茶葉兒茶素的穩(wěn)定性研究進展

謝艷蘭，王紹梅，周文吉，和　敏（滇西科技師范學院，云南臨滄677000）

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茶葉兒茶素的穩(wěn)定性研究進展

謝艷蘭，王紹梅，周文吉，和敏
（滇西科技師范學院，云南臨滄677000）

摘要：茶葉兒茶素具有多種保健和藥理功效，在食品、醫(yī)藥、飼料、日用化工品等行業(yè)成為開發(fā)熱點，對兒茶素的開發(fā)利用具有重要的意義。兒茶素穩(wěn)定性較差，影響其功效的發(fā)揮。本文通過分析、總結(jié)溫度、pH值、金屬離子及光照等方面對兒茶素穩(wěn)定性的影響，闡述了利用β-環(huán)糊精包埋、制成兒茶素微膠囊、添加抗壞血酸等提高兒茶素穩(wěn)定性的方法，旨在為茶葉兒茶素的綜合利用提供依據(jù)。

關鍵詞：茶葉兒茶素；穩(wěn)定性；影響因素；方法

茶葉是世界上消費量僅次于水的第二大飲料[1]，其抗氧化、抗病菌、抗脂質(zhì)過氧化及預防癌癥等保健和藥理功效已被廣為證實[2-6]，而茶葉發(fā)揮健康功效的首要成分便是兒茶素。兒茶素的保健和藥理功能可以總結(jié)為“三抗（抗癌、抗衰、抗氧化）”、“三降（降血糖、降血脂、降血壓）”、“三消（消毒、消炎、消臭）”及防治神經(jīng)損傷性疾病等十大功效[7]。

目前，兒茶素已獲準作為食品添加劑，在糧油產(chǎn)品、肉制品、水產(chǎn)品等方面應用廣泛。此外，兒茶素也成為醫(yī)藥界、飼料業(yè)、日用化工品等方面的研究和開發(fā)熱點，已開發(fā)出心腦健片、茶多酚口含片、減肥藥、獸藥添加劑、美容護膚品、洗發(fā)水、含兒茶素紡織品等產(chǎn)品，應用前景廣闊。兒茶素是2-苯基苯并吡喃的衍生物，具有多個酚羥基，還原性強，在生產(chǎn)、貯運和使用的過程中，常受到氧氣、光、熱、濕、酸堿、金屬離子等因素的影響，發(fā)生降解、氧化聚合、異構(gòu)化和沉淀等反應，從而改變其原有的生理活性，因此如何保持其質(zhì)量穩(wěn)定性是非常關鍵的技術。本文通過對影響兒茶素穩(wěn)定性的因素進行綜述，闡述了提高兒茶素穩(wěn)定性的方法，為兒茶素的綜合利用提供依據(jù)。

1　茶葉兒茶素的主要特性

1.1兒茶素的結(jié)構(gòu)式

兒茶素又稱茶單寧、兒茶酚，屬黃烷-3-醇類化合物。茶葉中的兒茶素類物質(zhì)大量存在于茶樹新梢中，占茶葉干重的12 % ～ 24 %，其中代表性的兒茶素包括表兒茶素（EC）、表沒食子兒茶素（EGC）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、沒食子兒茶素沒食子酸酯（GCG）、沒食子兒茶素（GC）等。其中，EGCG含量最高，占兒茶素總量的50 %左右[8]。茶葉中四種主要兒茶素的化學結(jié)構(gòu)式如下圖所示。

茶葉中四種主要兒茶素的化學結(jié)構(gòu)式

1.2兒茶素的主要理化特性

兒茶素親水性較強，易溶于熱水、甲醇、含水乙醇、乙酸乙酯等溶劑，但在苯、氯仿、石油醚等溶劑中則很難溶解。由于兒茶素含有多個羥基，還原性很強，如果與氧氣、高錳酸鉀等氧化性強的物質(zhì)接觸，很容易被氧化、聚合。金屬離子Fe3+、Ca2+、Ag+、Hg2+、Cu2+及Pb2+等能夠與兒茶素發(fā)生絡合反應。兒茶素的分子中有C-2和C-3兩個手性碳原子，存在順、反2個異構(gòu)體，即順式的表兒茶素和反式的兒茶素，每種幾何異構(gòu)體又各有2種旋光異構(gòu)體，即（+）-兒茶素、（-）-兒茶素、（+）-表兒茶素、（-）-表兒茶素。在熱的作用下，一種兒茶素可轉(zhuǎn)變?yōu)樗鼘男猱悩?gòu)體或順反異構(gòu)體[8]。

