茶黃素(Theaflavins ， TFs)是茶葉加工過程中形成的色素，是茶多酚及其衍生物氧化聚合形成的一類具有多個羥基或酚羥基的苯駢卓酚酮結(jié)構(gòu)的水溶性化合物。
1957年ROBERTS等首次從紅茶中分離得到含有TFs的混合物。NONAKA等發(fā)現(xiàn)Theasinensin A(TSA)和Theasinensin B(TSB)是兒茶素單體EGCG、EGC的氧化物的二聚體，而后TFs的形成機制和結(jié)構(gòu)不斷被發(fā)現(xiàn)。
TFs在紅茶中的含量約為固形物的0.3%~1.5%，對紅茶的色澤和滋味等品質(zhì)形成發(fā)揮了重要作用，是紅茶湯色“亮”、滋味強度和鮮爽度的重要成分，同時也是形成紅茶茶湯“金圈”最主要的物質(zhì)。
近來年，我國人口老齡化、亞健康等問題日趨嚴重，伴隨著后疫情時代的到來，國民對高水平健康的訴求不斷提升。天然產(chǎn)物日漸成為醫(yī)藥、營養(yǎng)與功能食品、藥妝產(chǎn)品等的核心原料并深受消費者青睞。
研究發(fā)現(xiàn)，TFs作為綠色、天然、高效、安全的天然產(chǎn)物，具有顯著的保健功效如抗氧化、抗炎抑菌、降糖降脂、保護器官等，并可提高機體免疫力。目前我國TFs的年產(chǎn)量大約在40噸左右，TFs的跨界應(yīng)用也非常廣泛，在食品工業(yè)、生物醫(yī)藥、日化產(chǎn)品、生態(tài)保護及畜牧養(yǎng)殖等領(lǐng)域都有深入拓展。
文章綜述了TFs的理化特性、功能活性、國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀，并對TFs跨界應(yīng)用中面臨的主要問題和應(yīng)對策略進行了探討，以期為TFs的定向化制備、功效研究、挖掘利用和跨界產(chǎn)品開發(fā)提供理論參考和借鑒。
▲ 茶黃素產(chǎn)品
01
TFs理化特性
TFs單體呈橙黃色針狀結(jié)晶，熔點237~240 ℃，易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇和乙酸乙酯，難溶于乙醚，不溶于三氯甲烷和苯。TFs水溶液呈鮮明的橙黃色，水溶液呈弱酸性，pH約5.7，酸性條件下相對穩(wěn)定，堿性溶液中有自動氧化傾向，且隨pH的增加而加強，具有口腔收斂性，在波長280、380和460 nm處有吸收，在280 nm處有最大吸收峰。
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，已分離鑒定的TFs最主要的四種是：茶黃素(Theaflavin，TF1)、茶黃素-3-沒食子酸酯(Theaflavin-3-O-gallate，TF2a)、茶黃素-3′-沒食子酸酯(Theaflavin-3′-O-gallate，TF2b)和茶黃素雙沒食子酸酯(Theaflavin 3-3′-di-O-gallate，TF3)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
02
TFs功效研究
后疫情時代的來臨，使得營養(yǎng)健康消費理念漸成主流。近年來，針對TFs的功效研究和健康屬性挖掘已然成為茶活性成分功能領(lǐng)域聚焦的熱點和難點。
經(jīng)研究證實的TFs功效主要涉及抗氧化、降脂降糖等方面，具體見表1。
03
TFs跨界產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀
近幾年隨著全球范圍新冠疫情的沖擊，國內(nèi)外消費者對天然健康功能產(chǎn)品的消費意識和動力日益增強，TFs作為來自于天然茶葉資源的綠色功效活性物質(zhì)備受消費者青睞。
目前，TFs日益廣泛應(yīng)用于抗氧化、降血脂、抑菌、抗病毒等用途的特醫(yī)食品、保健產(chǎn)品的開發(fā)，以及食品、化妝品等產(chǎn)品的應(yīng)用上。
1、醫(yī)藥領(lǐng)域
日本應(yīng)用TFs的時間較早，主要將TFs作為抗毒素、抑制高血糖、預(yù)防膽固醇、降低血脂的藥物原料。近年來，我國也在TFs應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域有了較大進展。
