一種EGCG單體純化新工藝

黃磊，楊軍國，付杰，夏小歡，裘珺琳，陳旭東

（1.紹興市農業(yè)科學研究院，浙江 紹興 312000; 2.福建省農業(yè)科學院茶葉研究所，福建 福安 355015）

一種EGCG單體純化新工藝

黃磊1，楊軍國2，付杰1，夏小歡1，裘珺琳1，陳旭東1

（1.紹興市農業(yè)科學研究院，浙江 紹興 312000; 2.福建省農業(yè)科學院茶葉研究所，福建 福安 355015）

以粗酯型兒茶素為原料，研究采用大孔吸附樹脂和結晶純化兒茶素單體EGCG的制備工藝。通過比較4種大孔吸附樹脂對EGCG的吸附和解吸能力，篩選出最優(yōu)樹脂AB-8，并考察乙醇梯度洗脫等特性，再經過結晶析出EGCG晶體。結果表明：AB-8大孔吸附樹脂對EGCG具有較好的吸附選擇性，通過10%乙醇洗脫，EGCG產品純度從54.41%提高到了92.65%，得率達93.38%，結晶后得純度達98%以上的EGCG單體。

EGCG；大孔吸附樹脂；結晶；純化

茶葉的主要有效成分茶多酚（Tea polyphenols，TP）具有抗腫瘤、抗衰老、抗心腦血管疾病及抑制艾滋病毒（HIV病毒）的作用[1-8]，并能有效抑制細菌生長[9]、防止食物腐敗變質，且具備消除異臭、水溶性強等特征，因而被廣泛用于生物保健食品、化妝品、日用化工、輕化工等領域[10]。兒茶素是茶多酚的主體成分，其中表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）在功效上強于其他兒茶素組分，現已成為兒茶素分離、純化與臨床應用研究的焦點，并被美國列為一種潛在的抗癌藥物進行研究開發(fā)[11-13]。我國的茶葉資源豐富，運用現代科技將EGCG開發(fā)成天然的保健食品和藥物，具有巨大的社會效益和經濟效益。

目前，兒茶素及其氧化產物的分離純化方法主要有高效液相制備色譜法[14-15]、柱層析法[16-21]、高速逆流色譜法（HSCCC）[22-24]等，其處理過程繁雜，設備及材料昂貴，產量不高，不適合工業(yè)化生產。樹脂吸附法提取兒茶素具有高效、安全、無毒、可持續(xù)生產的特點，較適合大規(guī)模生產。本研究考察4種不同性質的大孔吸附樹脂對EGCG的分離純化效果，同時結合單次結晶得到高純度的EGCG單體，從而可為其大規(guī)模生產提供工藝參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）和表兒茶素沒食子酸酯（ECG）系中國藥品生物制品檢定所提供，純度≥98%；粗酯型兒茶素樣液參考文獻《大孔吸附樹脂富集酯型兒茶素》[25]方法自制，其中EGCG純度54.41%，ECG純度14.45%；其余均為色譜純或分析純試劑。所選大孔吸附樹脂和脫色樹脂性質特征見表1。

主要儀器和設備：2795高效液相色譜（美國Waters公司）；Luna 5u Pheny1-Hexy1色譜柱（250 mm×4.60 mm，5micron，廣州菲羅門科學儀器有限公司）；LGJ-20F真空冷凍干燥機（歐瑞康萊寶真空設備（天津）有限公司）；Φ3.5 cm×50 cm玻璃層析柱，Φ8.4 cm×40 cm玻璃層析柱（上海楚柏實驗室設備有限公司）；Beckman Allegra 64R冷凍離心機（美國貝克曼公司）。

表 1 不同大孔吸附樹脂的理化特性Table 1 Physical and chemical properties of different macroporous adsorptive resins

