μL糖化酶溶液除去淀粉等多糖[8]。
2.2.5 滤液浓缩
将滤液减压浓缩至原体积的1/3，备用。
2.2.6 乙醇沉淀
用4倍于浓缩滤液体积的无水乙醇处理滤液，静置于4℃冰箱中，使膳食纤维充分析出。
2.2.7 水溶性膳食纤维的制取
将醇沉后的溶液离心后，去除上清液，将沉淀经50℃热风干燥后即获得水溶性膳食纤维。
2.2.8 水不溶性膳食纤维的制取[9]
将绿茶渣去除蛋白及淀粉后，弃去上清液，过滤所得的残渣用温水洗涤至中性，经50℃热风干燥即可得水溶性膳食纤维。
2.3 试验设计
由于本试验主要是采用碱处理来提取不溶性膳食纤维，而不溶性膳食纤维提取之后的酶处理可以算作样品处理的一部分，考虑到酶处理过程比较复杂，操作不方便而且成本比较高，如果作为单因素试验因素，实际操作比较困难，所以只选取NaOH的浓度、处理时间、处理温度作为试验因素，分别进行单因素试验，选择最优方案，并进行正交试验来确定最终的最佳提取条件。
2.3.1 单因素试验
（1）NaOH的浓度对膳食纤维提取率的影响
称取1g预处理后的绿茶粉渣各5份，分别加入不同浓度（0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5 mol/L）的 NaOH 溶液 10mL，均在 50℃下处理 60min，根据膳食纤维制备工艺获取可溶及不溶膳食纤维并计算其得率。
（2）处理时间对膳食纤维提取率的影响
称取1g预处理后的绿茶粉渣各5份，分别加入浓度为0.4 mol/L的NaOH溶液10mL，在50℃下分别处理 30 min、45 min、60 min、75 min、90 min，根据膳食纤维制备工艺获取可溶及不溶膳食纤维并计算其得率。
（3）处理温度对膳食纤维提取率的影响
称取1g预处理后的绿茶粉渣各5份，分别加入浓度为 0.4 mol/L的 NaOH10mL，分别置于 30℃、40℃、50℃、60℃、70℃下处理 60min，根据膳食纤维制备工艺获取可溶及不溶膳食纤维并计算其得率。
2.3.2 正交试验
在单因素试验基础上，采用L9（34）设计进行三因素三水平正交试验，以期获得绿茶渣中膳食纤维提取的最佳工艺组合。
2.4 数据分析
应用DPS软件进行数据分析。
3 结果与讨论
3.1 不同处理条件对可溶性膳食纤维提取率的影响
实验结果显示，浸泡过的绿茶渣中可溶性膳食纤维含量极少，难以计量，无提取经济价值，因而本文不对可溶性膳食纤维提取率进行分析。
3.2 不同处理条件处理对不溶性膳食纤维提取率的影响
3.2.1 NaOH浓度对不溶性膳食纤维提取率的影响
图1 NaOH浓度对不溶性膳食纤维提取率的影响Fig.1 Effect of the NaOH concentration on the extraction rate of the insoluble dietary fiber
由图1可以看出，绿茶渣中不溶性膳食纤维的提取率随着NaOH浓度的升高而增加，当NaOH浓度为0.4mol/L时，出现了一个峰值，而后又急剧下降。这是因为当NaOH浓度太低时，不能使半纤维素与纤维素之间的氢键完全破坏，而浓度足够大时，分离的纤维素会与NaOH发生反应，生成碱纤维素，引起纤维素的降解[10]；当NaOH浓度大于0.4mol/L时，大部分纤维素已经与NaOH发生反应，生成碱纤维素，使纤维素的结构性质受到破坏，这对不溶性纤维素的制备产生不良影响，同时增大废液处理量。
3.2.2 处理时间对不溶性膳食纤维提取率的影响
图2 处理时间对不溶性膳食纤维提取率的影响Fig.2 Effectof the time on the extraction rate of the insoluble dietary fiber
从图2可知，随着提取时间的延长，绿茶渣中不溶性膳食纤维的提取率增大，当提取时间超过75min时，提取率开始下降，这可能是由于提取时间过长使得料液变粘稠而不利于反应进行。
3.2.3 温度对不溶性膳食纤维提取率的影响
图3 提取温度对不溶性膳食纤维提取率的影响Fig.3 Effectof the temperature on the extraction rate of the insoluble dietary fiber
图3的曲线表明，提取温度低于50℃时绿茶渣中不溶性膳食纤维得率随着温度的升高而增加；当温度高于50℃，绿茶渣中不溶性膳食纤维得率逐渐下降。这是因为温度升高有利于纤维素和半纤维素之间的氢键的破坏[11]，使纤维素的溶解加快。而绿茶渣中不溶性膳食纤维可能是一种热敏性物质，温度过高会引起其结构的破坏，也可能由于温度上升使得料液变粘稠而不利于提取。
3.3 不溶性膳食纤维提取工艺的优化
