兒茶素組成對化學氧化形成茶黃素的影響機理

張建勇，江和源，*，崔宏春，江用文

(1.中國農業科學院茶葉研究所，農業部茶及飲料植物產品加工與質量控制重點開放實驗室，浙江杭州310008;2.杭州市農業科學研究院茶葉研究所，浙江杭州310024)

兒茶素組成對化學氧化形成茶黃素的影響機理

張建勇1，江和源1，*，崔宏春2，江用文1

(1.中國農業科學院茶葉研究所，農業部茶及飲料植物產品加工與質量控制重點開放實驗室，浙江杭州310008;2.杭州市農業科學研究院茶葉研究所，浙江杭州310024)

采用Sephadex LH－20柱色譜法分離茶多酚，獲得純度為ECG 980.0mg·g－1、EC 960.0mg·g－1、EGC 900.0mg·g－1、EGCG 980.0mg·g－1的兒茶素單體，并以制備的兒茶素單體為反應原料，按照不同的比例，進行堿性氧化和酸性氧化反應，探討兒茶素組成對茶黃素化學氧化形成的影響及作用機理。結果表明:兒茶素堿性氧化和酸性氧化產物存在明顯差異，且堿性氧化產物較酸性氧化產物復雜，存在很多未知的氧化產物，有待進一步鑒定。

兒茶素，茶黃素，化學氧化，影響，機理，堿性氧化，酸性氧化

茶黃素類物質屬于植物酚性色素，具有調節血脂、抗癌、抗菌、抗病毒等多種藥理活性［1－6］，在食品、醫藥、日化等多個領域有較高的應用價值。近幾年來，隨著茶黃素的醫藥價值和保健功能逐漸被人們所認識，茶黃素形成方面的研究已成為茶葉化學研究領域的熱點之一。目前，研究茶黃素的形成主要采取酶促氧化和化學氧化兩種方法，且二者在茶黃素形成的作用機理方面存在一定差異，相比較而言，化學氧化可消除酶提取純化的高難度、酶性質不穩定、反應程度難以控制及受通氧條件制約等因素的影響，大大簡化反應體系，可控性強，因而成為研究兒茶素氧化作用機理及其氧化產物形成的一種簡便而有效的方法。根據化學氧化劑的不同，化學氧化主要分為堿性氧化和酸性氧化。現有的研究表明，茶黃素是由兒茶素類物質以及相關的沒食子酸等簡單黃酮類物質，經過氧化反應聚合而成的二聚體化合物，這在兩種單一的純化合物混合溶液中，容易形成特定的茶黃素分子;同時發生的干擾反應，一般只存在于同種分子間的氧化聚合或異種分子間的多聚反應中。如需要生產制備茶黃素，由于經濟原因，一般以兒茶素等混合物為原料，其中多種兒茶素的組成和比例可能不同，會導致更為復雜的氧化、聚合、縮合、絡合等反應。本文以此為切入點，研究兒茶素組成對化學氧化形成茶黃素的影響及其作用機理，從反應產物兒茶素類成分化學反應的本質和機理上探討茶黃素的形成，以期為形成和富集茶黃素提供研究思路和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶多酚(兒茶素總量為955.0mg·g－1，其中EGC 1.2mg·g－1、D，L－C4.4mg·g－1、EGCG855.5mg·g－1、EC44.8mg·g－1、GCG7.0mg·g－1、ECG42.1mg·g－1)

海南群力藥業有限公司生產;TF、TF－3－G、TF－3'－G、TF－3，3’－G標準單體 為農業部茶及飲料植物產品加工與質量控制重點開放實驗室自制，經HPLC檢測，純度分別為 934.2、900.3、886.7、976.0mg·g－1，HPLC出峰時間分別為27.5、29.8、31.0、31.6min;Sephadex LH－20 購自瑞典Pharmacia公司;乙腈(色譜純)、乙酸乙酯、檸檬酸、鐵氰化鉀、碳酸氫鈉、硝酸鐵 均為國產分析純。

BSZ－100自動部分收集器 上海滬西分析儀器廠;玻璃色譜柱(Φ1.6cm×80cm、Φ5cm×100cm)上海華美實驗儀器廠;BTOO－100M恒流泵 保定蘭格恒流泵有限公司;R－124旋轉蒸發儀 德國BUCHI公司;MR3001磁力攪拌器 德國Heidoph公司;KQ100E醫用超聲波脫氣機 江蘇昆山醫用超聲儀器有限公司;FTS－BTD冷凍干燥機 美國KINETICS公司;Agilent 1100高效液相色譜儀 美國安捷倫公司;FA－210電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;DHG－9123A型電熱恒溫鼓風干燥箱

