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茶叶活性成分提取技术及在乳制品领域的应用.pdf

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1、3162023年第9期中国食品添加剂China Food Additives专论综述茶叶活性成分提取技术及在乳制品领域的应用李春梅,陈恩海*,卢燕燕,李幼梅,钟璇(广西职业技术学院,南宁 530226)摘 要:茶叶是全球公认的功能性食品,被各国人民所喜爱。茶叶具有非常丰富的活性成分,不仅可以作为保健饮品,还可以应用到其他食品中改善产品的营养价值和功能特性。由于我国茶叶产销矛盾的不断升级,开发茶叶精深加工新途径成为了新的研究热点。本文对茶叶中茶多酚、茶多糖、茶氨酸、茶蛋白、咖啡碱生物功能性以及提取技术进行了的分析,并探讨了其对乳制品功能性的影响。结果表明,超临界辅助萃取技术是保留茶成分生物活性,

2、提高产品收率和提取效率最佳的辅助萃取手段。茶叶中的多种生物活性物质与乳蛋白的结合不仅保护了茶叶中生物活性成分的生物可及性,同时也改善了产品的组织状态、风味和营养价值,被广泛应用到各种乳制品中。关键词:茶成分;生物活性;提取技术;乳制品领域;应用中图分类号:TS202.3/TS252.42 文献标识码:A 文章编号:1006-2513(2023)09-0316-09doi:10.19804/j.issn1006-2513.2023.09.041Extraction technology of tea active ingredients and its application in dairy

3、products LI Chunmei,CHEN Enhai*,LU Yanyan,LI Youmei,ZHONG Xuan(Guangxi Vocational&Technical College,Nanning 530226)Abstract:Tea is a functional food recognized globally and loved by people of all ethnic groups worldwide.It is rich in active ingredients,which can be used not only as a health drink,bu

4、t also can be added to other foods to improve the nutritional value and functional characteristics of products.Due to the continuous increase of tea production in China,the development of new ways of deep processing of tea has become a new research hotspot.This paper analyzed the biological function

5、s and extraction technology of tea polyphenols,tea polysaccharides,theanine,tea protein,and caffeine in tea,and discussed its effects on dairy products.The results demonstrated that supercritical-assisted extraction technology was the best to retain the bioactivity of tea components and improved the

6、 extraction yield and efficiency.The combination of various bioactive substances in tea and milk protein not only preserved bioactive components in tea but also improved the texture,flavor,and nutritional value of the dairy products.Therefore,tea active ingredients can be widely used in dairy produc

7、ts.Key words:tea ingredients;biological activity;extraction technology;dairy products fields;application收稿日期:2022-08-03基金项目:教育部中国特色高水平高职学校和专业建设计划茶树栽培与茶叶加工专业群建设(教职成函 2019 14 号)。作者简介:李春梅(1977-),女,博士,高级工程师,研究方向:食品精深加工,E-mail:。*通信作者:陈恩海(1976-),男,硕士,副教授,研究方向:茶叶科学研究,E-mail:286555462 。3172023年第9期中国食品添加剂Chi

8、na Food Additives专论综述饮茶文化在中国具有源远流长的历史。中国是茶叶的发源地,也是全球第一大产茶国和消费国。茶叶具有丰富的生物活性物质,如茶多酚、儿茶素、茶黄素、茶氨酸、茶多糖和咖啡因等。目前,茶叶已是全世界公认的一种功能性食品。有大量研究表明,茶叶中的活性成分具有抗氧化、抗病毒、抗炎、抗辐射、抗疲劳、抗龋齿、降血糖、降血脂、降尿酸、降低心血管综合征、保肝、调节神经、促癌细胞凋亡的功能;此外,还有研究表明,饮茶具有降低阿尔茨海默病等神经退行性疾病的发生机率1-2。因此,茶不仅可作为人们休闲的饮品,还可入药。我国 20个省,有近 1000 个产茶县,茶园面积 2527.05 万

