干燥方式對不同品種茶樹花主要生化成分的影響

鄧宇杰,羅理勇,2,田小軍,王 杰,曾 亮,2,*

(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715; 2.西南大學茶葉研究所,重慶 400715)

干燥方式對不同品種茶樹花主要生化成分的影響

鄧宇杰1,羅理勇1,2,田小軍1,王 杰1,曾 亮1,2,*

(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715; 2.西南大學茶葉研究所,重慶 400715)

以重慶地區常見的六個品種的茶樹鮮花為樣品,采用熱風干燥和真空冷凍干燥兩種干燥方式處理,比較干燥后各個品種茶樹花生化成分含量的差異。結果顯示:四川群體品種的茶樹花經熱風干燥和真空冷凍干燥處理后,在總酚、總兒茶素等關鍵活性物質的含量上均顯著高于其他品種;且其經熱風干燥后的含量顯著高于冷凍干燥,分別為(108.33±5.97) mg/g和(39.84±2.79) mg/g,具有較高的抗氧化、抗增殖等保健潛力。熱風干燥的福鼎大白的咖啡堿含量較低,為(2.43±0.17) mg/g,同時酚類物質含量較高,適合用來開發低咖啡堿產品。干燥方式對茶樹花生化成分含量影響顯著,經熱風干燥的茶樹花的總酚和總兒茶素含量更高,經真空冷凍干燥的茶樹花則可以保留更多的黃酮和咖啡堿。綜上所述,四川群體品種與福鼎大白的開發潛力更大,而最佳的干燥方式則要根據對目標生化成分含量的具體要求來確定。

茶樹花,生化成分,熱風干燥,真空冷凍干燥

茶【Camelliasinensis(L.)O. Kuntze】與咖啡、可可并稱為世界三大無酒精飲料,起源于中國云貴高原,距今已有3000多年的歷史[1]。茶葉含有大量的酚類物質,具有抗氧化[2]、抗癌[3]、防治心腦血管疾病[4]、減肥[5]、防輻射、抗病毒、抗菌、抗過敏等[6]功效。根據中國茶葉流通協會的茶葉產銷報告[7],2015年,中國茶葉產量已經到達了227.8萬t,同比增長8.9%;茶園總面積為4316 萬畝,同比增長4.2%。茶樹花是茶樹的生殖器官,其生化成分與茶葉類似[8]。此外,茶樹花還含有豐富的多糖、皂素和超氧化物歧化酶[9],具有獨特的食品開發價值。但茶樹花資源的開發利用較少,造成了大量的資源浪費。

根據葉乃興等[10]對幾個茶樹花品種產量進行的研究結果,茶樹花干花畝產量一般為150～200 kg。考慮到目前的茶園面積和增長速度,茶樹花的年產量可以達到300萬t。2013年,衛生部在《關于批準茶樹花等7種新資源食品的公告》中就已經將茶樹花列為“藥食同源”的新型資源。可見,茶樹花資源充足,功能成分豐富,且作為一種新型食品資源,有良好的發展潛力。研究表明[11-12],不同干燥方式對植物活性成分的保留有著不同程度的影響,但目前尚無有關茶樹花干燥方式的研究。

本研究以六個在重慶地區常見茶樹品種的茶樹花為實驗樣本,采用熱風干燥和真空冷凍干燥兩種干燥方式,比較了其對茶樹花生化成分的影響,并研究了品種間主要生化指標的差異,旨在探討出適宜茶樹花的干燥方式,以及于重慶地區常見品種中篩選出優良的茶樹花品種,有助于茶樹資源的合理利用和開發。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

六個茶樹花品種 均采自重慶巴南區二圣茶廠茶園,分別是梅占、福選九號、金觀音、福鼎大白、福安大白、四川群體種。采摘鮮花均為全開花。將六個品種鮮花各采集1 kg,分別進行熱風干燥與真空冷凍干燥,并將干燥好的樣品置于4 ℃冰箱保存。熱風干燥條件:溫度為60 ℃,干燥時間8 h。真空冷凍干燥:冷阱溫度為-50 ℃,真空度為1 Pa,干燥時間為24 h,干燥室溫度為梯度升溫,從-50 ℃上升到30 ℃恒溫。所得茶樹花樣品的含水量見表1；甲醇、冰乙酸 色譜純,天津市四友精細化學品公司;沒食子酸、福林酚、甲醇、無水碳酸鈉、三氯化鋁 分析純,成都科龍化工試劑廠;兒茶素(catechin,C)標品、表兒茶素(epicatechin,EC)標品、表沒食子兒茶素(epigallocatechin,EGC)標品、表兒茶素沒食子酸酯(epicatechin gallate,EGC)標品、沒食子兒茶素沒食子酸酯(gallocatechin gallate,GCG)標品、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)標品、咖啡堿標品 成都普瑞法科技開發有限公司。

