杜仲茶的制備工藝及生物活性研究進展

周昀菲，王 雁，2，3，王 璐，2，3，杜慶鑫，2，3，杜蘭英，2，3，劉攀峰，2，3，杜紅巖，2，3，孫志強，2，3

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟林研究所，河南鄭州 450003；2.經(jīng)濟林種質(zhì)創(chuàng)新與利用國家林業(yè)和草原局重點實驗室，河南鄭州 450003；3.國家林業(yè)草原杜仲工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450003）

0 引言

杜仲（Eucommia ulmoidesOliv.） 是我國的特有經(jīng)濟樹種，單科、單屬、單種，多年生落葉喬木，因其具有補肝腎、強筋骨、降血壓等功效被《神農(nóng)本草經(jīng)》 列為上好中藥。傳統(tǒng)上，杜仲取皮入藥，活性成分包括木脂素類、環(huán)烯醚萜類、苯丙素類、黃酮類、多糖類及氨基酸等次生代謝產(chǎn)物，具有降血壓、降血糖、抗氧化、增強免疫力、抗腫瘤、抗骨質(zhì)疏松、護肝、抗衰老、減肥等作用[1-2]。研究表明，杜仲葉與皮的有效成分基本一致，藥理作用相近，中國藥典2005 版將杜仲葉收錄其中[2-3]，并在2018年被列入藥食同源類原料。近年來，國內(nèi)許多研究著眼于杜仲葉綜合開發(fā)利用，研制出一系列杜仲葉為原料的產(chǎn)品，其中杜仲茶最具代表性。杜仲茶是以杜仲葉片或雄花為原材料，借鑒傳統(tǒng)茶（Camellia sinensis(L.) O. Ktze.） 制作工藝經(jīng)殺青、揉捻、日曬、發(fā)酵、干燥制成的保健型茶飲品[4]。目前，根據(jù)發(fā)酵程度（不發(fā)酵茶、前發(fā)酵茶和后發(fā)酵茶）、原材料的差異，市面上的杜仲茶大體上可分為杜仲綠茶、杜仲紅茶、杜仲黑茶和杜仲雄花茶，以及與烏龍茶、普洱茶、金銀花茶、葛根粉、三七粉和絞股藍等按照一定比例混合，與其他茶葉混合香氣，制成杜仲復(fù)合茶。

日本學(xué)者指出杜仲茶有減脂、抗衰老、緩解疲勞及促進新陳代謝的保健功效[5]，研發(fā)推廣一種以杜仲葉為原料的飲品，20 世紀(jì)90 年代日本研發(fā)杜仲茶相關(guān)產(chǎn)品近百種，總成交額達60 億日元[6]。隨后，我國也相繼開發(fā)出各種杜仲保健茶，如杜仲碎茶、杜仲綠茶、杜仲紅茶[7]、杜仲復(fù)合袋泡茶[8]、杜仲速溶茶[9]、杜仲烏龍茶[10]、杜仲復(fù)合茶[11]等。由于現(xiàn)有杜仲茶產(chǎn)品對消費群體缺乏針對性，其價值被低估，成為了一款比較小眾的飲品。杜仲茶在殺青、保綠、復(fù)火、揉捻、渥堆發(fā)酵等工藝上的區(qū)別，對應(yīng)地導(dǎo)致活性成分改變，影響杜仲茶的藥理作用和感官品質(zhì)。在杜仲茶現(xiàn)有工藝下，大多有著感官品質(zhì)偏低，滋味青澀或活性成分流失較多的缺陷。為解決這一問題，展開了不同類型杜仲茶的制作工藝探究，綜述了當(dāng)前不同類型杜仲茶的活性成分及藥理作用的研究進展，對比不同制作工藝下杜仲茶的功效，綜述了其制作工藝、藥理作用、活性成分和評價方法的研究，同時介紹了杜仲茶最新的生產(chǎn)工藝，為提高我國杜仲茶的藥理作用及感官品質(zhì)等提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。

