茶汤蛋白对茶饮料冷后浑形成的影响

摘要

饮料是重要的食品种类之一。丰富多彩的饮料产品不仅满足了消费者的各种需求，而且创造了良好的经济效益和社会效益。2007年全球饮料产量估计达到1.3万亿升，销售收入达91OO亿美元。浑浊问题是目前饮料研发和生产过程中普遍面临的重要技术障碍。多酚和蛋白互作引起的浑浊是各种饮料中最重要、也是最难彻底清除的浑浊类型之一。资料显示，蛋白分子中脯氨酸或者组氨酸等氨基酸侧链通过疏水堆叠方式与多酚分子中芳香环结合，分子间的氢键进一步强化两者的互作。形成的可溶性多酚/蛋白复合物通过“多酚桥”相互团聚，并形成浑浊和沉淀。多酚/蛋白互作强度主要取决于多酚、蛋白浓度以及两者比例，环境温度、酸度、金属离子等对两者互作也有显著影响。添加明胶或单宁加速絮凝、皂土等吸附剂吸附、超滤以及酶处理是常用的饮料浑浊控制措施。 虽然蛋白对茶饮料浑浊有重要影响，但由于茶饮料中蛋白含量低、分离纯化困难，有关茶汤蛋白性质及其对茶饮料浑浊影响的研究报道较少。本项目主要采用电泳技术研究茶汤蛋白的理化特性；并以EGCG/蛋白/咖啡因浑浊模型研究蛋白以及不同温度和酸度条件对茶饮料浑浊形成的影响；比较不同吸附剂对茶汤蛋白的去除效果，优选吸附剂的种类和使用剂量，为茶饮料浑浊控制奠定基础。 利用24个杀青叶样品，对离心前后透过率差值△T与色差和粒度等相关指标进行了分析。结果显示，△T660nm与L值、遮光比、比表面积、D3等粒度参数具有显著或极显著的相关关系。以△T660nm为依据建立了L值和遮光比等参数的预测模型，以外部验证法对建立的模型进行了验证。证明以△T660为基础建立的模型可以有效对遮光比、L、比表面积等参数进行预测，△T660是一种可用于少量样品(<1ml)浑浊情况评价的有效方法。 电泳结果显示，茶汤经冷藏诱导后，大分子量(166kD和60kD)的蛋白倾向于进入沉淀，而小分子量蛋白(56kD和48kD等)则存在于上清液中。将EGCG添加到初步纯化的茶汤蛋白溶液中温浴并冷藏，发现60kD的蛋白先于166kD蛋白进入沉淀，166kD蛋白也容易进入沉淀；在较高环境温度时，几乎所有类型的蛋白都可与EGCG互作而从上清液中消失。可见，高温不利于有效区分浑浊活性蛋白(HAPs)与非HAPs。从HAPs定义来看，60kD和166kD蛋白是较典型的HAPs，且60kD蛋白起浑能力更强。等电电泳显示，60kD和166kD蛋白的等电点为pH9.0-pH10.5.此外，研究还发现，杀青叶冷藏后，提取液60KD和166KD的蛋白含量下降，冷藏1月以后，提取液中未检测到这两种大分子蛋白． EGCG/蛋白/咖啡因浑浊模型体系研究结果显示，在37℃温浴条件下，明胶(GEL，)的起浑能力显著高于牛血清白蛋白(BSA)，茶汤蛋白(PFT，从冷藏1月以上的杀青叶中萃取)介于两者之间；在80℃温浴条件下，GEL的起浑能力显著高于PFT，而BSA介于两者之间。总体而言，由冷藏1个月后杀青叶制备的PFT的起浑能力更接近BSA，说明普通茶饮料中的蛋白是非HAPs。研究还显示，蛋白类型和浓度、EGCG浓度以及体系温度对模拟体系△T660有显著影响。进一步的研究表明，热处理后蛋白结构变化是弓l起EGCG/蛋白体系变浑浊的最主要原因；酸度对EGCG/蛋白体系浑浊的影响主要与蛋白的等电点有关，在等电点附近EGCG/蛋白体系最浑浊，EGCG和蛋白因沉淀引起的损失最大。 分析了16个不同品种杀青叶样品的△T660、色差、粒度指标以及儿茶素类等化学成分，采用主成分分析法，从27个变量中抽提出5个主成分，其累计方差达到92％．以5个主成分中特征向量绝对值较大变量对△T660、色差和粒度指标进行多元回归分析，建立了预测模型。并采用外部验证法对建立的模型进行了可靠性分析，结果显示，模型计算的△T660、L、△E、比表面积、遮光比以及粒径指标(除DAV外)均与实测值相吻合，说明通过茶叶样品的化学分析可以有效地预测茶汤的浑浊程度，茶叶化学组份不同是导致茶汤浑浊程度差异的根本原因。该结果为通过原料选择来控制茶饮料冷后浑奠定了基础。 不同吸附剂对蛋白的吸附试验结果显示，硅胶对蛋白吸附效果最好，其对BSA、GEL和PFT的吸附比例分别达到99％、88％和77％。洗脱试验结果显示，柠檬酸缓冲液对蛋白的洗脱效率较低，而NaOH(0.1M)洗脱效果好。将硅胶按0.5％(w/v)的比例添加到茶汤中，可去除85％以上的茶汤蛋白，但对茶汤中儿茶素类和咖啡因等功能成分没有显著影响。经硅胶吸附处理后的茶汤热稳定显著提高，因此硅胶可作为茶饮料浑浊控制的良好吸附剂。