表1 干燥后茶樹花樣品含水率(%)Table 1 Water content of dried tea flower(%)

HH-2數顯恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司;DHG-9030電熱恒溫鼓風干燥箱 上海齊歡科學儀器有限公司;722型可見分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司;PWC124分析天平 上海京工實業有限公司;LC-20高效液相色譜儀 日本島津公司;LD4-2A低速離心機 北京醫用離心機。

1.2 水分測定

參照《GB/T 8304-2013茶 水分測定》[13]。

1.3 總酚測定

參照《GB/T 8313-2008茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》[14]。

1.4 黃酮測定

采用三氯化鋁比色法[15]。

1.5 兒茶素單體及咖啡堿的高效液相色譜檢測

稱量0.50 g茶樹花樣品,加入30 mL沸水,并于沸水浴中浸提45 min,每隔10 min振蕩一次。浸提完后,趁熱減壓過濾,待茶樹花浸提液冷卻至室溫后,定容至50 mL。吸取1 mL茶樹花浸提液,用0.45 μm微孔濾膜過濾,濾液采用LC-20高效液相色譜檢測。色譜柱:Hypersil BDS C18柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流速:0.9 mL/min;檢測波長:278 nm;柱溫:35 ℃;進樣量:10 μL;流動相:A:體積分數為2‰的冰乙酸,B:純甲醇,兒茶素組分及咖啡堿采用梯度洗脫,梯度見表2。

表2 兒茶素單體與咖啡堿檢測的梯度洗脫表Table 2 Gradient elution parameters of catechin monomers and caffeine detection

1.6 數據處理

2 結果與分析

2.1 熱風干燥的六個茶樹品種的生化成分

將茶樹花鮮花以熱風干燥方式完全干燥,然后對其總酚、黃酮、咖啡堿和兒茶素等生化成分進行檢測,結果見表3。

表3 熱風干燥的茶樹花生化成分表(mg·g-1 DW)Table 3 Biochemical components of tea flower by air-drying method(mg·g-1 DW)

注:同一列的不同字母表示在p<0.05下差異顯著,生化成分含量的單位均為 mg·g-1干重,表4同。

經熱風干燥的六個品種的茶樹花總酚含量為四川群體(108.33±5.97) mg/g>金觀音(76.95±3.56) mg/g>福鼎大白(69.88±1.43) mg/g>福選九號(57.78±2.12) mg/g>福安大白(52.21±1.17) mg/g>梅占(49.56±1.16) mg/g,四川群體的總酚含量約為梅占的2.2倍;除福安大白和梅占無顯著差異外,其他各品種間總酚含量差異都顯著。福安大白的黃酮含量最高,為(6.10±0.27) mg/g,其次是四川群體,含量為(5.39±0.25) mg/g,福鼎大白的黃酮含量最低,為(2.27±0.05) mg/g,福安大白的黃酮含量約為福鼎大白的2.69倍;福選九號與梅占、四川群體的差異不顯著,其他各品種間黃酮的差異均顯著。茶鮮葉中總酚含量一般是18%～36%,兒茶素占酚類物質的70%左右[16]。與茶鮮葉相比,茶樹花在總酚含量上顯著較低。黃阿根等[17]對江浙地區的五個茶樹花品種進行了研究,測得茶多酚含量為6.35%～8.19%,且兒茶素組成與茶葉相似。可見,之前研究結果與本研究基本一致,可能因為品種的差異而略有不同。在六個品種中,四川群體的總酚含量和黃酮含量都相對較高。有研究證明[18],酚類物質、黃酮的含量與其抗氧化、抗增殖等功效成正相關,因此,相比其他五個品種,四川群體可能具有更強的抗氧化、抗增殖活性,對癌癥、心腦血管疾病等有更好的預防和治療效果[3-4]。

