紫芽葉茶花青素研究進展

謝曉娜，楊鄭州，王建暉，2*，徐曉玲

（1.百色學院農(nóng)業(yè)與食品工程學院，廣西 百色 533000；2.西南大學食品學院，重慶 400715）

茶樹芽葉一般呈黃綠色、綠色、墨綠色等，但也有紫色的芽葉。這是因為茶樹葉片中不同色素具有不同呈色效果。如葉綠素呈現(xiàn)綠色，葉黃素、花黃素呈黃色，胡蘿卜素呈淺黃或橙黃色，花青素呈紅、紫褐色等。茶樹芽葉顏色深淺主要與花青素含量高低呈明顯正相關(guān)性[1]。傳統(tǒng)茶葉加工理論認為，使用富含花青素的紫色芽葉制茶品質(zhì)較差，其制成的綠茶滋味苦澀，湯色渾濁，葉底靛青，制成紅茶，湯色和葉底均顯烏暗，不能滿足綠茶綠湯綠葉和紅茶紅湯紅葉的品質(zhì)特征。但近年來研究表明，紫芽葉所制成品綠茶、紅茶、普洱茶均具有明顯區(qū)別于其他芽葉的品質(zhì)特征，并且紫芽葉茶具有很強的抗氧化活性，在清除自由基、降壓等方面的具有一定的保健功效[2-3]。在食品、保健品、化妝品以及醫(yī)藥等領(lǐng)域均具有有廣泛的應(yīng)用前景，其巨大的科研價值和經(jīng)濟開發(fā)價值受到國內(nèi)外科研工作者和消費者的青睞，紫芽葉茶樹品種的培育以及紫芽葉茶產(chǎn)品的開發(fā)成為當下熱點。

本文綜述茶樹中花青素種類、形成影響因素、紫芽葉茶保健功能以及產(chǎn)品開發(fā)研究進展，以期為紫芽葉茶的綜合利用提供一定參考依據(jù)。

1 茶樹中花青素的種類及含量

花青素是一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素，屬類黃酮化合物，目前已知的花青素種類大約有20余種，主要由天竺葵色素及其苷、飛燕草花青素及其苷、芙蓉花青素及其苷和翹搖紫苷元4類組成，花白素及原花色素在酸性條件下也可以部分轉(zhuǎn)化為花青素[4]。茶樹紫化芽葉中花青素主要是天竺葵色素、矢車菊色素和飛燕草色素及其糖苷[5]。云南省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所選育的“紫娟”和四川農(nóng)業(yè)大學選育的“紫嫣”中花青苷類主要為飛燕草-3-O-半乳糖苷、矢車菊素-3-O-半乳糖和苷矢車菊色素、飛燕草色素、天竺葵色素的糖苷等[6-7]。龔加順等研究表明“紫娟”茶除主要的4類花青素外還有牽?；ㄉ睾湾\葵色素[8]。普通茶葉中花青素的含量約占干物重的0.01%，紫芽茶則可高達0.5%～1.0%[9]。云南勐海群體種紫色芽葉中花青素含量是同等級綠色芽葉的5倍～8倍，同等級紅紫色芽葉的3倍～5倍[10]，浙江11個紅紫芽葉茶樹新品種的花青素含量是云大綠色芽葉品種的3.6倍～7.5倍[11]。

2 影響紫芽葉茶花青素產(chǎn)生的原因

影響紫芽葉花青素產(chǎn)生的原因大致可分為兩類，其一是普通茶樹品種由于光照、溫度、水分等外界環(huán)境因素致使花青素在茶葉細胞內(nèi)大量積累而形成[12]。這是茶樹抗逆性生理的表現(xiàn)，通常是短期性的。在低溫、高溫、強光照、干旱、缺素等不利茶樹正常生長的條件均能誘導(dǎo)花青素的形成。其二是由于紫芽葉茶樹品種經(jīng)過遺傳致使芽葉呈現(xiàn)紫色，這是茶樹遺傳性的表現(xiàn)，通常是周年性的[13]。

