茶樹紫芽花青素研究進展

向 奕，劉林峰，劉 安，肖文軍

（湖南農業大學 茶學教育部重點實驗室，湖南省植物功能成分利用協同創新中心，湖南 長沙 410128）

茶樹紫芽花青素研究進展

向 奕，劉林峰，劉 安，肖文軍*

（湖南農業大學 茶學教育部重點實驗室，湖南省植物功能成分利用協同創新中心，湖南 長沙 410128）

花青素作為一種天然色素與抗氧化劑，在食品、醫療、保健等領域有著廣闊的開發利用前景。茶樹紫芽作為一種高花青素含量的特異性茶樹資源，其創新利用研究逐漸深入，特色紫芽茶樹品種的選育和高花青素茶葉產品的開發利用越來越受人們的關注。本文綜述了茶樹紫芽花青素的結構性質、代謝途徑、提取工藝和功能作用等，以期為茶葉紫芽花青素的開發利用提供參考。

茶葉；紫芽；花青素

Key words：Tea, Purple Bud, Anthocyanin

花青素（Anthocyanin），又叫花色素，含有酸性和堿性基團，屬于酚類化合物中的類黃酮物質，以水溶性天然色素的形式廣泛存在于各種植物中。常見的花青素主要有6種，即天竺葵色素、矢車菊色素、飛燕草色素、牽?；ㄉ?、芍藥色素以及錦葵色素[1-2]。在自然條件下，游離的花青素極少見，常常和單個或者多個葡萄糖、鼠李糖以及半乳糖等物質結合形成糖苷鍵從而生成花色苷[3-4]。

茶樹紫芽作為一種高花青素含量的特異性茶樹資源，具有極高的開發利用價值。本文對茶葉紫芽花青素的研究進展進行綜述，以期為茶葉紫芽花青素的開發利用提供參考。

1 結構性質

茶樹紫芽作為特異性茶樹資源，在地方茶樹有性品種中占有很大的比例。中國代表性品種主要有云南省農科院茶葉研究所選育的“紫娟”、浙江省選育的“苔香紫”、福建的“紅芽佛手”等。在春季普通群體品種中，30%左右的芽葉呈現紅紫色，在夏季則有88.7%呈現不同程度的紅紫色，茶樹上的紅紫色芽葉較純綠色芽葉含有較多的茶多酚、兒茶素和黃酮類化合物，其中花青素含量高是它呈紅紫色的主要原因[5]。

常見的花青素主要有 6 種，即天竺葵色素、矢車菊色素、飛燕草色素、牽牛花色素、芍藥色素以及錦葵色素。茶葉中含有的花青素主要為飛燕草素、矢車菊素和天竺葵素；其中飛燕草素為紫色，矢車菊素為紫紅色，天竺葵素為紅色。另外茶葉中還有花白素及由兒茶素聚合形成的原花色素，酸性條件下這兩類物質可以部分轉化為花青素。花青素類物質的顏色隨pH的變化而變化，在酸性條件下呈紅色，中性或者弱堿性的條件下呈紫色，強堿性條件下呈藍色。茶葉細胞液呈弱酸性，當茶葉的花青素含量較高時，茶葉呈現紅色、紫色、紫紅色[6]。

2 代謝途徑

花青素代謝途徑是植物花青素積累與器官著色的基礎。茶葉中花青素的代謝途徑屬于植物次生代謝途徑中的類黃酮途徑。類黃酮途徑，包括查爾酮、黃酮醇、花青素、兒茶素的合成。茶葉中花青素代謝途徑如圖1所示。茶樹花青素合成途徑中的部分結構基因已經基本得到分離與克隆，其編碼的酶的功能也已得到詮釋[7-10]。其中，苯丙氨酸脫氨酶（PAL）是聯系初生代謝與次生代謝的關鍵酶；查爾酮合成酶（CHS）與查爾酮異構酶（CHI）是黃酮類物質C環閉合形成（C6-C3-C6）結構的決定性酶；F3H、F3’H、F3’5’H這三種酶，能夠分別催化黃烷酮C環的3位、B環的3’和5’位的羥基形成，從而生成3種二氫黃酮醇 ；二氫黃酮醇在DFR（二氫黃銅醇還原酶）、ANS（花青素合成酶）酶的進一步催化還原作用下，生成茶葉中主要的3種花青素；其中無色花青素還原酶（LAR）能夠促使無色飛燕草素形成兒茶素，花青素還原酶（ANR）能夠促使飛燕草素形成表兒茶素[11-13]。