2　影響兒茶素穩(wěn)定性的因素

2.1溫度對兒茶素的影響

無論兒茶素作為食品、飼料添加劑應用，還是開發(fā)成藥品、保健品等綜合利用的產(chǎn)品，都會涉及到加熱的加工工藝，因此認識溫度對兒茶素的影響是極其重要的。吳平[9]指出，EGCG在熱處理條件下，可能發(fā)生差向異構(gòu)化反應、脫沒食子酸化反應、降解反應以及有氧條件下的氧化聚合反應。

兒茶素在高溫下容易發(fā)生異構(gòu)化和自動氧化作用[10]。Komatsu等[11]指出在綠茶溶液中，82°C是兒茶素熱降解和異構(gòu)化兩個競爭反應的重要轉(zhuǎn)折溫度，但是該研究未考慮到其他因素如pH值對兒茶素降解和異構(gòu)的影響。Chen等[12]對龍井茶總兒茶素的熱穩(wěn)定性的研究發(fā)現(xiàn)，將龍井茶湯在98°C下水浴7 h后，約20 %的兒茶素降解，而在37°C下水浴相同時間，兒茶素的總量不變。而采用高壓蒸汽，將溫度提升至120°C、20 min后便有24 %的總兒茶素降解，并且發(fā)現(xiàn)了EGCG的異構(gòu)體GCG的含量增加。Seto等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，80°C時EGCG異構(gòu)反應生成GCG的量占10 %，100℃時EGCG異構(gòu)反應生成GCG的量最高可達40 %，而在120°C條件下處理20 min，5種表型兒茶素（-）-EC、（-）-EGC、（-）-ECG、（-）-EGCG、（+）-EC，分別有65.4 %、65.0 %、57.1 %、56.6 %、60.6 %異構(gòu)轉(zhuǎn)化為對應的非表型兒茶素，同時5種非表型兒茶素（-）-C、（-）-GC、（-）-CG、（-）-GCG、（+）-C分別有27.7 %、34.6 %、38.0 %、35.7 %、30.8 %異構(gòu)轉(zhuǎn)化為對應的表型兒茶素。Ito等[14]表明茶湯在80°C下水浴保溫2 h，EC和ECG含量逐漸下降，相應的非表型異構(gòu)體C和CG逐漸增加，呈良好的對應關系。Pi?eiro等[15]利用加壓溶劑萃取技術優(yōu)化EC和C的萃取溫度時發(fā)現(xiàn)，在100到160 ～ 180°C間，隨著溫度的升高，兒茶素EC和C的浸出增加，之后又有所減少。

由于反式兒茶素熱穩(wěn)定性更強，因此主要發(fā)生由順式異構(gòu)化為反式的作用。反式異構(gòu)體的生成熱（ΔHf）比相應順式異構(gòu)體的低1 ～ 2 kcal/mol，因此通常在加熱過程中容易發(fā)生差向異構(gòu)化作用[11]。這也就是為什么綠茶制造過程中，綠茶中兒茶素比鮮葉增多了四種：（-）-C，（+）-GC，（-）-GCG和（-）-CG，它們分別是由（-）-EC，（+）-GC，（-）-EGCG和（-）-ECG異構(gòu)而來。研究也發(fā)現(xiàn)，細頸瓶裝綠茶飲料中的兒茶素（-）-GCG含量最高，而在未加工的綠茶中則（-）-EGCG含量最高[12，17-18]。

理論上，兒茶素的熱穩(wěn)定性順序依次為：ECG >EGC >EC >EGCG[16]，但是，很多研究中指出兒茶素在環(huán)境條件改變時不僅僅會發(fā)生異構(gòu)化反應，而且會發(fā)生氧化聚合、氧化分解、水解反應等，這些反應之間相互競爭，某種條件下某一種或幾種反應就會占主導。由于兒茶素結(jié)構(gòu)中的酚羥基，尤其是B環(huán)上的鄰位、連位羥基易氧化聚合，在食品或茶飲料加工過程中常伴隨著自動氧化作用，使得EGCG 和EGC降解更明顯[19]。Pi?eiro等[15]對不同溫度條件萃取兒茶素10 min的結(jié)果表明，當萃取溫度高至130°C時，兒茶素的回收率仍有95 %，異構(gòu)化反應尚主導地位；當溫度超過130°C時，兒茶素的回收率隨著溫度升高不斷降低，降解氧化等反應優(yōu)于異構(gòu)化反應。