1.2 靜態(tài)吸附和解吸

樹脂預處理：用95%的乙醇溶液浸泡大孔吸附樹脂24 h，使其充分溶脹。濕法裝柱于玻璃層析柱中，再用95%的乙醇淋洗，待洗出液不渾濁時改用重蒸水淋洗，洗至無明顯乙醇氣味即可（此時乙醇濃度低于5%）。準確稱取HPD826、LX-17、AB-8、XAD-16N樹脂各30 g（干重），濕法裝柱于φ3.5 cm ×50 cm玻璃層析柱，將酯型兒茶素配制成一定濃度的溶液，以1 BV/h的流速進行動態(tài)吸附，當上述樹脂動態(tài)吸附飽和后（流出液酯型兒茶素濃度為上樣液濃度的5%時可以視為吸附飽和），水洗除去部分水溶性雜質。配制10%～50%不同梯度的乙醇洗脫液各2 BV，以2 BV/h 流速進行洗脫，按每一個梯度進行分段收集，并用HPLC檢測EGCG和ECG的濃度，方法參照GB/T 21727—2008《固態(tài)速溶茶兒茶素類含量的檢測方法》測定。

1.3 樹脂動態(tài)洗脫實驗

1.3.1 動態(tài)吸附

選用Φ3.5 cm×50 cm玻璃層析柱，稱取50 g目的樹脂濕法裝柱，以1 BV/h，2 BV/h，3 BV/h的流速分別進樣，實驗時將酯型兒茶素濃縮液稀釋后上柱，每1 BV分段收集，并用HPLC分析，作出吸附穿透曲線。

1.3.2 動態(tài)洗脫

按上述吸附流速使樹脂吸附飽和，以梯度洗脫所得的最佳濃度乙醇溶液洗脫，洗脫流速1 BV/h，2 BV/h，3BV/h，每1 BV分段收集，HPLC分析每段EGCG濃度，作出洗脫曲線。

1.4 樹脂中試試驗

稱取750 g樹脂（約1350 ml）濕法裝柱于Φ8.4 cm×40 cm玻璃層析柱中，以最佳吸附速度上樣酯型兒茶素樣液5 L（其中EGCG濃度4.1184 mg/ml，ECG濃度1.2169 mg/ml），再以最佳濃度的乙醇洗脫，每1 BV收集洗脫液，HPLC測試，計算EGCG和ECG的得率。

1.5 脫色純化

粗制EGCG單體需進一步脫色提高純度，選取一脫色樹脂進脫色后過柱液45℃真空濃縮，冷凍干燥。準確稱取經脫色后的EGCG單體粗品4 g，用40℃溫水溶解，配制成濃度為40%的溶液，保存于10 ml試管中，放入4℃冰箱中析晶，24 h后0℃，2000 r/min低溫離心20 min，過濾，用4℃蒸餾水反復沖洗晶體，低溫真空干燥，HPLC測定EGCG純度。

2 結果與分析

2.1 大孔吸附樹脂的篩選

吸附樹脂由于其極性、孔隙度、孔徑、表面積和是否能形成氫鍵等物理化學性質不同，對不同物質的吸附和選擇性也不相同[26-27]。實驗選擇了4種不同性質的樹脂進行分離比較，不同樹脂對酯型兒茶素脫除ECG實驗結果見表2。

由表2可知4種樹脂吸附飽和后，低濃度乙醇均可將EGCG洗脫下來，其中AB-8樹脂在10%乙醇洗脫液中未檢測到ECG，而其他3種都有ECG出現，說明AB-8在10%乙醇洗脫條件下對分離酯型兒茶素中EGCG和ECG有較好的效果。

極性大的化合物一般適于中極性樹脂分離，而極性小的化合物適于非極性樹脂分離。其中兒茶素是弱極性物質，AB-8作為一款非極性樹脂，符合這一要求。同時，需分離物的分子體積大小也是選擇樹脂型號的主要因素之一，分子體積較大的化合物應選擇較大孔徑的樹脂?？赡苡捎贏B-8的孔徑、比表面積等因素恰好符合分離EGCG和ECG的要求，因此實驗選擇AB-8作為純化EGCG的目的樹脂。

