茶黃素的理化性質?提取分離及生物活性研究進展

丁其歡 字成庭 周增志 呂才有

摘要茶黃素是茶多酚類物質的氧化物，在食品、醫藥等領域有著廣闊的應用前景。但是，目前對茶黃素的研究還不夠深入，缺乏系統的文獻參考。綜合國內外有關茶黃素的最新研究報告，對茶黃素的理化性質、形成機理、提取分離與測定以及藥理活性進行了綜述，為茶黃素的進一步研究開發提供參考依據。

關鍵詞茶黃素；理化性質；提取分離；生物活性；研究進展

中圖分類號S272文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）11-0085-03

AbstractTheaflavins are oxides of tea polyphenols， which have broad application prospects in food， medicine and other fields. However， the study of theaflavins is not deep enough at present， and lacks of literature references. In this review， the latest research reports of theaflavins were integrated， the physicochemical properties， formation mechanism， extraction separation and biological activities of theaflains were elaborated， which will provide some scientific basis for the exploitation of theaflavins.

Key wordsTheaflavins；Physicochemical property；Extraction separation；Biological activity；Research progress

茶黃素是一類具有苯駢卓酚酮結構的酚性色素，最早由Roberts從紅茶中分離得到，是影響紅茶品質的重要物質，對紅茶的湯色、滋味起著決定性的作用。茶黃素的含量占紅茶固形物的0.3%～1.5%[1]。到目前為止，從紅茶中分離純化或利用體外模擬氧化體系制備的茶黃素類已有28種之多[2]，其中最主要的4種是茶黃素（TF）、茶黃素-3-沒食子酸酯（TF-3-G）、茶黃素-3′-沒食子酸酯（TF-3′-G）和茶黃素-3，3′-雙沒食子酸酯（TFDG）。近年來的大量研究表明，茶黃素具有明顯的抗氧化、抗菌、抗腫瘤、抗病毒、降脂和治療心腦血管疾病等多種生理功效。茶黃素作為一種天然的活性成分，在食品、醫藥保健等領域有著廣闊的應用前景。

1茶黃素的理化性質

茶黃素單體呈橙黃色針狀結晶，熔點在237～240 ℃，易溶于水并且也易溶解在部分有機溶劑中，難溶于乙醚，不溶于氯仿和苯。茶黃素的水溶液呈鮮亮的橙黃色，呈弱酸性，pH約為5.7，在酸性條件下相對穩定，味苦澀，在波長280、380和460 nm處有吸收，其中在280 nm處有最大吸收峰[3]。

1.1茶黃素的化學結構兒茶素類化合物（C、EC、GC、ECG、EGC和EGCG等）在多酚氧化酶的催化下，通過與空氣中氧氣進行氧化縮合形成茶黃素。在前期的研究中，已報道28種茶黃素的化學結構，如圖1所示。

1.2茶黃素的穩定性茶黃素類物質因其具有苯駢卓酚酮結構和含有多個酚羥基，性質活潑，易被氧化，熱穩定性較差，隨著水溫、pH的升高，茶黃素的穩定性均會降低。Su等[4]對兒茶素和茶黃素混合物穩定性的研究表明，水溶液溫度為24 ℃，茶黃素總量在3 h內幾乎沒有變化；水溫為70 ℃時，3 h后茶黃素總量保留44%；水溫為100 ℃時，3 h后茶黃素幾乎全部氧化降解。Lee等[5]研究表明，茶黃素在pH為6.5時非常穩定，當pH為7.0時發生緩慢降解，當pH為9.0時降解迅速。張穎[6]研究表明，光照可以降低茶黃素的穩定性，在避光條件下，茶黃素比較穩定；在光照條件下，6 h后茶黃素降解20%左右，說明茶黃素應避光保存。

2茶黃素的形成機理

兒茶素在多酚氧化酶的催化作用下，被空氣中的氧氣氧化成鄰醌，鄰醌極易產生聚合反應，形成中間產物聯苯酚醌類，具有不穩定性的聯苯酚醌，極易進行自身歧化作用，一部分還原形成黃烷醇，另一部分氧化縮合形成茶黃素。目前研究茶黃素類的形成途徑大概可分為以下5種[7]：①兒茶素（B環上3、4位存在2個酚羥基）B環上的3，4-二羥基與沒食子兒茶素（B環上3、4、5位存在3個酚羥基）在多酚氧化酶（PPO）的催化作用下，各自被氧化成鄰醌，生成的鄰醌間配對，進行聚合反應形成茶黃素及其沒食子酸酯。②兒茶素或沒食子兒茶素都可以與鄰苯二酚、鄰苯三酚、沒食子酸等物質氧化發生鄰醌反應，從而生成茶黃棓靈或茶黃酸。③兒茶素B環上的3，4-二羥基與兒茶素D環上的沒食子酰基氧化形成具有苯駢卓酚酮結構的茶典烷酸酯類物質。④茶黃素沒食子酸酯可繼續與表兒茶素進行苯駢環化反應而生成具有2個和3個苯駢卓酚酮環的茶黃素類物質Theadibenzotropolone和Theatribenzotropolone。⑤茶黃素自身可繼續發生聚合反應生成具有2個苯駢卓酚酮環的雙茶黃素。

