茶多糖的組成結構提取生理活性及其應用研究

李邦玉，張 麗

（蘇州市職業大學，江蘇蘇州 215104）

自古以來，茶葉與人們的生活息息相關，是世界三大飲料之一，也是我國的傳統飲品。茶葉中含有多種有益人體的活性物質，如茶多酚、茶氨酸、咖啡堿、茶皂素、茶色素、維生素、茶多糖等。其中，茶多糖（Tea Polysaccharides，TPS） 是一類具有生理活性的復合植物多糖,又叫茶活性多糖,它不同于茶葉中的纖維素、半纖維素、淀粉等實質性多糖，是一種酸性糖蛋白，并結合大量礦物質。茶多糖作為一種重要生物功能活性大分子，受到國內外茶葉研究者的廣泛研究[1-4]。簡要介紹茶多糖的化學組成結構及其表征方法、分離提純其理化生理活性、應用及產品開發等。

1 茶多糖的組成結構表征及指紋圖譜研究

茶多糖的性質由其化學組成和結構決定。茶多糖的組成復雜，屬于雜多糖復合物，由糖類、蛋白質、果膠和灰分等物質組成。楊軍國等人[5]歸納了不同茶葉中單糖的組成不一樣，茶多糖配位了許多稀有元素La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，以及多種蛋白和氨基酸。

不同茶葉中茶多糖的單糖組分[5]見表1。

表1 不同茶葉中茶多糖的單糖組分

茶多糖的化學結構分為初級結構（一級結構）和高級結構（二、三、四級結構）[6-7]。茶多糖的一級結構包括主鏈結構（糖殘基組成、糖基排列順序及鏈接方式、異頭碳構型等）和支鏈結構（有無分支及分支類型、位置、長短等）。二級結構指多糖骨架鏈間通過氫鍵所形成的規則構象（多糖主鏈的構象，即糖苷鍵旋轉形成的二面角大小）。三級結構是指多糖鏈一級結構的重復順序。四級結構是指多聚鏈間非共價鍵結合形成的聚集體。通常，初級結構的研究主要側重于利用黏度法、色譜法、光譜法和質譜法等測定其分子量，水解法、色譜法等測定單糖組成及比例，紅外光譜法、核磁共振法等確定糖環形式，甲基化、氧化法、降解法、核磁共振法等確定糖鏈接順序及鏈接位點、取代官能團，水解法、光譜法、核磁法等區別α、β構型，化學反應法、質譜法等獲取糖鏈——肽鏈接信息。相比較而言，多糖的高級結構更復雜，其研究方法和手段主要包括利用X-射線衍射法（XRD）得到分子高級結構的立體構型，圓二色譜（CD）解析多糖鏈的三維螺旋結構，掃描電子顯微鏡（SEM） 觀察多糖表面的微小形態特征，原子力顯微鏡（AFM）獲得多糖聚集體表面形貌結構及粗糙度信息，掃描隧道顯微鏡（STM）觀察多糖分子中單個原子在物質表面的排列狀態和與表面電子行為有關的物化性質，酶聯免疫——糖芯片技術檢測不同來源多糖的相似結構、多糖與蛋白質相互作用信息，分子模擬技術可以計算出合理的多糖復雜分子結構與分子行為。

有報道指出，D-葡聚糖的α和β 2種不同的結晶構象[8]。Wang H等人[9]從綠茶中提取分離出1種水溶性茶多糖（7WA），并通過甲基化、部分水解和核磁等方法初步確定其組成及連接方式。Zhou Peng等人[10]從江西綠茶中分離得到中性多糖TGC，其主要由Rha，Ara，Xyl，Glu，Man和Gal 6種單糖組成，主鏈由Rha，Glu和Gal通過β1→3連接構成，其他支鏈通過β1→2，β1→3和β2→3糖苷鍵連接。

α和β-D-葡聚糖的結晶構象[8]見圖1，一種水溶性茶多糖（7WA） 組成結構示意圖[9]見圖2，一種中性茶多糖TGC組成結構示意圖[10]見圖3。

不同的茶葉品種或不同的提取分離方法，往往會得到不同性質和組成的茶多糖。陳冠等人[11]綜述了多糖指紋圖譜的研究進展，認為多糖的傳統檢測方法存在著許多局限性，運用一種或多種檢測方法，建立多糖的指紋圖譜很必要。而多糖由于其分子量大，一般不具有紫外吸收，因此需要進行酸水解或酶水解柱前衍生化等復雜的前處理，故多糖指紋圖譜的報道較少。Wang Y等人[12]運用光譜法，首先通過HPGPC確定27個茶多糖（TPS）樣品的分子量，然后采用UV和IR對27個茶多糖樣品進行指紋圖譜分析。1～22批樣品于波長200～250 nm處的UV吸收區清楚地出現了較強的吸收峰，其余5批多糖樣品于200～280 nm處沒有明顯的吸收峰。因此，通過紫外光譜指紋圖譜的差異可以區分不同的茶多糖樣品。在 3 600～3 200，3 000～2 800，2 500～2 200，1 800～1 000和800～500 cm-1紅外吸收區域，茶多糖具有特征吸收峰，其中有5批樣品在1 800～1 000 cm-1和800～500 cm-1范圍的特征吸收與其余22批不同。

