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一种提高生物活性的改性茶渣膳食纤维与应用

泰然健康网
2025-08-11 02:05

(一)本发明涉及一种提高生物活性的改性茶渣膳食纤维与应用。

背景技术：

0、(二)背景技术

1、茶叶作为一种天然健康的饮品，已具有上千年的悠久历史，深受人们的喜爱。2020年全球茶叶消费量达630万t，预计未来5年将增加至740万t。我国是世界上最大的茶叶生产国，2020年我国茶产量为298.60万t，比上年增加19.26万t，增幅9.62％。茶叶用于生产与消费所产生的茶渣产量非常大，每生产1t红茶可产生茶渣30～50kg，每生产1t绿茶可产生茶渣30kg。据不完全统计我国仅茶饮料生产企业每年产生茶渣达18～20万t。如此巨量的茶渣只有很小一部分得到合理利用，大部分被当作农业垃圾处理，既污染环境又造成生物资源的巨大浪费。提高对茶渣利用的重视程度，提高资源利用率，不仅可以提升经济效益，也是一种对环境资源的珍惜和保护。

2、茶叶经过浸泡后的茶渣中含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素等膳食纤维(dietary fiber,df)，茶渣df主要以不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,idf)为主。研究表明，idf和可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber,sdf)在人体内发挥的作用有所不同，df生理功能与二者比例密切相关。与idf相比，来自植物的sdf具有重要的生理功能和优异的物理化学性质，如sdf可以减少脂质消化，并在控制血糖方面显示出更好的效果。此外，sdf具有比idf更大的形成凝胶和充当乳化剂的能力，这使其易于融入食品中。数据表明，膳食纤维中sdf的含量应达到10％以上，才能被视为优质膳食纤维，具有很强的生理活性和保健功能。尽管茶渣富含膳食纤维，但主要是idf，sdf含量较低，理化与功能特性存在缺陷，无法满足其在食品、医药等领域的应用。通过合理有效地改性处理，不仅能促使df组分连接键断裂，转变为小分子，使部分idf转变为sdf；还可促使df致密网状结构变为松散网状结构，具有更高的结合水性、膨胀率与吸附力等理化特性，更好地发挥生理功能。因而，寻找最佳的改性方法，增加茶渣中sdf的有效溶出，达到df组成中sdf>10％的合理配比，将为茶渣的综合利用提供新思路、变废为宝，增加其经济和营养价值，实现对生物资源的高值化利用。

3、df的改性手段通常有机械法、物理法、化学法以及生物酶法等。其中，机械法大多具有设备要求高、能耗大、破壁不充分、局部高温等问题。物理法简单易行，但需足够大温差，仅适于实验室操作。化学法易引入杂质且存在安全性与环境污染等问题。生物酶法生产成本高且单一生物酶很难有效破壁，需多种酶结合使用。不同的改性方法在改变多糖对应的理化特性方面有所不同，例如超声改性使多糖的分子结构破坏、聚合度下降、分子质量减小等性质改变；磷酸酯化改性产物对羟基自由基的清除效果增强，且同时具有原多糖十分微弱的对超氧自由基的清除能力；醚化改性使半纤维素的水溶性提升，热稳定性下降等。各种改性方法使天然多糖在食品、药品、材料等邻域有更为广泛的应用。湿热改性、柠檬酸酯化改性、氧化改性、络合改性等提高了多糖在食品领域的利用价值。

4、茶渣作为日常饮用最多饮品的加工副产物，如何妥善提取并优化改性茶渣多糖具有极高的意义和经济价值。本发明针对茶渣df中idf含量高、适口性与生物利用率差的特点，首先对茶渣进行预处理，进而以茶渣中sdf溶出率为响应值，通过自由基介导的改性方式，在单因素试验的基础上，辅以box-behnken试验设计优化获得茶渣sdf有效溶出的最佳工艺参数，以获得高得率、强生物活性(abts、dpph自由基清除能力等抗氧化活性、α-淀粉酶抑制能力与延长氧化应激状态下秀丽隐杆线虫的寿命)的茶渣sdf、以及理化特性优异的茶渣idf，可实现茶渣废弃物的高品质再利用。