咖啡堿含量為金觀音(3.68±0.22) mg/g>四川群體(3.41±0.12) mg/g>福選九號(3.05±0.05) mg/g>福鼎大白(2.43±0.17) mg/g>梅占(2.36±0.10) mg/g>福安大白(2.35±0.22) mg/g;梅占、福鼎大白和福安大白的咖啡堿含量無顯著差異,金觀音與四川群體也無顯著差異,金觀音的咖啡堿含量約是福安大白的1.57倍。茶葉中的咖啡堿占茶葉干重的2%～4%[16],從本實驗結果來看,茶樹花的咖啡堿含量低于茶葉。咖啡堿是茶葉中重要的活性物質,在增強記憶、預防帕金森病等方面有一定功效[19],烘干的金觀音和四川群體兩個品種的茶樹花咖啡堿含量顯著高于其他品種,具有較好的保健活性。然而,咖啡堿也存在一些副作用,如引起心律不齊、流產、骨質疏松等,且咖啡堿因其味苦而不被部分消費者接受,因此,內含活性物質豐富且咖啡堿含量較低的茶樹花適合被開發為低咖啡因產品。福安大白、梅占、福鼎大白的咖啡堿含量是六個烘干茶樹花品種中較低的,但福鼎大白含有較高的多酚、兒茶素,綜合考慮,是更適合開發低咖啡因茶樹花產品的品種。

在六個品種中,四川群體的總兒茶素含量最高,為(39.84±2.79) mg/g,其次是金觀音和福鼎大白,含量分別為(22.56±1.90) mg/g和(19.64±2.03) mg/g;四川群體的EGCG含量同樣最高,為(13.32±1.73) mg/g,其次是福鼎大白和金觀音,分別為(6.73±0.03) mg/g和(7.13±0.14) mg/g;四川群體與金觀音的ECG含量最高,兩者無顯著差異;其他兒茶素單體(C、EC、EGC、GCG)含量最高的也均是四川群體。兒茶素是茶葉中抗氧化、抗增殖等保健功效的關鍵活性物質,而EGCG是其中活性最強的單體。Du等[20]對HCT-116細胞進行增殖實驗,結果顯示EGCG在兒茶素單體中對細胞抑制作用最明顯,酯型兒茶素(EGCG、ECG、GCG)的抗增殖能力也顯著強于非酯型兒茶素(EGC、EC、C)。從兒茶素構成上看,四川群體具有最高的抗氧化、抗增殖能力。

綜合比較,四川群體的總酚、黃酮與兒茶素含量在六個經熱風干燥的品種中都處于較高水平。因此,四川群體品種可以被認為是這六個品種中生物活性最強、保健潛力最大的茶樹花品種。其次,金觀音和福鼎大白在多酚、兒茶素等活性物質的含量上僅次于四川群體,它們也具有相對較好的潛力。

2.2 真空冷凍干燥的六個茶樹品種的生化成分

將茶樹花鮮花以真空冷凍干燥方式干燥,然后對其總酚、黃酮、咖啡堿和兒茶素等生化成分進行檢測,結果見表4。

表4 真空冷凍干燥的茶樹花生化成分表(mg·g-1 DW)Table 4 Biochemical components of tea flower by freeze-drying method(mg·g-1 DW)

由表4可以看出,經凍干的六個茶樹花品種總酚含量為四川群體((57.96±0.50) mg/g)>金觀音(50.07±0.20) mg/g>福選九號(49.65±0.20) mg/g>福安大白(40.22±1.10) mg/g>福鼎大白(32.14±0.33) mg/g>梅占(30.80±0.38) mg/g。除梅占與福鼎大白、福選九號與金觀音外,其他凍干樣品的總酚含量均存在顯著差異,含量最高的四川群體約是最低的梅占的1.9倍。福安大白的黃酮含量最高,為(7.51±0.23) mg/g,梅占的含量最低,為(3.51±0.32) mg/g。除福選九號與四川群體、金觀音與福安大白外,其他品種的黃酮含量都有顯著性差異,黃酮含量最高的福安大白約是最低的梅占的2.1倍。咖啡堿含量為福選九號(7.64±0.38) mg/g>金觀音(6.87±0.10) mg/g>四川群體(6.35±0.20) mg/g>福安大白(5.09±0.10) mg/g>梅占(4.47±0.34) mg/g>福鼎大白(4.20±0.17) mg/g,除福鼎大白與梅占無顯著差異外,其他品種間均存在顯著差異。在總兒茶素和EGCG含量上,四川群體都是最高,分別為(35.34±0.28) mg/g和(14.61±1.08) mg/g;其次是福選九號,分別是(27.31±0.71) mg/g和(8.53±0.32) mg/g。此外,金觀音、四川群體、福選九號的ECG含量顯著高于其他三個品種,且三者之間無顯著差異;四川群體的EC、EGC、GCG含量均是最高;福選九號的C含量最高。