上海精密實驗設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 兒茶素單體分離方法 以茶多酚(兒茶素總量為955.0mg·g－1)為分離原料，Sephadex LH－20柱色譜一次分離(色譜柱Φ5.0cm×100cm、上樣濃度200mg·mL－1、100%乙醇洗脫、洗脫流速1.0mL·min－1)，分離得到ECG、EGCG、EC、EGC和ECG混合物及未知物，EGC和ECG混合物經Sephadex LH－20柱色譜二次分離(色譜柱Φ1.6cm×80cm、上樣濃度200mg·mL－1、60%乙醇洗脫、洗脫流速0.7mL·min－1)，得到EGC和ECG，分別收集ECG、EC、EGC、EGCG洗脫液，經旋轉蒸發和冷凍干燥處理，備用。

1.2.2 兒茶素單體組合化學氧化 以 EC、ECG、EGCG、EGC單體組合為反應產物，按照表1的兒茶素組成和比例，進行堿性氧化和酸性氧化。

堿性氧化方法:堿性氧化劑濃度K3Fe(CN)637.5mg·mL－1+NaHCO312.5mg·mL－1，參與氧化反應體積1mL，磁力攪拌反應20min，溫度25℃(磁力攪拌器控溫±1℃)，反應結束后，200μL檸檬酸水溶液(pH1.79)終止反應，反應終止后立即加入等體積冰乙酸乙酯(－15℃)，磁力攪拌2min后，靜止分層，酯層經等體積Tris－HCl洗滌1次，磁力攪拌2min后，合并酯層，放入4℃冰箱中待測。

酸性氧化方法:酸性氧化劑濃度10mg·mL－1，參與氧化反應體積1mL，磁力攪拌反應20min，溫度25℃(磁力攪拌器控溫±1℃)，反應結束后，低溫終止反應，反應終止后，立即加入等體積冰乙酸乙酯(－15℃)，磁力攪拌2min后，靜止分層，合并酯層，放入4℃冰箱中待測。

表1 兒茶素單體及組合化學氧化

1.2.3 HPLC檢測方法 兒茶素HPLC檢測方法:色譜柱Hypersil BDS C18(4.6mm×150mm，5μm)，流動相A為2%乙酸，流動相 B為100%乙腈，流速1.0mL/min，柱溫 30℃，檢測波長 280nm，進樣量5μL，梯度洗脫，流動相B在12min內由6.5%線性梯度變化到8%，16min變化到15%，20min變化到25%，26min回到初始狀態，平衡5min。

茶黃素HPLC檢測方法:色譜柱Hypersil BDS C18(4.6mm×150mm，5μm)，流動相A為2%乙酸，流動相B為100%乙腈，流速1.5mL·min－1，柱溫40℃，檢測波長380nm，進樣量5μL，梯度洗脫，流動相B在35min內由8%線性梯度變化到26%，40min回到初始狀態，平衡5min。

2 結果與分析

2.1 兒茶素單體分離

茶多酚經Sephadex LH－20柱色譜二次分離，得到ECG、EC、EGC、EGCG，經HPLC檢測，兒茶素單體純度分別為 ECG980.0mg·g－1、EC960.0mg·g－1、EGC900.0mg·g－1、EGCG980.0mg·g－1(見圖1)。

2.2 EC+EGC氧化產物

從圖2可以看出，非酯型兒茶素(－)－表兒茶素與(－)－表沒食子兒茶素(EC+EGC)堿性氧化產物單一，有1個主要 HPLC峰(峰1出峰時間27.519min);酸性氧化產物有一個主要HPLC峰(峰2出峰時間24.201min)，以及1個小峰(峰3出峰時間27.503min)，酸性氧化產物峰3同堿性氧化產物中峰1出峰時間相同，根據四種主要茶黃素標準單體HPLC出峰時間，該出峰時間對應的物質為TF，說明非酯型兒茶素(－)－表兒茶素與(－)－表沒食子兒茶素)(EC+EGC)堿性和酸性氧化都可以得到TF，但是酸性氧化產物中還有一個主要未知物(峰2出峰時間24.201min)。Davies AP等［7］研究表明，EGC和 C可形成 Neotheaflavin，GC和 EC可形成Isotheaflavin。另外，Tanaka T等［8］研究表明，TF和TF可聚合形成Bistheaflavin A和Bistheaflavin B。茶樹新梢中的多酚氧化酶，可催化兒茶素B環C2位置發生差向立體異構化作用，從而導致EC、EGC差向異構形成C、GC。本實驗中，有酸性氧化產物峰2這個未知峰，推測EC+EGC在堿性和酸性條件下，也可能發生差向立體異構化作用形成C、GC，從而導致EGC和C反應、GC和EC反應，甚至TF和TF反應，生成Davies AP等和Tanaka T等研究得出的四種物質，但是這個未知峰對應這四種物質中的哪一種物質，需要進一步研究。