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文摘

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论文说明：缩略语、图表目录

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致谢

第1章饮料浑浊机理及其控制技术研究进展

1.1饮料业发展趋势和存在的主要技术问题

1.1.1世界饮料发展现状

1.1.2美国等发达国家饮料发展现状

1.1.3我国饮料发展状况

1.1.4今后全球饮料行业发展趋势

1.1.5世界茶饮料现状和今后发展趋势

1.1.6全球饮料发展存在的技术问题

1.2饮料浑浊的类型

1.2.1酒精饮料浑浊类型

1.2.2荼饮料等软饮料浑浊类型

1.2.3果蔬汁饮料浑浊类型

1.3蛋白和多酚互作及其对饮料浑浊的影响

1.3.1引起饮料浑浊的蛋白

1.3.2引起饮料浑浊的多酚的性质

1.3.3蛋白/多酚互作机制及其影响因素

1.4饮料浑浊控制

1.4.1添加明胶/单宁絮凝剂加速沉淀

1.4.2添加吸附剂吸附

1.4.3树脂吸附

1.4.4微滤和超滤

1.4.5酶解消化

1.4.6其它方法

1.5开展本研究的目的和意义

1.5.1茶饮料浑浊及其控制研究存在的问题

1.5.2本研究的目的和意义

第2章茶饮料冷后浑分析方法研究

2.1材料与方法

2.1.1茶汤制备

2.1.2茶汤透光率分析

2.1.3茶汤色差分析

2.1.4茶汤冷后浑粒子分布分析

2.1.5数据分析

2.2结果与分析

2.2.1茶汤色差和粒度分析结果

2.2.2茶汤透光率分析结果

2.2.3茶汤透光率与茶汤明度和粒度的关系研究

2.3小结

第3章茶饮料HAPs特性及其对浑浊形成的影响

3.1材料与方法

3.1.1材料

3.1.2方法

3.1.3数据分析

3.2结果与分析

3.2.1茶汤中HAPs的种类

3.2.2茶汤蛋白的等电点

3.2.3 EGCG处理对茶汤蛋白组成的影响

3.2.4 EGCG处理对蛋白△T660和蛋白含量的影响

3.3小结

第4章温度对茶饮料模型体系浑浊形成的影响

4.1材料与方法

4.1.1材料

4.1.2试验设计和处理

4.1.3分析方法

4.1.4统计方法

4.2结果与分析

4.2.1不同温度温浴对BSA与EGCG和CAF互作影响

4.2.2 GEL与EGCG和CAF互作研究

4.2.3茶汤蛋白与EGCG和CAF的相互作用

4.2.4蛋白类型对模拟体系透光率差值的影响

4.2.5不同温度对模拟体系中EGCG、咖啡因和蛋白含量的影响

4.3小结

第5章茶饮料冷后浑形成机理研究

5.1材料与方法

5.1.1化学成分对浑浊形成的作用

5.1.2热处理促发浑浊形成的机理

5.1.3酸度对浑浊形成影响的机理

5.2结果分析

5.2.1茶汤色差、△T和粒度指标与化学成分的相关性

5.2.2茶汤色差、△T和粒度指标的回归模型

5.2.3模型验证结果

5.2.2加热促进浑浊形成的机理

5.2.3酸度对EGCG/蛋白体系的影响

5.3小结

第6章茶饮料冷后浑控制研究

6.1材料与方法

6.1.1茶汤蛋白制备

6.1.2吸附材料比较

6.1.3洗脱条件比较

6.1.4 SiO2处理去茶汤中可溶性蛋白试验

6.1.5蛋白含量和特性分析方法

6.1.6 SiO2处理后茶汤澄清度分析

6.2结果和分析

6.2.1不同吸附剂对蛋白的吸附效果

6.2.2 SiO2对三类蛋白的吸附特性分析

6.2.3不同SiO2用量和不同洗脱剂对蛋白吸附和解吸附的影响

6.2.4 SiO2去除茶汤中蛋白的效果分析

6.2.5 SiO2处理后茶汤化学成分的变化

6.2.6 SiO2处理对茶汤热稳定性的影响

6.3小结

第7章结论和展望

7.1 结论

7.2展望

参考文献

作者简历