圖1 茶葉花青素生物合成途徑Fig.1 The anthocyanin biosynthetic pathway in tea

花青素的合成主要受到結構基因與調控基因的控制，結構基因控制花青素合成途徑中各種生物酶的合成，調控基因調控結構基因的時空表達。相比于茶樹結構基因的研究，相關調節基因的研究較少。陳林波等[14]利用cDNAAFLP技術研究了特異茶樹品種“紫娟”幼嫩葉片和成熟葉片的基因表達差異。在幼嫩葉片中獲得26個上調片段，成熟葉片中獲得33個上調片段，所獲得的片段包括轉錄因子、代謝相關蛋白、信號蛋白等，并指出這些基因可能參與了茶樹葉色的調控。王弘雪等[15]利用RACE技術，克隆了茶樹中的3個MYB轉錄因子，分別命名為CsMYB4-5、CsMYB4-6和CsMYB4-7，并把相關基因轉化到擬南芥突變體做異源植物驗證，結果發現在轉化的擬南芥中發現花青素得到大量的積累。趙磊[16]從茶樹基因組中篩選出73條R2R3-MYB基因、49條bHLH基因和134條WD40基因。把篩選出的基因與擬南芥相關基因一起構建進化樹，進化樹結構顯示，R2R3-MYB5-1、R2R3-MYB5-2可能參與原花青素合成，R2R3-MYB7-1可能參與調控黃酮醇合成；bHLH2-1、bHLH2-2、bHLH24-1、bHLH24-2、bHLH24-3、bHLH24-4和bHLH24-5蛋白可能參與調控類黃酮合成途徑；CsWD40-1可能參與調控類黃酮的合成。馬春雷[17]通過基因芯片雜交和文庫篩選得到2個可能與花青素合成相關的MYB轉錄因子，分別命名為CsMYB1和CsMYB2，在GenBANK的登錄號分別為HQ660373和HQ660374。

3 提取工藝

茶樹紫芽花青素的提取方法主要包括微波萃取、水浴加熱萃取、超聲波輔助萃取等。研究的重點主要集中在酸與醇的濃度、提取時間、提取溫度、料液比、提取次數等提取參數的優化上。王秋霜[18]等采用超聲波輔助酸性乙醇提取法，提取分離茶葉中的花青素物質并通過單因素和正交分析法確定最佳的提取條件。研究結果表明，乙醇濃度為80%、酸濃度為0.6%、料液比1∶25、提取3次，可以獲得含量較高的花青素，提取率為378.25 mg/100g；李璐[19]等以酸性甲醇為提取溶劑，利用響應面分析法對紫鵑花青素提取工藝進行優化，紫鵑花青素提取的最佳工藝參數為：提取時間60.6 min，提取溫度30.5℃，料液比1∶41，在此工藝條件下花青素的提取率為5.091 mg/mL。

4 功能作用

紫芽茶葉的生理功能主要與其高花青素含量有關，花青素作為一種強自由基清除劑，具有抗氧化、降血糖、抗炎、降壓等多種保健功能。陳瓊等[20]通過構建小鼠炎癥模型，證明茶樹紫色芽葉提取物具有顯著的抗炎作用；費旭元等[21]以98%茶多酚為對照，發現花青素比98%茶多酚具有更強的抗氧化能力及清除自由基的能力。云南省藥物研究所進行動物降壓實驗表明，“紫鵑”茶的降壓能力優于云南大葉種群體綠茶，其降壓幅度與持續時間都有顯著的提高。Rashid K等在花青素喂養的小鼠腦組織中檢測到花青素的代謝產物，發現肯尼亞紫芽茶中的花青素具有穿透血腦屏障及增強大腦抗氧化能力的作用。隨著紫芽茶的研究不斷深入，高花青素含量紫芽茶產品的開發利用不斷增加，其獨特的品質和優異的保健功能越來越得到人們的關注。