9、亩,然而却出现了加工利用率偏低,产销失衡的矛盾不断升级的现象3。如果利用技术创新,跨链应用,赋能茶叶精深加工技术的发展,统筹做好茶产业、茶应用这篇文章,将是解决我国茶产业高质量发展的重大突破口。1 茶叶中的生物活性成分及提取技术1.1 茶多酚茶多酚是决定茶叶色、香、味及功效的主要成分,是多羟基酚类化合物,占茶叶干重的20%30%,主要有儿茶素(黄烷醇类)、黄酮、花青素、酚酸四大类物质4-6。儿茶素占茶多酚的 60%80%,主要有四种:表儿茶素、表没食子儿茶素、表儿茶素没食子酸和表没食子儿茶素没食子酸酯7,化学结构式如图 1。此外,在不同的茶叶生产过程中,茶中的儿茶素和其他天然物质的氧化缩合和微

10、生物转化促进了各种茶色素的生产,包括茶黄素(TFs)、茶红素(TRs)和茶褐素(TBs)。茶红素是存在于发酵红茶中的一类橙褐色色素,相对分子量在 70040000Da,在鲜茶中不存在,是发酵过程中能够在酶的作用下聚合反应形成的8-9;茶黄素也是茶叶发酵过程中,氧化形成苯并卓酚酮化合 物10-11。茶褐素是儿茶素氧化聚合形成的一类结构十分复杂的产物的总称。茶多酚是天然的抗氧化剂,此外,还具有消除疲劳、抗衰老、降血糖血脂、抗癌、抗炎症、抗病毒、抗肥胖、促进肌肉健康等功效,茶多酚目前被广泛应用于医疗和保健食品等方面12-15。茶多酚的分离方法有:有机溶剂、离子沉淀和超声波辅助分离法。提纯方法有:超临

11、界流体萃取、微波辅助萃取、大孔吸附树脂吸附、高速逆流色谱法。李娟16等人利用热浸提法提取茶表儿茶素表没食子儿茶素表儿茶素没食子酸酯表没食子儿茶素没食子酸酯HOHOHOOHOHOHOHOHOODCABHOHOOHOHOHOHOCABOHHOHOOHOHOHOCABHOOHOHODHOHOOHOHOHOCAB图 1 儿茶素的分子结构Figure 1 Molecular structure of catechin3182023年第9期中国食品添加剂China Food Additives专论综述叶中茶多酚,以乙醇为溶剂,对液固比、乙醇浓度、浸提时间、温度 4 个指标进行了优化,茶多酚的提取率达了茶叶

12、质量的 17%。Hwang17等人从绿茶中提取儿茶素,利用脉冲电场和强脉冲光增强亚临界水提取条件,与未处理叶片相比,总儿茶素含量分别增加了 15.43%和 25.09%,证实了脉冲电场和强脉冲光对提取儿茶素具有积极的促进作用。Zheng Qiaoran18采用响应面法优化热水提取茶多酚,最佳提取工艺为提取温度 83,时间 104 min,液料比 41 mL/g,茶多酚的产率为(53.863.79)mg/g。Wang Weifang19利用超临界萃取技术从绿茶废渣中提取茶多酚,通过响应面法优化了温度、压力和共溶剂量,在最佳条件下,茶多酚的最大产率为(23.070.82)%。1.2 茶多糖茶多糖是

13、茶叶中非常重要的一种生物活性成分,由糖类、蛋白质、果胶和矿物质组成,在茶叶中含量一般在 0.4%1.5%之间20,其微观结构见图 2。各种茶叶来源的茶多糖分子量一般在1.23900 k Da21。茶多糖具有调节机体免疫、抗氧化、降血糖、抗衰老、抗肿瘤等功能性。茶多糖对淀粉水解成葡萄糖具有抑制作用,并延缓吸收及转运,从而降低餐后血糖值22-23;对DPPH 自由基、羟基、超氧化物等具有较强的清除活性24;茶多糖通过诱导溶酶体自噬,抑制结肠癌细胞的增殖。茶多糖通过增加血清中 IgG水平、CAT、GPX 和 SOD 巨噬细胞活性和淋巴细胞转化率来提高机体免疫力25-26。图 2 茶多糖扫描电镜Fig

