沖泡條件對湘西黃金茶生物活性成分及其抗氧化活性的影響

陳 亮 余 佶 游湘淘 金旋鷺 丁家云 麻成金 姚茂君

(1. 吉首大學林產化工工程湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000；2. 吉首大學茶葉科學研究所，湖南 吉首 416000)

綠茶具有緩解動脈粥樣硬化、預防癌癥、抗炎抑菌、抗衰老等[1-4]功效，其抗氧化能力是體現其功效的重要指標[5]。目前，普遍認為的功效因子有茶多酚、氨基酸、黃酮等生物活性成分，可有效清除自由基，抑制活性氧的形成[6]，從而對涉及氧化應激的病理起作用。在綠茶沖泡過程中，抗氧化物質通過沖泡浸出而進入茶湯，從而起抗氧化作用，而抗氧化物質因組成、含量的不同，表現出的抗氧化性能也不同。Dra?enka等[7]發現綠茶中總酚類物質的浸出量與沖泡溫度呈正相關，且茶湯的抗氧化能力與總酚類物質的浸出量直接相關。Pérez-Burillo等[8]發現白茶多酚類物質的浸出量隨沖泡時間和水溫的增加而增加，茶湯清除自由基的能力呈線性增長，且在水溫98 ℃，沖泡時間7 min時，茶湯的感官品質及清除自由基的能力較好。以上研究主要集中在不同沖泡條件對茶湯中滋味成分浸出量、感官品質及抗氧化性能的影響，尚未見對綠茶(如黃金茶)中生物活性成分浸出規律及抗氧化性能的研究報道。

湘西黃金茶起源于湘西自治州保靖縣葫蘆鎮黃金村，是湖南省優良的地方群體品種，也是湘西古老、特異、珍稀的地方茶樹品種資源[9]。湘西黃金茶以其高氨基酸含量(高達7.47%)[10]的特點，受國內外廣大茶葉愛好者的青睞。試驗擬以湘西黃金茶為研究對象，考察不同沖泡溫度、時間下茶多酚、游離氨基酸的浸出量，并建立浸出動力學模型；采用ABTS法、DPPH法測定茶湯體外抗氧化性能，并探討不同沖泡溫度、時間對其抗氧化性能的影響。旨在深入了解湘西黃金茶的營養價值，為湘西黃金茶深加工產品的開發提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

湘西黃金茶：湘西自治州保靖縣葫蘆鎮黃金村提供；

茶多酚標準品：江蘇永健醫藥科技有限公司；

L-谷氨酸標準品：合肥博美生物科技有限責任公司；

1,1-二苯基-2-三硝基(DPPH)、2,2′-聯氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)：阿拉丁試劑有限公司；

碳酸鈉、Folin-酚試劑、沒食子酸、無水乙醇、茚三酮等：分析純。

1.1.2 儀器與設備

紫外可見—分光光度計：UV-2450型，日本島津公司；

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101T型，上海力辰邦西儀器科技有限公司；

電子天平：FA224型，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；

數字恒溫水浴鍋：HH-2型，常州智博瑞儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 茶湯的制備 準確稱取黃金茶8 g，迅速加入到1 600 mL 蒸餾水中，水溫分別為60，70，80，90 ℃，以一定轉速攪拌并保持恒溫。分別在1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，40，50，60 min 時用無菌注射器吸取一定量的茶湯，經0.45 μm有機微孔濾膜過濾，迅速放入4 ℃保存。

1.2.2 茶多酚含量的測定 采用何健等[11]方法并稍作修改。以沒食子酸為標準品，分別配置10，20，30，40，50 μg/mL 沒食子酸標準溶液，繪制標準曲線(y=3.761x+0.006 5，R2=0.997 5)。取1 mL茶湯樣品加入5.0 mL體積分數 10% Folin-酚試劑，搖勻，反應10 min，加入4.0 mL質量分數7.5%碳酸鈉溶液，用蒸餾水定容至刻度，搖勻，于30 ℃水浴恒溫1 h，避光冷卻10 min，測定765 nm處吸光值，以沒食子酸當量GAE表示(mg GAE/mL)。