1 杜仲茶制作工藝

杜仲茶的制作工藝按茶葉類型而有所不同，但制作工藝基本相似，一般包括原料采摘、殺青、揉捻、日曬、發(fā)酵、干燥、壓茶、裝袋密封8 個環(huán)節(jié)。周昀菲等人[12-13]報道了一種采用蒸汽爆破輔助制備杜仲茶的方法，省略了殺青、揉捻、發(fā)酵等工序，代之以萎凋后直接進行蒸汽爆破處理，其制備的杜仲茶類似發(fā)酵茶，因其有著獨特的烤木香氣，故命名為“杜仲烤茶”。該工藝不但大大提高了杜仲葉片中活性成分的水溶解率[12]，而且成品香氣成分的種類和含量均提高，產(chǎn)生了一種獨特的杜仲茶香氣[13]。

1.1 原料采摘

杜仲茶的采摘對象是杜仲葉片和杜仲雄花，為提高杜仲茶品質(zhì)，應(yīng)依葉內(nèi)活性成分含量動態(tài)變化確定最佳采摘時期。其中，杜仲葉嫩葉期為3-4 月，成熟期為6-8 月，落葉期為10-11 月。因此，制作杜仲綠茶的采收期建議在3-4 月，得到的杜仲茶揮發(fā)性成分相對豐富，香氣濃郁[13]，杜仲葉的關(guān)鍵活性成分如綠原酸、桃葉珊瑚苷、京尼平苷酸和車葉草苷含量全年最高為5 月下旬- 6 月上旬[14]，因此其他類型的杜仲茶也可選擇在6-8 月，葉片中的活性成分積累到最佳水平[12]；杜仲雄花生長最旺盛時為3-4 月上旬，雄花粉含量在3 月下旬后達最高[15]。同時，杜仲的原產(chǎn)地[16]、土壤微量元素含量、同一產(chǎn)地的降雨量和采收時間[17]與杜仲葉和杜仲雄花的次生代謝物含量也有著密切的關(guān)系，不同地區(qū)的葉片采摘要依當(dāng)?shù)匚锖蚱?、立地條件進行適當(dāng)調(diào)整。

1.2 殺青、揉捻和復(fù)火

殺青方法主要包括蒸汽殺青、鍋式殺青和微波殺青。微波殺青的活性成分含量及感官品質(zhì)效果最佳，鍋式殺青和蒸汽殺青效果則略遜。但現(xiàn)階段微波殺青的成本遠高于其他殺青方式，而蒸汽殺青效果劣于鍋式殺青，裝置尚不成熟。因此，鍋式殺青仍是制作杜仲茶最常用的方法[16]。在殺青條件上，杜仲茶殺青條件為溫度130 ℃，時間9 min，杜仲茶中綠原酸、總黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，分別達1.54%，0.58%[18]。殺青條件為溫度105 ℃，時間3 min，殺青葉量0.3 kg時，水浸出物、可溶性糖和葉綠素的含量達到最高[19]；而殺青條件為溫度125 ℃，時間3 min 時，感官品質(zhì)評分最高[20]。炒制殺青法易破壞環(huán)烯醚萜類成分，且高溫下葉受熱不均，在技術(shù)上要求較高。烘制殺青是將厚度為0.5 cm 杜仲在烘箱中以120 ℃烘制1 h[21]，避免直接接觸熱源，但該法耗時長、效率慢。杜仲茶大部分活性成分易溶于水，且不耐高溫、易氧化，過度切割、高溫、遇水、干燥不徹底都會影響活性成分，這也是杜仲茶營養(yǎng)流失的主要原因[22]。