14、ure 2 Scanning electron microscope of tea polysaccharide茶多糖通常采用水提醇沉法,然后对沉淀物进行分离和脱色,制得粗产品,然后通过色谱柱进一步纯化,制得纯品,茶多糖的扫描电镜如图 2 所示27。Nie 等28利用微波辅助水提法提取茶多糖,结果表明,微波可以大大提高提取效率。Wang 等29对热水、沸水、酶提取法进行了比较研究,发现酶和高温下可提高提取率。Li 等30采用选择性高、传质快速和成本较低的阴离子反胶束法提取茶多糖,提取回收率达到了 34%。Chen Ming 等31采用绿色环保、提取效率极高的超临界 CO2萃取技术提取茶多糖,用

15、响应面优化了提取条件,实际得率为 13.23%。Cai 32等先用无水乙醇粗提茶多糖,用聚酰胺脱色,再通过柱层析纯化。Zhou33等利用 Q Sepharose Fast Flow 和 Sephadex G-100 柱色谱纯化茶多糖,其提取率可达到 90%以上。1.3 茶蛋白茶蛋白是一种植物性蛋白,主要存在于茶叶细胞内,80%以上为非水溶性的蛋白质,仅有1%2%水溶性蛋白质,在发酵过程中蛋白酶降解茶蛋白,促进肽释放34,但由于高温焙炒导致蛋白质变性凝固,因此,大部分茶蛋白存在费渣中,约占干重的 21%28%,不能被人体所利 用35。茶蛋白有单一和复合存在的两大类。单一蛋白主要有白蛋白、谷蛋白和

16、球蛋白三种。复合蛋白主要有糖蛋白、核蛋白、色蛋白和脂蛋白4 种36。茶蛋白营养效价高,氨基酸丰富,氨基酸评分较大豆蛋白质的氨基酸评分高,稍低于牛奶的氨基酸评分,半胱氨酸为第一限制性氨基酸37。茶蛋白对羟基自由基、DPPH 自由基均具有较强的清除能力,能够降低生物体内的氧化反应,具有延缓衰老的作用38。茶蛋白的酶解产物具有降血糖作用,且碱性蛋白明显高于中性蛋白的作用39。茶蛋白的抗氧化作用,使其具有抗突变作用。此外,茶蛋白还具有良好的乳化性、吸油性、持水性、起泡性和稳定性40,其扫描电镜显微照片如图 3 所示41。3192023年第9期中国食品添加剂China Food Additives专论综

17、述图 3 茶蛋白扫描电镜显微照片Figure 3 Scanning electron microscope image of tea protein茶蛋白常见的提取方法有碱提法、酶提法和碱酶复合法。碱能够破坏蛋白分子中的二硫键,使谷蛋白溶解。Ayim Ishmael42等人利用氢氧化钠辅助单频逆流超声对茶渣蛋白进行酶解提取,结果表明,温度和超声处理对蛋白的酶解有促进作用。Qiaoyun CUI43采用碱法优化茶渣中蛋白提取条件,试验结果表明,提取温度在 70、时间 60 min、pH 12、液固比 501 的最佳组合下,茶渣蛋白的提取率最高为 29.71%,并在等电点结合硫酸铵沉淀蛋白,沉淀率

18、最高为 89.70%。Lianqing Shen44研究了碱和复合酶结合的方法从茶叶浆中提取茶蛋白,利用正交分析技术得出了各影响因素参数,结果表明,碱法和蛋白酶可提取茶蛋白质高达 56.4%。1.4 茶氨酸茶氨酸是谷氨酸盐的衍生物,分子式为 C7H14N2O3。具有两种同分异构体:D-茶氨酸、L-茶氨酸,茶叶中主要以 L 型为主,且 L 型具有较高的生物活性45。在人体肠道中主要是以 L型吸收为主,D 型几乎不吸收。L-茶氨酸约占茶叶总游离氨基酸的 60%70%,是茶叶中最丰富的游离氨基酸,占茶叶干重的 1%2%46-47。茶氨酸是赋予茶叶鲜美味道和独特风味的主要物质,对人体的健康也有非常重要