技术实现思路

0、(三)
技术实现要素：

1、本发明目的是提供一种改性茶渣膳食纤维与应用，以茶渣为原料，首先经微波结合生物酶预处理后，再以茶渣中sdf溶出率为响应值，通过自由基介导的改性方式，以fe2+-vc-h2o2为提取剂，经单因素试验及box-behnken试验设计优化，获得高得率、强生物活性(abts、dpph自由基清除能力等抗氧化活性、α-淀粉酶抑制能力与延长氧化应激状态下秀丽隐杆线虫的寿命)的茶渣sdf、以及理化特性优异的茶渣idf。

2、本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供一种提高生物活性的改性茶渣膳食纤维，所述改性茶渣膳食纤维包括不溶性茶渣膳食纤维和可溶性茶渣膳食纤维，所述改性茶渣膳食纤维按如下方法制备：

4、(1)称取茶渣粉，加入去离子水，在功率为50-250w的条件下微波处理5-30min后，加入半纤维素酶与纤维素酶混合物，调节ph4.8，在温度为30-70℃条件下酶解0.5-2.5h，酶解结束后放入100℃沸水浴中灭酶5min，调ph7.0后，得到茶浆；

5、(2)将质量浓度为30％的h2o2溶液中加入vc、feso4和去离子水，充分溶解摇匀后，得到含vc-feso4的h2o2溶液；

6、(3)将步骤(2)含vc-feso4的h2o2溶液全部加入步骤(1)茶浆中，混匀，得到茶渣-vc-feso4-h2o2混合液；

7、(4)将步骤(3)茶渣-vc-feso4-h2o2混合液放入恒温振荡器中振荡，调整振荡器参数为50-100℃、100-200rpm，往复回旋振荡20-120min；取出混合液，离心(优选8000r/min离心10min)，获得上清液和滤渣；滤渣在50℃下烘干，获得不溶性茶渣膳食纤维(idf)；

8、(5)将步骤(4)上清液旋蒸浓缩至原体积的五分之一，得到浓缩液；边搅拌边缓慢加入浓缩液体积4倍的95％乙醇，置于4℃冰箱醇沉12h后，将上清液小心倒出，保留下层沉淀物；

9、(6)将步骤(5)下层沉淀物离心(优选置离心机中1000r/min离心5min)，取沉淀加水于65℃下旋蒸浓缩至乙醇完全蒸出，得到浓缩液；

10、(7)将步骤(6)浓缩液采用sevag法脱蛋白，获得可溶性茶渣膳食纤维(sdf)。

11、优选的，步骤(1)茶渣粉按如下方法制备：将提取茶汤后的茶渣放置于烘箱中低温烘干(优选60℃)至水分在8％以下，放入粉碎机粉碎，粉碎后过200-300目筛，获得茶渣粉。

12、优选的，步骤(1)所述去离子水体积用量以茶渣粉质量计为20-70ml/g，优选50-70ml/g，更优选60ml/g；所述半纤维素酶与纤维素酶混合物是由半纤维素酶与纤维素酶以质量比4:1混合而成，所述半纤维素酶与纤维素酶混合物以茶渣粉质量计为1-2％，优选1.6％；所述酶解温度优选50℃条件下酶解2h。微波处理条件优选250w处理20min。

13、优选的，步骤(2)质量浓度为30％的h2o2溶液与步骤(1)中茶渣粉质量比为5-8:1，优选6.4:1；所述vc与步骤(1)中茶渣粉质量比为0.001-0.1:1，优选0.048:1；所述feso4与步骤(1)中茶渣粉质量比为0.1-1:1，优选0.192:1；所述去离子水以步骤(1)中茶渣粉质量计为1-10ml/g，优选2.36ml/g；所述vc与feso4质量比为1:4；所述30％的h2o2溶液中h2o2与vc和feso4的总质量之比为8:1。

