茶葉功能成分利用“十三五”進展及“十四五”發展方向

劉仲華 張盛 劉昌偉 周方 歐陽建 曾鴻哲

摘要：“十三五”期間，我國茶葉功能成分提制技術特別是終端產品開發獲得了長足的發展，在規模、層次、效益上都得到明顯提升。文章簡要闡述了近年來現代分離純化技術在茶葉功能成分開發中的應用成果，以及茶的功能性終端產品開發的多元化、專一化、精細化發展現狀，并提出了茶葉功能成分利用的未來發展趨勢及建議，以期為我國茶葉深加工研究與產業發展提供參考。

關鍵詞：茶葉深加工;功能成分利用;提制技術;終端產品;十三五;發展;十四五;展望

Tea Functional Ingredients Utilization Progress

during the 13th Five-Year Plan Period and

Development Direction in the 14th Five-Year Plan

LIU Zhonghua， ZHANG Sheng， LIU Changwei， ZHOU Fang， OUYANG Jian， ZENG Hongzhe

Hu' nan Agricultural University， Changsha 410128， China

Abstract： During the "13th Five-Year Plan" period in China， the tea functional ingredients extraction technology，

especially the development of the finished product， has made great progress in scale， level and benefit. This paper

briefly expounded the modern separation and purification technology in recent years in the application of tea functional

ingredients development， and the present situation of diversification， specification and intensification development of

finished products using tea functional ingredients， and proposed the development trend and suggestions of utilization of

tea functional ingredients in the future， in order to provide references for the tea comprehensive processing research

and industrial development in our country.

Keywords：? tea comprehensive processing， utilization of functional ingredients， extraction and? preparation technology，

finished products， the 13th Five-Year Plan， progress， the 14th Five-Year Plan， development direction

“十三五”期間，我國茶葉功能成分利用技術水平與產業規模均實現了質的飛躍。兒茶素、茶氨酸、茶黃素等生物活性物質在延緩衰老、調節代謝和提高免疫重點功效領域的創新發現與成果應用，使得以茶葉功能成分利用為主體的健康產品開發快速升溫。逆流提取技術、膜技術、大孔吸附樹脂、吸附色譜法、模擬移動床色譜法等現代提取分離純化新技術日趨成熟，并和酶工程、發酵工程技術集成創新融入到茶葉功能成分提制加工產業中。兒茶素開發從普通規格發展到高純脫咖啡堿兒茶素、特殊比例兒茶素、無酯兒茶素、兒茶素單體（EGCG、ECG、EGC、EC）一系列產品，茶氨酸、茶黃素、茶多糖等成分的富集提制純化技術也不斷完善，形成了技術引領的我國茶葉提取物國際市場絕對主導地位。茶葉功能成分利用深入延伸擴展至茶飲料、食品、天然藥物、個人護理品、植物農藥、動物保健品等終端產品體系，其應用技術研究突破與新產品開發也成為全球茶葉深加工行業的持續關注重點。

一、我國茶葉功能成分利用

“十三五”研究進展

1. 茶葉功能成分提制技術進展

（1）浸提技術

超聲、微波輔助提取與逆流動態提取技術相結合，仍然是目前最適用于茶葉提取物規模化工業生產的浸提方式，實現了相對低溫條件下高效、快速提取茶葉有效成分，可有效確保提取效率和品質。與此同時，酶解提取、超臨界CO2提取等新技術也得到了不斷的研究與應用。

（2）過濾與濃縮技術

超濾膜、納濾膜、無機陶瓷膜等先進膜過濾技術已經全面應用于茶提取液生產過濾中。濃縮技術從常規真空濃縮、冷凍濃縮向膜濃縮發展，膜濃縮（包括反滲透濃縮、超濾濃縮和納濾濃縮）運行溫度低，能有效保護熱敏性物質，可提高產品的冷溶性，有效保留茶葉香氣物質，降低重金屬、農藥殘留、小分子有機酸、無機鹽等富集效應。近年來，低能耗的機械式蒸汽再壓縮技術（Mechanical vapor recompression，MVR）與膜濃縮結合是茶葉提取物規模化生產中較理想的濃縮技術組合。