賴幸菲等的專利“一種具有抗氧化和輔助降血脂功效的紅茶復(fù)合物”，以紅茶水溶性提取物和TFs復(fù)合物為原料，制成的紅茶膠囊顯著提高了產(chǎn)品的抗氧化和降血脂功效。有發(fā)明專利制備了茶黃素腸溶微囊，并拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域，該法工藝簡單，藥物包封率高，粒度均勻，在人工腸液中溶出效果好，藥物利用率高。馮強等使用含TFs、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)等成分的噴劑不僅無毒副作用，而且對牙周炎致病菌中多種細菌有較強的抑制生長和殺菌作用，能夠抑制致病菌共聚和生物膜形成，具有抗細菌黏附、抗炎和預(yù)防牙槽骨吸收的功能。劉劍宏等發(fā)明了“高純度茶黃素的制備工藝及其作為制備抗流感病毒藥物的應(yīng)用”，制備的高純度TFs(含量80%)顯示出一定的神經(jīng)氨酸酶抑制作用，對流感病毒H1N1(A/PR/8/34)感染引起的細胞致病效應(yīng)(CPE)均具有明顯的抑制活性，作為天然安全的茶提取物，在預(yù)防流感疾病方面具有潛在的開發(fā)價值。
2、食品領(lǐng)域
TFs作為天然的抗氧化劑和著色劑，在食品領(lǐng)域研究廣泛，具有廣闊應(yīng)用前景。
中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究所(中茶院)茶葉生化技術(shù)研究團隊(簡稱“團隊”)長期致力于TFs的綠色高效制備、穩(wěn)態(tài)化修飾、功效評價及跨界應(yīng)用技術(shù)的相關(guān)研究和產(chǎn)品開發(fā)。
早在“十二五”期間，團隊開展了TFs耦合發(fā)酵工藝優(yōu)化及綠色純化技術(shù)研究，開發(fā)了鮮葉多酚氧化酶的低溫活性調(diào)控技術(shù)，篩選了性能優(yōu)異的吸附材料。針對定向轉(zhuǎn)化率不高及產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，研究了雙液相酶催化反應(yīng)的動態(tài)制備技術(shù)，使兒茶素定向轉(zhuǎn)化率得到較大提高，與一步投料法相比，產(chǎn)品收率和純度均有明顯提高。
▲ 鮮葉酶法制備茶黃素(TFs)
“十三五”期間團隊承擔國家重點研發(fā)計劃項目中的“茶葉活性成分綠色制備及防腐、保鮮功效與應(yīng)用技術(shù)研究”研究任務(wù)，針對TFs產(chǎn)品的工藝穩(wěn)定性、溶劑殘留以及應(yīng)用體系對TFs性能要求的差異性等問題，建立了低取代羥丙纖維素富集TFs技術(shù)以及低濃度乙醇洗脫技術(shù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品中有機溶劑零殘留和高純度TFs的綠色精制，并中試化制備;圍繞TFs應(yīng)用穩(wěn)定性差、生物利用率低的現(xiàn)狀，結(jié)合食品防腐抗氧化劑和配料對天然物質(zhì)的需求，通過pH多級性振蕩變化耦合超聲空化同步熱誘導(dǎo)、層層自組裝等方法建立了TFs的綠色穩(wěn)態(tài)化修飾技術(shù)，提高了體系穩(wěn)定性和分散性。
▲ 成果證書：茶黃素綠色精制技術(shù)
▲ 成果證書：EGCG和茶黃素的綠色穩(wěn)態(tài)化修飾技術(shù)及應(yīng)用
進入“十四五”時期，團隊錨定TFs精準制備及穩(wěn)態(tài)化關(guān)鍵技術(shù)研究，預(yù)期建立綠色溶劑萃提體系以及耦合特異吸附樹脂分離技術(shù)，實現(xiàn)TFs的差異化精準提取、綠色高效富集及穩(wěn)態(tài)靶向應(yīng)用。
▲ 發(fā)明專利：一種基于蛋白載體的茶多酚微納米復(fù)合體制備方法及用途
基于TFs抗氧化、抑菌及護色等功效，將其應(yīng)用于肉制品保鮮領(lǐng)域的研究也多見報道。
JIAO等研究了TFs預(yù)浸泡處理對半干大黃魚片品質(zhì)變化的影響，結(jié)果表明TFs處理可以提高室溫貯藏和冷藏期間半干大黃魚片質(zhì)地和顏色穩(wěn)定性，維持蛋白質(zhì)和脂肪特性。莊謙謙等篩選出TFs和脂溶性茶多酚作為天然食品添加劑加入牛肉棒中，通過酸價、過氧化值、色值測定及感官評價表明在20 ℃、50%RH條件下可將產(chǎn)品貨架期延長80 d，充分證明了TFs和脂溶性茶多酚可防止食品氧化、提高色澤，并且可以作為食品營養(yǎng)，為身體健康保駕護航。GAO等研究評估了TFs、茶多酚(TP)和維生素C(Vc)對腌制香腸中亞硝酸鹽殘留量、顏色、抗氧化能力和N-亞硝胺抑制的影響，結(jié)果表明TFs、TP和Vc分別與NaNO2一起添加可顯著提高a*值、亞硝基色素含量和DPPH自由基清除率，并有效降低殘余亞硝酸鹽、MetMb和總N-亞硝胺的含量，其中TFs組最為顯著(p<0.05)，TFs和TP有助于保持香腸的顏色和提高安全性。WANG等根據(jù)TFs與牛乳鐵蛋白(bLF)的相互作用，觀察TFs對bLF的結(jié)構(gòu)和功能的影響，通過體外模擬實驗發(fā)現(xiàn)加入TFs能有效提高bLF結(jié)合鐵的能力，降低bLF的致敏性和在腸道中的消化率，有助于研發(fā)新型功能性乳制品飲料。