14、优选的，步骤(4)振荡条件为90℃、200rpm，往复回旋振荡70min。

15、优选的，步骤(7)脱蛋白步骤为：浓缩液中加入四分之一体积的sevag试剂(氯仿：正丁醇＝4:1，v:v)，37℃恒温振荡25min后，将混合液倒入离心管，4000r/min离心5min，取上清液再次重复上述脱蛋白操作至上层在280nm没有吸收峰；将最后一次脱蛋白后的上清液在50℃下旋转蒸发出有机溶剂后，得到纯化的茶渣sdf浓缩液；将茶渣sdf浓缩液进行冷冻干燥，初始温度为-30℃，当真空度为80pa时开始加热，加热至-20℃时保持1h，然后温度每升高10℃保持1h，一直升温至20℃，保持24h以上至样品干燥(含水量在8％以下)，获得可溶性茶渣膳食纤维。

16、本发明还提供一种改性茶渣膳食纤维在制备抗氧化剂中的应用，所述改性茶渣膳食纤维为可溶性茶渣膳食纤维。

17、本发明还提供一种改性茶渣膳食纤维在制备α-淀粉酶抑制剂中的应用，所述改性茶渣膳食纤维为可溶性茶渣膳食纤维。

18、本发明还提供一种改性茶渣膳食纤维在制备延长氧化应激状态下秀丽隐杆线虫寿命制剂中的应用，所述改性茶渣膳食纤维为可溶性茶渣膳食纤维。

19、本发明还提供一种改性茶渣膳食纤维在饼干、面条等面制品中的应用，所述改性茶渣膳食纤维为不溶性茶渣膳食纤维。

20、与现有方法相比，本发明的有益效果主要体现在：

21、1.本发明采用微波与生物酶的预处理，绿色化学的改性方式，操作简便易行，环境友好，结合多糖的分子量分布范围，可制得纯度高的茶渣sdf；sdf溶出率可高达19.75％以上，且abts、dpph等自由基清除能力高；α-淀粉酶抑制能力强；对c.elegans在氧化应激状态下的保护效果好。

22、2.针对茶叶经过浸泡后的茶渣中含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等结构致密的不溶性膳食纤维，理化与功能特性存在缺陷，常规改性方法能耗大、破壁不充分、局部高温等问题。微波是一种可用于生产热压缩水的新的加热源，通过水分子的偶极旋转产生的剧烈摩擦，能实现快速的样品加热；微波不仅在缩短反应时间方面具有优势，而且在提供富含碳水化合物的生物质的水解也具有优势。纤维素酶与半纤维素酶等不同种类生物酶对茶渣破壁位点差异能更有效地对df进行改性。双氧水是一种清洁高效的氧化剂和典型的环保剂，亦是产生氧自由基的最常用试剂之一。基于此，茶渣首先在微波辅助与生物酶法预处理的基础上，利用双氧水在还原剂与有机酸作用下能产生超强自由基，可高效破壁且独具的脱色与降低df分子量的优势，结合bbd的设计方法，在充分保证细胞壁的可控破碎效果，形成疏松多孔的状态的同时，有利于茶渣df中可溶性sdf的充分溶出，并制备分子量分布窄，破壁过程不破坏sdf“活性片段”的完整性、产量高的功能性sdf，同时具有整个操作过程不引入杂质、无污染、对设备要求低且能耗少等诸多优势。

23、3.自由基介导的改性技术处理茶渣制备的产品无异味、感官性状好，无需脱色等后处理。操作中所使用低浓度双氧水，操作结束后易分解成水与氧气，在整个单元操作过程中不会留下任何残留物。操作中加入fe2+-vc，有助于茶渣中sdf的有效溶出及生物活性的增强。自由基介导的改性技术处理方式可使茶渣sdf的溶出率、自由基清除能力(abts+清除率、dpph自由基清除率)、α-淀粉酶抑制能力以及秀丽隐杆线虫的抗应激能力显著提高(p<0.05)。茶渣sdf的溶出率、abts+、dpph自由基清除率与α-淀粉酶抑制率比传统的采用热水提取的茶渣sdf分别提高了2.69倍、2.44倍、2.09倍与1.55倍；双氧水诱导与甲基紫精诱导下线虫平均存活时间比传统热水提取的茶渣sdf分别提高了20.06％与39.85％。该改性工艺对茶渣中idf的理化特性也有较好的改善效果，以及改性后过150目筛的茶渣idf的结合水力为改性前茶渣的1.91倍，对胆酸钠吸附能力是改性前的32.04倍，均具有显著效果(p<0.05)。该工艺条件温和，绿色环保，符合保健食品的生产要求。