3茶黃素的提取分離

從發現茶黃素以來，研究者對茶黃素的提取分離純化進行了很多研究，包括凝膠（Sephadex LH-20）柱層析法、二醇基鍵合硅膠制備色譜法、聚酰胺柱層析法和高速逆流色譜法等。

3.1Sephadex LH-20柱層析1968年，Crispin[8]運用Sephadex LH-20，用丙酮梯度淋洗從紅茶中分離出3個茶黃素單體的峰，達到一定的分離純化效果。后來此方法在茶黃素的分離上得到廣泛運用，Collier等[9]、竹尾忠一[10]、Bajai等[11]、吳雪源等[12]都對紅茶中的茶黃素進行了分離。圖1茶黃素的化學結構

Fig.1Structures of theaflavins3.2二醇基鍵合硅膠制備色譜法謝練武等[13]通過比較反相C18制備色譜、正相硅膠制備色譜和正相二醇基鍵合（Diol）硅膠制備色譜，得出Diol硅膠分離茶黃素具有較大優勢，可分離出TF（純度95.6%）、TF-3-G（95.2%）、TF-3′-G（99.8%）、TF-3，3′-DG（96.3%）茶黃素單體。

3.3聚酰胺層析柱法丁陽平等[14]利用聚酰胺層析柱分離茶黃素類，通過比較得到：最佳洗脫劑為甲醇∶氯仿∶丙酮∶冰醋酸=3.0∶5.0∶8.0∶0.5，上樣量250 mg/50 mL聚酰胺，最大不能超過300 mg/50 mL聚酰胺，最佳流速0.6 BV/h，最終得到TF和TF-3′-G的含量分別為93%、85%。王坤波等[15]用聚酰胺薄板實現了兒茶素、表兒茶素、表沒食子兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、茶黃素、茶黃素-3-沒食子酸酯、茶黃素-3′-沒食子酸酯和茶黃素雙沒食子酸酯的有效分離。

3.4高速逆流色譜法江和源等[16]首次應用高速逆流色譜法分離出茶黃素單體成分，經比較，選擇溶劑系統為乙酸乙酯-正己烷-甲醇-水（其比例為3∶1∶1∶6），在進樣量為250 mg時，6 h內就可有效分離TF、TFMG（包括TF-3-G和TF-3′-G）、TFDG。楊子銀等[17]通過高速逆流色譜（HSCCC）比較茶黃素粗品有無用NaHCO3前處理、不同溶劑系統和HSCCC 系統參數的優化選擇，得到經過NaHCO3前處理的茶黃素粗品，可以很好地分離。

4茶黃素的測定

有關茶黃素含量的測定，目前主要采用系統分析法和高效液相色譜法。

4.1系統分析法系統分析法（即分光光度計法）主要是利用茶黃素、茶紅素和茶褐素不同的溶解特性，可以同時測定出紅茶中茶黃素、茶紅素和茶褐素的總量[18]。但實踐表明，此法存在重復性相對較差，測定結果偏低，并局限于紅茶茶黃素的測定，而對其他茶類的茶黃素測定是否適宜還有待于進一步探討。

4.2高效液相色譜法高效液相色譜法主要是利用茶黃素在波長280 nm處具有最強吸收，用高效液相色譜儀在280 nm處測定，用外標法定性，定量測定茶黃素的4種主要成分TF、TF-3-G、TFDG和TF-3′-G。李大祥等[19]得出，高效液相色譜法測定的茶黃素總量比系統分析法高，鮮葉、綠茶、烏龍茶和紅茶中的茶黃素總量分別是系統分析法所得數據的2.7、1.9、3.1和3.1倍。

5茶黃素的生物活性

茶黃素的分子結構由C2-C4、C2-C6鍵與2個苯駢二氫吡喃環相連接，形成特定的空間構象，產生特異的生理活性，主要包括抗氧化、抗腫瘤、抗菌、抗病毒、降脂和治療心腦血管疾病等多種生理活性。

