▲貴州鳳岡
兒茶素、沒食子酸、咖啡堿等茶功能成分具有多種生物活性和藥理功效，包括抗氧化，抗癌，抗炎，降脂減肥，降低膽固醇，降血糖等，在普通食品、保健食品、醫(yī)藥、日化用品、功能飼料等均有應(yīng)用，開發(fā)前景非常廣闊。
☆ 兒茶素是茶多酚中含量相對較高、生物活性較強的化學(xué)物質(zhì)。兒茶素具有多個酚羥基的分子結(jié)構(gòu)，在貯藏和應(yīng)用的過程中，易受到溫度、酸堿、空氣、濕度、金屬離子等因素影響，發(fā)生降解、氧化聚合等反應(yīng)，從而改變其原有的物化性質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)、生物活性。不同類型的酯型兒茶素和非酯型兒茶素的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，決定了其穩(wěn)定性、氧化還原特性、水解特性、異構(gòu)特性等均存在較大差異。因此，如何保持其穩(wěn)定性非常關(guān)鍵，相關(guān)的穩(wěn)態(tài)化技術(shù)研究是茶學(xué)領(lǐng)域熱點研究問題之一。
☆ 沒食子酸是茶葉中可水解多酚類物質(zhì)的組成部分，在云南普洱茶中的含量相對較高，不僅與茶葉品質(zhì)呈正相關(guān)，而且具有抗菌、抗炎、抗腫瘤、抗突變等多種生物活性。
☆ 咖啡堿最早是在咖啡中被發(fā)現(xiàn)，但茶葉中的咖啡堿含量比咖啡中的含量高，咖啡中咖啡堿的含量為1%~2%左右，而茶葉中咖啡堿的含量為2%~5%左右，約占茶葉生物堿總量的95%以上。咖啡堿不僅是茶葉風(fēng)味品質(zhì)特征成分之一，而且具有強心、利尿、興奮中樞神經(jīng)等作用。有關(guān)沒食子酸和咖啡堿在不同溫度條件下的穩(wěn)定性文獻報道相對較少。
溫度是影響兒茶素、沒食子酸、咖啡堿貯藏穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，對其在終端應(yīng)用體系的物化特性、風(fēng)味品質(zhì)、生物活性保持具有非常重要的影響。30 ℃是發(fā)酵類茶食品、茶酒的發(fā)酵溫度，而且也是紅茶發(fā)酵工序葉溫重要參數(shù)，溫度過高則發(fā)酵變化過分激烈、香低味淡、色暗，溫度過低則發(fā)酵時間延長、內(nèi)質(zhì)轉(zhuǎn)化不充分、風(fēng)味寡淡。60 ℃不僅是普洱茶殺青工藝的控制溫度，而且也是茶點心、茶面包等熱加工茶食品貯存的底限溫度。文章以-18 ℃冷凍保存為對照，探索了30 ℃、60 ℃溫度條件下茶兒茶素、沒食子酸和咖啡堿的變化規(guī)律，分析溫度對酯型兒茶素、非酯型兒茶素、沒食子酸和咖啡堿的影響，以期為茶產(chǎn)品貯藏保鮮和穩(wěn)態(tài)化利用研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。
01
材料與方法
1、試驗方法
(1) 貯藏穩(wěn)定性設(shè)計
稱取0.5 g的98%茶多酚樣品，放入2 mL帶蓋圓底塑料管內(nèi)，加蓋密封貯藏，然后分別放置在溫度為30 ℃、60 ℃的恒溫箱中，以-18 ℃冰箱貯藏為對照，每隔7天取樣，連續(xù)70天取樣，取樣后的塑料管不再放回;分別配制1.0 mg/mL水溶液，HPLC檢測不同取樣點的酯型兒茶素(EGCG、GCG、ECG、CG)、非酯型兒茶素(EGC、GC、EC、C)、沒食子酸和咖啡堿的含量。
(2) 茶兒茶素、沒食子酸和咖啡堿HPLC檢測方法
色譜柱Hypersil BDS C18 (4.6 mm × 250 mm， 5 μm)，流動相A為2%乙酸，流動相B為100%乙腈，流速1.0 mL/min，柱溫30 ℃，檢測波長280 nm，進樣量5 μL，梯度洗脫，流動相B在12 min內(nèi)由6.5%線性梯度變化到8%，16 min變化到15%，20 min變化到25%，30 min回到初始狀態(tài)，平衡5 min。
2、數(shù)據(jù)處理
