茶黄素—咖啡碱互作机理概述

李双

作为六大茶类之一的红茶（black tea），以“汤红、叶红”而聞名，而其特征性物质一茶黄素和茶红素更是有着优越的抗氧化作用，在以追求绿色和健康为主题的时代潮流里，红茶饮料的发展正方兴未艾。目前红茶饮料的加工主要存在着三方面的问题：一是汤色会产生褐变；二是香气损失；三是溶液产生浑浊沉淀。特别是浑浊沉淀的问题，红茶饮料极易出现“冷后浑”的现象，是制约红茶饮料发展的一个重要因素。冷后浑（又称茶乳酪，tea cream）是指茶汤在冷却后由澄清变为浑浊的现象。而茶黄素一咖啡碱的相互作用是又是产生红茶冷后浑的主要影响因素，本文就茶黄素与咖啡碱的相互作用进行综合阐述，为解决红茶饮料冷后浑的问题提供理论基础。

茶黄素和咖啡碱的特性

茶黄素（theaflavins，TFs）是多酚类化合物的氧化物，总共包括12个组分，其中茶黄素（theaflavin，TF）、茶黄素-3-没食子酸酯（theaflavin-3-gallate，TF-3-G）、茶黄素-3-没食子酸酯、（theaflavin-3-gallate，TF-3-G）、茶黄素-3，3-双没食子酸酯（theaflavin-3，3-gallate，TFDG）是红茶中4种最主要的茶黄素。茶黄素因其具有抗氧化、抗肿瘤、抗癌防癌、降血脂、调节免疫、抗心脑血管疾病等多种功效，具有良好的应用价值和开发前景，已成为国内外研究的热点。红茶中茶黄素类的含量一般为0.5%-2.0%，它对红茶品质起着决定性的作用，是红茶汤色“亮”的主要成分，也是汤味强度和鲜爽度的重要成分。

咖啡碱（Caffeine）是茶叶生物碱中的一种，其含量约占茶叶总量的2%-4%，是由一个嘧啶环和一个咪唑环缩合而成的杂环体系。咖啡碱具有无臭，有苦味的特点，且失去结晶水后变成白色粉末，当温度高于100℃以上时易高温升。适量地饮用含咖啡碱的饮料具有助消化、利尿、促进机体代谢等保健功效。咖啡碱是茶叶中重要的呈味物质，可与茶黄素相互作用形成具有鲜爽味的复合物，但同时也是导致茶饮料混浊沉淀的重要原因。

茶黄素-咖啡碱的互作机制

红茶饮料在存放的过程当中会变得浑浊甚至沉淀，其中一个很重要的原因就是茶黄素与咖啡碱的相互作用。一直以来，科研工作者们致力于解决红茶饮料沉淀的问题，有关茶黄素和咖啡碱相互作用的机理已基本明确：咖啡碱分子中含有较多的N原子，每个N原子具有一对孤对电子，可以吸引茶黄素分子中的羟基氢，二者互作产生氢键，生成络合缔合物。当茶汤或茶饮料温度较高时，茶黄素、咖啡碱各自呈游离态存在，而当温度降低后，茶黄素分子中的酚羟基和咖啡碱分子中的酮氨基以氢键结合而形成络合物，使茶汤变浑，这是红茶产生“冷后浑”现象的本质。

茶黄素-咖啡碱互作的影响因素

茶黄素和咖啡碱的相互作用与二者的质量浓度有关。茶汤浓度越高，参与“冷后浑”形成的茶黄素和咖啡碱浓度也较高。研究认为，咖啡碱质量浓度与茶乳酪的生成量成正比例关系，且茶黄素含量在0.4%以上时，才有明显的“冷后浑”现象出现；Liang Y研究发现，在红茶发酵初期的3h内，随时间的延长，茶汤沉淀量增加，而发酵3h后的茶汤“冷后浑”生成量减少，其原因可能是茶汤中的茶黄素含量有所下降。由于在茶黄素和咖啡碱质量浓度较低时，二者分子间的距离较大，只能通过1-2个氢键互作形成简单的缔合物，二者不会聚合形成沉淀。当两者质量浓度足够大时，茶黄素分子中多个羟基氢会同时和咖啡碱的多个氮原子结合成键，同样咖啡碱的多个氮原子也可同时与茶黄素的多个羟基结合，使缔合分子不断扩大，从而聚合成庞大的络合物。由于大多数羟基和氮原子消耗在缔合成键的过程当中，导致这些成键基团的水合程度大大降低，聚合物的疏水性增大，从而导致其形成浑浊沉淀。