生物酶法提取废茶中茶多酚的工艺技术研究

生物酶法提取废茶中茶多酚的工艺技术研究

孙可新，李志杰，司宇含，王雪婷，王誉颖

（山东协和学院计算机学院，济南250000）

摘要：以废茶为试验原料，探讨其中茶多酚提取工艺的优化。方法：设计单因素及正交试验，使用纤维素酶和果胶酶酶解日照废抛荒茶，紫外分光光度法和HPLC法检测茶多酚含量。选取复合酶添加量、料液比、酶解温度、PH值为试验因子，以茶多酚提取量为响应值。研究结果表明，废茶中茶多酚提取的最佳工艺参数为：复合酶添加量1.2%（以底物质量计），料液比1∶15（g/mL），酶解pH5.6，酶解温度50℃，在此工艺条件下，茶多酚提取量可达82.26mg/g结论：生物酶法可高效提取废茶中的茶多酚，废茶也可作为茶多酚提取原料。

关键词：抛荒茶园废茶 生物酶法 复合 提取工艺

0引言

随着我国经济的迅速发展，一些茶园成为抛荒茶园，且当地经济发展慢，我国抛荒茶园面积大，形成大量浪费。若能对抛荒茶园废茶中的有效成分进行提取利用，可变废为宝，使当地增收。

1材料与方法

1.1材料与试剂

原料：抛荒茶园中的废茶。果胶酶（≥1.1U/mg）：美国Fluka公司；中性蛋白酶（≥50000U/g）：山东苏柯汉生物工程股份有限公司；纤维素酶（≥15000U/g）、福林酚试剂（分析纯）：国药集团；没食子酸标准品（>98%，分析纯）：上海展云化工有限公司。

1.2仪器与设备

ME204E电子分析天平；722N紫外可见；SHZ-82A水浴恒温：金坛市医疗仪器厂；DHG-9053A型电热恒温鼓风：上海精宏实验设备有限公司；SHB-IIIT循环水式多用：郑州长城科工贸有限公司；FZ102植物粉碎机。

1.3茶多酚提取工艺

取废茶，将复合酶溶液加入茶叶酶解；加乙醇溶液提取，提取过滤，离心。得上清液；检测上清液中茶多酚含量，计算茶多酚的提取率。

1.4单因素实验

1.4.1酶种类对废茶多酚提取量的影响

准确称取1.0g废茶粉末，在pH5.6，料液比1∶15（g/mL），酶解温度50℃，反应时间50min参数下，分别考察酶添加量为1.0%（以底物质量计）的5种酶体系[果胶酶，纤维素酶，果胶酶与纤维素酶合成复合酶，果胶酶，纤维素酶及蛋白酶合成复合酶，蛋白酶]对茶多酚提取量的影响。

1.4.2果胶酶与纤维素酶质量比对废茶茶多酚提取量的影响

准确称取1.0g废茶粉末，在pH5.0，料液比1∶15（g/mL），复合酶添加量1.0%（以底物质量计），酶解温度50℃，反应时间50min参数下，考察果胶酶与纤维素酶质量比为2∶1、1∶1、2∶3、1∶2、2∶5对茶多酚提取量的影响。

1.4.3复合酶添加量对废茶茶多酚提取量的影响

准确称取1.0g废茶粉末，在pH5.0，料液比1∶15（g/mL），酶解温度50℃，反应时间50min参数下，分别考察0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%复合酶（果胶酶∶纤维素酶=2∶3，质量比）添加量对茶多酚提取量的影响。

1.4.4料液比对废茶茶多酚提取量的影响

准确称取1.0g废茶粉末，在pH5.0，复合酶（果胶酶∶纤维素酶=2∶3，质量比）添加1.0%，酶解温度50℃，反应时间50min参数下，考察1：5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g/mL）的料液比对茶多酚提取量的影响。

1.4.5酶解温度对废茶茶多酚提取量的影响

准确称取1.0g废茶粉末，在pH5.0，料液比1∶15（g/mL），复合酶（果胶酶∶纤维素酶=2∶3，质量比）添加量1.0%，反应时间50min参数下，考察酶解温度30、40、50、60、70℃对茶多酚提取量的影响。