圍繞TFs應(yīng)用于肉制品加工及保鮮領(lǐng)域，基于浙江省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“尖兵”項目“茶-肉制品加工產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范”，中茶院食品技術(shù)團隊在肉制品專用茶原料加工、茶特征成分對肉制品加工特性影響研究、茶肉制品智能化生產(chǎn)方面進行了聯(lián)合攻關(guān)，取得階段性成果。
3、日化產(chǎn)品
TFs是天然安全的化妝品原料，也是日化產(chǎn)品中優(yōu)良的綠色添加劑，具有抗菌、保護口腔、防曬、抗衰老、抗氧化、穩(wěn)定性好等跨界應(yīng)用優(yōu)勢，且用量少、無刺激、安全健康、開發(fā)潛能大。
▲ 發(fā)明專利：調(diào)節(jié)菌群的含茶組方牙膏及其制備方法和應(yīng)用
沈文等的專利“一種吸附控油型茶葉面膜泥及其制備方法”指出以茯茶為原料，其富含的TFs有明顯的抗菌、促進細胞再生的作用。KONG等研究含TFs的牙膏對口腔微生物群多樣性的影響，20名健康成年人分別使用含TFs的牙膏和不含TFs的牙膏，對他們的唾液和齦上菌斑中收集的80個樣本進行了4周的測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用含TFs的牙膏能夠減少致病菌，有助于改善和保護口腔健康。蔡淑嫻等的專利“一種茶黃素組合物及其應(yīng)用”中的TFs組合物可以提高抗氧化酶活性，降低丙二醛(MDA)和活性氧(ROS)的含量，減輕中波紫外線(UVB)輻射對細胞造成的氧化損傷，從而抵抗紫外線輻射對人皮膚造成的光老化損傷，具有用于制備預(yù)防光老化護膚品的廣泛前景。
▲ 防齲齒含茶黃素牙膏開發(fā)
中茶院茶日化研究團隊以茶葉籽油和礦物油為基質(zhì)，以TP、EGCG、TFs 3類活性成分為功效因子分別制備了3種面霜產(chǎn)品，比較其對酪氨酸酶的抑制效果、總抗氧化力及紫外輻照穩(wěn)定性并采用琥珀酰殼聚糖與TFs結(jié)合制備納米粒，進一步研究產(chǎn)品緩釋特性和TFs添加量對產(chǎn)品體驗感的影響，結(jié)果表明TFs面霜產(chǎn)品的色澤穩(wěn)定性及美白功效最為突出，可有效抑制酪氨酸酶活性且具有較佳的貯存穩(wěn)定性。經(jīng)中試放大實現(xiàn)了工廠化試制TFs面霜產(chǎn)品，產(chǎn)品得到了市場的積極反饋。
4、生態(tài)保護及養(yǎng)殖領(lǐng)域
近年來農(nóng)林牧漁業(yè)飛速發(fā)展，伴隨而來濫用抗生素和過量使用化學(xué)合成藥物的情況，造成產(chǎn)品品質(zhì)低、藥殘高，嚴重威脅到產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。TFs等具有免疫調(diào)節(jié)功效的綠色添加劑應(yīng)用有助于突破現(xiàn)有技術(shù)，促進養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展，助力生態(tài)平衡。
最新研發(fā)的6.5% TFs懸浮劑是一種環(huán)境友好型植物源農(nóng)藥，對茶園小綠葉蟬的防治效果可達80%以上，可用于有機茶生產(chǎn)。楊濤的實用新型專利“一種帶有TFs提取物添加裝置的新型飼料混合設(shè)備”主要用于在飼料混合的過程中對其添加TFs提取物，TFs提取物可減少家禽體內(nèi)膽固醇的堆積，進而降低家禽肉質(zhì)及家禽蛋卵中膽固醇的含量，使飼養(yǎng)的家禽及家禽的蛋卵在營養(yǎng)成分提高的同時膽固醇含量降低，減少家禽病害的發(fā)生概率，進而提高家禽以及家禽蛋卵的產(chǎn)量。溫小波等的發(fā)明專利將TFs作為飼料添加劑，添加量為0.015%~0.045%，可提高養(yǎng)殖動物的免疫能力和抗氧化能力，從而避免使用抗生素而造成的藥物殘留，減輕化學(xué)合成抗氧化劑的毒副作用。
