茶膳食纖維粉營養價值分析及消化評價

石 慧， 胡 琴

(1.上?？底R食品科技有限公司， 上海 201103；2.江南大學 食品學院 食品科學與技術國家重點實驗室， 江蘇 無錫 214122)

飲茶有利于健康，這是當下人們的共識，但是茶及茶制品的保健功能究竟有多大？如何正確、科學地飲用以及如何充分發揮茶的保健成分功效，對深層次開發茶及其制品具有深遠的影響和意義。我國作為全球農業生產大國，同時也是茶資源文化和茶經濟強國。當前在我國市場上，相對主流的茶制粉劑主要分為兩類：工業用速溶茶(以茶葉或茶鮮葉為主要原料，經水提或采用茶葉鮮葉榨汁，然后噴霧干燥等工藝制成的產品)和茶粉(以茶樹鮮葉或干葉為原料，經加工后研磨或直接研磨成粉狀的茶產品)。這兩種方法制成的茶粉的特征是茶多酚含量均較高(茶粉中要求茶多酚含量≥10%，工業用速溶茶對各個茶葉品類做了詳細要求，但最低的紅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%)，這也致使現有茶粉雖含有高茶多酚和咖啡堿，但卻具有較重的苦澀味，在食品原料中難以加大用量。

而另一方面，據相關資料，茶葉的化學成分有500種之多，其中有機化合物達450種以上，無機化合物約有30余種。除茶多酚、維生素、礦物質、蛋白質、多糖、水分等人體所需要營養物質外，其宏量營養素，如膳食纖維含量在35%左右，蛋白質在20%左右[1]。膳食纖維作為宏量營養素的作用越來越被消費者認知，研究表明膳食纖維對糖尿病、腸癌、肥胖、心血管等疾病都有良好的抑制或治療效果[2-3]。伴隨對膳食纖維和茶葉產業深加工越來越多的科學研究和認知，其在普通食品領域，甚至是營養品、保健品和化妝品等領域的應用也會越來越多。

本研究以水浸提茶多酚的方式，對茶多酚進行調控，并將茶葉進行超微粉碎，制備了一種茶膳食纖維粉，測定其基本理化性質。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材 料

茶膳食纖維粉(上?？底R食品科技有限公司,經茶多酚水浸提→擠壓脫水→干燥→超微磨粉制備)、市售全麥粉(山東濰坊)、市售大豆(山東德州)。

1.1.2 設 備

自動凱氏定氮儀(Manon K1100，濟南海能儀器有限公司)、pH計(OHAUS-STARTER3100)、原泰奇傾倒式粉碎機(YF2-3，北京普諾眾達科技有限公司)、石墨消解儀(Manon SH420，濟南海能儀器有限公司)、QiangLe HYL-A全溫搖瓶柜、低溫高速離心機(德國，Eppendorf)、蔡司場發射掃描電鏡(蔡司，德國)；Agilent1100高效液相色譜系統(安捷倫，日本)。

1.2 方 法

1.2.1 全豆粉的制備

水分含量的測定采用《食品中水分的測定(GB/5009.3—2016)》[4]中的直接干燥法；蛋白質含量的測定采用《食品中蛋白質的測定(GB/5009.5—2016)》[5]中的方法進行，食品類別中全小麥粉的蛋白質折算系數為5.83，大豆及其粗加工制品的蛋白質折算系數為5.71，其他食品的蛋白質折算系數為6.25；灰分含量的測定采用《食品中灰分的測定(GB/5009.4—2016)》[6]；膳食纖維含量的測定應用《食品中膳食纖維的測定(GB/5009.88—2014)》[7]中的酶重量法。

1.2.2 氨基酸測定

采用OPA柱前衍生反相高效液相色譜-紫外檢測法。檢測條件如下：高效液相色譜系統(Agilent1100)、紫外檢測器(VWD)；流動相為7.60 mmol/L,體積比為500∶0.11∶2.5，pH7.2的醋酸鈉-三乙胺-四氫呋喃的流動相A；以及80.90 mmol/L,體積比為1∶2∶2，pH7.2的醋酸鈉-甲醇-乙腈的流動相B；色譜柱為Agilent Hypersil ODS柱(5 m，4.0 mm×250 mm)，柱溫40 ℃；波譜檢測采用梯度洗脫(洗脫程序詳見表1)；試樣中一般氨基酸在波長338 nm激發光下進行紫外測定，含量以外標法進行定量(脯氨酸在波長262 nm下單獨檢測)。

表1 流動相梯度洗脫程序

1.2.3 茶膳食纖維粉體外消化研究

應用Boisen等[8]建立的胃蛋白酶-胰酶兩酶法蛋白質體外消化經典模型，同時參考人體消化系統食物消化實際過程，確定模擬系統胃環境pH2.0、消化時間4 h；腸環境pH6.8、消化時間6 h。

