茶褐素理化性质及生物学活性研究进展.pdf

基金项目：云 南 省 科 学 技 术 厅 重 大 科 技 专 项（编 号：）作者简介：代丽凤，女，云南大益微生物技术有限公司助理工程师，硕士。通信作者：官兴丽（），女，云南大益微生物技术有限公司高级工程师，硕士。：收稿日期：改回日期：犇 犗 犐：犼 狊 狆 犼 狓 文章编号 （）茶褐素理化性质及生物学活性研究进展 代丽凤，犇犃 犐犔 犻 犳 犲 狀 犵，蒋洁琳，犑 犐 犃犖犌犑 犻 犲 犾 犻 狀，官兴丽，犌 犝犃犖 犡 犻 狀 犵 犾 犻，邹小林，犣 犗 犝犡 犻 犪 狅 犾 犻 狀，符宗林，犉 犝犣 狅 狀 犵 犾 犻 狀，罗赛，犔 犝 犗犛 犪 犻，杨智，犢 犃犖犌犣 犺 犻，（云南大益微生物技术有限公司，云南 昆明 ；云南省普洱茶发酵工程研究中心，云南 昆明 ；勐海茶业有限责任公司，云南 勐海 ）（犢 狌 狀 狀 犪 狀犜 犃 犈 犜 犈 犃 犕 犻 犮 狉 狅 犫 犻 犪 犾犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔犆 狅，犔 狋 犱，犓 狌 狀 犿 犻 狀 犵，犢 狌 狀 狀 犪 狀 ，犆 犺 犻 狀 犪；犉 犲 狉 犿 犲 狀 狋 犪 狋 犻 狅 狀犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺犆 犲 狀 狋 犲 狉 犳 狅 狉犢 狌 狀 狀 犪 狀犘 狌 犲 狉 犺犜 犲 犪，犓 狌 狀 犿 犻 狀 犵，犢 狌 狀 狀 犪 狀 ，犆 犺 犻 狀 犪；犕 犲 狀 犵 犺 犪 犻犜 犲 犪犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 狔犆 狅，犔 狋 犱，犕 犲 狀 犵 犺 犪 犻，犢 狌 狀 狀 犪 狀 ，犆 犺 犻 狀 犪）摘要：茶褐素是一类水溶性非透析性高聚合的褐色物质，主要组分为多酚类、多糖、蛋白质和核酸等，与发酵茶的色泽、功能活性密切相关。由于形成机制的复杂性，其化学结构尚不明确。文章就茶褐素结构特性、形成机制、提取及检测方法、功能活性等进行了阐述，并展望了其未来研究方向。关键词：茶褐素；功能活性；形成机制犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊：；茶褐素（，），非透析性高聚合物，质量范围为 ，通常被认为是一类能溶于水而不溶于乙醇、乙酸乙酯和正丁醇的褐色色素。茶褐素作为水溶性色素，最早被发现于红茶，一般占干物质总量的，是红茶茶汤“暗”的主因。而茶褐素作为黑茶，尤其是普洱茶的品质成分，含量一般占干物质总量的，对茶叶的色泽及茶汤品质的形成有着重要作用，与黑茶的苦味和后苦味呈正相关，与涩味呈负相关。研究表明，茶褐素具有抗氧化、抗肥胖 、调节糖脂 、抗肿瘤 等功效。研究拟就茶褐素结构特性、形成机制、提取及检测方法、功能活性等进行阐述，以期为茶褐素的开发利用提供依据。