洗脫劑的選擇也至關重要，隨著乙醇濃度的增加，洗脫劑的極性不斷減小。對于非極性大孔樹脂，洗脫劑極性越小，洗脫能力越強，對于中極性和極性大孔樹脂則洗脫劑極性越大，洗脫能力越強。10%低濃度的乙醇極性較大，洗脫非極性樹脂AB-8，其洗脫能力較弱。實驗用10%乙醇洗脫能將EGCG和ECG分離，表明在洗脫劑極性較大的情況下ECG仍吸附牢固不被洗脫，而EGCG與樹脂之間的作用力已遭到破壞，容易被洗脫，故實驗選擇10%乙醇作為洗脫劑較為合適。

2.2 AB-8動態(tài)吸附流速和洗脫流速的優(yōu)化

2.2.1 吸附流速對樹脂吸附EGCG吸附量的影響

3種吸附流速條件下EGCG的吸附穿透曲線見圖1。當酯型兒茶素水溶液以1 BV/h的流速流經50 g（約90 ml）AB-8濕樹脂的樹脂床后，在流出液5 BV時EGCG出現泄漏，可認為此時樹脂已吸附飽和，最大吸附量為21.7 mg/g。當流速為2 BV/h時，EGCG在4 BV出現泄漏，當流速為3 BV/h時，EGCG在3 BV出現泄漏。兩個流速的泄漏點均比1 BV/h時提前。主要因為流速影響溶質向樹脂表面的擴散速度，流速太快，溶質分子來不及擴散到樹脂表面而發(fā)生穿透現象，因此實驗結果表明1 BV/h時吸附效果最好。

2.2.2 洗脫流速對洗脫EGCG效率的影響

按上述飽和吸附量及吸附流速上樣，飽和后用水洗至流出液顏色近無色或顏色不再變淡時，用10%乙醇分別以1 BV/h，2 BV/h，3 BV/h流速洗脫，每1 BV分段收集，HPLC分析每段EGCG濃度。結果如下圖2可知，當流速為1 BV/h時，由于洗脫流速過小，出現拖尾現象。當增大流速時，樹脂顆粒表面液膜變薄，液膜阻力減小，造成液膜傳質系數增大，傳質速率增加。在3 BV/h流速下，單位時間內EGCG的洗脫速率最大，但單位體積內EGCG的洗脫量小于2 BV/h時的洗脫量，綜合考慮選擇2 BV/h的洗脫流速。當2 BV/h流速時，單位體積內EGCG的濃度最大，EGCG得率最高，洗脫體積控制在4～5BV即可。

圖 1 不同吸附流速下酯型兒茶素穿透曲線Fig.1 Breakthrough curve of ester catechins under different adsorption velocities注：C0：上樣液酯型兒茶素濃度；C：流出液酯型兒茶素濃度。

圖 2 不同洗脫體積中EGCG含量 Fig.2 Contents of EGCG in different elution volumes

2.3 AB-8樹脂中試

按最佳工藝參數上樣，10%乙醇和20%乙醇分別洗脫4 BV，分段收集洗脫液，結果如下表3。由表可知10%洗脫4個BV即可將大部分EGCG洗脫，且EGCG得率在90%以上。而20%可大量洗脫ECG，得率在50%左右，此段洗脫液可得到純度較高的ECG單體作為EGCG的副產品。

將洗脫液直接經脫色樹脂ADS-7脫色，直至過柱液出現顏色即可認為色素已滲漏，停止過柱，過柱液濃縮，冷凍干燥，得到乳白色純度約92.65%的EGCG單體樣品，50.91%的ECG單體樣品。

2.4 EGCG粗品結晶純化

結晶即溶質從溶液中析出的過程，其推動力是在一定條件下溶質的濃度超過該溶質的溶解度，形成過飽和溶液。EGCG在水中的溶解度比較大，因此結晶時溶質需選擇合適的濃度，濃度過高，溶解困難，需熱水和超聲溶解，實驗操作繁瑣，且EGCG極不穩(wěn)定，溶解時溫度過高易使EGCG發(fā)生氧化，影響實驗結果。實驗時選擇將中試所得的粗EGCG樣品配制成40%濃度的溶液，4℃，析晶24 h，離心20 min（0℃，2000 r/mim），除去上清液，將晶體低溫真空干燥，得到白色細顆粒狀EGCG單體，純度達98%，圖3為產品的液相色譜圖。