19、的功效,如抑制高血压、抗氧化、抗应激以及增强机体免疫力48-50。同时对大脑、中枢神经系统也起着非常积极的作用,通过调节神经递质的传递来缓解压力、改善睡眠质量、提高记忆力等51-52。此外,茶氨酸能够通过诱导肿瘤细胞的凋亡来抑制其生长和转移,从而达到防治肿瘤的目的53-54。还有研究表明,L-茶氨酸能够抑制酒精作用下关键酶活力的降低,并抑制氧化反应过程中间产物的合成,避免酒精诱导肝细胞发生氧化损伤及氧化应激,从而起到保肝作用55,其结构如图 4 所示56。OOOHNH2H3CNH图 4 L-茶氨酸的结构Figure 4 Structure of L-theanine茶氨酸的提取方法主要包括沉淀

20、法、离子交换树脂法及膜分离法。Junwei ZHANG57利用阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂,通过双水相体系从茶多酚生产废液中提取茶氨酸。结果表明,随着 SDS 浓度的增加,茶氨酸的提取效率增加,茶氨酸浓度变化不大。温度对底相茶氨酸浓度、分配系数和茶氨酸提取率有显著影响。Xin Zhang58采用响应面法确定了从夏季绿茶中提取茶氨酸的最佳条件。结果表明,最佳提取条件为温度 96,时间 40 min,水与原料的比例为16 mL/g,茶多酚提取率为(3.991.13)mg/g。Li Wang59从绿茶中高效提取茶氨酸,利用树脂吸附的方法。使用 4 倍的溶剂,萃取茶氨酸,然后通过高效色谱柱吸附,

21、在 70条件下,用 4 倍的水循环 5 次,在室温下,用 4 倍 30%乙醇循环 3次,茶氨酸得率为 98%。该方法设备简单,可连续化生产。1.5 咖啡碱 又名咖啡因,分子量为 194.19,是一种嘌呤类生物碱,具有苦涩味,茶叶中咖啡因的含量约占干物质的 2%5%60。咖啡因一般会与茶叶中的其他物质以络合物的形式存在,其呈现鲜爽的风味,明显增强茶汤的口感。咖啡因具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗糖尿病、抗阿尔茨海默病发生率的作用61-65。咖啡因通过改变细胞内钙离子浓度,增强骨骼肌和心肌的收缩力。其作为一种中枢神经兴奋剂,能够增强警觉性、提高注意力、缓解精神疲劳,在临床上可用于治疗神经衰弱,同时还具有

22、提高能量消耗,提高饮食、耐力、认知功能的功效66。适度地摄入咖啡能够降低正常人群患心血管疾病的风险,对心血管有一定的保护作用。有研究表明,儿茶素没食子酸酯与咖啡因有协同降脂减肥的作用67。但不能摄入过量,过量会导致一些不良反应,包括因钙质流3202023年第9期中国食品添加剂China Food Additives专论综述失导致的骨质疏松、焦虑、高血压、失眠、肌肉痉挛、头痛等68。咖啡因的浓度是衡量茶叶品质的一项重要指标。OONNNN图 5 咖啡因概述图Figure 5 Structure of caffeine有研究表明,茶叶中咖啡因的最佳提取条件:以甲醇为溶剂,利用超声波辅助提取时间 25

23、 min,提取功率 720 W,最后用无水 Na2SO4和大孔树脂进行净化69。Sadaf Parvez70采用响应面优化法提取绿茶中的咖啡因,获得的最佳条件为温度 88.63、浸提时间为 50 min、原料水/茶比为 127.92 mL/g。Manzar Zahra71从立顿茶中分离出咖啡因,主要采用酸碱液-液萃取法,咖啡因被萃取剂分离到上层有机物中,产品回收率为 1.22%。Myoung-Gun Choung72使 用 2%磷酸-40%乙醇溶液从绿茶中提取咖啡因,通过对8 个外来茶树品种进行的试验,通过最佳提取条件的筛选优化,得到咖啡因产品含量为 9.26 13.11 mg/g。2 在乳制

24、品领域中的应用2.1 茶叶活性成分与乳蛋白相互作用有大量的研究结果表明,茶叶中的生物活性物质可与乳蛋白发生结合,提高茶叶中活性物质的生物可及性,并提高乳制品的保健功效、营养价值、蛋白稳定性以及保质期。P.Chanphai73综述了膳食茶多酚、儿茶素、表儿茶素、表儿茶素没食子酸酯与乳蛋白,包括-乳球蛋白、-酪蛋白和-酪蛋白的结合机制。通过多重光谱检测结果表明,多酚通过亲水、疏水和氢键接触结合,其中较大的多酚形成更稳定的蛋白质偶联物。结果说明牛奶蛋白能够运输茶多酚,从而提高这些膳食微量营养素在溶液中的生物利用度。茶多酚可与蛋白质通过共价键和非共价键结合,导致结合后的物质功能性、营养特性发生变化。但