圖1 兒茶素Sephadex LH－20柱色譜法分離TP(a)、EC(b)、EGCG(c)、ECG(d)、EGC(e)280nmHPLC圖

圖2 EC和EGC堿性(a)和酸性(b)氧化產物380nmHPLC圖

2.3 EGCG+ECG氧化產物

從圖3可以看出，酯型兒茶素(－)－表兒茶素沒食子酸酯與(－)－表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG+ECG)堿性和酸性氧化產物都比較復雜。堿性氧化產物有一個主要峰，即峰4(出峰時間為31.611min)，以及3個小峰，即峰1、峰2、峰3，出峰時間分別為20.851、23.576、31.025min;酸性氧化產物主要峰為峰8(出峰時間25.653min)，以及5個小峰，即峰5、峰6、峰7、峰9、峰10，出峰時間分別為19.181、20.756、22.039、28.101、31.038min。根據四種主要茶黃素標準單體HPLC出峰時間，堿性氧化產物主要峰4和酸性氧化產物小峰10為TF－3，3'－G(由EGCG和ECG形成)，堿性氧化產物小峰3和酸性氧化產物峰10為TF－3'－G(由EGC和ECG形成)，但是酯型兒茶素(EGCG+ECG)氧化體系的反應物中，并沒有EGC，但在產物中卻有TF－3'－G生成，說明EGC是在酯型兒茶素堿性氧化的過程中產生的，推測可能是EGCG脫沒食子酰基形成的。而EGCG+ECG酸性氧化產物中沒有此物質。Wan XC等［9］研究發現，ECG和 ECG形成 Theaflavate A。堿性氧化產物峰2～峰3和酸性氧化產物峰5～峰9等未知峰，其中一個未知峰有可能是 Theaflavate A，需要進一步分析。

圖3 ECG和EGCG堿性(a)和酸性(b)氧化產物380nmHPLC圖

2.4 EGCG+ECG+EC氧化產物

從圖4可以看出，酯型兒茶素(－)－表兒茶素沒食子酸酯、(－)－表沒食子兒茶素沒食子酸酯)與(－)－表兒茶素(EGCG+ECG+EC)堿性氧化產物復雜，有1個主要HPLC峰(峰6出峰時間31.611min)，以及5個小峰，即峰1～峰5，出峰時間分別為21.257、23.582、25.685、27.673、31.037min，根據四種主要茶黃素標準單體HPLC出峰時間，峰4、峰5、峰6分別為TF、TF－3’－G、TF－3，3'－G，而現有研究表明，TF由EC和EGC形成，TF－3'－G由ECG和EGC組成，TF－3，3'－G由ECG和EGCG組成，但是反應物中沒有EGC，氧化產物中卻有TF－3'－G生成，由此可再次推測，EGCG在堿性氧化中可能由脫沒食子酰基作用形成EGC。Lewis JR等［10］研究發現，EGCG和 C形成Neotheaflavin－3－gallate，ECG和 EC形成 Theaflavate B。Sang S等研究發現，ECG和C形成NeoTheaflavate B。Wan XC等［9］研究發現，ECG和 ECG形成Theaflavate A。EGCG+ECG+EC堿性氧化產物未知峰峰1～峰3能否就是上述四種物質，需要進一步分析。

EGCG+ECG+EC組合堿性氧化產物圖4(a)與EGCG+ECG配對堿性氧化與圖3(a)相比，前者堿性氧化產物圖比后者多兩個峰，即EGCG+ECG+EC堿性氧化產物峰3和峰4，可推測峰3和峰4未知物的形成可能有EC參與;二者酸性氧化產物圖比較后發現，前者酸性氧化沒有產物出現，只有ECG的大量殘留，而后者的酸性氧化產物復雜。