在用真空冷凍干燥方式干燥的六個茶樹花品種中,四川群體仍具有最高的總酚、總兒茶素、EGCG等含量。福安大白的黃酮含量仍是最高,四川群體的黃酮含量僅次于金觀音和福安大白。福選九號的咖啡堿含量最高,福鼎大白的咖啡堿含量最低。雖然因為干燥方式的轉變,各個品種的生化成分均出現不同程度波動,但四川群體品種的茶樹花在各主要生化指標上還是顯著高于其他品種。可見,無論是經熱風干燥還是真空冷凍干燥處理,四川群體都有更優的抗氧化、抗增殖能力。考慮到其在重慶地區被廣泛的栽植,因此是該地區最適合被利用開發的茶樹花品種。

2.3 兩種干燥方式對茶樹花生化成分的影響

為了進一步對比烘干和凍干兩種干燥方式對茶樹花生化成分的影響,六個品種的主要生化成分的變化情況見表5。綜合考慮生化成分的含量、功效對茶樹花的貢獻程度,總酚、黃酮、咖啡堿和總兒茶素四個最具有代表性指標被選為比較的主要對象。

由表5可以看出,與熱風干燥相比,當茶樹花采取真空冷凍干燥時,六個茶樹花品種的總酚含量均有所降低。其中,梅占的總酚含量下降了37.85%,福選九號下降了14.07%,金觀音下降了34.93%,福鼎大白下降了54.01%,福安大白下降了22.96%,四川群體下降了46.50%,六個品種平均下降了35.05%。黃酮的含量只在梅占中下降了29.38%,在其他五個品種中,黃酮的含量均有所上升。其中,福鼎大白上升幅度最大,達到80.18%;其次是金觀音,為68.79%。咖啡堿的含量在六個品種中都有較大幅度的上升,平均上升100%。福選九號咖啡堿含量上升幅度最大,為150.49%;福鼎大白上升幅度最小,為72.84%。在兒茶素含量方面,各品種變化無明顯規律。梅占和福選九號的總兒茶素含量分別上升了41.13%和109.27%;而其他四個品種的總兒茶素呈現下降趨勢,平均下降19.89%。

表5 茶樹花主要生化成分變化趨勢表(%)Table 5 Changing trends of the principal biochemical components of tea flower(%)

注:百分數表示從熱風干燥轉變為真空冷凍干燥時生化成分含量的變化情況。為正時表示含量增加,為負表示含量降低。

干燥方式對酚類物質的影響是多方面因素綜合作用的結果,主要受溫度、空氣、時間的影響。在適當加溫、空氣充足、作用時間長的條件下,多酚氧化酶活性增加,酚類物質便會被逐漸氧化;相反,若溫度較高、空氣不足、作用時間短,酶促氧化效率大大降低,酚類物質便會得到較多保留。在本研究中,當茶樹花樣品進行熱風干燥時,干燥溫度較高,多酚氧化酶活性降低甚至失活,因而能保留較多的酚類物質;而真空冷凍干燥時,凍干所需時間較長,溫度相對較低,酚類物質可能逐步被氧化,因此,經烘干的茶樹花樣品的總酚含量遠高于凍干樣品。QUE等[21]在研究干燥方式對南瓜粉的影響時發現,熱風干燥較真空冷凍干燥可以更多地保留酚類物質。王玉婷等[22]在研究干燥方式對香蕉切片的影響時也得到了類似結論。另外,加熱的環境可能會促使酚類前體物質(酚醛分子)的非酶促轉化,從而生成新的酚類物質,導致其含量升高,這也是烘干樣品的總酚含量高于凍干樣品的原因之一。

除了梅占,經凍干的茶樹花樣品的黃酮含量均高于烘干樣品,這與總酚的結果相反。筆者認為,酚類物質種類繁多,各類物質在理化性質上都有區別,而黃酮對溫度較其他酚類物質更為敏感。在加熱烘干過程中,黃酮容易受熱氧化分解,從而導致其含量減少;凍干時,低溫可以對黃酮起到更好的保護作用。徐春明等[23]在干燥方式對天山雪蓮的影響的研究中,也得出了凍干較烘干更有利于黃酮保存的結論。

