酯型兒茶素的熱穩定性及其上染蠶絲效果

郭 麗， 戴偉東， 朱 蔭， 張 悅， 林 智

(1. 中國農業科學院 茶葉研究所， 浙江 杭州 310008；2. 農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室， 浙江 杭州 310008)

酯型兒茶素的熱穩定性及其上染蠶絲效果

郭 麗1,2， 戴偉東1,2， 朱 蔭1,2， 張 悅1,2， 林 智1，2

(1. 中國農業科學院 茶葉研究所， 浙江 杭州 310008；2. 農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室， 浙江 杭州 310008)

為闡明酯型兒茶素的氧化聚合作用及其對蠶絲染色效果的影響，采用超高效液相色譜串聯四極桿-飛行時間質譜分析了表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG)和表兒茶素沒食子酸酯(ECG)等兒茶素染液的熱穩定性。結果表明：兒茶素受熱不穩定，轉化程度也有差異；單一成分時，ECG的轉化率最高，GCG的最低；多種成分共存時，GCG和ECG的協同效應較強，轉化率相近。研究EGCG、GCG和ECG在蠶絲上的著色效果發現：EGCG、GCG和ECG等比例染色時，蠶絲對酯型兒茶素的吸附率為ECG>GCG>EGCG；不同比例混染時，蠶絲對酯型兒茶素的吸附率相近，EGCG與GCG的著色能力較ECG強?？梢奅CG的熱穩定性不會影響蠶絲的吸附率，且其著色程度較淺，因而更適于用作植物染色劑。

酯型兒茶素； 熱穩定性； 蠶絲； 染色

兒茶素是茶葉的主要成分之一，具有抗氧化、抑菌、抗病毒、抗癌等多種生理活性和保健功效，廣泛應用在醫藥、食品、日化等領域。在紡織染色方面，兒茶素因其純天然、抑菌、抗紫外線等優點[1-2]，近年來越來越受到消費者的喜愛。兒茶素類化合物是2-苯基苯并吡喃的衍生物，可分為酯型兒茶素(如表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG)和表兒茶素沒食子酸酯(ECG)等)和非酯型兒茶素(如兒茶素C、表兒茶素EC、表沒食子兒茶素(EGC)等)。由于兒茶素含有多個酚羥基[3]，其在酸性、高溫、高濕等環境條件下易發生氧化聚合反應[4-6]，如茶飲料滅菌和面包烤制過程中，兒茶素含量會不斷減少[7-8]；另外，蠶絲、棉及錦綸等織物對兒茶素的吸附具有一定的選擇性[9]。這些特性是否與兒茶素的結構及其熱穩定性有關，目前相關報道較為少見。為此，本文分析了3種主要酯型兒茶素的熱穩定性，探討了其在蠶絲織物上的著色效果，以期為兒茶素在蠶絲染整上的規?；瘧锰峁﹨⒖肌?/p>

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

蠶絲織物(幅寬為114 cm，雙縐蠶絲)，購自杭州方大絲綢有限公司；表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG)和表兒茶素沒食子酸酯(ECG)，購自杭州禾田生物技術有限公司；98%茶多酚(TP)，購自浙江東方茶業科技有限公司；甲醇、甲酸和乙腈(HPLC級)，購自Tedia公司。

Xevo G2-S超高效液相色譜串聯四極桿-飛行時間質譜(UPLC Q-TOF/MS，沃特世科技有限公司)，BEH C18色譜柱(100 mm×2.1 mm，1.7 μm，沃特世科技有限公司)，Centrifuge 5810 R離心機(艾本德中國有限公司)，DK-S26電熱恒溫水浴鍋(上海精宏實驗設備有限公司)，CM-700d色差計(柯尼卡美能達投資有限公司)等。

1.2 實驗方法

1.2.1 兒茶素的熱穩定性測試

配制質量濃度為2 mg/mL的單一組分染液(EGCG溶液、GCG溶液和ECG溶液)和混合液EGCG與GCG(質量濃度均為1 mg/mL，下同)，GCG和ECG，EGCG和ECG，EGCG，GCG和ECG以及TP(2 mg/mL)的混合液，依次記作T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8。將上述染液在90 ℃下加熱1.5 h，觀察染液色澤的變化，并測定染液加熱前后的兒茶素含量變化。每次實驗重復進行3次取其均值，下同。