揉捻是通過撕扯、擠壓、摩擦等物理作用打破葉肉細(xì)胞原有結(jié)構(gòu)的工序。揉捻會促進糖類物質(zhì)向糖胺化合物的轉(zhuǎn)化，提高總糖含量，促進多酚類物質(zhì)發(fā)生酶促氧化反應(yīng)，加快脂質(zhì)氧化降解和類胡蘿卜素降解[23]，改善了杜仲茶的滋味和氣味，是杜仲茶特殊風(fēng)味形成的重要步驟之一。揉捻時，合理控制溫度、濕度、含氧量和時長，有利于調(diào)整杜仲茶的活性成分含量，優(yōu)化其感官品質(zhì)。杜仲綠茶尤其避免重度揉捻，以減少氨基酸、葉綠素、多酚類和黃酮類化合物的損失。杜仲雄花經(jīng)揉捻酚類物質(zhì)被析出，且花粉不耐高溫，易散出，極易發(fā)生氧化褐變，使湯色變黑；在炒茶中散發(fā)焦味，一般不作揉捻。揉捻后可進行提香，能提升杜仲茶中可溶性糖、綠原酸、葉綠素含量，并對改善杜仲綠茶滋味、香氣作用顯著，但氨基酸含量會略微下降。在制作中增加復(fù)火環(huán)節(jié)后活性成分含量會明顯高于未復(fù)火處理[24]，但持續(xù)升溫會破壞茶葉中綠原酸、氨基酸和黃酮類化合物含量。其中，氨基酸受高溫破壞后含量下降顯著，作為生成糖胺化合物的必需反應(yīng)物，是茶香形成的主要因素[7]。因此，復(fù)火時長和溫度是決定杜仲茶香氣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一般控制溫度100 ℃，時間1~2 h[25]。

1.3 渥堆和發(fā)酵

杜仲葉的發(fā)酵工藝包括微生物接種發(fā)酵和自然發(fā)酵，不同發(fā)酵方式的活性成分形成的機理不同[26]。微生物接種發(fā)酵一般采用培養(yǎng)接種冠突散囊菌、酵母菌或醋酸菌的方法，通過分析杜仲茶接種后的感官品質(zhì)，調(diào)整接種量、含水率、渥堆時間和渥堆溫度等參數(shù)，以提高杜仲茶活性成分含量，揉捻后可以進行渥堆發(fā)酵，該過程可以使酚類物質(zhì)氧化、揮發(fā)性化合物分解重組，渥堆時堆心較堆面的反應(yīng)更強烈，葉堆內(nèi)部容易產(chǎn)生“熟老菱氣”影響杜仲茶品質(zhì)，應(yīng)注意溫度上升時及時翻堆，使葉片均勻反應(yīng)，葉色由綠色轉(zhuǎn)暗褐色則渥堆完成[26-27]。自然發(fā)酵方法很多，可以根據(jù)發(fā)酵程度的不同分為不發(fā)酵茶、前發(fā)酵茶和后發(fā)酵茶，3 種茶的多酚類化合物組分發(fā)生了顯著的變化，主要是通過改變溫度、濕度、氧氣、發(fā)酵時間及茶葉含水率等主要工藝的參數(shù)。發(fā)酵溫度最宜在22~28 ℃，空氣中相對濕度要求在90%~95%，含氧量以每1 kg 杜仲茶控制在4~5 L，同時要注意揉捻到發(fā)酵的過程中會消耗大量的氧氣[28]。例如，將杜仲葉沸水蒸3 min，置于40 ℃條件下發(fā)酵8~12 h[29]，發(fā)酵過程中注意噴濕或加蓋濕布、通風(fēng)、翻葉以保證氧氣充足。杜仲紅茶、烏龍茶2 種前發(fā)酵茶是將杜仲葉中天然存在的多酚成分不同程度地氧化成其對應(yīng)的氧化產(chǎn)物，杜仲黑茶等后發(fā)酵茶是將天然多酚成分氧化后，還產(chǎn)生了新的一系列活性成分，不同的發(fā)酵程度均有著不同的湯色、口感和風(fēng)味[28]。

1.4 保綠處理和微波干燥技術(shù)