2.1 光照

花青素含量與茶樹生長發(fā)育的環(huán)境關(guān)系密切，當光照強時有利于花青素的累積，強紫外光條件下，茶樹體內(nèi)新陳代謝也會促使花青素產(chǎn)生，形成紅紫色芽葉[14]。吳華玲等對春、夏、秋三季芽葉色澤深淺比較研究發(fā)現(xiàn)在夏季光照最強時芽葉呈深紅紫，而在春季光照最弱時芽葉呈淺紅紫色，夏茶花青素含量顯著高于春茶和秋茶[11]。在春季普通群體品種中，有30%左右的芽葉呈現(xiàn)紅紫色，在夏季則有88.7%呈現(xiàn)紅紫色，說明紅紫芽葉茶樹芽葉的色澤及其花青素含量同時受外界環(huán)境和遺傳因子的控制[15]。

花青素形成也受光質(zhì)的影響，張澤岑通過黃色、藍色、紅色、黑色、無色等不同色膜覆蓋茶樹，對茶樹花青素積累進行分析，發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)對花青素的積累的影響強弱關(guān)系為黃色＞透明＞藍色＞紅色＞黑色[16]。李智發(fā)現(xiàn)花青素合成途徑中的結(jié)構(gòu)基因的表達量與紫外光的透射比例呈正相關(guān)，紫外光能夠上調(diào)花青素合成途徑中相關(guān)基因的表達，提高茶樹芽葉中花青素的生成量[17]。

2.2 溫度

花青素含量與茶樹生長發(fā)育的環(huán)境關(guān)系密切，溫度也是花青素生物合成的重要因素，晝夜溫差大，晴天突變，低溫寒冷，使白天同化的糖類因夜間的低溫而停滯在葉內(nèi)，給花青素的形成提供了先質(zhì)材料[14]。在茶樹中，低溫可誘導(dǎo)花青素生物合成相關(guān)基因的表達，使花青素含量增加；而高溫會造成基因表達量下調(diào)，降低花青素的積累[17]。溫度也影響花青素的穩(wěn)定性[18]，溫度越高花青素的降解速率越快，同時高溫可使酶活性降低甚至失活，合成速率減慢[19]。

2.3 水分

干旱是植物生長過程中最主要的非生物脅迫，對植物的生長和發(fā)育具有很大影響[20]，很多研究表明在干旱條件下，花青素合成相關(guān)的基因的表達水平上調(diào)，花青素含量增加，植物的抗旱能力顯著提高[21-22]。茶樹次生代謝機理認為茶樹體內(nèi)主要是葡萄糖生成花青素。這主要由于糖是花青素合成的觸發(fā)劑，而茶葉中的花青素多以糖苷的形式存在[23]，因而干旱時糖的運輸和轉(zhuǎn)化受影響使糖類物質(zhì)流轉(zhuǎn)受阻，被滯留在葉內(nèi)，誘導(dǎo)花青素合成。春季嫩芽和秋季紅葉的花青素，大部分是因此而產(chǎn)生的[24]。

2.4 營養(yǎng)元素

植物生長過程中需要的16種必須營養(yǎng)元素，包括碳、氫、氮、磷、鉀6種大量元素和鈣、鎂、硫3種微量、中量元素以及鐵、鋅、錳、鋼、硼、鉬、氯7種微量元素，各種元素供應(yīng)達到平衡才有利于植物的生長發(fā)育。有研究發(fā)現(xiàn)當?shù)厝狈r可增加植物中花青素的積累量[25]。植物可以通過調(diào)節(jié)花青素的含量來增強植物對低氮脅迫的適應(yīng)性。低氮供給可以顯著增加花青素生物合成過程中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄水平，同時上調(diào)花青素合成的調(diào)節(jié)基因的表達量[26]。劉健偉等[27]以紫芽葉茶“紫娟”為材料，發(fā)現(xiàn)增加氮素含量能顯著抑制茶芽葉中花青素合成基因的表達，初步證實營養(yǎng)元素調(diào)控茶樹花青素生物合成的分子機理。磷肥能促進植株代謝，提高抗旱性和抗寒性，硼肥能促進根系生長，對糖的合成與轉(zhuǎn)運起到重要作用。當茶樹出現(xiàn)紅紫芽葉時，施以硼肥或磷肥，也能抑制花青素的形成[14]。