1.2.2 蠶絲的兒茶素染色

取0.5 g蠶絲織物在90 ℃下染色1.5 h，其中染液按1∶20浴比配制，染料濃度同1.2.1小節。染色結束后，布樣自然晾干，測定染色殘液中的兒茶素含量。以白色蠶絲為對照。

1.2.3 兒茶素的測定方法

采用UPLC Q-TOF/MS對兒茶素進行定性與相對定量分析。取適量的兒茶素染液及其染色殘液，稀釋50倍，離心10 min(溫度為8 ℃，轉速為5 000 r/min)，上清液過0.22 μm針筒式過濾器后進樣分析。液相分離采用BEH C18色譜柱(100 nm×2.1 mm，1.7 μm)，流動相A和B分別是體積分數為0.1%的甲酸/水溶液和純乙腈，洗脫梯度為：0 min，2% B；9 min，30% B；10.5 min，50% B；15 min，75% B；19 min，98% B；22 min，98% B；22.1 min，2%B；26 min，2% B。流速設定為0.35 mL/min，進樣體積為4 μL。質譜分析采用UPLC Q-TOF/MS進行掃描，毛細管電壓為3 kV(正離子模式)，離子源溫度為120 ℃，錐孔氣體流量與脫溶劑氣體流量分別為50、600 L/h，LockSpray質量數校正參比離子為556.277 1。

1.2.4 織物色度的測定

蠶絲的色度L值、a值和b值采用色差儀測定(D65光源，10°觀察角)。

1.2.5 兒茶素的保留率測定

采用UPLC-Q-TOF/MS法測定染液加熱前后兒茶素組分的變化。兒茶素的保留率Ci按下式計算：

式中：Ai為染液加熱后兒茶素組分的質量分數；A0為染液加熱前兒茶素組分的質量分數。

式中：B0為殘液中兒茶素組分的質量分數。

2 結果分析

2.1 兒茶素的定性定量分析

首先對兒茶素標準品和98%茶多酚中的主要成分進行分析，結果如表1所示。可以看出，表沒食子兒茶素(EGC)、兒茶素(C)和表兒茶素(EC)等簡單兒茶素的出峰時間分別是3.29、3.63、4.49min，對應的質荷比分別是329.064 0、291.086 7和291.085 8。EGCG、GCG和ECG等酯型兒茶素的出峰時間分別是4.52、4.78、5.92min，對應的質荷比分別是459.092 9、459.095 0、443.096 9(見表1)。兒茶素單標的純度均在98%以上，可以滿足實驗的需要。TP混合物中GCG、EGCG、ECG、EGC、EC、C等質量分數分別為3.6%，61.7%，10.1%，14.7%，8.0%，1.2%(見表2)。

表1 兒茶素UPLC Q-FOF/MS分析的 保留時間與質荷比Tab.1 Retention time and mass-to-charge ratioof catechins analyzed by UPLC Q-FOF/MS

表2 主要兒茶素構成及質量分數

注：“/”表示未檢出，下同。

2.2 染液中酯型兒茶素的熱穩定性

EGCG、GCG和ECG染色液經加熱處理后，其組分構成未發生變化，但主要成分含量明顯降低。ECG染色液的熱變化最強烈，主成分ECG減少了39%，但溶液色澤始終為微紅色，其他染色液處理后均轉為淺紅色(見表3、4)；GCG染色液的熱變化較溫和，其質量分數僅減少10%左右，并且生成一種新物質(未鑒定出)；EGCG染色液經加熱處理后，EGCG減少了近24%，但GCG增加2.33倍，說明EGCG在此條件下易轉化生成GCG。

