茶膳食纤维粉营养价值分析及消化评价

石 慧， 胡 琴

(1.上海康识食品科技有限公司， 上海 201103；2.江南大学 食品学院 食品科学与技术国家重点实验室， 江苏 无锡 214122)

饮茶有利于健康，这是当下人们的共识，但是茶及茶制品的保健功能究竟有多大？如何正确、科学地饮用以及如何充分发挥茶的保健成分功效，对深层次开发茶及其制品具有深远的影响和意义。我国作为全球农业生产大国，同时也是茶资源文化和茶经济强国。当前在我国市场上，相对主流的茶制粉剂主要分为两类：工业用速溶茶(以茶叶或茶鲜叶为主要原料，经水提或采用茶叶鲜叶榨汁，然后喷雾干燥等工艺制成的产品)和茶粉(以茶树鲜叶或干叶为原料，经加工后研磨或直接研磨成粉状的茶产品)。这两种方法制成的茶粉的特征是茶多酚含量均较高(茶粉中要求茶多酚含量≥10%，工业用速溶茶对各个茶叶品类做了详细要求，但最低的红茶速溶茶中茶多酚含量也要求≥6%，更要求了咖啡因含量最低也要≥1%)，这也致使现有茶粉虽含有高茶多酚和咖啡碱，但却具有较重的苦涩味，在食品原料中难以加大用量。

而另一方面，据相关资料，茶叶的化学成分有500种之多，其中有机化合物达450种以上，无机化合物约有30余种。除茶多酚、维生素、矿物质、蛋白质、多糖、水分等人体所需要营养物质外，其宏量营养素，如膳食纤维含量在35%左右，蛋白质在20%左右[1]。膳食纤维作为宏量营养素的作用越来越被消费者认知，研究表明膳食纤维对糖尿病、肠癌、肥胖、心血管等疾病都有良好的抑制或治疗效果[2-3]。伴随对膳食纤维和茶叶产业深加工越来越多的科学研究和认知，其在普通食品领域，甚至是营养品、保健品和化妆品等领域的应用也会越来越多。

本研究以水浸提茶多酚的方式，对茶多酚进行调控，并将茶叶进行超微粉碎，制备了一种茶膳食纤维粉，测定其基本理化性质。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材 料

茶膳食纤维粉(上海康识食品科技有限公司,经茶多酚水浸提→挤压脱水→干燥→超微磨粉制备)、市售全麦粉(山东潍坊)、市售大豆(山东德州)。

1.1.2 设 备

自动凯氏定氮仪(Manon K1100，济南海能仪器有限公司)、pH计(OHAUS-STARTER3100)、原泰奇倾倒式粉碎机(YF2-3，北京普诺众达科技有限公司)、石墨消解仪(Manon SH420，济南海能仪器有限公司)、QiangLe HYL-A全温摇瓶柜、低温高速离心机(德国，Eppendorf)、蔡司场发射扫描电镜(蔡司，德国)；Agilent1100高效液相色谱系统(安捷伦，日本)。

1.2 方 法

1.2.1 全豆粉的制备

水分含量的测定采用《食品中水分的测定(GB/5009.3—2016)》[4]中的直接干燥法；蛋白质含量的测定采用《食品中蛋白质的测定(GB/5009.5—2016)》[5]中的方法进行，食品类别中全小麦粉的蛋白质折算系数为5.83，大豆及其粗加工制品的蛋白质折算系数为5.71，其他食品的蛋白质折算系数为6.25；灰分含量的测定采用《食品中灰分的测定(GB/5009.4—2016)》[6]；膳食纤维含量的测定应用《食品中膳食纤维的测定(GB/5009.88—2014)》[7]中的酶重量法。

1.2.2 氨基酸测定

采用OPA柱前衍生反相高效液相色谱-紫外检测法。检测条件如下：高效液相色谱系统(Agilent1100)、紫外检测器(VWD)；流动相为7.60 mmol/L,体积比为500∶0.11∶2.5，pH7.2的醋酸钠-三乙胺-四氢呋喃的流动相A；以及80.90 mmol/L,体积比为1∶2∶2，pH7.2的醋酸钠-甲醇-乙腈的流动相B；色谱柱为Agilent Hypersil ODS柱(5 m，4.0 mm×250 mm)，柱温40 ℃；波谱检测采用梯度洗脱(洗脱程序详见表1)；试样中一般氨基酸在波长338 nm激发光下进行紫外测定，含量以外标法进行定量(脯氨酸在波长262 nm下单独检测)。

表1 流动相梯度洗脱程序

1.2.3 茶膳食纤维粉体外消化研究

应用Boisen等[8]建立的胃蛋白酶-胰酶两酶法蛋白质体外消化经典模型，同时参考人体消化系统食物消化实际过程，确定模拟系统胃环境pH2.0、消化时间4 h；肠环境pH6.8、消化时间6 h。