25、影响化合物功能性的因素,如加热温度、溶液 pH、多酚添加量以及蛋白质类型和浓度都是影响其功能性的主要因素,如控制好反应条件,多酚的添加会提高两者单独所具有的生物活性,并赋予新的功能特性。此外,牛奶是输送多酚类成分的高效载体74,可减轻茶多酚的苦涩感。HASNI75 等人研究了儿茶素与、-酪蛋白结合后,酪蛋白结构的变化,发现蛋白质发生了去折叠,提高了牛奶的抗氧化活性。Qie Xuejiao76模拟体外消化,研究了儿茶素、乳蛋白、消化酶之间的竞争性关系对蛋白消化率、儿茶素生物利用和抗氧化活性的影响。发现儿茶素与牛奶蛋白质的结合以及对消化酶的抑制,导致蛋白质消化率降低,儿茶素的生物利用性、抗氧化活性

26、也有所降低。添加-乳球蛋白、表没食子儿茶素没食子酸酯,生物利用度提高。Sydney Moser77研究了牛奶蛋白质和牛奶基质的矿物质成分对绿茶黄烷-3-醇体外生物可接受性的影响,分析结果表明,牛奶蛋白质和矿物质可能会改变黄烷-3-醇的生物可及性。Kouass Sahbani78等人用 辐照对牛奶进行杀菌,研究乳蛋白微观结构的变化,结果发现,添加绿茶提取物会防止因辐射而导致的蛋白质聚集,并提高了杀菌效果。2.2 茶乳制品应用茶叶气味优雅清香,受到我国中老年消费者的喜爱。但茶中的多酚类物质有苦涩感,年轻人饮用的较少。随着人们生活水平的提高以及国内外文化的传递,茶叶在乳制品领域有着广泛的应用,比如现

27、在市场上炙手可热的奶茶饮品,新疆和蒙古族牧民每天都要喝奶茶。此外,还有受到年轻人喜爱的抹茶冰淇淋和抹茶奶油蛋糕等。Jansson Therese79在 UHT 乳中添加了富含儿茶素的绿茶提取物,研究其对 UHT 乳的风味、美拉德反应和蛋白质修饰的影响,并在 40下储存了 42 d,发现与对照牛奶相比,添加绿茶提取物可抑制储存期间蛋白质水解引起的游离氨基酸的释放,从而控制不良风味物质的产生。Rahmani Fatemeh80研究了一种绿茶酸奶,通过试验结果表明,绿茶提取物的添加对产品的感官状态有一定的影响,但都在可接受范围内,且产品的抗氧化性有大幅度的提高。冯子健81等人3212023年第9期中

28、国食品添加剂China Food Additives专论综述研究了一种茶多酚发酵乳,结果表明:茶多酚对发酵乳的酸度和营养成分影响不显著,使产品的持水力、黏性略微降低,提高酸奶的 DPPH 及 ABTS 自由基清除能力和抗氧化活性,赋予发酵乳特有的风味。韩志文82研究了一种茶多酚发酵型豆乳,结果表明:茶多酚对乳酸菌没有抑制的作用,会促进豆乳蛋白的水解以及小肽的释放。与不加多酚的酸豆乳相比,蛋白质降解规律相似,且添加多酚的蛋白质水解后分子量更小。说明茶多酚的添加更利于发酵豆乳蛋白的消化吸收。陆婷婷83研究了一种茶多糖褐乳饮料,结果表明:茶多糖能促进乳酸菌产酸,并显著改善褐乳产品的组织状态、风味等感