蔡劍雄[13]以定位酶切技術（糖苷酶）對6種粗多糖（人工高硒多糖、人工低硒多糖、人工空白多糖、天然富硒多糖、鄧村綠茶多糖、茶樹花多糖） 進行特征水解，采用凝膠色譜法，探索建立一種專一性強、選擇性高的茶多糖化學指紋圖譜新方法。對比酶解前后結果發現，酶解GPC特征指紋圖譜能很好地指向多糖的分子量分布，分子量主要分布在20萬左右和200～300萬重均分子量，均存在寡糖片段。不同糖苷酶水解后，不同茶源多糖呈現出不同水解糖片段。

不同茶多糖酶解產物高效凝膠（GPC）特征指紋對比[13]見表 2。

2 茶多糖的提取純化

茶多糖研究和應用的前提是能夠分離純化到足夠純度和質量的純品茶多糖。傳統的提取方法，諸如酸堿法、熱水浸提法等[14]，但提取率低、時間長、污染環境等，難以滿足研究和產業發展的需求，應將具有綠色環保、工藝穩定、提出率高、生物活性強等優點的新型提取純化技術逐步發展起來[15]。①超聲波浸提相較于熱水浸提，可明顯提高茶葉多糖的得率。②微波加熱相較于傳統加熱使得細胞內部溫度迅速上升，其液態水分汽化產生壓力致使細胞膜及細胞壁破裂，可溶性物質快速溶出。③酶法浸提是應用于植物靶標成分有效提取的新技術。目前，用于茶葉多糖提取研究較多的是纖維素酶、胰蛋白酶、水解酶、果膠酶及復合酶。酶相較于超聲波浸提、微波浸提和熱水浸提，酶法浸提茶葉多糖反應條件溫和、浸出率較高。④反膠束技術是一種選擇性高、操作步驟簡單、易于大規模萃取的液－液萃取技術。⑤超臨界流體萃取技術（常用流體溶劑為CO2）具有能耗小、效率高、無污染、條件溫和等優點，缺點是成本較高時間長。⑥膜分離技術可對多糖進行分級和富集，無溶劑污染、能耗低，工藝簡單，適宜工業化生產。⑦吸附樹脂法可較好去除茶多糖中的色素和蛋白質。⑧柱色譜法（柱層析法）多在實驗室用于制備不同純度的茶葉多糖進行其結構及生物學活性的研究。不同方法之間各有利弊，其進一步的相互結合可實現茶多糖更高效的提取純化。

多種方法結合分離提取茶多糖等活性成分[15]見圖4。

3 茶多糖的理化性質

茶多糖易溶解于水，不溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯等有機溶劑。茶多糖熱穩定性差，在高溫下發生氧化、分解。在堿性條件下，茶多糖水溶液變色。在酸性條件下，茶多糖會發生降解。茶多糖可與礦物元素結合，結合不同金屬的茶多糖復合物起著不同的作用[2]。也與蛋白質結合，形成糖-蛋白復合體復合體。Chen Xiaoqiang等人[16]研究發現茶多糖結合蛋白的某些理化性質受到其多糖鏈的保護，穩定性升高。

4 生理功能

茶多糖具有多種生物、藥理活性和保健功效。劉月新等人[17]、楊軍國[5，18]、徐仲溪[19]、史敏等人[20]歸納茶葉多糖的一些生物、藥理及保健活性為如下幾點。①突出的降血糖及防治糖尿病活性。茶葉多糖通過保護胰島β細胞、抑制外源碳水化合物的吸收和調控內源因素（糖代謝酶類和胰島素）等3條路徑來實現降血糖活性的表達。②抗氧化活性。茶葉多糖可顯著提高抗氧化指標、降低過氧化指標、提高機體抗氧化活性，具有良好的延緩衰老作用。③免疫調節與抗腫瘤。茶葉多糖能夠激活淋巴細胞、巨噬細胞和自然殺傷細胞，調節免疫系統。④抗凝血、抗血栓作用。茶葉多糖能顯著改變人體血漿的活化部分凝血活酶時間。⑤茶葉多糖可顯著抑制金黃色葡萄球菌、痤瘡丙酸桿菌、幽門螺桿菌等病原菌引起的血液凝集。⑥抗疲勞作用。⑦可有效抑制血清中瘦素的表達，減少脂肪酸的吸收，抑制體內脂肪的形成及堆積，促進脂肪降解，起到減肥的效果。⑧防輻射。⑨對心血管系統有若干藥理作用如降血壓及減慢心率作用、耐缺氧作用、增加冠狀動脈血流量等。