2 结果与讨论

2.1 茶膳食纤维粉的营养组成

实验对茶膳食纤维粉中的水分、蛋白质、膳食纤维和灰分含量进行了统计分析，同时对比了全豆粉、全麦粉中基本成分的含量组成，测定结果如表2所示。

表2 样品基本组成成分含量

从表2可以看出，茶粉中蛋白质的含量(20.77%)和市售全麦粉(15.21%)近似，而略低于全豆粉的33.2%。茶粉中的膳食纤维含量相较于全豆粉和市售全麦粉则显著增高，达到了50.84%。郑清梅等[9]对不同品种茶叶研究表明：茶样中的营养物质和成分组成受茶叶品种和不同处理工艺影响。对绿茶、铁观音、红茶、普洱4类茶叶粗蛋白测试显示：绿茶粗蛋白含量通常为23%，而经发酵处理的普洱茶中粗蛋白含量可达33%。另一方面，相比于通常绿茶粗纤维约15%的含量，超微茶粉可供给人体更高的膳食营养纤维素。

2.2 茶粉蛋白质营养价值评价

茶粉经过24 h酸水解后，利用高效液相色谱法检出水解氨基酸共20种(酸水解测定氨基酸时不能将色氨酸测出)，各氨基酸含量如表3所示。

表3 茶粉水解氨基酸组分含量

本实验所制备的茶粉中水解氨基酸总量为21.46 g(100 g茶粉)；人体必需的8种氨基酸占比40.88%，总量为8.77 g；儿童必需氨基酸占比10.65%，总量为2.29 g；药效氨基酸占比61.69%，总量为13.24 g；味觉氨基酸占比50.73%，这与文献[10-11]研究结果一致。此外，该茶粉水解氨基酸组分中，含量最高的是谷氨酸，其次是天冬氨酸，含量最低的是蛋氨酸，这与张士康等[12]测得的绿茶茶粉的氨基酸组成基本一致。

蛋白质作为人体健康和营养来源的主要元素之一，茶粉所含必需氨基酸的种类、占总氨基酸比重和数量显著决定了该蛋白质的潜在营养价值[13-16]。表4列出了本实验茶粉中必需氨基酸和世界卫生组织推荐的必须氨基酸比值系数评定标准(FAO/WHO推荐值)。

表4 茶粉氨基酸比例与FAO/WHO推荐值

由表4可知，酪氨酸+苯丙氨酸和亮氨酸的氨基酸比例接近10%，除了蛋氨酸+半胱氨酸之外的必需氨基酸的比例均超过FAO/WHO模式值[17]，此对比表明本实验采用的水浸工艺提茶多酚后制备的超微茶粉，其蛋白质仍具有较高的潜在营养价值。

2.3 茶粉的消化性能研究

为进一步探究茶粉中蛋白质的营养和人体潜在可消化利用价值，本研究对茶粉进行了胃蛋白酶-胰酶两酶法体外消化测试。详细的实验设计步骤如下：20 mL，pH2.0的PBS溶液→加入2.00 g茶粉样品→吸取1 mL PBS配制的胃蛋白酶液→调pH至2.0→加入0.5 mL氯霉素→封口→在37 ℃下振荡4 h→加入5 mL 20%磺基水杨酸→8000 r/min离心5 min→沉淀物于69 ℃干燥35 h→研磨→测粗蛋白含量(凯氏定氮法)→测算蛋白质的消化率。在进行两酶法消化之前，依据上述步骤，胃蛋白酶和胰酶最优作用浓度被首先筛查。

2.3.1 胃蛋白酶最适浓度的选择

图1显示的是2.00 g茶粉在胃液消化环境下，茶粉蛋白的消化率随添加不同浓度的胃蛋白酶的变化曲线。从图1可以清楚看出，随着胃蛋白酶浓度从2 mg/mL增加到10 mg/mL，茶叶蛋白质体外消化率从14.64%急剧增加至26.38%；而当胃蛋白酶浓度从10 mg/mL增加到40 mg/mL时，茶粉蛋白的体外消化率从26.38%缓慢增加至35.30%。从茶粉蛋白的消化率增量和胃蛋白酶浓度变化的对比图(图2)可明显看出，胃蛋白酶浓度10 mg/mL前后呈现断崖式变化。众所周知，蛋白质在生物体内，通常以游离和结合两种形态存在。从图1和图2的茶粉消化数据可推测，当胃蛋白酶浓度小于10 mg/mL时，消化的主要是茶粉中的水溶性游离蛋白；而大于10 mg/mL时，消化的应为剩余少量水溶性和部分纤维间蛋白。

图1 胃蛋白酶浓度与消化率 图2 胃蛋白酶浓度变化与消化率增量

从图1和图2中虽然可以看出胃蛋白酶浓度大于10 mg/mL后，消化率的增量有所下降，但最适浓度是选择消化率增长趋势突变的10 mg/mL还是选择消化率增长趋于平缓的30 mg/mL，在两酶法消化模型中，有待进一步研究。本实验在10 mg/mL和30 mg/mL两个不同的浓度下，通过添加相同浓度的胰酶，并对其蛋白质消化率进行了方差分析，结果如表5所示。由表5可知，差异源为单一胃蛋白酶浓度时，方差因子F=29.23>F-crit(5.05，F-crit是在相应显著水平下的F临界值)。因此，为充分考察茶粉蛋白体外消化，所以胃蛋白酶最适浓度选定为30 mg/mL。