2 結果與討論

2.1 茶膳食纖維粉的營養組成

實驗對茶膳食纖維粉中的水分、蛋白質、膳食纖維和灰分含量進行了統計分析，同時對比了全豆粉、全麥粉中基本成分的含量組成，測定結果如表2所示。

表2 樣品基本組成成分含量

從表2可以看出，茶粉中蛋白質的含量(20.77%)和市售全麥粉(15.21%)近似，而略低于全豆粉的33.2%。茶粉中的膳食纖維含量相較于全豆粉和市售全麥粉則顯著增高，達到了50.84%。鄭清梅等[9]對不同品種茶葉研究表明：茶樣中的營養物質和成分組成受茶葉品種和不同處理工藝影響。對綠茶、鐵觀音、紅茶、普洱4類茶葉粗蛋白測試顯示：綠茶粗蛋白含量通常為23%，而經發酵處理的普洱茶中粗蛋白含量可達33%。另一方面，相比于通常綠茶粗纖維約15%的含量，超微茶粉可供給人體更高的膳食營養纖維素。

2.2 茶粉蛋白質營養價值評價

茶粉經過24 h酸水解后，利用高效液相色譜法檢出水解氨基酸共20種(酸水解測定氨基酸時不能將色氨酸測出)，各氨基酸含量如表3所示。

表3 茶粉水解氨基酸組分含量

本實驗所制備的茶粉中水解氨基酸總量為21.46 g(100 g茶粉)；人體必需的8種氨基酸占比40.88%，總量為8.77 g；兒童必需氨基酸占比10.65%，總量為2.29 g；藥效氨基酸占比61.69%，總量為13.24 g；味覺氨基酸占比50.73%，這與文獻[10-11]研究結果一致。此外，該茶粉水解氨基酸組分中，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，這與張士康等[12]測得的綠茶茶粉的氨基酸組成基本一致。

蛋白質作為人體健康和營養來源的主要元素之一，茶粉所含必需氨基酸的種類、占總氨基酸比重和數量顯著決定了該蛋白質的潛在營養價值[13-16]。表4列出了本實驗茶粉中必需氨基酸和世界衛生組織推薦的必須氨基酸比值系數評定標準(FAO/WHO推薦值)。

表4 茶粉氨基酸比例與FAO/WHO推薦值

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過FAO/WHO模式值[17]，此對比表明本實驗采用的水浸工藝提茶多酚后制備的超微茶粉，其蛋白質仍具有較高的潛在營養價值。

2.3 茶粉的消化性能研究

為進一步探究茶粉中蛋白質的營養和人體潛在可消化利用價值，本研究對茶粉進行了胃蛋白酶-胰酶兩酶法體外消化測試。詳細的實驗設計步驟如下：20 mL，pH2.0的PBS溶液→加入2.00 g茶粉樣品→吸取1 mL PBS配制的胃蛋白酶液→調pH至2.0→加入0.5 mL氯霉素→封口→在37 ℃下振蕩4 h→加入5 mL 20%磺基水楊酸→8000 r/min離心5 min→沉淀物于69 ℃干燥35 h→研磨→測粗蛋白含量(凱氏定氮法)→測算蛋白質的消化率。在進行兩酶法消化之前，依據上述步驟，胃蛋白酶和胰酶最優作用濃度被首先篩查。

2.3.1 胃蛋白酶最適濃度的選擇

圖1顯示的是2.00 g茶粉在胃液消化環境下，茶粉蛋白的消化率隨添加不同濃度的胃蛋白酶的變化曲線。從圖1可以清楚看出，隨著胃蛋白酶濃度從2 mg/mL增加到10 mg/mL，茶葉蛋白質體外消化率從14.64%急劇增加至26.38%；而當胃蛋白酶濃度從10 mg/mL增加到40 mg/mL時，茶粉蛋白的體外消化率從26.38%緩慢增加至35.30%。從茶粉蛋白的消化率增量和胃蛋白酶濃度變化的對比圖(圖2)可明顯看出，胃蛋白酶濃度10 mg/mL前后呈現斷崖式變化。眾所周知，蛋白質在生物體內，通常以游離和結合兩種形態存在。從圖1和圖2的茶粉消化數據可推測，當胃蛋白酶濃度小于10 mg/mL時，消化的主要是茶粉中的水溶性游離蛋白；而大于10 mg/mL時，消化的應為剩余少量水溶性和部分纖維間蛋白。

圖1 胃蛋白酶濃度與消化率 圖2 胃蛋白酶濃度變化與消化率增量

從圖1和圖2中雖然可以看出胃蛋白酶濃度大于10 mg/mL后，消化率的增量有所下降，但最適濃度是選擇消化率增長趨勢突變的10 mg/mL還是選擇消化率增長趨于平緩的30 mg/mL，在兩酶法消化模型中，有待進一步研究。本實驗在10 mg/mL和30 mg/mL兩個不同的濃度下，通過添加相同濃度的胰酶，并對其蛋白質消化率進行了方差分析，結果如表5所示。由表5可知，差異源為單一胃蛋白酶濃度時，方差因子F=29.23>F-crit(5.05，F-crit是在相應顯著水平下的F臨界值)。因此，為充分考察茶粉蛋白體外消化，所以胃蛋白酶最適濃度選定為30 mg/mL。