茶褐素的结构特征基团及组分茶褐素为多羟基物质，含有烷基、苯环、羧基、多糖残基、蛋 白 残 基 等 基 团，其 中 酚 羟 基 含 量 为 ，羧基含量为 ，是茶褐素的活性基团；且随着发酵时间的延长，羧基含量增加，羟基含量减少。杨新河等 研究表明，普洱茶茶褐素的化学组成以儿茶素以外的多酚、蛋白质及多糖为主。贺国文等 研究发现茯砖茶茶褐素主要由酚和羧酸类物质构成，推测其与糖类、蛋白质等共同构成半椅状或椅状构型。等 采用居里点热裂解仪分析茶褐素热解产物，从而推测出普洱茶茶褐素的前体包括各种多酚、茶色素、生物碱、多糖、蛋白质和脂类。等 使用冠突散囊菌发酵制 备 提 取 的 茶 褐 素，包 含（）蛋 白 质，（）酚类，（）黄酮，（第 卷第期 总第 期 年月）碳水化合物，但其热解产物中未发现咖啡碱。王天禄 研究表明，茶褐素各分离组分中主要的单糖为甘露糖、鼠李糖、半乳糖和阿拉伯糖，个别组分半乳糖醛酸或葡萄糖含量较高。推测茶褐素中的多糖成分可能是甘露聚糖、半乳甘露聚糖、阿拉伯半乳聚糖或阿拉伯聚糖结构。理化性质茶褐素射线衍射（）图谱呈宽的“圆包”状，表明茶褐素是一种非晶态聚合物。其吸收波长为 ，最大吸收波长与样品 中 各 基团 数 量 相关。茶褐素及其凝胶分离组分均呈酸性，为 ，不同级分 大小有所差异，可能与样品中酸性基团的种类和数量的不同有关。此外，茶褐素容易受到外界条件影响。酸性条件下（），茶褐素溶液颜色无 明 显 变 化，色 差 值 与 蒸 馏 水 接 近；中 性 条 件 下（），茶褐素溶液颜色变深，亮度大幅降低，总色度值大幅增大；碱性条件下（），茶褐素溶液颜色明显加深，由褐红色变为深褐色，说明茶褐素及其级分在酸性条件下稳定，在中性或碱性条件下不稳定。茶褐素溶液随着温度的升高（），颜色逐渐加深，吸光值呈上升趋势，且具有显著性差异（犘），说明茶褐素在高温作用下不稳定，极有可能发生转化。茶褐素溶液随光照时间的延长，颜色略微变深，但总体变化较小，说明光照对茶褐素稳定性影响较小。茶褐素的形成机制红茶全发酵和乌龙茶半发酵均以多酚氧化酶的酶促作用为主。儿茶素物质在胞内酶多酚氧化酶（）和过氧化物酶（）的催化下氧化缩合、聚合形成茶黄素与茶红素。儿茶素为多羟基苯并吡喃结构，其中环上的 与 上的邻二羟基易发生氧化缩合，形成二聚体茶黄素；此外，环 、环 以及环、位上的氢均较活泼，易发生聚合反应，形成二聚体双黄烷醇类或茶红素。双黄烷醇和茶黄素类仍可进一步发生氧化缩聚反应生成茶红素（见图）。普洱茶渥堆发酵过程中，茶红素、茶黄素与蛋白质、多糖、咖啡碱及脂类物质，通过氧化聚合、偶联聚合等方式形成茶褐素。其中，微生物所分泌胞外酶的酶促作用，是茶褐素形成的主要原因。此外，微生物呼吸作用以及高温高湿的发酵环境，对茶褐素的形成也起到不可或缺的作用。图茶褐素形成机制 普洱茶发酵过程中，各物质间发生转化，其中儿茶素类含量大幅度降低，至发酵结束时，基本不能检出。茶多糖含量呈先增加后减少趋势，至二翻结束时，其含量增至最大值，随后逐渐降低，成品中茶多糖含量降至最低，与发酵原料晒青毛茶相比，茶多糖含量下降了 。茶黄素 先 增 加 后 减 小，茶 红 素 逐 渐 减 少，茶 褐 素 逐 渐增高。