4.1 茶葉多糖生物學活性表達的復雜性

研究表明，原料、提取方式、干燥方式等因素，皆可影響茶葉多糖對消化酶類及自由基的作用。李娟等人[21]利用小鼠3T3-L1前脂肪細胞對綠茶多糖（GTP）、紅茶多糖（BTP） 和烏龍茶多糖（OTP） 的減肥作用進行評價。結果顯示，3種TPS均能顯著抑制3T3-L1前脂肪細胞的增殖與分化。GTP的減肥作用強于BTP和OTP。石玉濤等人[22]研究迎霜茶多糖（T01-TPS） 和云南大葉種茶多糖（T09-TPS） 對四氧嘧啶致糖尿病小鼠的降血糖作用。結果表明，迎霜茶多糖和云南大葉種茶多糖均能較好地降低糖尿病小鼠血糖水平，表現出一定的量效關系，并能減緩糖尿病小鼠多食、多飲和消瘦癥狀、一定的增強免疫調節能力的作用，迎霜茶多糖效果優于云南大葉種茶多糖。表明品種間茶多糖降血糖活性差異，這可能與不同品種茶多糖的結構差異有關。

楊新河等人[23]通過ABTS，DPPH，FRAP和總還原力等4種體系評價對茯磚茶、青磚茶、六堡茶、康磚茶、普洱茶和千兩茶6種黑茶樣品茶多糖的抗氧化活性。結果表明，6種黑茶樣品茶多糖均具有抗氧化能力，且在4種評價體系中從高到低順序依次為普洱茶＞康磚茶＞六堡茶＞青磚茶＞茯磚茶＞千兩茶。

于闖[24]研究了不同提取工藝對茶多糖的活性的影響，水提法（WE）、酶提法（EE）、微波法（MAE）及超聲波法（UAE） 等4種提取工藝得到的茶多糖有著較為顯著的區別，對ABTS自由基的清除作用強弱依次為WE＞UAE＞MAE＞EE；對超氧陰離子自由基的清除作用強弱依次為WE＞MAE＞UAE＞EE。這與4種提取工藝得到的多糖樣品組成有關，它們都由相同單糖組成，不同的單糖摩爾比例。另外，EE的多糖蛋白質或核酸的含量低，吡喃糖含量較高。

馮麗琴等人[25]研究了茶多糖純品和粗品對DPPH自由基、超氧陰離子自由基和羥基自由基的清除作用，其清除能力與濃度在一定范圍內存在一定的量效關系，純品的抗氧化性比粗品的效果好，在茶多糖樣品質量濃度為2.0 mg/mL時，粗品的清除率為25.22%，純品的清除率為28.75%。

4.2 茶葉多糖的生物學活性優化

分子結構可直接或間接影響茶多糖的生物活性，通過一定的分子修飾適當改變其分子結構，可提高或具備新的生物活性。目前，常見的分子修飾法有硫酸化、脫硫酸化、乙酰化、多糖的降解修飾、硒化等分子修飾法[26]。

梁少茹等人[27-28]系統研究了某綠茶茶多糖化學修飾對抗氧化性能影響。研究發現，乙酰化、硫酸酯化和羧甲基化都可以提高茶多糖的抗氧化活性。清除O2-·的活性順序依次為硫酸酯化＞羧甲基化＞乙酰化，清除NO2-·的活性順序依次為乙酰化＞硫酸酯化＞羧甲基化，清除·OH的活性順序依次為硫酸酯化＞乙酰化＞羧甲基化。修飾基團的取代度增加茶多糖的抗氧化活性也增強。在試驗范圍內，乙酰化、硫酸酯化和羧甲基化取代度增加，消除O2-·，·OH，NO2-·活性都增強，乙酰化取代度增加消除NO2-·尤其顯著，硫酸酯化取代度增加消除O2-·，·OH更好，羧甲基化取代度增加消除O2-·，NO2-·的能力稍勝一籌。