（3）分離純化技術

茶葉提取物分離純化技術一直是茶葉深加工的研究重點和熱點。大孔吸附樹脂柱色譜技術的工業化應用，是茶葉功能成分提制技術的又一次革命，該技術實現了只采用純水和酒精為提取與分離溶劑，膜分離與大孔樹脂分離純化相結合的茶多酚/兒茶素綠色高效提取分離純化技術體系，滿足了國際市場對茶葉提取物質量安全的日益嚴苛要求。超臨界CO2和亞臨界提取技術、反滲透膜濃縮和低負壓蒸發技術減少了濃縮過程中茶多酚的氧化與兒茶素的熱異構化;木質纖維樹脂、殼聚糖樹脂、竹葉纖維等新型分離介質成功應用于柱層析分離。吸附樹脂分離、膜分離技術與酶工程組合，構建了綠色高效的兒茶素分離純化技術體系，并研發出脫咖啡堿高純兒茶素、高酯化兒茶素、低苦澀味兒茶素等新產品。采用凝膠色譜、中低壓制備色譜和高速逆流色譜技術分離制備兒茶素單體時分離產能過低，模擬移動床色譜、大容量三柱串聯型高速逆流色譜儀（由多根色譜柱或類似色譜柱的固定床層串聯）的應用，實現了混合物的連續進樣和分離，制備效率顯著提高。EGCG、EGC、ECG和EC等兒茶素單體的制備技術由克級向噸級的工業化規模跨越。

（4）干燥技術

茶葉提取物工業化生產中采用的干燥方法主要有噴霧干燥和冷凍干燥2種。此外，還有真空低溫連續干燥技術、微波真空干燥技術、高壓電場干燥技術等，但產業化中應用不多。噴霧干燥法具有干燥效率高、生產量大，產品外形美觀、顆粒均勻、流動性好的特點，適用于常規茶葉提取物產品的加工;冷凍干燥運行成本相對較高，但產品的含量、色澤和冷溶性等品質較好，適合于EGCG等熱敏性高含量單體物質的干燥。

2. 茶葉功能成分提取分離純化進展

（1）兒茶素類及其單體

“十三五”期間，兒茶素綠色高效提制產業化技術在2個方面實現了重大突破。

①創立了茶多酚、兒茶素的綠色安全高效提取分離純化技術體系。劉仲華團隊率先利用大孔樹脂的選擇性實現茶葉兒茶素混合物的工業化分離純化，創建了生產制備高純兒茶素（兒茶素總量≥90%，咖啡堿≤0.5%）的成熟工藝，只采用水和食用酒精作為溶劑高效分離純化兒茶素組分并綠色安全脫除咖啡堿，解決了傳統工藝中乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷等溶劑殘留問題，大大提高兒茶素制品的安全性。該工藝典型代表了全球茶葉功能成分提制技術清潔化生產的主要發展趨勢。同時，通過膜技術的應用特別是納米膜的分子篩效應，有效調控茶葉提取物中各種功能成分的組成比例，研發各種特殊規格的茶葉提取物產品。

②創新了兒茶素單體分離純化技術。劉仲華團隊綜合采用酶工程技術與柱色譜在線監測技術，突破了兒茶素單體高效分離制備技術瓶頸，使兒茶素單體（EGCG、ECG、EGC、EC）制備由實驗室的克級水平完全實現了當前的工業化和規模化。該技術支撐我國兒茶素單體年生產能力達到100 t以上，催生了國際上以兒茶素單體作為活性藥用成分（API）的天然藥物、膳食補充劑、保健食品和天然化妝品的不斷面世。該成果對促進我國茶葉深加工領域學術應用創新研究，提升茶葉提取物國際商業市場份額，以及增強產業競爭優勢均具有明顯的戰略意義。

“十三五”期間，湖南農業大學茶學研究團隊針對紅茶、黑茶與烏龍茶等發酵茶類的兒茶素衍生產物也進行了較深入的研究，但由于該系列物質化學結構復雜多樣、分離純化難度大、分析檢測體系不穩定，導致相關研究成果的產業化進展相對緩慢。此外，通過篩選富含甲基化EGCG的茶樹資源，進而提取分離純化甲基化EGCG，也即將取得重要突破。