1.2.3 游離氨基酸含量的測定 采用Yin等[12]方法并稍作修改。以谷氨酸為標準品，分別配置40，60，80，100，120 μg/mL的谷氨酸標準溶液，繪制標準曲線(y=2.394 2x-0.097 9，R2=0.997 1)。吸取茶湯樣品1 mL，分別加入磷酸鹽緩沖液(0.05 mol/L，pH 8.0)，質量分數 2%茚三酮溶液0.5 mL，沸水浴15 min，冷卻至室溫，蒸餾水定容至25 mL，避光反應10 min，測定570 nm處吸光值，以谷氨酸當量GLU表示(mg GLU/mL)。

1.2.4 黃金茶中生物活性成分浸出動力學模型 茶湯中茶多酚、游離氨基酸等生物活性成分在沖泡過程中為典型的固-液相擴散傳質過程，滿足二階動力學方程[13]，如式(1)所示。

(1)

式中：

k——二階浸出速率常數，mL/(mg·min)；

CT——t時刻茶湯中生物活性成分的濃度，mg/mL；

C∞——茶湯中生物活性成分的飽和濃度，mg/mL。

將式(1)線性變換并積分，代入邊界條件t=0～t，Ct=0～C，得：

(2)

將式(2)線性變換得：

(3)

由式(3)可知，二階浸出速率常數k由t/C、Ct、C∞決定，以t/C—t作回歸直線圖，由該直線的斜率與截距可求得飽和濃度C∞和二階速率常數k。

根據Arrhenius方程可知，浸出速率常數k與溫度T間的關系如式(4)所示。

(4)

式中：

A——前因子， mL/(mg·min)；

R——摩爾氣體常量，8.314 5 J/(mol·K)；

T——熱力學溫度，K；

Ea——活化能，J/mol。

根據Arrhenius方程，以lnk—1/T作圖可得Ea與A。

1.2.5 DPPH清除率的測定 參考郭虹雯等[14]方法并稍作修改。取0.1 mL茶湯樣品與無水乙醇稀釋后的DPPH 溶液3.9 mL混合均勻，室溫靜置30 min，測定517 nm 處吸光值。繪制沒食子酸工作液標準曲線(y=1 070.8x+16.304，R2=0.992 2)，樣品的DPPH清除率用沒食子酸當量GAE表示(mg GAE/mL)。

1.3 數據分析

各試驗處理均設3次重復。采用Excel 2016、SPSS 20.0對數據進行統計學分析，并用One-way ANOVA進行多重比較分析，利用Origin 8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 沖泡條件對茶湯中茶多酚含量的影響

由圖1可知，同一沖泡時間下，茶多酚濃度隨沖泡溫度的升高逐漸增加，浸出速率也逐漸增大，0～1 min，60～90 ℃水溫下，茶多酚的浸出速率分別為0.029 3，0.035 2，0.059 2，0.084 7 mg GAE/(mL·min)；同一沖泡溫度下，黃金茶茶湯中茶多酚濃度與沖泡時間呈正相關，浸出速率與沖泡時間呈負相關。當水溫為90 ℃時，沖泡30 min后茶多酚濃度趨于穩定，30～60 min內茶多酚濃度無明顯變化，約為0.330 1 mg GAE/mL。一般來說，沖泡水溫的升高、時間的延長，有利于茶多酚的浸出，但隨著水溫不斷升高、沖泡時間不斷延長，茶葉細胞破裂物質浸出的同時，茶多酚的氧化聚合反應也很劇烈，使茶多酚的浸出速率呈先增加后減小趨勢[16]。

圖1 沖泡溫度與時間對茶湯中茶多酚的影響

Figure 1 Effect of the brewing temperature and time on tea polyphenols from Xiangxi golden tea

方差分析結果(表1)顯示，沖泡時間與水溫對茶多酚浸出量的影響均極顯著(P<0.01)，依次為沖泡溫度>沖泡時間。

表1 茶多酚浸出量方差分析Table 1 Variance analysis of theamount of tea polyphenols

2.2 沖泡條件對茶湯中氨基酸含量的影響

由圖2可知，游離氨基酸的浸出趨勢與茶多酚類似。同一沖泡溫度下，一定時間內，茶湯中游離氨基酸濃度隨沖泡時間的延長而逐漸增加，浸出速率逐漸減小，沖泡水溫為90 ℃時，0～1 min游離氨基酸浸出速率達0.092 1 mg GLU/(mL·min)，4～5 min游離氨基酸浸出速率為0.021 8 mg GLU/(mL·min)，25～30 min游離氨基酸浸出速率為0.001 4 mg GLU/(mL·min)，30 min 后游離氨基酸濃度趨于穩定，30～60 min游離氨基酸浸出速率僅為0.000 7 mg GLU/(mL·min)。同一沖泡時間下，游離氨基酸濃度隨沖泡溫度的升高而增大，且溫度越高，氨基酸浸出速率越大。60～90 ℃水溫沖泡，0～1 min游離氨基酸浸出速率分別為0.092 1，0.060 5，0.048 9，0.041 8 mg GLU/(mL·min)。根據相似相溶原理，游離氨基酸易溶于水，隨沖泡溫度的升高，分子運動越活躍，越有利于游離氨基酸與水形成氫鍵，促使游離氨基酸浸出。