通过在发酵过程中添加外源物质，可探究影响茶褐素生成的因素。有快速生长的微生物存在时，可明显促进发酵过程中茶褐素的形成；在抑制微生物生长的条件下，添加外源纤维素酶、果胶酶和 可促进茶褐素的形成，然而其含量低于微生物参与发酵的水平。此外，添加葡萄糖、没食子酸、焦性没食子酸、邻苯二酚、甘氨酸等，可促 进 茶 褐 素 的 形 成；而 添 加 山 梨 酸 钾 时，与外源物质的促进作用较微弱。茶褐素的制备、提取与检测根据茶褐素的溶解性特征，目前茶褐素的制备工艺主要以浸提和萃取为主，以微波、超声波和酶为辅助手段。针对绿茶等未发酵茶或低茶褐素发酵茶，可采取酶法、微生物法、膨化 等技术进行制备，使茶多酚发生热力和非热力氧化聚合反应，转化为茶褐素，以增加其含量。制备技术酶法将多酚氧化酶喷洒于茶叶表面，使茶叶发生酶促氧化反应，随后经高温烘焙处理，迅速提升茶叶中茶褐素含量，经多酚氧化酶处理结合 烘焙处理后，茶叶中茶褐素含量从 增至 。研究进展 总第 期 年月酶法处理使得茶褐素提取原料可不局限于黑茶、红茶等发酵茶。微生物法可选用单一菌株对低茶褐素原料茶进行发酵，经霉菌 固体发酵后的普洱生茶，茶褐素含量从 提升至 ，使得未发酵茶也可用于制备茶褐素。膨化技术应用于茶褐素制备的膨化技术包括变温压差膨化与螺杆挤压膨化，二者均利用高温高压作用，加速茶褐素的转化。此外，膨化技术还能使茶叶组织和细胞结构有效破碎，从而提高后续提取过程中茶褐素的溶出率。经双螺杆挤压膨化处理后的绿茶，茶褐素得率可达 ，经变温压差膨化处理后的黑茶，可同时保 证 茶 褐 素 与 茶 多 糖 得 率，其 中 茶 褐 素 得 率 为 。提取技术试剂提取通常用乙醇脱脂，三氯甲烷或二氯甲烷除去咖啡因，乙酸乙酯与正丁醇除去茶黄素与茶红素，最后得到茶褐素。其流程为茶叶粉碎无水乙醇浸泡过滤茶渣热水浸提过滤（合并滤液）减压浓缩二氯甲烷萃取次乙酸乙酯萃取次正丁醇萃取次水相减压浓缩茶褐素粗品无水乙醇洗涤离心收集沉淀干燥茶褐素。辅助提取选用微波、超声技术辅助提取茶褐素，可加快提取速率，缩短提取时间，将水浸提时间由 缩至 。与单试剂提取技术相比，微波辅助提取将热水浸提步骤改为冷水浸提与微波加热，而超声辅助在热水浸提同时辅助超声波，其余步骤均相同。选用生物酶辅助提取，如果胶酶、纤维素酶，可加快提取速率，并提高茶褐素溶出含量。六堡茶在纤维素酶添加量 、酶解温度 、酶解时间 、的条件下，茶褐素得率最高可达 。亚临界水提取在一定提取压力范围内，亚临界水在 时依然能保持液体状态，亚临界水提取过程绿色环保、效率高，且 操 作 方 便。当 料 液 比 为（），提取温度为 ，提取时间为 时，从红茶中提取得到的茶褐素含量为 ，高于相同条件下用普通沸水提取的。检测方法目前茶褐素检测仍以 法为主。红茶茶汤色差的主要贡献物质为黄酮醇苷、茶黄素、茶红素和茶褐素，其贡献吸收带位于波长 处。通常选用 为红茶茶褐素测定波长。分别用正丁醇、乙酸乙酯和碳酸氢钠溶液对沸水提取后的红茶进行液液萃取，测定 处测试液吸光值，并根据 经验系数计算茶褐素含量，其中茶褐素定量限为，此法操作简单，但仅适用于茶褐素含量较低的样品。