（2）茶氨酸

現階段天然茶氨酸提取制備技術主要有2種，其中生物酶法合成茶氨酸技術研究在近5年取得了明顯的進展。

①直接提取茶氨酸。通過離子交換樹脂法，從茶葉水提液經乙酸乙酯萃取茶多酚后的水層中分離純化茶氨酸，仍然是最為直接有效的生產途徑。但是，底物茶氨酸含量低，存在大量其他難以去除的組分（如咖啡堿、茶多糖等）[1]，導致了該工藝在生產中出現物料上樣量低、茶氨酸回收率低、成本高等問題，且難以純化得到高含量茶氨酸。研究人員正廣泛篩選不同的大孔型離子交換樹脂類型，通過調節上樣的pH值，以及改變洗脫濃度等方法來增加茶氨酸的提取效率[2]。另一方面，研究人員也嘗試采用超聲波振蕩或水浴加熱直接浸提茶葉中的茶氨酸，然后采用膜分離濃縮技術，即將茶葉濾液通過復合管式超濾膜和反滲透膜獲得濃縮液，最后通過大孔吸附樹脂進行吸附處理得到茶氨酸提取物[3-6]。

②生物酶法合成茶氨酸。先后利用茶葉、枯草芽孢桿菌與硝基還原假單孢菌等不同微生物或者混合微生物的不同酶類進行茶氨酸生物合成研究，在茶氨酸合成酶、γ-谷氨酰甲胺合成酶、谷氨酰胺酶和γ-谷氨酰轉肽酶等4種酶類的生物合成中取得了新進展[7-9]。上述提到的細菌酶都被證實具有較高的催化L-茶氨酸合成的活性，但是這些酶的微生物來源有限，且利用生物酶合成茶氨酸的原料（谷氨酸/谷氨酰胺鹽和ATP）價格昂貴[10]。此外，現階段能夠被表征的用于合成L-茶氨酸的微生物酶的高分辨三維結構尚未解析，限制了它們作為L-茶氨酸合成途徑中酶的特異性研究[11]。為了解決這一問題，應進一步發展和使用先進的工具，如Crispr/Cas9基因整合、組學技術以及機器學習來構建新的菌株，從而實現工業級L-茶氨酸的生物合成。通過Crispr/Cas9技術在大腸桿菌染色體上雙拷貝Methylovorus mays的γ-谷氨酰甲基酰胺合成酶基因gmas，獲得了1株遺傳穩定的用于L-茶氨酸生產的重組菌株，從而提高L-茶氨酸的產量[12]。此外，還有研究表明，通過基因工程對L-茶氨酸生物合成的轉錄和翻譯水平上進行調控，能夠提高L-茶氨酸的產量[13]。

（3）茶黃素

茶黃素是紅茶中的“黃金分子”，具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤等優異的生物活性[14-16]，直接從紅茶中分離純化和體外酶促氧化法是制備茶黃素的2種主要途徑，但由于紅茶中茶黃素含量不高（0.5%～2.0%）[17]，采用紅茶提制茶黃素的成本高昂，難以實現產業化以滿足國際健康產品市場需求。“十三五”期間，通過兒茶素的酶促氧化制備茶黃素的相關技術日益成熟，徹底扭轉了以紅茶為原料提制茶黃素成本高昂的局面，使得茶黃素成為繼茶多酚（兒茶素）、茶氨酸之后最具應用潛力的茶葉功能成分。

現階段酶法合成茶黃素的研究主要集中在酶源篩選方面的探究。研究表明，茶鮮葉、梨等外源植物酶以及微生物酶等作為酶源均能有效催化茶黃素合成[18-20]，蘑菇酪氨酸酶催化EC和EGC氧化合成茶黃素效果最佳[21]。在含有4種兒茶素的體系中，底物消耗順序為EC>EGCG>EGC>ECG。因此，分批添加不同的兒茶素能夠使兒茶素快速均勻消耗，精準、高效地合成更多的茶黃素[22]。此外，消除反應過程中產生的H2O2可增強茶黃素合成的效率[23]。與此同時，使用鞣酸酶和果膠酶水解40%茶黃素并結合柱層析、結晶等技術可得到含量為96%的茶黃素單體[24]。