表5 茶粉蛋白消化率的方差分析

2.3.2 胰酶最适浓度的选择

图3(a)表明的是2 g茶粉在模拟胃消化环境下，添加浓度为30 mg/mL的胃蛋白酶后，再模拟小肠消化环境，添加不同浓度的胰酶对其蛋白质体外消化率进行测定。由图3(a)可知，随着胰酶浓度从2 mg/mL增加到11.6 mg/mL，茶粉蛋白质体外消化率从33.44%较快增加到36.41%；胰酶浓度从11.6 mg/mL增加到40 mg/mL时，茶粉蛋白质体外消化率从36.41%缓慢增加到38.78%。另一方面，茶粉蛋白的消化率增量和胰酶浓度变化柱状图如图3(b)所示，胰酶浓度在10 mg/mL前后时，单位酶浓度消化率增加从0.61%变为0.12%，降低0.49%。当胰酶浓度达到30 mg/mL后，茶粉蛋白质体外消化率几乎没有变化，为充分考察茶粉蛋白体外消化效应，本实验选择胰酶的浓度为30 mg/mL。

(a)胰酶浓度与消化率 (b)胰酶浓度变化与消化率增量 图3 胰酶浓度与蛋白质消化率的关系

2.3.3 茶粉蛋白消化率与全豆粉、全麦粉的对比结果

在确定茶粉蛋白的最优消化条件后，按照消化具体流程同时对茶粉、全豆粉、全麦粉进行蛋白质体外消化率测定，结果如图4所示。从图4可以看出，在两酶法体外模拟胃肠消化环境条件下，茶粉、全豆粉和全麦粉的蛋白质体外消化率分别为：茶粉(39.03%)<全豆粉(58.72%)<全麦粉(90.39%)。

2.4 茶粉蛋白体外消化机制研究

蛋白质的消化程度不仅会受到酶量的影响，还会受到pH值、温度、时间等诸多因素的影响。本研究选择的胃消化环境pH2.0、小肠环境pH6.8与李清晓等[18]的研究条件相同；实验中使用胃环境、小肠环境温度与文献[19]基本一致；消化时间也与人体消化道充分消化所需时间相当，但与周根来等[20]的研究消化时间相比，有所缩短，原因在于消化时间的过度延长，茶粉蛋白质体外消化率虽有所提升，但与人体的正常代谢时间相悖。

图4 不同样品类型的蛋白质消化率

虽然本研究采用相对较短的体外消化时间，然而经水浸提制备的超微茶粉却呈现出了39.03%的蛋白消化率(图4)。众所周知，物质的酶化消解通常呈现为：样品蛋白与消化酶的接触面积越大、接触频率越高，消化程度、消化率也越高。利用扫描电镜(SEM)展示了3种样品的微观结构镜像图，如图5所示。从图中可以看出，茶粉为大粒径、鳞片状排布的层叠结构，全豆粉呈现为微包覆的椭球状颗粒体，而全麦粉则为小颗粒的层叠和椭球体混合物。结合纤维素和蛋白质的形态不难推测：SEM镜像中的椭球体应为蛋白颗粒，而片层堆叠和包覆片层为难以消化的木质纤维素。由于全麦粉中的纤维素从蛋白颗粒上被剥离，使得大量的蛋白质颗粒暴露于胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用之下，因此全麦粉在体外消化的过程中呈现出了极高的消化率，全豆粉次之。由于蛋白颗粒被大量的纤维素包被，因此茶粉相比于全麦粉和全豆粉呈现出了相对较低的蛋白消化率。对比全豆粉和全麦粉的微观织构，不难发现如将茶粉进行研磨处理或进行膨化工艺破坏其纤维晶粒，则茶蛋白消化率将会有一个极大的提高。

图5 SEM结构镜像图

3 结 论

本文以水浸提茶多酚后获得的膳食纤维超微茶粉为研究对象，通过水解和必需氨基酸比值系数测定，表明该茶粉具有较高的营养价值。分析可知，此茶粉中膳食纤维含量达到了50.84%，大幅高于通常绿茶粗纤维约15%的含量。同时含有人体必需的8种氨基酸占40.88%，其中谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸分别为3.08%、1.93%、1.86%。酪氨酸+苯丙氨酸和亮氨酸这两组氨基酸组分比例接近10%。此茶粉中的茶蛋白即使被大量纤维素包覆，但在类似人体的代谢时间和胃、肠微环境条件下，仍可呈现39.03%的茶蛋白消化率。此研究表明，该茶粉在提供大量膳食纤维的同时，可作为优质的氨基酸产品原料进行深度开发。伴随对膳食纤维和茶叶深加工越来越多的科学研究和认识，相信茶粉在食品领域，甚至是营养强化食品、保健品和化妆品等领域的应用必会越来越多。