表5 茶粉蛋白消化率的方差分析

2.3.2 胰酶最適濃度的選擇

圖3(a)表明的是2 g茶粉在模擬胃消化環境下，添加濃度為30 mg/mL的胃蛋白酶后，再模擬小腸消化環境，添加不同濃度的胰酶對其蛋白質體外消化率進行測定。由圖3(a)可知，隨著胰酶濃度從2 mg/mL增加到11.6 mg/mL，茶粉蛋白質體外消化率從33.44%較快增加到36.41%；胰酶濃度從11.6 mg/mL增加到40 mg/mL時，茶粉蛋白質體外消化率從36.41%緩慢增加到38.78%。另一方面，茶粉蛋白的消化率增量和胰酶濃度變化柱狀圖如圖3(b)所示，胰酶濃度在10 mg/mL前后時，單位酶濃度消化率增加從0.61%變為0.12%，降低0.49%。當胰酶濃度達到30 mg/mL后，茶粉蛋白質體外消化率幾乎沒有變化，為充分考察茶粉蛋白體外消化效應，本實驗選擇胰酶的濃度為30 mg/mL。

(a)胰酶濃度與消化率 (b)胰酶濃度變化與消化率增量 圖3 胰酶濃度與蛋白質消化率的關系

2.3.3 茶粉蛋白消化率與全豆粉、全麥粉的對比結果

在確定茶粉蛋白的最優消化條件后，按照消化具體流程同時對茶粉、全豆粉、全麥粉進行蛋白質體外消化率測定，結果如圖4所示。從圖4可以看出，在兩酶法體外模擬胃腸消化環境條件下，茶粉、全豆粉和全麥粉的蛋白質體外消化率分別為：茶粉(39.03%)<全豆粉(58.72%)<全麥粉(90.39%)。

2.4 茶粉蛋白體外消化機制研究

蛋白質的消化程度不僅會受到酶量的影響，還會受到pH值、溫度、時間等諸多因素的影響。本研究選擇的胃消化環境pH2.0、小腸環境pH6.8與李清曉等[18]的研究條件相同；實驗中使用胃環境、小腸環境溫度與文獻[19]基本一致；消化時間也與人體消化道充分消化所需時間相當，但與周根來等[20]的研究消化時間相比，有所縮短，原因在于消化時間的過度延長，茶粉蛋白質體外消化率雖有所提升，但與人體的正常代謝時間相悖。

圖4 不同樣品類型的蛋白質消化率

雖然本研究采用相對較短的體外消化時間，然而經水浸提制備的超微茶粉卻呈現出了39.03%的蛋白消化率(圖4)。眾所周知，物質的酶化消解通常呈現為：樣品蛋白與消化酶的接觸面積越大、接觸頻率越高，消化程度、消化率也越高。利用掃描電鏡(SEM)展示了3種樣品的微觀結構鏡像圖，如圖5所示。從圖中可以看出，茶粉為大粒徑、鱗片狀排布的層疊結構，全豆粉呈現為微包覆的橢球狀顆粒體，而全麥粉則為小顆粒的層疊和橢球體混合物。結合纖維素和蛋白質的形態不難推測：SEM鏡像中的橢球體應為蛋白顆粒，而片層堆疊和包覆片層為難以消化的木質纖維素。由于全麥粉中的纖維素從蛋白顆粒上被剝離，使得大量的蛋白質顆粒暴露于胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用之下，因此全麥粉在體外消化的過程中呈現出了極高的消化率，全豆粉次之。由于蛋白顆粒被大量的纖維素包被，因此茶粉相比于全麥粉和全豆粉呈現出了相對較低的蛋白消化率。對比全豆粉和全麥粉的微觀織構，不難發現如將茶粉進行研磨處理或進行膨化工藝破壞其纖維晶粒，則茶蛋白消化率將會有一個極大的提高。

圖5 SEM結構鏡像圖

3 結 論

本文以水浸提茶多酚后獲得的膳食纖維超微茶粉為研究對象，通過水解和必需氨基酸比值系數測定，表明該茶粉具有較高的營養價值。分析可知，此茶粉中膳食纖維含量達到了50.84%，大幅高于通常綠茶粗纖維約15%的含量。同時含有人體必需的8種氨基酸占40.88%，其中谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸分別為3.08%、1.93%、1.86%。酪氨酸+苯丙氨酸和亮氨酸這兩組氨基酸組分比例接近10%。此茶粉中的茶蛋白即使被大量纖維素包覆，但在類似人體的代謝時間和胃、腸微環境條件下，仍可呈現39.03%的茶蛋白消化率。此研究表明，該茶粉在提供大量膳食纖維的同時，可作為優質的氨基酸產品原料進行深度開發。伴隨對膳食纖維和茶葉深加工越來越多的科學研究和認識，相信茶粉在食品領域，甚至是營養強化食品、保健品和化妝品等領域的應用必會越來越多。