每個實驗重復(fù)三次，采用Minitab 19.0數(shù)據(jù)處理軟件，進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。
02
結(jié)果與分析
1、溫度對酯型兒茶素貯藏穩(wěn)定性的影響
通常情況下，茶多酚、兒茶素類物質(zhì)適宜低溫貯藏。文章以-18 ℃冷凍保存為對照，考察了30 ℃、60 ℃條件下酯型兒茶素含量變化情況。
由圖1可以看出，-18 ℃冷凍保存條件下的EGCG和GCG含量沒有變化。與-18 ℃對照相比，30 ℃和60 ℃條件下隨貯藏時間延長，EGCG含量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，30 ℃條件EGCG含量與對照無顯著性差異，60 ℃條件下EGCG含量顯著低于對照，60 ℃條件下的EGCG含量下降幅度明顯大于30 ℃條件下。與-18 ℃對照相比，30 ℃條件下隨貯藏時間延長GCG含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，而60 ℃條件下隨貯藏時間延長GCG含量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，但均與對照無顯著性差異;EGCG含量變化幅度大于GCG含量變化幅度，說明GCG熱穩(wěn)定性大于EGCG。結(jié)合30 ℃、60 ℃貯藏條件下EGCG和GCG含量變化規(guī)律，可以推測：30 ℃條件下，EGCG和GCG穩(wěn)定性較好，但是在60 ℃條件下，EGCG穩(wěn)定性顯著降低，部分EGCG發(fā)生了差向異構(gòu)作用形成GCG，導(dǎo)致了EGCG含量快速下降，而GCG含量不降反增，即60 ℃條件下以EGCG向GCG轉(zhuǎn)化的差向異構(gòu)作用為主。
由圖2可以看出，-18 ℃冷凍保存條件下的ECG和CG含量沒有變化。與-18 ℃對照相比，30 ℃條件下隨貯藏時間延長ECG含量變化較小，與對照無顯著性差異，穩(wěn)定性較好，60 ℃條件下的ECG含量下降幅度較大，穩(wěn)定性較差。與-18 ℃對照相比，30 ℃條件下隨貯藏時間延長CG含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，而60 ℃條件下隨貯藏時間延長CG含量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，但均與對照無顯著性差異;ECG含量變化幅度大于CG含量變化幅度，說明CG熱穩(wěn)定性大于ECG。結(jié)合30 ℃、60 ℃貯藏條件下ECG和CG含量變化規(guī)律，可以推測：30 ℃條件下，ECG和CG穩(wěn)定性較好，但是在60 ℃條件下，ECG穩(wěn)定性顯著降低，部分ECG發(fā)生了差向異構(gòu)作用形成CG，導(dǎo)致了ECG含量快速下降，而CG含量不降反增，即60 ℃條件下以ECG向CG轉(zhuǎn)化的差向異構(gòu)作用為主。
2、溫度對非酯型兒茶素貯藏穩(wěn)定性的影響
兒茶素在相對較高的溫度條件下易發(fā)生異構(gòu)化和自動氧化作用。由圖3的不同溫度貯藏條件下EGC和GC含量變化的動力學(xué)曲線可以看出，-18 ℃冷凍保存條件下的EGC和GC含量沒有變化。與-18 ℃對照相比，30 ℃和60 ℃條件下隨貯藏時間延長，EGC含量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，30 ℃條件下EGC含量與對照呈顯著性差異，60 ℃條件下EGC含量與對照呈極顯著差異，60 ℃條件下的EGC含量下降幅度明顯大于30 ℃條件下。與-18 ℃對照相比，30 ℃條件下隨貯藏時間延長GC含量基本不變，而60 ℃條件下隨貯藏時間延長GC含量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，但均與對照無顯著性差異;EGC含量變化幅度大于GC含量變化幅度，說明GC熱穩(wěn)定性大于EGC。