反相微乳萃取茶蛋白过程研究及机理分析

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茶渣是茶叶提取茶多酚等功能活性物质后的副产物,仍然含有多种有效成分,其中含有2128%(干基)的蛋白质,而且其氨基酸组成合理。但由于茶渣蛋白难以用水直接提取;同时茶渣蛋白很难被机体直接消化吸收,因此茶渣蛋白是一种尚未被充分开发利用的优质植物蛋白资源,是提取制备茶蛋白的优质资源。反相微乳萃取是一种新兴的生物分离纯化技术,适用于蛋白质、抗生素、多糖等成分的分离和提取,因此采用反相微乳萃取技术提取茶蛋白具有重要的意义。本文首先研究了超声波辅助CTAB-Tween80反相微乳体系萃取茶蛋白的工艺条件,并通过响应面试验分析进行试验条件优化。结果表明:在超声功率、萃取时间、离子强度、萃取温度和水相pH为单因素研究基础上,通过响应面结果分析得到最优萃取条件为:超声功率340 W,离子强度0.15 M,水相pH为7.5,萃取时间60 min,温度45℃。在上述最优条件下进行3次重复验证试验,得到茶蛋白萃取率为46.29%,此结果预测的蛋白质萃取率46.44%十分接近,表明回归模型可以较好地反映超声波辅助CTAB-Tween80反相微乳萃取茶蛋白的最佳工艺条件。其次,依据缩核模型理论,研究了CTAB-Tween80反相微乳体系萃取茶蛋白的传质过程,考察振荡速率、KCl浓度、茶渣粒度、pH值、萃取温度等因素对茶蛋白萃取过程的影响,分析并确定了反相微乳萃取茶蛋白传质过程的控制步骤,并建立传质模型。结果显示:振荡速率150 r/min、KCl浓度0.15 mol/L、茶渣粒度80目、p H为7、萃取温度45℃时,萃取效果最佳。结合阿伦尼乌斯方程计算得出茶蛋白萃取过程的表观活化能,建立宏观传质模型2.68exp(-2200.8/T)/t=1+2(1-x)-3(1-x)^(2/3)。通过试验验证,证明所得模型能较好的反映茶蛋白的萃取过程。第三,分别采用CTAB-Tween80反相微乳法和碱法制备茶蛋白,以扫描电镜、傅里叶红外、氨基酸分析以及国标等测试方法,测定茶蛋白微观结构、二级结构、氨基酸组成以及溶解度、持水力、乳化性、乳化稳定性、发泡性和泡沫稳定性等功能性质,全面分析比较反相微乳法与碱法制备的茶蛋白功能特性。结果显示:反相微乳法制备的茶蛋白二级结构维持较稳定,茶蛋白氨基酸组成齐全,八种必须氨基酸均含有,其中赖氨酸含量丰富,这对于补充和强化谷物食品中的限制性氨基酸具有十分重要的意义和使用价值。茶蛋白在pH 4.0时溶解度最低,溶解度随p H值的增加呈现先降低后升高的趋势,其吸油性为2.54g/g,持水力为1.78 g/g,乳化性为60.27%、乳化稳定性为84.56%,发泡性为68.69%、泡沫稳定性为59.30%。表明,反相微乳法制备的茶渣蛋白除了在吸油性、持水力及泡沫稳定性方面与碱法稍有差异外,乳化性、乳化稳定性及发泡性等均优于碱法,因而反相微乳法可较好的保持茶渣蛋白的功能特性。最后,引进新型离子液体BmimPF6构建离子液体微乳体系,通过三元相图选择最佳醇的种类和构建比例,得到最佳微乳区域的离子液体微乳BmimPF6/Tween80/乙醇/水,并将其应用于茶蛋白的萃取,采用超声波辅助离子液体微乳体系萃取茶蛋白,并通过回归分析进行试验优化。结果表明:响应面结果分析得到最优萃取条件为:超声功率322 W、茶粗蛋白添加量0.1 g/mL、离子液体BmimPF6浓度0.2 mg/mL、萃取时间67 min、温度50℃,茶蛋白萃取率为59.41%;通过试验验证,茶蛋白萃取率为59.33%,与CTAB-Tween80反相微乳法提取茶蛋白相比,萃取率增加13.04%。
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