2.2 pH值對兒茶素的影響

在對兒茶素的萃取中，pH和溫度都起著重要的作用。兒茶素在人體要發(fā)揮其生理功效必需經(jīng)過胃液和腸液的消化和吸收，一般，人體胃液的pH值約為2.0，小腸液中的pH值呈中性或弱堿性，普通飲品綠茶茶湯中的pH值約為4.9[20]。眾多研究表明溶液的不同pH環(huán)境會影響兒茶素的穩(wěn)定性，一般來說pH值越高，兒茶素越不穩(wěn)定，在堿性條件下，兒茶素極易發(fā)生水解、氧化聚合等反應[11，21-23]。

Seto等[13]研究表明，在保持120℃加熱30 min的條件下，pH 2～4 時EGCG極少發(fā)生異構(gòu)化，而pH 5-6時異構(gòu)化作用強烈，其異構(gòu)化產(chǎn)物GCG生產(chǎn)量達到65%。Komatsu等[11]的研究也表明，兒茶素異構(gòu)化作用最適宜的pH值為5.5，而pH 7時，反應液顏色迅速變深，EGCG和GCG都幾乎檢測不到。

Zhu等[21]將龍井綠茶兒茶素溶于不同pH值的磷酸緩沖液中，結(jié)果顯示兒茶素在堿性溶液中（pH >8）極其不穩(wěn)定，幾分鐘后便幾乎全部降解，在pH 6.0時，出現(xiàn)部分降解，在pH 5.0時，兒茶素含量在18小時內(nèi)保持穩(wěn)定，而在pH <4的酸性緩沖液中，至少在18小時內(nèi)都相當穩(wěn)定。但是何小解等[24]的研究表明，兒茶素在強酸環(huán)境中如pH為1.8時穩(wěn)定性也不好，在pH 5.8時最穩(wěn)定。陳利燕等[23]在研究兒茶素在酸性環(huán)境中的穩(wěn)定性時表明，兒茶素在pH 3.6 ～ 6.5之間的緩沖溶液中比較穩(wěn)定，放置18 h后，兒茶素最低回收率為81.9%。將pH 2.6、3.6、4.6、5.6的兒茶素溶液的分別調(diào)到pH 6.5，再放置18 h后，兒茶素回收率最高為93.0 %，最低可達84.7 %，該文章表示在酸性緩沖液中，大部分兒茶素可能只發(fā)生了與檸檬酸絡合態(tài)反應或兒茶素分子間的聚合，pH條件改變后，又能解離成游離的兒茶素；另一部分兒茶素則發(fā)生了不可逆反應，被強酸環(huán)境所氧化或分解，生成了其他物質(zhì)。

不同種類的兒茶素在同一pH溶液中的穩(wěn)定性也是不同的。有研究表明，在較高的pH溶液中（pH >5.5），兒茶素的穩(wěn)定性依次為：EC >ECG >EGCG≥EGC[12,21,25]。在高pH溶液中EGCG和EGC的降解被認為是兒茶素的氧化應激清除自由基的結(jié)果[19,25,26]。兒茶素EC和ECG的鄰苯二酚B環(huán)結(jié)構(gòu)比EGCG和EGC的沒食子酸B環(huán)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定[27]。EGCG在pH 7.2 ～ 7.4溶液中的半衰期為30 ～ 120 min[12,28,29]。EGCG在細胞培養(yǎng)基（pH 7.4）中高度不穩(wěn)定，半衰期為30 min[25]，且4 h后95 %的EGCG降解[26]。在小腸液（pH 8.5）中30 min，有85 %的EGCG降解；在小鼠血漿中30 min，有79 %的EGCG降解[30]。