3 結論

將EGCG純度為54.41%的酯型兒茶素，經過AB-8大孔吸附樹脂吸附洗脫，流經脫色樹脂脫色，最后通過結晶純化，最終得到純度達98%的EGCG單體。該過程只需用到乙醇這一無毒的有機溶劑，且10%濃度的乙醇成本低，效果好，因此所得產品綠色環(huán)保，應用領域相對廣泛。

根據“類似物易吸附類似物”的原則，即一般非極性大孔樹脂適用于從極性溶液（如水）中吸附非極性有機物；而極性大孔樹脂適用于從非極性溶液中吸附極性溶液；中等極性吸附劑，不但能夠從非水介質中吸附極性物質，同時他們具有一定的疏水性，也能從極性溶液中吸附非極性物質[28]。AB-8作為一種非極性大孔樹脂，能夠從極性溶液水中吸附弱極性的兒茶素，而且效果好，EGCG吸附量21.7mg/g（樹脂含水量60%），較同類型樹脂大[29]，并且在低濃度乙醇洗脫下EGCG和ECG得以有效地分離，得率達到93.38%。

茶葉中的色素分為水溶性色素和脂溶性色素，實驗中所遇到的色素均為水溶性色素，主要是由兒茶素等多酚類物質氧化聚合后的產物組成，包括茶黃素，茶紅素等[30]，對EGCG產品外觀純度影響很大。茶色素結構復雜、分子差異大，在實驗過程中難以被除盡，又極容易形成，因此對色素形成的機理、形成條件的控制以及脫色的有效方法有待后續(xù)進一步探索研究。

圖 3 結晶純化后的EGCG液相色譜圖Fig.3 HPLC chromatogram of EGCG after crystallization

[1] 高永貴,楊賢強,周樹紅.試論茶多酚清除生物自由基的高效性[J].天然產物研究與開發(fā),1999,11(2):82-85.

[2] 蔣建偉,何文珊,嚴玉霞,等.茶多酚的離體抗氧化作用[J].中國病理生理雜志,1999,15(6):522-524.

[3] Chen D, Daniel KG, Kuhn DJ, et al. Green tea and tea polyphenols in cancer prevention. Frontiers in Bioscience: a Journal and Virtual Library, 2004,(9):2618-2631.

[4] Chen D, Dou QP. Tea polyphenols and their roles in cancer prevention and chemotherapy[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2008,9(7):1196-1206.

[5] Chen L. Zhang HY. Cancer preventive mechanisms of the green tea polyphenol (-)-epigallocatechin-3-gallate[J]. Molecules,2007,12(5):946-957.

[6] McLarty J, Bigelow RLH, Smith M, et al. Tea polyphenols decrease serum levels of prostate-specific antigen, hepatocyte growth factor, and vascular endothelial growth factor in prostate cancer patients and inhibit production of hepatocyte growth factor and vascular endothelial growth factor in vitro[J]. Cancer Prevention Research,2009,2(7):673-682.

[7] Yang CS, Chung JY, Yang G, et al. Tea and tea polyphenols in cancer prevention[J]. The Journal of Nutrition,2000,130(2):2472S-2478S.

[8] 袁靜,余新欣,章復清,等.茶多酚調脂及抗脂質過氧化作用的實驗研究[J].陜西中醫(yī)學院學報,2000,23(3):37.

[9] 李榮林,周維仁,申愛華.茶葉及其提取物在畜牧和飼料中的應用[J].糧食與飼料工業(yè),2002,(7):30-31.

[10] 梁靖,陳留記,楊賢強,等.茶多酚的絡合作用研究進展[J].茶葉,2003,29(2):72-74.

[11] 陳宗懋.茶對人體的生理調節(jié)機能[J].茶葉文摘, 1994,8(l):1-8.

[12] 仉燕崍,李楠,韓國柱,等.表沒食子兒茶素沒食子酸酯的研究進展[J].中草藥,2006,37(2):303-306.

[13] 張盛,劉仲華,黃建安,等.高ECG型兒茶素純化工藝研究[J].湖南農業(yè)大學學報(自然科學版),2003, 29(2):144-146.

[14] 鐘世安,周春山,楊娟玉.高效液相色譜法分離純化酯型兒茶素的研究[J].化學世界,2003,44(5): 237-239,245,249.