2.5 遺傳

近年來，茶樹紫色芽葉的保健功效逐漸得到關(guān)注，各地也不斷培育茶樹紫色芽葉新品種，我國第一個品種權(quán)保護茶樹新品種是云南茶葉研究所在60多萬株大葉種茶樹茶園中選育出的“紫娟”，其具有優(yōu)于云南大葉群體種綠茶的降壓效果，2005年11月由國家林業(yè)局授予植物新品種保護，品種權(quán)號20050031[28]。“紫嫣”是四川省省級認定品種，由四川中小葉種選育而成，具有新梢紫化的特點[29]。中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究從湄潭苔茶有性后代采用單株育種法育成的“苔香紫”，適制綠茶和紅碎茶。福建育種的“紅芽佛手”被福建省茶樹良種審定小組認定為省級良種[30]。湖南農(nóng)業(yè)大學也篩選到了9803和9809兩個高花青素新品系[31]。劉富知等對安化群體種進行研究，發(fā)現(xiàn)有4.35%的植株具有高花青素的特征，認為可以從有性群體種中篩選高花青素茶樹新品種[32]。日本、肯尼亞先后發(fā)現(xiàn)紫芽葉品種‘Sunrouge’[33]、TRFK K-purple，TRFK KS1，TRFK 306/1[34]，印度科學家Joshi等[35]也報道了生長在岡格拉山谷的紫化茶品種。

3 紫芽葉茶保健功效

紫芽葉茶的保健功能主要與其豐富的花青素以及茶多酚、茶氨酸等物質(zhì)密切相關(guān)。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，花青素作為一種強自由基清除劑，在延緩衰老、緩解視疲勞、清除自由基、降血糖、抗氧化與預(yù)防疾病、抑制腫瘤細胞發(fā)生及抗炎等多種保健功能，并可以降低冠心病發(fā)病的危險[36-37]。

3.1 抑菌抗炎功能

花青素分子結(jié)構(gòu)上具有酚羥基官能團，其可破壞蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性失活，最終致使細胞質(zhì)固縮解體[38]。戴妙妙等[39]采用抑菌圈方法對紫芽葉茶“紫娟”中花青素的抑菌性進行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當“紫娟”茶中花青素提取物濃度達到10%～20%時對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌能力較強，但對酵母菌無效果。陳瓊等[40]對茶樹紫芽葉的提取物抗炎性進行研究，發(fā)現(xiàn)提取率為7.8%的紫芽茶粗提物能夠濃度依賴性地抑制小鼠耳廓腫脹、大鼠足趾腫脹，并能抑制滅菌紙片誘導(dǎo)的大鼠肉芽腫，表明茶樹紫色芽葉中的花色苷具有顯著的抗炎作用，但未能確定花色苷是否是紫芽葉茶發(fā)揮抗炎作用的特異性活性成分。林協(xié)以“紫娟”綠茶為原料，比較其水提取物和30%乙醇/乙酸乙酯提取物抗炎和抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)“紫娟”綠茶能夠顯著減少炎癥介質(zhì)產(chǎn)生，對氧化應(yīng)激、炎癥均具有預(yù)防作用，且30%乙醇/乙酸乙酯提取物抗炎和抗氧化作用強于水提取物[41]。