酯型兒茶素共存時會產生一定的協同作用，等量GCG、EGCG和ECG共存時，各組分間存在一定相互作用，質量分數基本保持不變；但任意2種同存時，互作效應就很明顯。在GCG與EGCG并存時，含量都在減少且降幅相近；EGCG和ECG并存，協同作用更為明顯，二者含量均減少近半；GCG和ECG并存，協同作用較為明顯，二者減少近60%，并且產生少量EGCG；多種比例不等的兒茶素共存時，各組分質量分數都在減少，尤其是GCG、EGCG和ECG等酯型兒茶素，且降幅均在60%以上。由此可見，3種酯型兒茶素的熱穩定性存在明顯差異。單一成分存在時，GCG的轉化率最低，ECG的最高近40%；2種及以上成分共存時，協同效應較強，它們的轉化率相近。

表3 主要兒茶素在染液加熱處理后的保留率

注：①T2加熱后產生的未知物。

表4 兒茶素染液在熱處理前后的色澤變化

2.3 蠶絲對染液中酯型兒茶素的吸附作用

蠶絲能吸附染液中的酯型兒茶素，蠶絲染色殘液中的主要兒茶素保留率見表5。單一兒茶素上染蠶絲時，ECG、GCG、EGCG均具有較高的吸附率(均大于85%)，且吸附率ECG>GCG>EGCG，由于這3種兒茶素極性大小為ECG

表5 蠶絲染色殘液中的主要兒茶素保留率

2.4 酯型兒茶素上染蠶絲的著色效果

染色蠶絲的色度見表6?？梢钥闯觯篍GCG和GCG的著色效果比ECG好，色度b值也較高；相同比例混合染液中EGCG與GCG轉化上染蠶絲的L值比白色蠶絲低了13.5%，b值是白色蠶絲的31.5倍；不同比例混合染液(TP)的著色能力最強，上染蠶絲的色度a與b值分別是ECG的1.4倍和4.6倍。這可能與染液中兒茶素的保留率有關，即兒茶素組分的保留率較高，著色效果較差。

表6 染色蠶絲的色度

3 結 論

1)EGCG、GCG和ECG等酯型兒茶素染液受熱時，其組成及含量都會發生變化，生成微量的呈色物質，但在本文研究條件下仍不能鑒別。

2)EGCG、GCG染液熱變時，新產物會使溶液色澤變紅，但二者的轉化率不及ECG高。多種酯型兒茶素共存時，EGCG與GCG協同效應較為明顯。

3)蠶絲對酯型兒茶素的吸附具有一定的選擇性，吸附率最大的是ECG，最小的是EGCG，但著色效果較好的是EGCG和GCG。

FZXB

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Heat stability of estercatechins and their dyeing effects on silk

GUO Li1,2， DAI Weidong1,2， ZHU Yin1,2， ZHANG Yue1,2， LIN Zhi1,2

(1.TeaResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Hangzhou,Zhejiang310008,China; 2.KeyLaboratoryofTeaPlantBiologyandResourcesUtilization,MinistryofAgriculture,Hangzhou,Zhejiang310008,China)

In order to illustrate the oxidation and polymerization of estercatechins and their effects on the coloring performance of silk, the heat stability of EGCG, GCG and EGCG was analyzed by UPLC-Q-TOF/MS. The results showed that when estercatechins were heated, their conversion rates were different. Moreover, the conversion rate of ECG was the highest and GCG was the lowest when one component existed. However, when two or more components coexist, their synergistic effects between GCG and ECG were stronger and their conversion rates were similar. The dyeing effects of EGCG, GCG and ECG in silk were also analyzed. It is found that the catechin absorption rate of silk was ECG>GCG>EGCG when dyeing at the same proportion, and the catechin absorpted rate of silk was nearer. Besides, it was proved that the coloring strength of EGCG and GCG were stronger when dyeing with different proportions. Through comparing, ECG was more suitable to be used as plant dyeing agent because its heat stability would not affect the adsorption rate, and its coloring degree was lower.

estercatechins; heat stability; silk; dye

10.13475/j.fzxb.20150601904

2015-06-06

2016-05-23

國家茶葉產業技術體系專項基金項目(CARS-23)；中國農業科學院科技創新工程項目(CAAS-ASTIP-2014-TRICAAS)；浙江省科技計劃項目(2013C32098)

郭麗(1981—)，女，助理研究員，碩士。研究方向為茶葉加工、茶葉化學與茶葉新產品研發。林智，通信作者，E-mail：linz@tricaas.com。

TS 193.6； TS 272.2

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