2.3金屬離子對兒茶素穩(wěn)定性的影響

一定條件下，溶液中金屬離子與兒茶素會發(fā)生絡合反應[31-36]。Wang[31]的研究表明自來水中存在的金屬離子對EGCG的穩(wěn)定性有顯著的影響，當Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ca2+離子濃度分別為20、20、5、200mg/kg時，便能引起EGCG量的減少，這也許是EGCG在自來水溶液中極其不穩(wěn)定的原因所在。

唐德松[32]的研究表明，Al3+會絡合茶湯兒茶素，使兒茶素的紫外——可見吸收光譜發(fā)生變化，即兒茶素含量有所下降。鐘小玉[33]的研究表明，對照純水來說，自來水和不同金屬離子含量的水都使得綠茶茶湯中兒茶素總量呈不同程度的下降，其中造成兒茶素下降最多的是自來水和Ca2++Al3+復配處理。Ca2+和Al3+的混合溶液與純水相比，非酯型兒茶素下降了5.4%，酯型兒茶素下降了7%。相對純水來說，金屬離子和自來水對兒茶素組分的影響趨勢相似，GC、EGC、C、EC、EGCG、ECG和CG含量呈不同程度的下降，GCG含量呈不同程度的上升。劉平[34]的研究也表明含Ca2+的水樣使兒茶素含量下降，且兒茶素對水質(zhì)的要求比咖啡堿和氨基酸高。郭炳瑩[35]在測定茶湯成分與Ca2+的絡合性能時表明，在pH9.5時，茶湯中90%以上的茶多酚都被沉淀，但游離兒茶素仍有13.5%未被沉淀，且未被沉淀的主要是非酯型兒茶素，酯型兒茶素EGCG和ECG幾乎全被鈣所絡合沉淀，即使pH下降到8.0，絡合物的溶解度也仍然很低。

另外，溶液中的金屬離子也會促進兒茶素的異構(gòu)化作用。Wang[31]的研究發(fā)現(xiàn)，用100°C含金屬離子和O2的自來水沖泡的茶湯比用純水沖泡的茶湯中含有更多的反式兒茶素（GCG和GC）和更少的順式兒茶素（EGCG和EGC）。

李春美[36]還研究了金屬離子對兒茶素氧化聚合物的影響，將濃度為0.01%的兒茶素氧化聚合物樣品溶液與同體積濃度為0.05%的金屬離子混合均勻，放置30min后觀察其變化，結(jié)果表明Cu2+、Fe2+及Fe3+均使樣品溶液產(chǎn)生褐色沉淀，遇Ba2+時有少量混濁，加入Pb2+時樣品溶液顏色發(fā)暗，并有少量乳白色沉淀產(chǎn)生，說明以上這些金屬離子與兒茶素反應產(chǎn)生了絡合物；而該實驗中Al3+、Mg2+對樣品溶液無明顯影響。

2.4其他因素對兒茶素穩(wěn)定性的影響

劉平[37]研究了光照對PET瓶裝綠茶飲料理化成分的影響，結(jié)果表明，相比對照，光照處理加劇了酯型兒茶素的降解，EGCG及ECG等酯型兒茶素在貯藏過程中降解產(chǎn)生簡單兒茶素和沒食子酸。沈生榮[38]對茶多酚粉末采用光照、高溫、高濕進行處理，結(jié)果表明（-）-EGCG在光照條件或高溫、高濕條件下發(fā)生了氧化作用，導致了含量的下降，并且外觀出現(xiàn)紅變，可能是發(fā)生了兒茶素氧化聚合反應。李春美[36]將濃度為lmg/ml的兒茶素聚合物樣品溶液在日光下放置2h后觀察其變化，發(fā)現(xiàn)光照后溶液顏色變淺，用紫外可見記錄光譜儀測其吸收光譜，發(fā)現(xiàn)最大吸收值有所下降。

Hank's平衡鹽溶液（HBSS）是生物醫(yī)學實驗中最常用的無機鹽溶液和平衡鹽溶液。Kosińska[39]等研究了兒茶素在HBSS中的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)酯型兒茶素在pH6.5和pH7.4的HBSS溶液中極其不穩(wěn)定，2h后，EGCG分別下降了29%和43%，ECG分別下降了19%和25%；非酯型兒茶素EGC分別下降了9%和22%，而EC含量較穩(wěn)定。