杜仲雄花和嫩葉質(zhì)地稚嫩，采摘后易發(fā)生變暗、變黑和產(chǎn)生褐斑，杜仲植物細(xì)胞中的營養(yǎng)成分都是熱敏性化合物，很容易通過水解、氧化和聚合分解，導(dǎo)致活性成分流失[30]，茶葉質(zhì)量下降。保綠處理的原理是通過將酶瞬間失活的處理，保護植物細(xì)胞中的葉綠素、酚類、環(huán)烯醚萜類等活性成分不被降解，從而提高茶的感官品質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)，將杜仲雄花進行蒸煮30~60 s，噴施0.05%硫酸鋅或0.10%檸檬酸的保綠處理，雄花功能成分保持良好，感官品質(zhì)最佳[31]。另外，還有一些常規(guī)的保綠方法，如加入鹽（金屬離子）[32]，添加抗壞血酸、檸檬酸等抗氧化劑[33]或調(diào)節(jié)pH 值[34]等。傳統(tǒng)常用的杜仲茶干燥方式有熱風(fēng)干燥、微波干燥、真空冷凍干燥和陰涼干燥，但是，熱風(fēng)干燥的杜仲茶極易受到機械損傷，外觀較差，茶液呈褐色，口感苦澀，因此不建議采用。研究表明，微波干燥能夠最大限度地保持功能成分，通過高頻電磁波對物料產(chǎn)生熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)來滅活酶，是最佳的干燥方式[35]。微波輸出功率和微波時間對杜仲雄花茶中總黃酮、綠原酸、桃葉珊瑚苷、京尼平苷酸等功能成分含量均有影響，通過微波干燥方式得到的花茶外觀完整、色澤均勻、口感鮮爽、湯汁具有杜仲獨特的香氣，感官品質(zhì)較好[36]。但缺陷在于，由于氨基酸會在90~100 ℃高溫時被破壞，微波干燥的高溫條件下無法保留更高的氨基酸含量，氨基酸含量和其他干燥方法下一樣被嚴(yán)重破壞[37]。

1.5 細(xì)胞破壁技術(shù)

細(xì)胞破壁技術(shù)是通過粉碎、超細(xì)粉碎2 種機械處理或超聲段處理植物材料的一種中草藥粉碎技術(shù)，是杜仲葉和雄花有效成分的充分利用的重要方式之一[38-39]。通過提高細(xì)胞破碎率，幫助細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)迅速溶出，有研究發(fā)現(xiàn)[40]，杜仲葉經(jīng)超細(xì)粉碎破壁率為87.76%時，微粉杜仲葉的綠原酸含量比細(xì)粉（2.16%） 中的含量提高了95.37%；總黃酮含量比細(xì)分（0.71%） 中的含量提高了28.17%，即表明細(xì)胞破壁技術(shù)能夠幫助杜仲中有效成分釋放。但這一技術(shù)存在一定的缺陷，一是由于杜仲中存在大量的杜仲膠黏連著植物組織，破壁率始終無法達到100%，有效成分利用不夠充分；二是破壁率提高的過程中其他無效物質(zhì)可能會隨之溶出，降低提取物的純度，難以把握粉碎力度，杜仲微粉的質(zhì)量難以控制。

1.6 蒸汽爆破技術(shù)