04
TFs跨界應(yīng)用中遇到的產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸
1、加工工藝仍需優(yōu)化提升，以推動TFs產(chǎn)品的規(guī)格化安全化和產(chǎn)業(yè)的綠色化高效化
首先制備階段原料差異性大，或以茶鮮葉、茶葉提取液、茶多酚等為原料;工藝參數(shù)不統(tǒng)一，現(xiàn)階段TFs產(chǎn)業(yè)化制備主要分為以茶鮮葉為原料通過酶法制備，或者基于兒茶素體外氧化制備。不同原料及制備工藝的差異給終端產(chǎn)品的品質(zhì)安全和質(zhì)量穩(wěn)定帶來不確定。
其次，溶劑殘留風(fēng)險高，提制過程中存在的乙酸乙酯等有機溶劑殘留以及環(huán)境污染風(fēng)險。
再次，市場銷售中產(chǎn)品規(guī)格等級不明確，產(chǎn)品中除TFs之外的其余化學(xué)成分的標識不明確。
此外，如成本高、純度低以及先進的全程化綠色制備技術(shù)還未大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等瓶頸掣肘了TFs產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展。
2、配套政策和標準體系有待進一步完善
前期筆者團隊聯(lián)合大專院校、代表性TFs生產(chǎn)企業(yè)共同研制的國家標準GB/T 31740.3—2015《茶制品第3部分：茶黃素》于2015年發(fā)布實施，標準對TFs的術(shù)語、規(guī)格、技術(shù)要求、檢驗規(guī)則等進行了規(guī)定，為TFs的生產(chǎn)銷售提供了技術(shù)依據(jù)。筆者團隊參與制定的《食品安全國家標準 食品添加劑 茶黃素》，也將為TFs更好應(yīng)用于食品領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
當前，隨著TFs在食品、化妝品、保健品等各個領(lǐng)域跨界應(yīng)用技術(shù)和跨界產(chǎn)品開發(fā)研究的日益成熟，以及市場對TFs這一天然健康活性物質(zhì)功能需求的日益提升，迫切需要在政策和標準體系完善上配套和跟進TFs的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，比如將TFs作為化妝品原料，需要申請將TFs作為化妝品原料的文號;將TFs作為食品原料廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域，承擔天然防腐、抗氧化等保鮮功效及降脂、抗氧化、抗病毒等健康功效，需要申請將TFs作為新食品原料的批文;要確保TFs產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和安全性，需要推廣先進制備技術(shù)和工藝，為此有必要研制TFs綠色制備技術(shù)規(guī)程行標或國標，以引導(dǎo)和規(guī)范我國TFs行業(yè)的高效高質(zhì)量發(fā)展。
3、功效和應(yīng)用研究有待強化融通發(fā)展
TFs功效仍有待進一步深入闡明和確證，目前有關(guān)TFs在人體的吸收和代謝研究信息相對有限，需要對其安全性、吸收及代謝等開展深入研究。TFs的穩(wěn)態(tài)化應(yīng)用技術(shù)研究仍有待突破，以實現(xiàn)提高TFs的應(yīng)用穩(wěn)定性和生物利用率。功效挖掘與應(yīng)用研究仍需融通發(fā)展，基于TFs活性發(fā)揮的具體環(huán)境、應(yīng)用體系、生物利用度、產(chǎn)品載體形式、穩(wěn)定性等，開展靶向化功效研究和應(yīng)用，以充分發(fā)揮TFs本身的營養(yǎng)健康功效。
4、跨界產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化程度不高，領(lǐng)域的引領(lǐng)帶動作用不凸顯
TFs產(chǎn)品開發(fā)還未能打通成果產(chǎn)業(yè)化的最后一公里?，F(xiàn)階段茶多酚工業(yè)化產(chǎn)品已涵蓋飲料含片、食品保鮮防腐、日化護膚等多個領(lǐng)域，而TFs產(chǎn)品還主要集中在研發(fā)和專利申請階段，原料與工業(yè)化產(chǎn)品的銜接不暢通，未能實現(xiàn)從高功效向高效益的轉(zhuǎn)變，有待將TFs原料推向價值鏈高端。為此，TFs跨界產(chǎn)品的認可、工業(yè)化程度的提升和大健康市場占比的提增，需要消費體驗的不斷積累和持續(xù)反饋迭代。