圖4 ECG、EGCG和EC堿性(a)和酸性(b)氧化產物380nmHPLC圖

2.5 EGCG+ECG+EGC氧化產物

從圖5可以看出，酯型兒茶素(－)－表兒茶素沒食子酸酯、(－)－表沒食子兒茶素沒食子酸酯)與(－)－表沒食子兒茶素(EGCG+ECG+EGC)堿性氧化產物HPLC峰復雜，有1個主要峰(峰4出峰時間31.024min)，以及四個小峰，即峰1、峰2、峰3、峰5，出峰時間分別為23.721、24.198、25.664、31.608min;根據四種主要茶黃素標準單體HPLC出峰時間，峰4、峰5分別為TF－3'－G、TF－3，3'－G。Davis A L等［11］研究發現，在紅茶發酵過程中，EGC和EGCG還可在酶的作用下，通過B環酚羥基的氧化和次級環化作用形成一類色素物質 Theacitrin。EGCG+ECG+ EGC氧化產物未知峰峰1、峰2、峰3和峰5，有可能其中一種物質就是Theacitrin。

圖5 ECG、EGCG和EGC堿性(a)和酸性(b)氧化產物380nmHPLC圖

EGCG+ECG+EGC酸性氧化產物有1個未知峰，即峰6，出峰時間為25.650min，且峰6與堿性氧化HPLC峰3出峰時間接近，可能為同一未知物質。由此可知，EGCG+ECG+EGC組合堿性氧化可得到較多酯型茶黃素(TF－3'－G、TFDG)，尤其是單酯型茶黃素TF－3'－G。另外，EGCG+ECG+EGC堿性氧化和酸性氧化產物圖中，均有一個峰高值很大的主峰(出峰時間17.5min)，與ECG單體空白對照圖4比較后發現，這個主峰就是ECG，說明ECG在堿性氧化和酸性氧化中均比較穩定。

EGCG+ECG+EGC堿性氧化產物圖5(a)與 EGCG+ECG堿性氧化產物圖3(a)相比，前者可得到較多單酯型兒茶素TF－3'－G，而后者可得到較多的雙酯型兒茶素TFDG，說明EGC對TFDG形成的影響較大，它可以與EGCG競爭，在EGC、EGCG、ECG三者共存的情況下，EGC與ECG的反應占主導，從而導致三者組合堿性氧化可得到較多單酯型茶黃素TF－3'－G。EGCG+ECG+EGC酸性氧化產物圖5(b)與EGCG+ECG酸性氧化產物圖3(b)相比，后者氧化產物峰較復雜，且前者的峰6與后者圖譜中峰8出峰時間相近，可能為同一物質，說明在酸性氧化體系中，EGCG+ECG+EGC組合酸性氧化產物相對單一。

2.6 EGCG+ECG+EC+EGC氧化產物

從圖6可以看出，酯型兒茶素(－)－表兒茶素沒食子酸酯、(－)－表沒食子兒茶素沒食子酸酯)與非酯型兒茶素(－)－表沒食子兒茶素、(－)－表兒茶素) (EGCG+ECG+EC+EGC)堿性氧化產物HPLC峰復雜，有3個主要峰(峰1出峰時間25.663min、峰2出峰時間31.032min、峰3出峰時間31.625min)，以及一些雜峰。根據四種主要茶黃素標準單體HPLC出峰時間，峰2、峰3分別為TF－3'－G、TF－3，3'－G;其酸性氧化產物有1個未知峰峰1(出峰時間為25.640min)，且峰4與堿性氧化HPLC峰1出峰時間接近，可能為同一個未知物質。由此可知，EGCG+ ECG+EC+EGC組合堿性氧化可得到較多酯型茶黃素，尤其是單酯型茶黃素TF－3'－G。Sang S等［12］研究發現，TFDG 可 與 兩 分 子 EC 形 成Theadibenzotropolone A。EGCG+ECG+EC+EGC堿性氧化產物峰1，有可能就是Theadibenzotropolone A。EGCG+ECG+EC+EGC酸性氧化產物圖只有1個峰(峰4出峰時間25.652min)，這個峰出峰時間和堿性氧化產物峰1出峰時間相近，有可能為同一物質。

圖6 ECG、EGCG和EGC、EC堿性(a)和酸性(b)氧化產物380nmHPLC圖

EGCG+ECG+EC+EGC組合氧化圖6和EGCG+ECG+EGC圖5組合氧化比較分析，二者堿性和酸性氧化產物HPLC出峰數和出峰時間非常相近，且均有TF－3'－G和TFDG形成，但卻都沒有TF－3－G形成，說明EC對四種主要兒茶素組合氧化影響較小，即EC對酯型茶黃素形成影響較小。EGCG+ ECG+EC+EGC組合氧化圖6和EGCG+ECG+EC組合氧化圖4比較分析后發現，二者化學氧化產物略有不同，前者堿性氧化可得到較多單酯型茶黃素TF－3'－G，而后者堿性氧化可得到較多雙酯型茶黃素TF－3，3'－G，進一步驗證了EC對酯型茶黃素形成影響較小的推論，并且說明ECG、EGCG與EGC反應之間存在競爭作用，EGC與ECG的結合作用大于EGCG與ECG的結合作用，從而造成圖6中單酯型茶黃素TF－3'－G較多，而圖4中TFDG較多的情況。