凍干樣品的咖啡堿含量均顯著高于烘干樣品,這是因為咖啡堿在光照和高溫下穩定性較差,易升華[24]。因此,經凍干的茶樹花的咖啡堿含量更高,真空冷凍干燥方式更利于咖啡堿的保存。但針對低咖啡因產品的開發,熱風干燥有助于降低咖啡堿含量,是較適合的干燥方式。此外,除了梅占和福選九號,其他四個品種在采用烘干方式干燥時的總兒茶素含量更高,其趨勢與總酚大致相同。對于梅占黃酮含量以及梅占、福選九號總兒茶素含量的反常,可能是由于品種間的差異所導致,具體原因還需后續實驗進一步研究證實。

3 結論

本文以六個茶樹花品種為樣品,分別采用熱風干燥和真空冷凍干燥處理,研究不同品種茶樹花主要生化成分的差異以及干燥方式對生化成分的影響。

采用熱風干燥時,四川群體的總酚、總兒茶素和EGCG等關鍵活性物質均有最高含量,分別為(108.33±5.97) mg/g、(39.84±2.79) mg/g和(13.32±1.73) mg/g,福鼎大白和金觀音次之;福安大白的黃酮含量最高,為(6.10±0.27) mg/g;福鼎大白的咖啡堿含量較低,為(2.43±0.17) mg/g,但其酚類物質含量較高。采用真空冷凍干燥時,四川群體的總酚、總兒茶素和EGCG等物質仍然含量最高,分別為(57.96±0.50) mg/g、(35.34±0.28) mg/g和(14.61±1.08) mg/g;福安大白的黃酮含量最高,為(7.51±0.23) mg/g。可以發現,四川群體的酚類物質含量在兩種干燥方式中都為最高,經熱風干燥的樣品的總酚和總兒茶素含量更高(除梅占和福選九號的總兒茶素),經真空冷凍干燥的樣品黃酮(除梅占)和咖啡堿含量更高。

因此,四川群體具有最強的抗氧化、抗增殖能力,更適合用來開發功能性產品[25];經熱風干燥的福鼎大白因咖啡堿含量低、總酚含量高的特點可用來低咖啡堿保健產品;干燥方式對茶樹花生化成分影響顯著,而最佳的干燥方式則要根據對目標生化成分含量的具體要求來確定。若想保留更多的酚類、兒茶素類物質,或降低咖啡堿含量,樣品處理以熱風干燥方式為宜;反之,則應選擇真空冷凍干燥方式。

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Effects of drying methods on the principal biochemical components of different cultivars of tea flower

DENG Yu-jie1,LUO Li-yong1,2,TIAN Xiao-jun1,WANG Jie1,ZENG Liang1,2,*

(1.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China; 2.Tea Research Institute,Southwest University,Chongqing 400715,China)

The contents of principal biochemical components of six cultivars of tea flower dried by air-dry and freeze-dry method were determined. The results indicated that Sichuan population had the highest content of total phenolics and total catechins in both air-dry and freeze-dry method,which also suggested that Sichuan population possessed the greatest potential of healthcare function. Besides,the contents of total phenolics and catechins of Sichuan population were higher in air-dry method at(108.33±5.97) mg/g than in freeze-dry method at(39.84±2.79) mg/g. Air-dried Fudingdabai had relatively low content of caffeine at(2.43±0.17) mg/g and high content of phenolics,which was suitable for processing low-caffeine products.Drying method significantly influenced the contents of biochemical components. Tea flower samples dried by air-dry method,compared with that by freeze-dry method,possessed higher contents of total phenolics and total catechins while more flavone and caffeine were preserved in freeze-dried samples. In Summary,Sichuan population and Fudingdabai had greater potential for further development,while the selection of appropriate drying method was depended on the requirements for the contents of target components.

tea flower;biochemical components;air-dry method;freeze-dry method

2016-10-24

鄧宇杰(1993-)，男，碩士研究生，主要從事茶資源綜合利用方向的研究，E-mail:sosofrisbee@163.com.

*通訊作者:曾亮(1980-)，女，博士，副教授，主要從事茶資源綜合利用方向的研究和教學工作，E-mail:zengliangbaby@126.com。

中央高校基本科研業務費專項(XDJK2015C136)。

TS272

A

1002-0306(2017)07-0356-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.060