29、官品质,并提高产品的持水力和抗氧化活性 Mara Laura84等人研究了绿茶多酚对酸奶理化、微生物和生物活性的影响,结果表明,多酚不会影响发酵动力学,也不会影响储存期间菌种的活力,含有多酚的酸奶在硬度和内聚性方面会表现出更高的价值。覃思85研究了茶多酚对在奶油蛋糕中的应用,发现茶多酚对蛋白质的起泡性能和乳化性能均有不同程度的改善作用。在添加 0 1.0,乳清浓缩蛋白乳化能力一直升高,在 1.0时提高到对照的 2.64 倍,对乳化稳定性影响不大,并延长了保质期。Safa Karaman86将红茶提取物加入到冰淇淋中,研究其对冰淇淋流变学特性、膨胀率、融化率及硬度影响,结果表明,添加绿茶提取物的

30、冰淇淋膨胀率、抗融化性能都优于普通冰淇淋。黄玉凤87等人研究了一款乳清多肽茶饮料,以酶解的乳清为原料与茶汁调配,通过单因素及正交实验确定了最佳配方和工艺:茶叶浸提温度和时间分别为 95、11 min,茶汁添加量为 50%,白砂糖为 7.0%,柠檬酸为 0.04%,稳定剂量为 0.10%,产品既有茶叶的清香,又有乳的香气。Robalo Joo88等人在奶酪中添加了葡萄牙绿茶和乳清蛋白浓缩乳,研究其对奶酪保鲜效果的影响,结果表明,在绿茶抗氧化以及乳清蛋白成膜作用下,抑制微生物的生长,从而延长了新鲜奶酪的保质期。茶叶不仅可以改善调制乳、发酵乳以及奶酪等制品的风味,还可提高乳制品抗氧化活性,改善产品的

31、组织状态,功能性以及营养保健价值。3 结论茶叶从我国走向全球,早已成为世界饮料三足鼎立的重要饮品。大量的研究表明,茶叶中的生物活性物质对人体的健康有利,并已不断的被开发利用。相关高提取率、高产品活性的提取方法也在不断的推陈出新,超临界辅助萃取技术是保留产品生物活性,提高产品收率和提取效率最佳的辅助萃取手段。有关茶叶中活性成分与食品中营养成分的作用、代谢机制、消化情况也成为目前的主要研究热点,但还尚未有统一的定论,具体的机制还有待进一步的研究。茶叶在乳制品方面的加工应用,包括茶酸奶、茶乳饮料、茶奶酪等是解决我国茶业结构性产大于销、中低档茶原料利用率低等瓶颈问题的重要途径之一。茶乳制品是目前深受消

32、费者喜爱的产品,因此茶乳制品的开发能够有效的缓解我国中低档茶和夏秋茶的出路问题,提升茶叶附加值、跨界拓展茶的应用领域,是延伸茶叶产业链的重要途径。目前相关大量的研究表明,茶叶中的多种生物活性物质与茶乳蛋白的结合不仅保护了茶叶中生物活性成分的生物可及性,同时也改善了产品的组织状态、风味和营养价值,因此未来有广阔的应用 前景。参考文献1唐静怡,周方,曾鸿哲,等.茶叶功能成分预防阿尔茨海默病研究进展 J.食品工业科技,2022,43(17):501-513.2Feng L,Gwee X,Kua E H,et al.Cognitive function and tea consumption in c

33、ommunity dwelling older Chinese in Singapore J.The Journal of Nutrition,Health&Aging,2010,14(6):433-438.3翁蔚.2020 年及 2021 年上半年中国茶叶市场概况 J.中国茶叶,2021,43(9):74-76.4Zhang J,Lu D Y,Yuan Y,et al.Liubao Insect tea polyphenols prevent HCl/ethanol induced gastric damage through its antioxidant ability in mice

34、J.RSC Advances,2020,10(9):4984-4995.5Liu Y F,Wang J Z,Xiao Y,et al.Diversity analysis of chlorophyll,flavonoid,anthocyanin,and nitrogen balance index of tea based on dualex J.Phyton,2021,90(5):1549-1558.6Zhong J,Ren D,Shang Y,et al.Targeted identification of glycosylated flavones and isomers in gree

35、n tea through integrated ion-filtering strategy and mass-fragmentation characteristics based on the UPLCQOrbitrapMS/MS 3222023年第9期中国食品添加剂China Food Additives专论综述platform J.Food Chemistry,2022,377:131901.7Xing L J,Zhang H A,Qi R L,et al.Recent advances in the understanding of the health benefits and

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