大部分天然酶的酶活力不穩定且不可重復利用，使用成本高昂。固定化酶作為一種新型酶源，其酶活力強且穩定，可重復利用，是催化合成茶黃素的理想酶源[25]。Zeng等[26]從9種物種克隆多酚氧化酶（PPO）基因，在大腸桿菌中表達并固定得到固定化PPO，這些酶均能催化茶多酚合成茶黃素。后續研究中，利用轉基因技術將控制多酚氧化酶的基因整合到微生物中，利用微生物生產酶再經固定化處理，此類酶在催化合成茶黃素的研究上將大有可為。

（4）茶多糖

茶多糖最經典和最常用的提取方法是水提醇沉法，該方法目前已被廣泛應用于食品和醫療保健品領域中的茶多糖制備[27]。近年來，各種茶多糖輔助提取方法，如微波、超聲波、酶輔助浸提、超臨界流體萃取等也被應用于茶多糖的提取;常見的純化技術有先用Sevag法等除蛋白、雙氧水法和活性炭等脫色、透析法除無機鹽和小分子化合物等，然后用柱層析法、金屬鹽沉淀法、季銨鹽沉淀法等提純[28]。對水提法、超聲輔助提取、微波輔助提取和酶解法提取工藝比較發現，4種工藝所提取粗茶多糖的單糖種類一樣，其中酶解法的總糖含量最高，蛋白質含量最低[29]。近年來的純化水初級浸泡、隔水提取、高能微波預處理和磨球機械輔助提取及多種提取工藝相結合的應用進一步提高了茶葉破壁效率和保護了茶多糖結構，顯著提高了茶多糖的提取效率[30-33]。采用茶葉預處理、提取濃縮、醇沉、脫色除雜、柱層析、色譜純化和濃縮干燥等方法能同時制備出高純度茶多糖、茶氨酸和咖啡堿，大幅度提高原料利用率和降低生產成本，生產工藝綠色環保[34]。茶多糖的分離純化與結構一直是研究的難點，近年來采用DEAE Sepharose Fast Flow陰離子凝膠柱對含硒多糖進行洗脫分離得到6個不同組分，其糖醛酸含量都很高且都為典型的酸性多糖[35]。采用離子DEAE-Sepharose快速流動凝膠柱分離純化出了Se-TPS1、Se-TPS2和Se-TPS3等3種多糖組分，其中Se-TPS1和Se-TPS2的分子量分別為1.1×105 Da和2.4×105 Da，Se-TPS3是具有分子量為9.2×105 Da和2.5×105 Da的2個峰的多糖聚合物[36]。采用DEAE-52 纖維素和Sephadex-100葡聚糖凝膠對粗茶多糖2次分級純化得到主要多糖組分TPS-1A和TPS-4C，兩者純度較高，分子量分別為15 792 Da和21 722 Da[37]。茶多糖結構復雜，其溶液行為、空間構象、結構特征與生物活性之間的關系需要進一步研究。

（5）咖啡堿

從茶葉中分離是獲取咖啡堿的有效來源之一，高純度天然咖啡堿的開發由于受到法規許可和成本問題的限制，產業化的意義不大。但是，以茶多酚萃取后的水層為原料，采用膜技術分離制備溶解性好、透明度高的富含咖啡堿的茶葉提取物（咖啡堿<20%），具有良好的經濟效益和市場需求，是目前功能飲料開發的熱門資源。

（6）茶皂素

傳統的茶皂素提取方法主要有水提法、醇提法以及輔助提取法等[28]。近年來，重結晶法[38]、萃取法[39]、生物純化法[40]、沉淀法[41]、吸附分離法[42-44]的應用，有效提高了茶皂素的分離純度、分離效率和產品安全性。

3. 茶葉功能成分終端產品開發進展

（1）茶休閑食品與功能食品

為順應大健康時代人們的需求，各品牌先后研發出茶味零食、茶味糕點、茶味蜜餞等茶休閑食品;茶功能食品領域，以茶多酚為主要成分，添加一定比例的茶葉功效成分或茶提取物開發出的保健食品或膳食補充劑，成為近年來國內茶葉深加工領域終端茶食品發展的熱點和重點。