05
大力拓展TFs跨界應(yīng)用的舉措和展望
TFs在我國的研究起步較晚，到21世紀才有較大的進展。雖然國內(nèi)外的學(xué)者對于其化學(xué)構(gòu)成、提取方式、理化功效、產(chǎn)品應(yīng)用做了大量研究，但是未能跟上大健康產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，主要是一段時間以來TFs仍面臨產(chǎn)業(yè)化分離純化不易、標準缺失、創(chuàng)新匱乏、生產(chǎn)成本高、功能終端產(chǎn)品缺乏等系列問題，掣肘了其產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度。
圍繞當前TFs產(chǎn)業(yè)核心問題：
一是亟需加快TFs綠色精制技術(shù)的優(yōu)化和推廣以及TFs生產(chǎn)主體的培育，以提高TFs原料的供給規(guī)模和控制生產(chǎn)成本。關(guān)于TFs綠色精制技術(shù)，未來不僅需要在酶源篩選和條件優(yōu)化上加快研究和推廣應(yīng)用進程，還可利用基因工程技術(shù)構(gòu)建安全高效的基因工程菌大量產(chǎn)生多酚氧化酶(PPO)催化兒茶素轉(zhuǎn)化為TFs，降低能耗與污染，實現(xiàn)茶葉原料高效綠色利用，形成生產(chǎn)技術(shù)高效集成發(fā)展。
二是加快配套政策的爭取和標準制修訂。通過化妝品原料文號、新食品原料批文的爭取，打開TFs作為原料廣泛應(yīng)用的瓶頸;研制綠色制備技術(shù)規(guī)程、修訂產(chǎn)品標準，以規(guī)范TFs產(chǎn)品原料的規(guī)格、生產(chǎn)工藝及相關(guān)指標(如判別指標、感官分析指標、質(zhì)量指標和微生物指標等)，完善TFs標準體系，加速推進TFs產(chǎn)業(yè)化進程。
三是進一步優(yōu)化TFs穩(wěn)態(tài)化修飾及定向化遞送技術(shù)。以產(chǎn)品功能評價為導(dǎo)向，制備不易氧化、應(yīng)用穩(wěn)定性強、體系相容性好、生物利用度高的TFs產(chǎn)品，發(fā)揮TFs調(diào)血脂、預(yù)防心腦血管疾病、抗氧化和改善口腔微生物生態(tài)等獨特功效，開發(fā)TFs功能型終端產(chǎn)品和推進工業(yè)化生產(chǎn)。
四是推動TFs領(lǐng)域形成科研與產(chǎn)業(yè)同頻共振的發(fā)展態(tài)勢，同步跨越、融合創(chuàng)新的發(fā)展格局，拉動TFs在不同領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進程，這對于茶資源的高效利用和促進消費者健康具有重要現(xiàn)實意義。
隨著TFs逐漸成為新的研究熱點，TFs綠色制備技術(shù)體系、TFs產(chǎn)品體系、TFs標準體系的逐漸形成，TFs各種生物功能不斷被挖掘利用，TFs在食品工業(yè)、生物醫(yī)藥、日化等領(lǐng)域的功能化應(yīng)用將大有可為，這將為我國茶制品供給側(cè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和茶制品領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展注入新的動能和希望。
作者簡介：
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左小博
助理研究員，在中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究所從事茶葉深加工及功能成分應(yīng)用研究工作，先后參與“十四五”、“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目、省重大科技專項等國家級、省部級及產(chǎn)業(yè)服務(wù)等項目10余項;主持省級科研項目3項，申報國家發(fā)明專利12件;制(修)訂標準5項，完成國家標準英譯稿4項;發(fā)表論文30余篇，其中SCI論文11篇;完成科技成果評價11項。
來源：中國茶葉加工
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