3.2 降壓減脂功能

梁名志等[3]、楊興榮等[28]在動物實驗的基礎(chǔ)上，分析了紫芽葉茶和云抗10號夏秋兩季的蒸青、烘青茶中降壓活性物質(zhì)含量。研究表明，特種紫芽葉茶的降壓幅度與黃酮醇類的含量明顯高于大葉種對照樣，且烘青工藝比蒸青工藝的降壓幅度更優(yōu)。南占東等[42]采用水浸提法對紫芽葉茶生物活性物質(zhì)進行提取，針對高血壓人群進行降壓效果對照實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)紫芽葉茶對高血壓人群具有顯著降壓效果，可達80%以上。

其他功能動物實驗研究表明，紫芽葉茶提取物可誘導(dǎo)小鼠脂肪蓄積能力下降，抑制血清和肝臟重量以及腹部脂肪和甘油三酯含量[43]。徐歆[44]從“紫娟”中分離出的原花青素與傳統(tǒng)藥物阿卡波糖做對比，發(fā)現(xiàn)其對α-淀粉酶具有更好的抑制作用，可以有效降低人體攝入葡萄糖的吸收率，起到抗糖尿病及減肥的功效。趙瑜以表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）作為對照，研究了紫芽葉茶“紫娟”粗提物和純化花色苷對血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（angiotension converting enzyme，ACE）、a-淀粉酶和胰脂肪酶的體外抑制作用。結(jié)果顯示：“紫娟”提取物和純化花色苷對各酶均有一定的抑制作用[45]。Qin等[46]將“紫娟”茶、苦丁茶和明日葉與苦蕎茶混合，發(fā)現(xiàn)該茶比原有的苦蕎茶更有助于降低血糖、血清總膽固醇、甘油三酯及升高高密度脂蛋白膽固醇。

3.3 防癌抗癌功能

花青素已經(jīng)顯示出對體外多種癌細胞的抗癌效果和體內(nèi)食道癌、結(jié)腸癌、肺癌等預(yù)防和治療作用，其通過抗自由基，誘導(dǎo)癌細胞凋亡，免疫刺激有效抑制癌的發(fā)生[47-48]。田野等以紫芽葉茶“紫嫣”為原料，以兒茶素含量相當?shù)缓ㄇ嗨氐摹疤烨唷辈铻閷φ眨容^其水提取物對肝癌、乳腺癌、結(jié)腸癌細胞的抗癌活性。結(jié)果表明，濃度為400 mg/L時，“紫嫣”茶對肝癌細胞的抑制率達到100%，對乳腺癌細胞和結(jié)腸癌細胞的抑制率也達到90%以上，均優(yōu)于對照茶樣[49]。Lin[50]還發(fā)現(xiàn)紫芽葉茶中花青素有助于在化療中加速誘導(dǎo)癌細胞凋亡，以此來減少放射劑量。Joshi等[47]同樣論證了其抗癌效果，認為紫芽葉茶提取物不僅能誘導(dǎo)癌細胞凋亡，而且同樣能夠刺激免疫潛能加速對癌細胞的清除。值得一提的是，花青素對癌細胞生長呈選擇性抑制作用，對正在生長的正常細胞沒有抑制效果或者抑制效果很小[51-52]。