大連民族大學胡文忠等開發出一種添加山茶油、茯茶粉與普洱茶粉，具有減肥降脂功能的全麥黑茶面包[45]，在滿足人體健康基本需求的同時具有顯著減脂作用，糖尿病患者亦可食用。杭州國茶健康產業有限公司與浙江大學聯合研發出一種添加茶葉提取物的木糖醇含茶制品“茶爽”[46]，3顆即可達到傳統沖泡15～20 g茶葉、反復沖泡3次對人體的保健效果，改變傳統飲茶局限性，利于有效成分吸收，日常食用可提神醒腦，清新口氣，同時通過抗氧化等方式達到預防疾病的目的。

近年來，人們飲食結構改變，高尿酸血癥發病率逐年升高且有年輕化的趨勢，如何防治高尿酸血癥已成為全球關注的重要健康課題。湖南農業大學茶學團隊通過對黑茶、荷葉、青錢柳等的復配及其降尿酸功能研究，開發了具有降尿酸、清熱解毒的功效風味黑茶飲品[47]。該黑茶飲品通過添加花香紅茶、檸檬片及昆侖雪菊等增進了風味和香氣;通過添加羅漢果提取物、甜菊糖提取物等植物源甜味劑，也滿足了大眾對低糖、低熱量茶飲料產品的追求。

上述方便化、時尚化、功能化且茶特色鮮明的高倍增值終端產品的開發，不僅充分利用了茶葉中的營養成分，同時充分發揮了中低檔茶葉所含功能成分的價值，解決中低檔茶葉銷售問題，有利于茶產業鏈的循環拓展，為廣大公眾提供了高品質、多元化的健康產品。

（2）茶化妝品與個人護理品

茶葉功能成分在化妝品和護膚品中的應用極為廣泛。中國農業科學院茶葉研究所[48]采用新型自乳化技術，明確較佳兒茶素自乳化體系溶劑配比，獲得兒茶素自乳化關鍵工藝技術參數，為茶多酚應用于日化用品提供了技術支撐。湘豐茶業集團以湖南農業大學 “一種含茶氨酸白茶面膜及其制備方法”[49]和“古樹茶黑茶潤膚水及其制備方法”[50]專利成果為基礎，開發出綠茶、黑茶、高茶氨酸系列保濕增白茶葉面膜，向肌膚緊急輸送必要的養分，幫助肌膚進行深透滋養，修復肌膚損傷，還原肌膚健康狀態。湖南華萊健生物科技有限公司以選取金花黑茶提取物，搭配積雪草等其他護膚成分，研發推出黑茶精粹修護乳、黑茶植萃瑩潤精華液等護膚品，打造水潤靚麗肌膚。廣西中港高科國寶金花茶產業有限公司利用小分子團水高效萃取、膜工程分子截留等現代生物工程技術提取分離金花茶花與葉提取物，制備出富含多酚、黃酮等抗炎抗氧化成分的沐浴露[51]和洗發液[52]。茶護膚品和護理品的研發，大幅提高茶制品附加值，推動茶葉深加工產業的高層次發展。

（3）茶酒制品

茶與酒作為中國傳統飲料，融合二者所長、具有中國特色的茶酒作為創新產品，受到我國酒業各大著名品牌的關注。茗釀茶酒采用瀘州老窖獨特的固態發酵工藝[53]，以現代高科技生物萃取技術[54]，形成“入口柔、茶味香、咽吞順”的風味品質以及“易醒不易醉，身上無酒臭”的獨特之處。熊貓精釀推出黑茶金色艾爾啤酒，選用安化黑茶與啤酒花結合，創制出完全不同于酒花的特殊花香，帶給消費者獨特的口感與健康享受。

（4）茶的動物健康產品

茶葉功能成分應用于飼料添加劑是目前畜禽養殖業的熱點問題。安徽農業大學茶學團隊等將膨化處理后的綠茶茶渣與均質處理后的乳化脂肪漿混合干燥后得到的茶飼料，富含茶多酚等活性物質，具有提高養殖動物免疫力、促進消化、刺激生長、降低產品膽固醇和改善肉質等優勢[55]。南昌師范學院李金等添加茶多酚、茶多糖配比而成的茶多酚雞飼料綠色添加劑，不但可以提高雞蛋的抗氧化能力，還能改善雞肉肉質，極大提高了蛋雞的經濟效益[56]。