蒸汽爆破（汽爆） 原理是水蒸氣依靠高壓進入植物組織細(xì)胞，在內(nèi)部與外部壓強平衡的瞬間，水蒸氣攜帶組織間的液體迅速釋放至空氣中的熱機械處理過程[41]。在汽爆過程中，滲入植物內(nèi)部的高壓汽體，在內(nèi)外壓差的作用下完成膨脹做功，植物組織內(nèi)部有序結(jié)構(gòu)瞬間被打破，木質(zhì)纖維素的內(nèi)部氫鍵斷裂，降解成可溶性糖，同時木質(zhì)素軟化和部分降解[42]；汽爆使比表面積增大，增強了溶劑可及性，提高了活性成分產(chǎn)出[42]。丁歡歡等人[43]發(fā)現(xiàn)，杜仲葉片在汽爆后總黃酮得率提高了4 倍。Fu X 等人[44]研究表明，汽爆后杜仲葉片綠原酸產(chǎn)率提高62%，提取效率提高423%。同時，汽爆條件可控，生產(chǎn)過程中僅使用水以產(chǎn)生水蒸氣，環(huán)境友好、成本低廉，且生產(chǎn)效率極高，使得該項技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化[45]、秸稈類再利用[46]、膳食纖維改性[47]等領(lǐng)域。前期研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽爆破處理杜仲成熟葉后，其水提物中活性成分京尼平苷酸、車葉草苷、綠原酸、兒茶素、松脂醇二葡萄糖苷和沒食子酸甲酯分別提高87.98%，48.46%，31.31%，85.52%，25.17%和806.00%，DPPH 自由基清除能力、ABTS 自由基清除能力分別提升232.74%和108.53%；同時，產(chǎn)生了苯甲醇和β-環(huán)檸檬醛等新的芳香物質(zhì)，獲得的杜仲茶感官品質(zhì)較好[12]。進一步探究杜仲葉茶經(jīng)汽爆后的揮發(fā)性成分差異和主要呈香特征發(fā)現(xiàn)，嫩葉和成熟葉汽爆后香氣有所區(qū)別，嫩葉茶關(guān)鍵呈香物質(zhì)較汽爆前增加了壬醛、苯甲醛和苯乙醛，呈現(xiàn)柑橘香、花香、焦糖香、苦杏仁味、堅果香、玫瑰香和巧克力香；熟葉茶汽爆前無關(guān)鍵香氣物質(zhì)，汽爆后熟葉茶關(guān)鍵香氣物質(zhì)為二氫獼猴桃內(nèi)酯和壬醛，呈現(xiàn)甜桃香、木香味、柑橘香、花香和焦糖香[13]。

2 杜仲茶的類型及藥理作用

根據(jù)杜仲茶類型的不同，其具體制作工藝也各有特點，對應(yīng)的主要活性成分也有所差異。同時，杜仲茶活性成分對人體有諸多保健功效，如抗氧化能力，降血壓、降血糖、降血脂，保護心血管系統(tǒng)，消除炎癥，抗腫瘤和抗癌癥，保護神經(jīng)細(xì)胞，保護腸道系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)等。