5.1抗氧化性茶黃素抗氧化作用的化學結構基礎是具有多個羥基，其前體兒茶素A環上的2個酚羥基，以及2個B環形成的苯駢卓酚酮結構有3個羥基，還有沒食子酸酯所帶的酚羥基，這些羥基保證了它具有很強的提供質子的能力，從而具有很強的抗氧化性。Yang等[20]研究茶葉內含成分的抗氧化性表明，對羥自由基的清除能力：TF3>TF2>TF1>EGCG；對DPPH自由基清除能力：TF3>TF2>EGCG>TF1。孫世利等[21]研究表明，茶黃素具有較好的清除OH、ABTS和DPPH自由基以及絡合亞鐵離子的能力，同時研究還表明，茶黃素在小鼠體內具有較高的抗氧化活性。

5.2抗腫瘤活性茶黃素抗腫瘤的主要機理是通過阻斷細胞信號傳導抑制腫瘤細胞轉錄和清除自由基抑制細胞的突變。同時，還可以促進細胞的凋亡，抑制癌細胞的增殖和擴散。Babich等[22]研究表明，茶黃素能夠顯著地抑制惡性腫瘤細胞和無限增殖細胞的生長。Kalra等[23]研究發現，茶黃素可以促使人體前列腺癌細胞程序性死亡。張建勇等[24]對茶黃素的抗癌機理進行研究表明，以人體結腸癌細胞HCT-116為試驗對象，說明茶黃素具有誘導癌細胞凋亡的作用，茶黃素誘導腫瘤細胞凋亡的機理是：提高具有促進凋亡作用的Bax蛋白的表達量，降低具有抑制凋亡作用的Bcl-XL蛋白的表達量。

5.3抗炎抑菌活性茶黃素的抑菌作用途徑主要為通過阻斷細胞表面的糖蛋白和葡聚糖的結合位點，降低葡聚糖誘導的集聚和黏附作用；通過抑制細菌的葡酰轉移酶的活性，使不溶性葡聚糖的生物合成受阻；直接破壞細胞膜，來達到破壞細胞的結構、抑制細菌生長的作用。Lin等[25]研究發現，茶黃素具有很好的抗炎效果。Pan等[26]研究表明，茶黃素具有消除炎癥的效果。金恩惠等[27]研究表明，茶黃素對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抑制效果。

5.4降脂活性茶黃素可通過多種機制降脂。①降低腸道吸收脂肪，通過干擾微粒形成來降低小腸吸收膽固醇；降低膽固醇的溶解度；通過抑制胰脂肪酶的活性來減少腸道中脂肪的分解，從而降低機體對脂肪的吸收。②通過抑制骨髓基質干細胞向前成脂肪細胞分化、抑制前成脂肪細胞向脂肪細胞分化、改變脂肪分化相關基因的表達來抑制脂肪細胞的形成。③抑制脂肪的生成，通過直接抑制脂肪生成途徑中的關鍵酶（如脂肪酸合酶、乙酰輔酶 A 羧化酶等）的活性、調節脂肪代謝相關通路等來抑制脂肪生成。Lin等[28]研究表明，茶黃素對脂肪酸超載的細胞和動物模型均具有減少脂質堆積、促進脂肪酸氧化和抑制脂肪酸合成的作用。Maron等[29]研究表明，茶葉中提取的茶黃素具有降血脂的功效。

6討論

經過近60年對茶黃素的研究，對茶黃素的結構、理化性質和生理功效已經有了較清楚的認識，茶黃素具有明顯的抗氧化性，可防癌抗腫瘤、抑菌抗病毒、降脂、改善和治療心腦血管疾病等，但是茶黃素的生物學活性研究還僅停留在試驗階段，很少有產品開發。

茶黃素還未得到廣泛利用，其主要原因是茶黃素的分離純化困難，目前通過兒茶素進行體外酶促氧化可以合成茶黃素，但是需要嚴格控制反應條件。關于紅茶中茶黃素的測定，李大祥等[19]對比研究系統分析法和高效液相色譜法，發現后者測得的茶黃素含量是前者的3倍左右，因此茶黃素的測定方法還需要進一步研究。雖然紅茶中茶黃素的形成機理已經基本闡述清楚，可以在紅茶的實際生產加工中起到一定的指導作用，但是還不能很好地通過加工工藝來提高茶黃素的含量，需要進一步構建茶黃素在紅茶發酵過程中含量變化的模型。

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