（5）茶的生活用品

茶葉富含的茶多酚、茶氨酸、茶皂素、茶多糖等功能成分，具有較強的抗氧化、抗過敏、抗細菌、增強機體免疫力等效果，可綜合利用于各類生活用品開發。湖南華萊生物科技有限公司[57]開發添加茶多酚的黑茶牙膏，在富含茶香，清新口氣的同時具有抑制致齲細菌生長和黏附、緩解牙齒過敏的效果;含15%～30%黑茶提取物的黑茶長效保濕潤膚水[58]具有保濕、抗氧化、抗炎、抑菌、舒緩敏感肌膚等功效。茶皂素過去常作為表面活性劑[59-60]，但近年來的研究表明茶皂素還可以用于解酒飲料[61-62]、減少土壤重金屬污染[63]以及茶園防病蟲危害[64-65]等方面。中國科學院青島生物能源與過程研究所王建勛等開發含8%～10%茶皂素的嬰兒用茶皂素洗潔精具有成分天然無刺激，清潔、抑菌效果良好，食品級，綠色環保等優勢[66]。廣東省農業科學院茶葉研究所孫世利等證實L-茶氨酸通過調控TNF-α/NF-κB信號通路，抑制NF-κB介導的炎癥反應，以及iNOS、IL-6等炎癥因子表達，從而緩解由一次大量飲酒所引起的酒精性肝損傷，同時具有來源天然、對人體無副作用等優勢，可用于醫藥、保健品的產品開發[67]。

二、我國茶葉功能成分利用

“十四五”發展方向

我國茶葉功能成分提制產業優勢明顯，由我國茶企生產供應的茶葉提取物占據了全球80%以上供應量。但是與國際同行比較，我國茶葉深加工行業仍然存在科技創新能力不足、產品結構比重分布不合理、高附加值終端產品比例偏低等問題，茶葉資源價值的最大化還有巨大的市場空間。

1. 新技術的集成創新應用是茶葉功能成分提制產業高質量發展的重中之重

“十四五”期間，茶葉功能成分提制產業必須由傳統分離純化技術向綠色節能環保技術集成，綠色提制工藝（綠色提取溶劑、安全分離介質等）、高效節能裝備、高效分離技術、多成分綜合高效提制技術、茶提取物的農藥殘留高效去除技術將成為提制技術的研發重點。生物技術等其他高新技術應用到茶葉功能成分提制產業之中也是不可或缺的，將其與傳統工藝技術緊密結合起來，充分實現原料的優質化、加工成本的低廉化、產品的多樣化發展。在茶資源利用層面，充分利用我國所掌握的各類發酵茶資源，研究確定與特有發酵茶工藝相關的核心功能酶與微生物，并通過原料篩選拼配及創新制茶發酵工藝技術（外源酶促、菌酶結合、液態發酵等），調控促進目標兒茶素氧化聚合產物的高倍富集，為后續聚酯兒茶素、茶色素、茶原花青素等特色功能成分的分離純化、生物活性研究及產業化高效制備奠定良好的物質基礎。這些對于推動我國特色發酵茶類在全球范圍內的功效認知、增強品質核心競爭力，擴大出口份額都具有非常重要的意義。

2. 由茶葉提取物向大健康產業的健康產品開發轉移是我國茶葉深加工產業發展的必然趨勢

通過茶與健康的最新研究成果進一步明確茶葉功能成分的作用機制，解決茶葉深加工產品的功能精準定位、產品科學組方、劑量與劑型等問題，并經過結構修飾、狀態轉化、配伍平衡等處理，解決茶葉深加工產品的低水平重復與同質化，開發系列高附加值功能性終端產品。同時，通過跨學科、跨領域的技術協同攻關，進一步引導推動茶及功能成分在畜禽健康制品、紡織印染、空氣凈化等跨界領域的創新開發利用，擴大相關市場空間，引領國際國內市場茶葉深加工產品的發展趨勢。

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