表2 兒茶素組合化學氧化未知物分析

EGCG+ECG+EC+EGC組合氧化圖6和EGCG+ECG配對氧化圖3比較后發現，后者堿性氧化和酸性氧化產物均較前者復雜，且后者較前者能得到更多TFDG，說明EC和EGC的確不利于TFDG的形成，同時也說明了EGCG和ECG在氧化形成TFDG的過程中，還發生其他復雜的反應，推測可能是發生EGCG和ECG脫沒食子酰基作用后，又發生了復雜的化學反應，生成復雜的氧化產物成分;再者，從另外一個角度也說明了，兒茶素組合氧化的復雜相互作用，可能抑制一些副產物生成，使終產物相對單一，從而有利于提高產物中酯型茶黃素的純度。EGCG+ECG+EC+EGC組合氧化圖6和ECG+EC配對氧化圖2比較后發現，前者氧化產物較后者復雜，前者堿性氧化能得到較多酯型茶黃素(TF－3'－G和TFDG)，后者堿性氧化只得到TF;前者酸性氧化產物中沒有 TF，只有一個未知峰 4(出峰時間25.652min)，后者酸性氧化產物有少量TF生成，并有一個主要的未知物生成，說明兒茶素組合堿性氧化能得到較多酯型茶黃素，兒茶素組合酸性氧化產物相對較單一。

3 討論

初步探明了反應本質對酯型茶黃素化學氧化形成的影響及作用機理，即在不同組成的兒茶素化學氧化體系中:ECG在堿性氧化和酸性氧化體系中均是比較穩定的;EC對酯型茶黃素化學氧化形成的影響較小;EGC有利于單酯型茶黃素堿性氧化形成，不利于TFDG堿性氧化形成，并且對茶黃素類物質酸性氧化形成不利;在堿性氧化體系中，EGCG可能發生B環脫羥基作用變成ECG，或者EGCG可能發生脫沒食子酰基作用變成EGC，從而使兒茶素堿性氧化產物更加復雜;EGCG和ECG對單酯型茶黃素和雙酯型茶黃素形成均有利;EC、EGC、ECG、EGCG之間存在復雜的競爭與協同作用，且EGC與ECG的氧化反應占主導作用，EGC與EGCG的氧化反應次之，從而有利于單酯型茶黃素TF－3'－G在氧化產物中的富集，而不利于TFDG的形成;總結出兒茶素組合化學氧化的未知產物。本研究立足于茶黃素化學氧化形成的影響因素及作用機理做了初步探索，以期為形成和富集茶黃素提供研究思路和理論依據。

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Preliminary discussion on the influence mechanism of catechins composition on the chemical oxidation formation of theaflavins

ZHANG Jian－yong1，JIANG He－yuan1，*，CUI Hong－chun2，JIANG Yong－wen1
(1.Tea Research Institute of CAAS，Key Laboratory of Tea and Beverage Plant Products Processing and Quality Control of Agriculture Ministry，Hangzhou 310008，China; 2.Tea Research Institute of Hangzhou Academy of Agriculture，Hangzhou 310024，China)

The method of sephadex LH－20 column chromatography was used to separation tea polyphenol.Then，the catechin monomers were obtained，such as ECG，EC，EGC，EGCG，which purity separately was 980.0，960.0，900.0，980.0mg·g－1.According to the different proportion，the prepared catechin monomers were reacted with the alkalinity oxidation and the acidity oxidizing reaction.The influence and action mechanism of catechins composition on the chemical oxidation formation of theaflavins were discussed.The result indicated that the alkalinity oxidation and acidity oxidation product of catechins existed obvious difference，and the alkalinity oxidation products were more complex than the acidity oxidation products.The unknown oxidation products needed further study.

catechins;theaflavins;chemical oxidation;influence;mechanism;alkalinity oxidation;acidity oxidation

TS201.2

A

1002－0306(2011)12－0085－06

2010－04－28 *通訊聯系人

張建勇(1982－)，男，助研，碩士，主要從事天然產物研究與開發。

國家863項目(2007AA10Z303);國家自然科學基金項目(30570191);基本科研業務費專項(0032010033)。