酶法修飾改性是獲取高活性茶多糖的重要手段。蔡劍雄[13]建立了一種基于96孔板體外抗氧化（DPPH）篩選方法，不同酶解后，人工高硒多糖、人工低硒多糖、人工空白多糖、天然富硒多糖、鄧村綠茶多糖、茶樹花多糖等6種茶多糖的活性相差較大。不同產地多糖抗氧化活性不同，茶樹花多糖和鄧村綠茶多糖抗DPPH·活性較好，其次是人工低硒多糖、天然富硒多糖、人工高硒多糖、人工不富硒多糖。同一茶多糖不同糖苷酶修飾改性后，其抗氧化活性不同。不同茶多糖同種酶修飾改性后其抗氧化活性也不盡相同，如鄧村綠茶多糖和葡聚糖酶酶解后多糖活性相當，透明質酸酶、纖維素酶酶解后的活性得到了一定的提高，DPPH·清除能力提高了17.8%，16.9%，淀粉酶和果膠酶酶解后活性沒有得到很好的提升。人工高硒多糖淀粉酶酶解后，多糖抗氧化活性稍有提高，DPPH·清除能力提高了7.3%，茶樹花多糖和葡聚糖酶酶解后多糖活性相當。果膠酶酶解后和纖維素酶酶解后的活性相當，DPPH·清除能力提高了8.2%，6.1%，透明質酸酶和淀粉酶解后活性沒有得到很好的提升。茶多糖及其酶法修飾抗氧化活性均不如維C。對于人工不富硒多糖而言，不同酶酶解后其活性沒有提高反而降低，說明酶解后使得多糖抗氧化活性結構被水解或破壞，導致EC50較大。相比鄧村綠茶和茶樹花多糖，人工高硒和人工低硒多糖抗氧化活性不是很好，說明硒元素在抗氧化活性方面不是其顯著特征。

于闖[24]以DPPH·清除自由基體外活性試驗評估多糖抗氧化能力，研究表明普通茶多糖和幾種富硒茶多糖對DPPH·均有清除效果，經亞硒酸鈉化學修飾后的茶多糖（Cse-TPS1） 清除自由基活性明顯比普通茶多糖（TPS1）強，并且在富硒茶多糖活性試驗中硒元素同多糖存在一定的協同效應。以體外消化酶試驗分析和評估多糖的降血糖能力，結果表明普通茶多糖和幾種富硒茶多糖對α-葡萄糖苷酶活性均有抑制作用，Cse-TPS1的抑制活性也明顯比TPS1強。

陳亮[29]利用2種富硒茶多糖的粗品和精品為原料，分別進行體內外抗腫瘤試驗。結果表明，茶多糖與硒均具有一定的抗腫瘤效果。其中無機硒抗腫瘤效果大于有機硒，普通茶多糖抗腫瘤效果大于它與酵母硒的混合組，天然富硒茶多糖的抗腫瘤效果＞人工富硒茶多糖＞普通茶多糖和酵母硒混合組，并且均呈現劑量依賴性的特點，這一結果也能說明結合態的硒多糖比硒與多糖簡單混合具有更強的抗腫瘤效果。

5 應用開發

基于茶多糖的生物學活性，市場上開發了許多茶多糖類商品。例如，①降糖保健品：茶多糖口服液，復方硒茶茶多糖，茶多糖泡騰片、神葉牌降糖茶、茶多糖膠囊等初級茶多糖保健品；②日用化妝品如茶脂多糖緊致面膜；③畜牧獸醫領域，茶多糖可以作為免疫輔佐劑和免疫增強劑，具有安全、無毒、穩定等優點，也可作為一種活性飼料添加劑添加到飼料中，具有增強動物免疫力、促進動物生長、改善胴體品質的作用[30]；④作為食品添加劑及釀酒輔料，李雷等人[31]對茶葉多糖的食品功能性質進行了研究，發現室溫條件下一級茶多糖（TPSⅠ） 易溶于水，而二級茶多糖（TPSⅡ）較難溶解，加熱時的溶解度都有明顯提高。茶多糖吸油性要好于酪蛋白，其中TPSⅠ要好于TPSⅡ。茶多糖具有一定的起泡性，其中TPSⅠ的起泡性大于TPSⅡ，但都不及蛋清。

6 結語

茶多糖組成成分多、結構復雜、分離純化困難，使得分子組成結構研究相當困難，要使用多種現代分析手段綜合鑒定。不同化學組成的茶多糖生理活性往往各異，針對不同途徑、不同方法、不同茶葉品種甚至不同部位獲得的茶多糖，可以使用到不同產品、不同用途方面，有待充分開發其在藥品、食品保健品等領域的應用。