在上述单因素试验的基础上，采用L9(34)正交设计，选定 NaOH 浓度（0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L）、处理时间 （45 min、60 min、75 min）、提取温度 （40℃、50℃、60℃）进行三因素三水平试验，因素水平及试验结果见表1。
表1 正交实验结果Tab.1 The results of orthogonal experiment
根据正交试验结果，比较各列的极差结果R值，发现RA>RC>RB，即在试验所设定的因素中，NaOH的浓度对绿茶中不溶性膳食纤维的提取率影响最大，其次是处理温度，而处理时间对不溶性膳食纤维的提取率影响最小。通过对K值的比较，可知A2B3C2为绿茶渣中不溶性膳食纤维提取的最优水平。应用DPS软件对正交试验结果进行方差分析，利用F检验各因素对试验指标的影响程度，分析结果见表2。
表2 正交设计方差分析表Tab.2 The analysisof variance table for orthogonal experiment
由表2可以看出，影响绿茶渣中不溶性膳食纤维提取率的主次顺序为：A>C>B，即NaOH浓度＞提取温度＞处理时间，这与表2中极差分析的结果相一致。进一步的统计分析和显著性检验表明，NaOH浓度的差异高度显著 （P<0.01），提取温度差异显著 （0.01
4 结论与展望
4.1 绿茶渣是提取茶多酚等功能性保健成分后剩余的副产物，一般只能作为废弃物处理，其经济效益低，而且污染环境。本实验研究了从绿茶渣中提取水溶性和不溶性膳食纤维的方法，既可减少环境污染又能创造经济价值，对绿茶渣的综合利用有较高的参考价值。
4.2 浸泡过的绿茶渣中水溶性膳食纤维含量极少，难以计量，无提取经济价值。
4.3 NaOH浓度、处理时间、提取温度对绿茶渣不溶性膳食纤维得率影响的顺序为：NaOH浓度＞提取温度＞处理时间。
4.4 在本实验条件下，绿茶渣中不溶膳食纤维的最佳提取工艺参数为：NaOH浓度0.4 mol/L、处理时间60min、提取温度50℃，在此条件下不溶性膳食纤维的提取率为34.64%。
4.5 所制得的膳食纤维的生理活性的高低还有待进一步研究。
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Study on the Extraction Technology of Dietary Fiber from Green-tea Residue
HUANG Yan
（Tea Science and Biology Department of Wuyi University,Wuyishan,Fujian 354300）
Dietary fiber was prepared by alkalinity extration from green-tea residue soaked in hot water.Through orthogonal experiment design,the optimun extration technology of dietary fiber was determined.The results showed that there was little soluble dietary fiber in the green-tea residue.Therefore,there was no economic value on the extraction of soluble dietary fiber from green tea residue.The optimum conditions of the extration of insoluble dietary fiber were as follow:the NaOH concentraion was 0.4 mol/L,the extraction time was 60 min and the extraction temperature was at 50℃.Under the condition,the extraction rate of insoluble dietary fiber from green-tea residue was 34.64%.
green-tea;tea-residues;dietary fiber;extraction technology
TQ352
A
1674－2109(2011)05－0052－05
2011-09-18
黄艳（1984-），女，汉族，助教，硕士，主要研究方向：食品加工。