周文[40]對速溶茶加工中影響兒茶素變化的物質(zhì)如電解質(zhì)、咖啡堿、氨基酸等進行了研究，結(jié)果表明加入l% KCl的濾液中兒茶素類總量比對照樣中兒茶素類總量高出15.92%，而加入5% KCl的濾液反而降低了37.18%，兩種處理后兒茶素類總量相差46.34mg/g。咖啡堿和茶氨酸也影響兒茶素含量，加入1mL 1%咖啡堿時，相對于對照下降了10.68%，加入2mL 1%咖啡堿時，又下降了8.31%。茶氨酸的不斷加入，兒茶素總量也不斷減少，加入1ml的l%茶氨酸后，兒茶素總量下降了9.18%，繼續(xù)加入1ml的l%茶氨酸，兒茶素總量繼續(xù)下降了7.64%。另外，可溶性淀粉、β-環(huán)糊精、葡萄糖對兒茶素類化合物均存在影響，它們影響的走向是一致，隨著加入量的不斷加大，兒茶素類化合物總量逐步降低。

3　提高兒茶素穩(wěn)定性的方法

為充分利用兒茶素，保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要采用一定的保護措施，盡量避免兒茶素直接接觸氧氣、光照、水分、金屬離子等因子，減少高溫作業(yè)。

組萍[41]采用超聲波輔助浸提以及β-環(huán)糊精（β-CD）包埋的方法減少了綠茶飲料中兒茶素的損失。β-CD對兒茶素的包埋能起到有效的保護作用，通過測定兒茶素的含量，確定了β-CD的最適添加量為0.2%。該研究組還比較了巴氏殺菌（80℃30 min），殺菌釜殺菌（120℃15 min）及UHT殺菌（135℃，5 s）對茶湯兒茶素的影響，結(jié)果表明，UHT殺菌對兒茶素EGCG的損失最小，巴氏殺菌次之，殺菌釜最差。

將兒茶素制成微膠囊可有效解決兒茶素極易被氧化的問題。齊連祥[42]以酯型兒茶素為芯材，大豆色拉油為初級壁材，蛋白NP和碳水化合物CA、CB為壁材，經(jīng)乳化剪切，噴霧干燥制得酯型兒茶素微膠囊。

抗壞血酸對兒茶素具有保護作用，防止兒茶素的降解及異構(gòu)化[21，29，43，44]。Chen等[29]的研究表明，兒茶素在pH 7.42時很不穩(wěn)定，2 h后有50 %兒茶素降解，0.2 mg/mL抗壞血酸的加入顯著的提高了兒茶素的穩(wěn)定性，且具有明顯的劑量效應，添加的抗壞血酸濃度越高，越能抑制兒茶素的降解。抗壞血酸對四種表兒茶素的穩(wěn)定性都有顯著的保護作用，尤其是對EGC和EGCG，在無抗壞血酸添加的磷酸緩沖液中，EGC和EGCG分別在2 h和5 h后全部降解，加入抗壞血酸后，在同樣的時間，EGC和EGCG分別只有25 %和15 %的降解。為測試抗壞血酸是否對兒茶素的再生有作用，該研究組將抗壞血酸加入到已有40 %兒茶素降解的磷酸緩沖液中，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)兒茶素含量的增加，但是減緩了兒茶素的降解速率。實驗中也發(fā)現(xiàn)抗壞血酸的降解和兒茶素的降解是平行的，雖然在短時間內(nèi)抗壞血酸保護了兒茶素，但是在一段時間后（20 h），其加速了兒茶素的降解。陳玉瓊等[45]的研究表明，隨著L-抗壞血酸劑量的增加，兒茶素的總量下降，但EGCG和GC的含量增加，尤其是對EGCG的保護作用更明顯?？箟难岬谋Ｗo作用與其調(diào)節(jié)了溶液的pH值可能有關，加入抗壞血酸使兒茶素緩沖液的pH值由7.42變?yōu)?.38，但是該研究組的另一組實驗加入檸檬酸溶液，也使原兒茶素緩沖液的pH值降為7.28，卻對兒茶素的穩(wěn)定性不起作用。有學者認為，抗壞血酸作為還原劑可以還原多酚自由基，并降低溶液中的水溶性氧，從而保護了兒茶素，但是具體的作用機制還有待進一步研究。

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通訊作者、第一

作者簡介：謝艷蘭（1988-），女，福建龍巖人，碩士，助教，主要從事茶學專業(yè)教學和科研工作。