結(jié)合30 ℃、60 ℃貯藏條件下EGC和GC含量變化規(guī)律，可以推測：30 ℃條件下，EGC降解或氧化聚合是其穩(wěn)定性下降的主要作用，而GC熱穩(wěn)定性較好;60 ℃條件下，部分EGC發(fā)生了差向異構(gòu)作用形成GC，導(dǎo)致了EGC含量快速下降;GCG脫沒食子?；矔兂蒅C，但是由于GCG在60 ℃下幾乎沒減少，而60 ℃條件下GC含量不降反增，推測GC增加的主要原因是EGC差向異構(gòu)化作用，即60 ℃條件下以EGC向GC轉(zhuǎn)化的差向異構(gòu)作用為主。
由圖4的不同溫度貯藏條件下EC和C含量變化的動力學(xué)曲線可以看出，-18 ℃冷凍保存條件下的EC和C含量沒有變化。與-18 ℃對照相比，30 ℃條件下隨貯藏時間延長EC含量基本不變，與對照無顯著性差異，而60 ℃條件下隨貯藏時間延長EC含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，與對照呈顯著性差異。與-18 ℃對照相比，30 ℃條件下隨貯藏時間延長C含量逐漸下降，而60 ℃條件下隨貯藏時間延長C含量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，但均與對照無顯著性差異。EC含量變化幅度大于C含量變化幅度，說明C熱穩(wěn)定性大于EC。結(jié)合30 ℃、60 ℃貯藏條件下EC和C含量變化規(guī)律，可以推測：30 ℃條件下，EC和C穩(wěn)定性較好，但是在60 ℃條件下，EC穩(wěn)定性顯著降低，部分EC發(fā)生了差向異構(gòu)作用形成C，導(dǎo)致了EC含量快速下降。CG脫沒食子酸也會變成C，但是由于CG在60℃下幾乎沒減少，而60 ℃條件下C含量不降反增，推測C增加的主要原因是EC差向異構(gòu)化作用，即60 ℃條件下以EC向C轉(zhuǎn)化的差向異構(gòu)作用為主。
3、溫度對沒食子酸貯藏穩(wěn)定性的影響
由圖5的不同溫度貯藏條件下沒食子酸含量變化的動力學(xué)曲線可以看出，-18 ℃冷凍保存條件下的沒食子酸含量沒有變化。與-18 ℃對照相比，30 ℃條件下隨貯藏時間延長沒食子酸含量略有降低，而60 ℃條件下隨貯藏時間延長沒食子酸含量呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，但是30 ℃和60 ℃的沒食子酸含量與對照相比均無顯著性差異，即沒食子酸在30 ℃和60 ℃溫度條件下穩(wěn)定性均較好。酯型兒茶素EGCG、GCG、ECG、CG在一定溫度條件下，可發(fā)生脫沒食子?；饔谩?/p>
結(jié)合圖1、圖2和圖5結(jié)果，推測：60 ℃條件下酯型兒茶素EGCG、GCG、ECG、CG在發(fā)生差向異構(gòu)作用、降解或氧化聚合的同時，也發(fā)生了脫沒食子?；磻?yīng)，進而出現(xiàn)圖5的60 ℃條件下沒食子酸含量隨貯藏時間延長不降反升的現(xiàn)象。比較而言，沒食子酸在3個溫度條件下的穩(wěn)定性要大于酯型兒茶素、非酯型兒茶素。
4、溫度對咖啡堿貯藏穩(wěn)定性的影響
由圖6的不同溫度貯藏條件下咖啡堿含量變化的動力學(xué)曲線可以看出，-18 ℃冷凍保存條件下的咖啡堿含量沒有變化。與-18 ℃對照相比，30 ℃條件下隨貯藏時間延長咖啡堿含量基本沒有變化，而60 ℃條件下隨貯藏時間延長咖啡堿含量呈現(xiàn)略微下降的趨勢，但是30 ℃和60 ℃的咖啡堿含量與對照相比均無顯著性差異，即咖啡堿在30 ℃和60 ℃溫度條件下穩(wěn)定性均較好。
將圖1、圖2、圖3、圖4的兒茶素含量變化的動力學(xué)曲線，以及圖5的沒食子酸含量變化的動力學(xué)曲線，與圖6的咖啡堿含量變化動力學(xué)曲線比較，可以看出，在-18 ℃、30 ℃、60 ℃貯藏條件下，咖啡堿的穩(wěn)定性要大于酯型兒茶素、非酯型兒茶素。
03
討論