鉴于 法在黑茶、尤其是速溶黑茶中检测的缺陷，即测定含量会高于 ，杨妍等在此基础上进行改善，选用 波长进行测定，并添加茶褐素对照品，以提高其准确性及适用范围。等 通过人工控制因素制备得到的茶褐素，可根据反应过程推算其含量。经多酚氧化酶氧化茶多酚而制备的茶褐素，可通过测定酶反应后残留儿茶素和咖啡因含量以及可能产生的茶黄素含量，间接计算出茶褐素含量。茶褐素功能活性茶褐素具有抗氧化、抗肥胖、调节糖脂、抗肿瘤等功效，其功能活性及作用机制如图所示。抗氧化与抗衰老在健康细胞中，活性氧自由基（）的产生与被抗氧化系统消除之间保持平衡。当氧化剂与抗氧化系统失衡时，过量 对 生 物膜 和 的 过 氧 化 作 用 会 导图茶褐素功能活性及其作用机制 ，代丽凤等：茶褐素理化性质及生物学活性研究进展致组织损伤，从而引起神经退行性疾病、癌症、炎症等一系列疾病与衰老的发生。茶褐素对辐射损伤小鼠的抗氧化系统和造血系统有较好的防护作用。许靖逸等研究发现，雅安藏茶茶褐素能防止辐射损伤小鼠血液中白细胞、血小板、淋巴细胞数量下降，增加小鼠骨髓 含量，维持辐射损伤小鼠血清中过氧化氢酶（）、超氧化物歧化酶（）和肝脏总抗氧化能力（）、总超氧化物歧化酶（）活性，降低肝脏丙二醛（）含量，从而防护辐射损伤小鼠的胸脾器官，改善机体免疫功能，且以高剂量 （）的茶褐素效果最佳。等研究发现在红茶提取物中，多酚及其氧化产物是抗氧化活性的主要来源，其中以茶红素和茶褐素效果最为显著。其在生物系统中的抗氧化作用 包 括：通 过 保 持 抗 氧 化 酶，如 超 氧 化 物 歧 化 酶（）、谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶（）和 过 氧 化 氢 酶（）的活性，以及抑制脂质过氧化物（）的形成来抑制，偶氮二异丁基脒二盐酸盐（）引起的红细胞损伤；抑制铜引起的低密度脂蛋白（）和高密度脂蛋白（）的脂质过氧化，明显提高人体血浆抗氧化能力；通过防止二氯荧光素（）和膜脂质的氧化来抑制 产生的过氧自由基，并减少，二氯荧光素（）的形成。等研究表明茶褐素可以改善衰老小鼠的学 习 和 记 忆 能 力、肝 脏 氧 化 应 激（、和）、炎症（、和 ）以及小肠的退化。通过增加乳酸菌、酸化杆菌和嗜黏蛋白艾克曼菌的相对丰度，起到预防和延缓衰老的作用。抗肥胖蒋慧颖等 发现对高脂饮食大鼠灌胃茶褐素，能在一定程度上抑制大鼠体重（犘）与 指数（犘）的增长，降低脂肪重量（犘 或犘）。其作用机制为茶褐素通过提高肩胛棕色脂肪组织（）活性和诱导腹股白色脂肪组织（）褐变来抑制脂肪堆积。此外，等 研 究 表 明 茶 褐 素 还 通 过 和 通路调控产热和炎症基因，从而改善肥胖诱导的脂糖紊乱。肠道菌群被认为是一个不可或缺的代谢“器官”，促进食物到营养物质的转化，并产生无数的代谢物，以维持平衡的宿主代谢。肠道菌群失调通常表现为微生物菌群结构组成的改变，在肥胖、型糖尿病和脂肪肝疾病中，可观察到厚壁菌门拟杆菌门比例增加。茶褐素对