杜仲茶工藝特點及活性成分見表1，杜仲茶的活性成分及藥理作用見表2，杜仲茶藥理作用機制見圖1。

圖1 杜仲茶藥理作用機制

表1 杜仲茶工藝特點及活性成分

表2 杜仲茶的活性成分及藥理作用

3 杜仲茶香氣組分及感官評價

杜仲葉中香氣組分在制作成茶后會發(fā)生很大變化，不同香氣成分具有不同的氣味特征，包括醛類、脂類、吡嗪類、酮類、醇類等化合物。

杜仲茶和杜仲葉的香氣組分[91-92]見表3。

表3 杜仲茶和杜仲葉的香氣組分

目前，較多采用模糊數(shù)學(xué)法評價杜仲茶感官品質(zhì)指標(biāo)，避免個人主觀感受造成的試驗誤差。杜仲茶感官最佳表現(xiàn)為茶葉色澤青郁翠綠、氣味濃厚香醇、湯色翠綠明亮、滋味鮮爽甘甜、葉底勻齊綠潤。茶的湯色主要受葉綠素、茶紅素和茶黃素三者比例影響，葉綠素含量偏高，湯色偏嫩青、清澈；茶紅素含量高，茶黃素含量偏低，湯色更加偏紅、明亮；茶黃素含量偏高，茶紅素含量低，湯色則較泛黃、暗淡[7，25]。要提高杜仲茶中茶紅素含量，可選擇復(fù)火，但要注意控制好溫度和時長，防止茶葉焦化引起湯色渾濁。杜仲葉中黃酮類、酚類化合物是杜仲茶具有保健作用的主要成分，但因色偏黃、偏暗，味偏苦澀，對杜仲茶湯色、滋味有著不利影響，要保證杜仲茶的感官品質(zhì)，必須要控制茶中黃酮類、酚類化合物含量低于一定水平[25]。蛋白質(zhì)、氨基酸是杜仲茶滋味醇厚偏甜、鮮嫩爽口的主要來源，適當(dāng)提高杜仲茶中蛋白質(zhì)、氨基酸含量能使杜仲茶滋味醇厚、香甜，保證活性成分具有保健作用的同時，也要調(diào)節(jié)茶中氨基酸、蛋白質(zhì)含量在合適比例，提高杜仲茶滋味鮮醇度。聚合物分散性指數(shù)（PDI） 與茶的甜度、回甘程度呈顯著正相關(guān)，作為評價杜仲茶滋味的有效指標(biāo)之一，PDI 值可以通過激光粒度儀測定[93]。

4 結(jié)語

目前，杜仲茶研發(fā)工藝的技術(shù)性問題集中表現(xiàn)在：第一，現(xiàn)有杜仲茶制作加工依據(jù)傳統(tǒng)工藝，一些關(guān)鍵工藝及其參數(shù)多依靠感官經(jīng)驗，這造成了茶葉質(zhì)量不穩(wěn)定的問題；第二，在工藝創(chuàng)新上，杜仲茶滋味的青澀都將會成為影響市場接受的最大障礙，亦是后續(xù)研究制作工藝上的最大突破口；第三，杜仲茶部分活性成分是非水溶性，現(xiàn)有工藝在提高活性成分水溶解率上有一定難度。如何改善這些問題是提高杜仲茶國內(nèi)市場接受度的關(guān)鍵，還有一些創(chuàng)新工藝有望在今后杜仲茶制作中發(fā)揮作用，如蒸汽爆破技術(shù)在解構(gòu)杜仲器官結(jié)構(gòu)、提高活性成分產(chǎn)量上已有極具潛力的應(yīng)用前景，未來將會與杜仲茶制作工藝促成更好地結(jié)合。盡管杜仲茶中活性成分的對應(yīng)功效已有闡述，但在臨床研究上，尚未對這些功效得出一致結(jié)果。體外研究并不等同于體內(nèi)功效，在論述杜仲茶保健功效時，還有待在臨床進行后續(xù)探究。作為保健型飲品，杜仲茶安全無毒，但過度飲用或空腹飲用仍可能會引起胃部或腸道不適，臨床研究時還應(yīng)避免人類生活方式對杜仲茶保健效果產(chǎn)生的不可預(yù)測影響，以茶為基礎(chǔ)的補充劑對人體微量營養(yǎng)素產(chǎn)生不利影響的可能[94]。同時，杜仲茶產(chǎn)生的保健效果所需的最低劑量暫未明確，如依靠每天定劑量的杜仲茶達到減輕體重或緩解慢性疾病效果的可行性。由于杜仲茶產(chǎn)業(yè)缺乏知名度高、特色鮮明的龍頭級產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品宣傳力度弱、知名度低，杜仲茶在國內(nèi)保健茶市場不占優(yōu)勢。今后生產(chǎn)過程中，應(yīng)重視活性成分含量的提高及感官品質(zhì)評價方法，深入研究長期飲用杜仲茶對腸道微生物代謝的影響，結(jié)合飲茶者的飲食、體力活動、遺傳多態(tài)性及吸煙狀況等因素，以更持續(xù)的研究、更有力的試驗對杜仲茶的制作工藝及其保健功效進行詳細(xì)論證，創(chuàng)新并確立杜仲茶的工業(yè)化生產(chǎn)工藝，開發(fā)出調(diào)理、預(yù)防人體多種疾病的保健型杜仲茶。