圖2 沖泡溫度與時間對茶湯中氨基酸的影響Figure 2 Effect of the brewing temperature and time on amino acid from Xiangxi golden tea

方差分析結果(表2)顯示，沖泡溫度與時間對茶湯中游離氨基酸浸出量的影響均極顯著(P<0.01)，依次為沖泡時間>沖泡溫度。

表2 游離氨基酸浸出量方差分析Table 2 Variance analysis of the amount of free amino acid

2.3 茶湯中抗氧化物質浸出動力學模型

由圖3可知，不同沖泡溫度下，沖泡時間與茶多酚、游離氨基酸濃度的比值(t/Ct)隨沖泡時間(t)的增大基本呈直線上升趨勢。各擬合曲線的相關系數均>0.99，線性關系良好，說明黃金茶茶湯中茶多酚、游離氨基酸的浸出滿足二階動力學方程，具體動力學參數見表3。

圖3 不同沖泡溫度下茶湯生物活性成分濃度與沖泡時間的線性關系

Figure 3 Linearized plots of tea bioactive compounds concentrations on different brewing temperatures to time

表3 茶湯中生物活性成分浸出動力學參數Table 3 Kinetic parameters for the extraction of chemical constituents from tea infusion

由表3可知，茶湯中茶多酚、游離氨基酸的飽和濃度(C∞)、二階釋放速率常數(k值)隨沖泡溫度的升高而增大。升高溫度，生物活性成分溶解度增加，從而導致物質浸出率增大[17]。

2.4 沖泡條件對茶湯抗氧化性能的影響

由圖5可知，茶湯中DPPH、ABTS清除率在0～10 min 內隨沖泡時間的延長與水溫的增加而不斷增加，沖泡10 min時，茶湯中DPPH、ABTS清除率隨沖泡時間的延長緩慢增加并逐漸趨于穩定，此時不同沖泡溫度(60，70，80，90 ℃)茶湯的DPPH清除率分別為0.037 9，0.054 8，0.061 2，0.067 1 mg GAE/mL，ABTS清除率分別為0.103 3，0.123 2，0.142 2，0.151 4 mg GAE/mL。

圖4 溫度與浸出速率常數的關系Figure 4 Relationship between temperature and the dissolution rate constant

圖5 沖泡溫度與時間對黃金茶茶湯抗氧化性能的影響Figure 5 Effects of brewing temperature and time on antioxidant properties of tea infusion

沖泡溫度的升高、時間的延長，使茶多酚濃度逐漸增加，浸出速率也逐漸增大，從而導致茶湯的抗氧化活性逐漸增大[19]。但水溫過高、沖泡時間過長，會出現多酚氧化現象，致使茶多酚浸出速率下降，對DPPH、ABTS清除速率下降。此外，茶湯的抗氧化能力還受VC、黃酮類化合物、游離氨基酸、茶多糖等生物活性成分的影響[20]。

3 結論

試驗探究了沖泡條件對湘西黃金茶茶多酚、游離氨基酸浸出規律及對其抗氧化性能的影響。結果表明，黃金茶茶湯中茶多酚、游離氨基酸濃度與沖泡時間及水溫均顯著相關(P<0.01)，茶湯DPPH、ABTS清除率隨沖泡溫度的增加而增加，30 min后趨于穩定。沖泡黃金茶茶湯中茶多酚、游離氨基酸的浸出滿足二階動力學方程，且溫度與浸出速率常數k有良好的線性關系，游離氨基酸在茶湯中的浸出速率大于茶多酚。后續需進一步探討不同沖泡條件對生物活性成分的浸出規律與黃金茶感官品質、抗氧化能力之間的關系，闡明茶葉中生物活性成分的浸出規律，為黃金茶深加工產品開發、消費者科學飲茶提供理論參考。