兒茶素分子結(jié)構(gòu)的固有化學(xué)特性，決定了其在外界環(huán)境改變的情況下，不僅僅會發(fā)生差向異構(gòu)化作用，而且會發(fā)生氧化聚合、分解、水解、脫沒食子?；榷喾N作用，這些作用之間可能存在競爭或協(xié)同作用，在某些特定的條件下，可能有幾種作用同時產(chǎn)生。前人研究茶湯溶液中兒茶素類物質(zhì)的穩(wěn)定性，結(jié)果表明，82 ℃有利于兒茶素發(fā)生降解和異構(gòu)化。研究表明溫度較低條件下茶湯中兒茶素主要發(fā)生降解反應(yīng)，溫度超過80 ℃時茶湯兒茶素主要發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)。采用不同溫度水浸提茶葉時發(fā)現(xiàn)，即使在低溫下浸提，茶湯中也有明顯的異構(gòu)化反應(yīng)，與此同時，其他的降解、氧化和聚合等反應(yīng)也同時存在。目前較多研究集中于茶葉功能成分在不同溫度溶液中的穩(wěn)定性，較少關(guān)注固體粉末不同溫度條件下的穩(wěn)定性。
文章研究了不同溫度條件下固體茶葉提取物中茶兒茶素、沒食子酸和咖啡堿的變化規(guī)律，結(jié)果表明，在30 ℃條件下，EGC以降解或氧化作用為主，其它兒茶素相對穩(wěn)定性較好;60 ℃貯藏條件下，酯型兒茶素和非酯型兒茶素以差向異構(gòu)作用、脫沒食子?；饔脼橹?GCG熱穩(wěn)定性大于EGCG，CG熱穩(wěn)定性大于ECG，C熱穩(wěn)定性大于EC，GC熱穩(wěn)定性大于EGC;沒食子酸、咖啡堿的穩(wěn)定性要大于酯型兒茶素、非酯型兒茶素。文章以-18 ℃冷凍保存為對照，考察了30 ℃、60 ℃溫度條件下兒茶素、沒食子酸和咖啡堿的穩(wěn)定性，可為兒茶素、沒食子酸和咖啡堿等功能成分在食品中的穩(wěn)態(tài)化應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。有關(guān)不同溫度條件下兒茶素的差向異構(gòu)化、氧化聚合、降解、脫沒食子酰基等多種作用的競爭或協(xié)同關(guān)系，以及兒茶素、沒食子酸、咖啡堿在食品、飲料、日化用品等不同體系的穩(wěn)態(tài)化應(yīng)用特性仍有待進一步研究。
作者簡介
張建勇
博士，助理研究員，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所茶葉深加工專家，德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)訪問學(xué)者，國家食藥同源產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟常務(wù)理事。研究方向為茶葉化學(xué)與多元化利用，主持省部級科研項目6項，發(fā)表中外文論文50余篇，參編著作1部，授權(quán)國家發(fā)明專利2項、實用新型專利6項，軟件著作權(quán)登記3項，獲獎1項。
基金項目：“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題(2017YFD0400804);浙江省茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)團隊項目(2020-2022);浙江省自然科學(xué)基金(LY18C160004)
具體內(nèi)容詳見《中國茶葉加工》雜志，2020年第4期文章《溫度對茶多酚制品中兒茶素、沒食子酸和咖啡堿貯藏穩(wěn)定性的影響》，頁碼：69-75。作者：張建勇，王偉偉，崔宏春，薛金金，江和源。
引用格式：張建勇，王偉偉，崔宏春，等. 溫度對茶多酚制品中兒茶素、沒食子酸和咖啡堿貯藏穩(wěn)定性的影響[J]. 中國茶葉加工, 2020(4): 69-75.
來源：中國茶葉加工
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