3.4 抗氧化功能

花青素是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最有效的天然水溶性自由基清除劑，費旭元等[53]對“紫娟”茶中花青素的抗氧化活性進行研究，發(fā)現(xiàn)“紫娟”茶花青素的總抗氧化能力和清除羥自由基的能力均高于98%純度茶多酚。呂海鵬等[54]通過測定紫葉茶產(chǎn)品的2，2-聯(lián)苯基-1-苦基肼基（2，2-dipheny1-1-picryl-hydrazyl，DPPH）、2，2'-聯(lián)氮雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽[diammonium 2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate），ABTS]自由基清除能力、鐵還原抗氧化能力（ferric reducing ability of plasma，F(xiàn)RAP）和細胞抗氧化活性（cellular antioxidant activity，CAA），證明紫芽葉茶具有較強的抗氧化活性，且花青素含量與DPPH抗氧化活性呈正相關(guān)，表明花青素極大地促進了“紫娟”茶產(chǎn)品的抗氧化活性。戴妙妙等[55]比較了“紫娟”茶中花青素提取物與2，6-二叔丁基對甲酚（butylated hydroxytoluene，BHT）、 叔丁基羥基茴香醚 （butyl hydroxy anisd，BHA）的抗氧化性及清除自由基能力。結(jié)果表明，“紫娟”茶中花青素提取物DPPH自由基清除能力要強于BHA和BHT，ABTS自由基清除能力和FRAP抗氧化性能力要強于BHT，但略遜于BHA。Rashid K等[56]調(diào)查了肯尼亞紫芽葉茶花青素穿過血腦屏障和提高大腦抗氧化活性的能力，表明肯尼亞紫茶花青素可以穿過血腦屏障加強大腦的抗氧化能力。

4 紫芽葉茶產(chǎn)品開發(fā)進展

紫芽葉茶由于富含花青素，可以制成具有一定保健功效的特種紫芽葉茶。茶葉適制性與酚氨比，即茶多酚與游離氨基酸含量的比值具有一定相關(guān)性，酚氨比小于8適制綠茶，8～15之間兼制紅綠茶，大于15時適制紅茶[57]。吳華玲等[11]對11個紅紫芽葉茶樹新品系的芽葉酚氨比進行測定，發(fā)現(xiàn)其大多在8～15之間，理論上適制紅、綠茶。目前已有研究利用紫芽葉，按照綠茶、紅茶、普洱茶等加工工藝制作的紫芽葉茶產(chǎn)品。邱華麗[58]以紫芽葉為原料制成的綠茶，干茶外形色澤較烏潤，湯色紫紅、淺紅或具獨特茶葉顏色的黃紫色，滋味醇厚爽口，茶香氣高長持久，明顯優(yōu)于綠芽葉制成的對照樣，但其滋味稍苦澀。楊興榮等[28]研究指出紫芽葉制成的烘青綠茶具有香高味純的特點，而其多酚類化合物、兒茶素、脂質(zhì)、胡蘿卜素類易于自動氧化，所以建議不能長時期貯藏。楊雪梅等[59]以紫芽葉茶“紫娟”新梢制成紅茶，經(jīng)感官審評發(fā)現(xiàn)其干茶外形均勻，色澤烏亮油潤；木青氣息、花香氣息濃強，湯色清澈紅亮，金圈持壁，口感清爽，舌底生津，葉底紅褐光亮。與傳統(tǒng)滇紅相比，其苯乙醛、芳樟醇、香葉醇、水楊酸甲酯等香氣成分含量均高于滇紅。孫敬媛等[60]對紫芽葉茶“紫娟”制成的紅茶和漢中綠色芽葉制成的紅茶進行比較分析，發(fā)現(xiàn)紫芽葉茶制成的紅茶，水浸出物、茶多酚、花青素及茶褐素的含量均顯著高于漢中紅茶。王家金等[61]采用紫芽葉加工成紅茶“紫云紅”與云抗10號制成的紅茶比較，發(fā)現(xiàn)其感官品質(zhì)除了葉底稍次，湯色和滋味均明顯優(yōu)于對照。云南普洱熟茶香氣主要成分以雜氧化合物和芳樟醇氧化物為主[62]，是普洱茶陳香的主要揮發(fā)性物質(zhì)[63]。使用“紫娟”曬青茶制成普洱熟茶，色澤紅褐油潤，茶湯紅褐明亮，香氣馥郁，陳香顯露；制成的普洱生茶，在貯藏過程中自動氧化、陳化，也具有普洱茶越陳越香的特點，說明紫芽葉茶也適制普洱茶[59]。

