茶黃素—咖啡堿互作機理概述

李雙

作為六大茶類之一的紅茶（black tea），以“湯紅、葉紅”而聞名，而其特征性物質一茶黃素和茶紅素更是有著優(yōu)越的抗氧化作用，在以追求綠色和健康為主題的時代潮流里，紅茶飲料的發(fā)展正方興未艾。目前紅茶飲料的加工主要存在著三方面的問題：一是湯色會產(chǎn)生褐變；二是香氣損失；三是溶液產(chǎn)生渾濁沉淀。特別是渾濁沉淀的問題，紅茶飲料極易出現(xiàn)“冷后渾”的現(xiàn)象，是制約紅茶飲料發(fā)展的一個重要因素。冷后渾（又稱茶乳酪，tea cream）是指茶湯在冷卻后由澄清變?yōu)闇啙岬默F(xiàn)象。而茶黃素一咖啡堿的相互作用是又是產(chǎn)生紅茶冷后渾的主要影響因素，本文就茶黃素與咖啡堿的相互作用進行綜合闡述，為解決紅茶飲料冷后渾的問題提供理論基礎。

茶黃素和咖啡堿的特性

茶黃素（theaflavins，TFs）是多酚類化合物的氧化物，總共包括12個組分，其中茶黃素（theaflavin，TF）、茶黃素-3-沒食子酸酯（theaflavin-3-gallate，TF-3-G）、茶黃素-3-沒食子酸酯、（theaflavin-3-gallate，TF-3-G）、茶黃素-3，3-雙沒食子酸酯（theaflavin-3，3-gallate，TFDG）是紅茶中4種最主要的茶黃素。茶黃素因其具有抗氧化、抗腫瘤、抗癌防癌、降血脂、調節(jié)免疫、抗心腦血管疾病等多種功效，具有良好的應用價值和開發(fā)前景，已成為國內外研究的熱點。紅茶中茶黃素類的含量一般為0.5%-2.0%，它對紅茶品質起著決定性的作用，是紅茶湯色“亮”的主要成分，也是湯味強度和鮮爽度的重要成分。

咖啡堿（Caffeine）是茶葉生物堿中的一種，其含量約占茶葉總量的2%-4%，是由一個嘧啶環(huán)和一個咪唑環(huán)縮合而成的雜環(huán)體系。咖啡堿具有無臭，有苦味的特點，且失去結晶水后變成白色粉末，當溫度高于100℃以上時易高溫升。適量地飲用含咖啡堿的飲料具有助消化、利尿、促進機體代謝等保健功效。咖啡堿是茶葉中重要的呈味物質，可與茶黃素相互作用形成具有鮮爽味的復合物，但同時也是導致茶飲料混濁沉淀的重要原因。

茶黃素-咖啡堿的互作機制

紅茶飲料在存放的過程當中會變得渾濁甚至沉淀，其中一個很重要的原因就是茶黃素與咖啡堿的相互作用。一直以來，科研工作者們致力于解決紅茶飲料沉淀的問題，有關茶黃素和咖啡堿相互作用的機理已基本明確：咖啡堿分子中含有較多的N原子，每個N原子具有一對孤對電子，可以吸引茶黃素分子中的羥基氫，二者互作產(chǎn)生氫鍵，生成絡合締合物。當茶湯或茶飲料溫度較高時，茶黃素、咖啡堿各自呈游離態(tài)存在，而當溫度降低后，茶黃素分子中的酚羥基和咖啡堿分子中的酮氨基以氫鍵結合而形成絡合物，使茶湯變渾，這是紅茶產(chǎn)生“冷后渾”現(xiàn)象的本質。

茶黃素-咖啡堿互作的影響因素

茶黃素和咖啡堿的相互作用與二者的質量濃度有關。茶湯濃度越高，參與“冷后渾”形成的茶黃素和咖啡堿濃度也較高。研究認為，咖啡堿質量濃度與茶乳酪的生成量成正比例關系，且茶黃素含量在0.4%以上時，才有明顯的“冷后渾”現(xiàn)象出現(xiàn)；Liang Y研究發(fā)現(xiàn)，在紅茶發(fā)酵初期的3h內，隨時間的延長，茶湯沉淀量增加，而發(fā)酵3h后的茶湯“冷后渾”生成量減少，其原因可能是茶湯中的茶黃素含量有所下降。由于在茶黃素和咖啡堿質量濃度較低時，二者分子間的距離較大，只能通過1-2個氫鍵互作形成簡單的締合物，二者不會聚合形成沉淀。當兩者質量濃度足夠大時，茶黃素分子中多個羥基氫會同時和咖啡堿的多個氮原子結合成鍵，同樣咖啡堿的多個氮原子也可同時與茶黃素的多個羥基結合，使締合分子不斷擴大，從而聚合成龐大的絡合物。由于大多數(shù)羥基和氮原子消耗在締合成鍵的過程當中，導致這些成鍵基團的水合程度大大降低，聚合物的疏水性增大，從而導致其形成渾濁沉淀。