[15] 王洪新,戴軍,張家儷.茶兒茶素單體的分離純化及鑒定[J].無錫輕工業(yè)大學學報,2001,20(2):117-121.

[16] 戚向陽,謝筆鈞,胡慰望,等.高純度表沒食子兒茶素沒食子酸醋（EGCG）的分離與制備[J].精細化工,1994, 11(4):40-46.

[17] 張星海,郭碧花,沈生榮.兒茶素富集和EGCG單體純化新工藝研究[J].茶葉,2002,28(3):136-137.

[18] Saijo R. Isolation and chemical structures of two new catechins from fresh tea leaf[J]. Agricultraland Biological Chemietry（Japan）,1982,46(7): 1969-1970.

[19] 楊磊,高彥華,祖元剛,等.中壓硅膠柱層析連續(xù)純化茶葉中EGCG及ECG的研究[J].林產化學與工業(yè),2007, 27(2):100-104.

[20] 朱斌,陳曉光.二次柱層析制備高純度表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）的工藝研究[J].食品與機械, 2009,25(4):83-85.

[21] Amarowicz R，Shahidi F，Wiczkowski W. Separation of individual catechins from green tea using silica gel column chromatography and HPLC[J]. Journal of Food Lipids,2003,10(2):165-177.

[22] 張揚,江燕斌,黃少烈,等.高速逆流色譜提純茶葉粗提物中EGCG單體研究[J].中藥材,2009,5(32):784-787. [23] 杜琪珍,沈星榮,蔣迎.茶葉中EGCC的制備化分離新技術[C].海峽兩岸茶葉科學技術研討會論文集,中國福州,2000.

[24] 杜琪珍,李名君,程啟坤.高速逆流色譜法分離茶葉中的兒茶素[J].中國茶葉,1996,(2):20-21.

[25] 黃磊,岳鵬翔,郁軍,等.大孔吸附樹脂富集酯型兒茶素[J].食品科學,2013,6(34): 68-72.

[26] 汪洪武,劉艷清.大孔吸附樹脂的應用研究進展[J].中藥材,2005,28(4):353-356.

[27] 李潔瑩,陳金龍,費正皓,等.大孔吸附樹脂對鄰甲酚的吸附行為研究[J].離子交換與吸附,2004,20(5): 430-437.

[28] 朱靜,陸晶晶,袁其朋.大孔吸附樹脂對石榴皮多酚的分離純化[J].食品科技,2010,35(1):188-193.

[29] 龔雨順,劉仲華,黃建安,等.大孔吸附樹脂分離茶兒茶素和咖啡因的研究[J].湖南農業(yè)大學學報(自然科學版),2005,1(31):50-52.

[30] 呂虎,孔慶友,冷和平,等.茶色素制取及其化學組成[J].林產化學與工業(yè),2000,20(4):63-68.

A New Technology for the Purification of EGCG

HUANG Lei1，YANG Jun-guo2，FU Jie1，XIA Xiao-huan1，QIU Jun-lin1，CHEN Xu-dong1

（1.Shaoxing Institute of Agriculture Sciences，Shaoxing，Zhejiang 312003，China2.Tea Research Institute，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fu'an，Fujian 355015，China）

The way to isolate (-)-epigallocatechin gallate（EGCG）from crude ester catechins with macroporous adsorptive resins in combination with crystallization was investigated in this paper. After comparing the adsorption and desorption capacities among four macroporous adsorptive resins, the optimal resin was chosen, which were further investigated via evaluating the characteristics of gradient elution with ethanol, and finally monomer EGCG was separated by crystallization. The results showed that macroporous adsorptive resins AB-8 possessed the best adsorption selectivity for EGCG. After eluted by 10% ethanol, the purity of EGCG was enhanced from 54.41% to 92.65%, and the yield reached 93.38%. By crystallization, the purity of monomer EGCG was beyond 98%.

EGCG, macroporous adsorptive resin, crystallization, purification

黃磊（1986-），男，碩士研究生，助理農藝師，主要從事茶葉深加工、茶樹栽培。Email: huangleiscott@163.com；