1.4.6酶解时间对废茶茶多酚提取量的影响

准确称取1.0g废茶粉末，在pH5.0，料液比1∶15（g/mL），复合酶（果胶酶∶纤维素酶=2∶3，质量比）添加量1.0%，酶解温度50℃参数下，考察反应时间30、40、50、60、70min对茶多酚提取量的影响。

1.4.7酶解pH对废茶茶多酚提取率的影响

准确称取1.0g废茶粉末，在pH5.0，料液比1∶15（g/mL），复合酶（果胶酶∶纤维素酶=2∶3，质量比）添加量1.0%，酶解温度50℃，反应时间50min参数下，考察酶解PH值为3.8、4.4、5.0、5.6、6.2时对茶多酚提取量的影响。

1.5响应面优化实验

依照Box-Behnken中心组合试验设计原理，基于单因素试验结果进行三因素三水平试验设计，选取复合酶添加量（A）、料液比（B）、酶解温度（C）、酶解时间（D）为响应因子，使用Design-Expert8.0软件进行数据拟合优化抛荒茶中茶多酚提取工艺。

1.6试验数据分析

通过Excel软件处理相关试验数据，并用SPSS21.0对数据进行单因素方差分析和显著性分析，利用Design-expert8.0软件设计响应面试验和分析回归模型结果。

2结果与分析

2.1单因素实验结果

2.1.1酶种类的确定

复合酶的作用效果高于单一酶。提取量最低的是种类5（蛋白酶），仅有27.47mg/g，种类3（果胶酶与纤维素酶）的茶多酚提取量最高，达到79.17mg/g，说明蛋白酶的存在会抑制果胶酶与纤维素酶的复合作用，种类1（果胶酶）和种类2（纤维酶）的茶多酚提取量分别为35.62mg/g和45.26mg/g，因此，确定酶种类3（果胶酶与纤维素酶合成复合酶）作为提取废茶中茶多酚的复合酶。

2.1.2果胶酶与纤维素酶质量比的确定

果胶酶与纤维素酶质量比在2∶1~2∶3范围内，随着复合酶中纤维素酶的用量增加，茶多酚提取量逐渐提高，由62.77mg/g提高到80.02mg/g（P<0.05），原因是提高纤维素酶用量能够使细胞壁破裂更充分，促使茶多酚大量浸出。果胶酶与纤维素酶质量比为2∶3时，两种酶发挥最大活性质量比为2∶5时茶多酚提取量为70.56mg/g，说明复合酶对底物浓度呈饱和状态。因此，确定复合酶中果胶酶和纤维素酶质量比为2∶3适宜。

2.1.3复合酶添加量

随着果胶酶与纤维素酶组成的复合酶添加量的升高，茶多酚提取量显著增加（P<0.05），当复合酶添加量为1.2%时，提取量达到最大值75.31mg/g，继续增加复合酶添加量，茶多酚提取量呈现下降趋势。因此，确定复合酶添加量为1.2%最佳。

3结论

本研究以废茶中的茶多酚提取量为考察目标，在单因素试验的基础上，利用响应面分析法优化废茶中茶多酚的提取工艺，最终得到茶多酚提取最佳工艺参数为：复合酶添加量1.2%，料液比1∶15（g/mL），酶解温度50℃。在此参数下，废茶中茶多酚提取量为82.79mg/g，较其它提取方法结果更高，说明此试验模型结果可靠。同时，获得废茶中茶多酚提取的因素影响大小为：复合酶添加量＞酶解PH值＞酶解温度＞料液比，研究结果将为废茶附加值开发利用提供技术支撑。

参考文献：

[1]左小博,孔俊豪,杨秀芳.茶多酚产业现状与发展展望[J].中国茶叶加工,2019(4):14-20.

[2]刘军海,杨海涛,刁宇清.复合酶法提取茶多酚工艺条件研究[J].食品与机械,2008(3):74-77,80.

[3]杨新,陈莉,卢红梅.茶多酚提取与纯化方法及其功能活性研究进展［J］.食品工业科技,2019,40(5):322－328+332．

作者简介：孙可新(2003.02-)，女，山东聊城，数字媒体专业，主要研究方向为：信息技术处理

指导老师：张艳华（1985.03-），女，山东潍坊，讲师，研究方向：数据分析