5 環境對茶樹紫芽花青素形成的影響

茶樹花青素的合成受多種環境因素刺激，光照是影響花青素形成的主要原因。光質和光強均能影響茶樹芽葉花青素代謝途徑中關鍵酶基因的表達。光照強度增加，茶樹花青素代謝途徑中關鍵酶基因的表達增強，花青素積累量增加，這也是夏季茶樹出現紫化顯現較多的原因。不同光質對茶樹花青素積累的影響不同，紫外光是誘導植物花青素積累的最有效質成分，對于花青素關鍵酶基因CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、ANR的表達均起著正調控的作用。藍光、紅光對于關鍵酶基因的表達調控模式不同，CHS、F3H、DFR是藍紫光誘導茶樹紫芽芽葉花青素合成的關鍵酶基因，而ANS是受紅橙光調控的關鍵酶基因，CHI、ANR對于兩種光的調控響應不敏感[22]。

不同顏色膜覆蓋條件下，花青素的積累表現為黃色＞透明＞對照＞藍色＞紅色＞黑色[23]。適當低溫處理促進花青素合成關鍵酶基因的表達，有利于茶樹芽葉中花青素的積累，溫度過低或者過高都會抑制茶樹花青素合成關鍵酶基因的表達，降低茶樹芽葉花青素的合成量。花青素的形成是茶樹抗逆生理的表現之一，低溫、高溫、強光照、干旱等不利于茶樹正常生長的條件均能誘導花青素的形成。

6 展望

花青素作為植物次生代謝的產物，參與多數生物學進程且在應對生物及非生物脅迫下具有積極意義?；ㄇ嗨刈鳛橐环N天然色素與抗氧化劑，在食品、醫療、保健等領域都有著廣闊的開發利用前景。隨著花青素的醫學保健功能逐漸被闡明，紫芽茶樹資源的創新利用研究也逐漸深入，特色紫芽茶樹品種的選育和高花青素茶葉產品的開發利用越來越受人們的關注。

近年來，隨著生物技術的發展，對植物花青素代謝途徑有了更深入的了解，從多種植物中克隆了參與花青素合成相關的結構基因和調控基因，但花青素的合成代謝是個復雜的調控網絡，當前的研究還不足以揭示花青素代謝的全貌。目前主要是對少數模式植物的研究較為深入，而在果實、蔬菜、薯類、茶葉等經濟作物中，只是對花青素合成相關酶進行了分離和功能鑒定，對相應的結構基因研究較多，調控基因研究比較欠缺。需要借助轉基因技術、第二代測序技術、基因組學和蛋白質組學等新技術，進一步鑒定花青素合成相關基因及其調控因子。在花青素合成代謝研究中尚有許多有待解決的問題，比如花青素的修飾、轉運和積累過程，合成途徑中各種轉錄因子的功能及其相互作用機制，植物體內花青素的降解途徑等。

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Research Progress of Purple Bud Tea Anthocyanin

XIANG Yi，LIU Lin-Feng，LIU An，XIAO Wen-jun*

（Key Lab of Tea Science, Hunan Co-Innovation Center for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Hunan Agriculture Unicersity, Changsha 410128, China）

Anthocyanin as a natural pigment and antioxidants, has a broad development and utilization prospects in food, medical treatment, health care and other fields. Tea Purple bud as a specific tea resources have high content of anthocyanin, its innovative use of research gradually in-depth, varieties of characteristics purple tea breeding and tea products of high anthocyanin development and utilization get more and more attention by the people. In this paper, anthocyanin were reviewed from the aspects of structure, function, extraction technology, metabolic pathway and so on, so as to provide reference for the development and utilization of purple bud tea anthocyanin.

S571.1

A

1009-525X（2017）01-11-14

2017-02-10

2017-02-16

向奕（1993-），男，湖南吉首人，在讀碩士研究生，研究方向：茶葉生物化學。

*通訊作者：肖文軍（1969-），男，湖南城步人，教授，主要從事植物功能成分的分離純化工程研究。Email:xiaowenjun88@sina.com