利用紫芽葉茶富含花青素的生化成分特點，還可以開發(fā)新型的食品添加劑、茶飲料、化妝品、保健品及藥品等天然功能性產(chǎn)品。茶樹紫色芽葉特征內(nèi)含成分花青素具有較強的清除自由基作用和極強的對油脂的抗氧化效果，因此可將茶樹紫色芽葉作為一種天然抗氧化劑資源開發(fā)，應(yīng)用于飲料、糖果以及保健品中延長其保質(zhì)期[64]。具有抗氧化作用的植物提取物因具有安全、高效、穩(wěn)定、可控、無毒等優(yōu)點，從植物中尋找高效、廉價、無毒的天然抗氧化劑成為目前抗氧化劑發(fā)展的一個必然趨勢。趙先明等[65]以紫芽葉茶為原料，利用其花青素在酸性條件下呈穩(wěn)定紅色的特性，制備冰紅茶濃縮液，解決冰紅茶飲料呈紅色不足的技術(shù)難題。王建暉等[66]對紫芽葉茶生化成分進行了研究，并根據(jù)花青素在不同酸堿度條件下顏色不同的特性，開發(fā)了一款集保健、趣味性與經(jīng)濟價值于一體的紫芽葉茶變色保健飲料。酪氨酸酶是黑色素合成的關(guān)鍵酶，其主要參與酪氨酸羥基化轉(zhuǎn)變?yōu)槎喟?，并氧化多巴形成多巴醌，多巴醌?jīng)一系列反應(yīng)后，形成黑色素，這與人體雀斑、褐斑等黑色素過度沉積、色素障礙性疾病及惡性黑色素腫瘤等疾病的發(fā)生有關(guān)。沈曉佳等[67]發(fā)現(xiàn)紫芽葉茶提取物對酪氨酸酶有明顯的抑制作用，此外花青素因在紫外光區(qū)有很強的吸收作用，素有“紫外光過濾器”的美譽，根據(jù)該特性可在研制開發(fā)防曬產(chǎn)品及美白護膚品以及預(yù)防和治療黑色素瘤等各種色素疾病的功能食品和藥品。

5 展望

花青素具有很多生理活性，對人體有很大的益處，利用前景廣泛。但其穩(wěn)定性較差，極大地限制了應(yīng)用范圍。因此需要對提高花青素穩(wěn)定性做進一步的研究，目前已知pH值、溫度、光照、金屬離子及一些食品添加劑都會對花青素穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，謝程程等發(fā)現(xiàn)綠茶加工中的殺青工藝、紅茶的發(fā)酵及普洱茶的渥堆加工工藝由于溫度原因都會不同程度降低花青素的抗氧化性，改變紫芽葉茶的顏色，影響功能物質(zhì)的活性[68]。有研究認為陽光直射會影響花青素的保留率，而自然光和避光條件下存儲時，花青素含量變化卻不大[69]。因此嘗試采用白茶萎凋、干燥的加工技術(shù)以保留更多紫芽葉茶花青素。此外，也可以通過微膠囊、?；夹g(shù)等提高紫芽葉茶花青素的穩(wěn)定性，從而更好地在其深加工的開發(fā)中發(fā)揮作用。紫芽葉茶制成綠茶滋味雖醇厚但是苦澀，趙先明等認為紫芽葉茶茶湯的苦澀主要是由于花青素和兒茶素含量較高導(dǎo)致，通過加入適量的酪氨酸可以降低茶湯苦澀味[70]，研發(fā)出不苦澀的特種紫芽葉茶。目前遺傳特性穩(wěn)定、品種性狀純一、無變異的特異性紫芽葉茶樹品種少，產(chǎn)量低，因而在品種選育上有很大空間，研究適宜紫芽葉茶園生長的管理技術(shù)，進一步提高紫芽葉茶產(chǎn)量和品質(zhì)，篩選和克隆紫芽葉茶紫化基因等也是今后研究的重要方向。