酯型儿茶素的热稳定性及其上染蚕丝效果

郭 丽， 戴伟东， 朱 荫， 张 悦， 林 智

(1. 中国农业科学院 茶叶研究所， 浙江 杭州 310008；2. 农业部茶树生物学与资源利用重点实验室， 浙江 杭州 310008)

酯型儿茶素的热稳定性及其上染蚕丝效果

郭 丽1,2， 戴伟东1,2， 朱 荫1,2， 张 悦1,2， 林 智1，2

(1. 中国农业科学院 茶叶研究所， 浙江 杭州 310008；2. 农业部茶树生物学与资源利用重点实验室， 浙江 杭州 310008)

为阐明酯型儿茶素的氧化聚合作用及其对蚕丝染色效果的影响，采用超高效液相色谱串联四极杆-飞行时间质谱分析了表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)和表儿茶素没食子酸酯(ECG)等儿茶素染液的热稳定性。结果表明：儿茶素受热不稳定，转化程度也有差异；单一成分时，ECG的转化率最高，GCG的最低；多种成分共存时，GCG和ECG的协同效应较强，转化率相近。研究EGCG、GCG和ECG在蚕丝上的着色效果发现：EGCG、GCG和ECG等比例染色时，蚕丝对酯型儿茶素的吸附率为ECG>GCG>EGCG；不同比例混染时，蚕丝对酯型儿茶素的吸附率相近，EGCG与GCG的着色能力较ECG强。可见ECG的热稳定性不会影响蚕丝的吸附率，且其着色程度较浅，因而更适于用作植物染色剂。

酯型儿茶素； 热稳定性； 蚕丝； 染色

儿茶素是茶叶的主要成分之一，具有抗氧化、抑菌、抗病毒、抗癌等多种生理活性和保健功效，广泛应用在医药、食品、日化等领域。在纺织染色方面，儿茶素因其纯天然、抑菌、抗紫外线等优点[1-2]，近年来越来越受到消费者的喜爱。儿茶素类化合物是2-苯基苯并吡喃的衍生物，可分为酯型儿茶素(如表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)和表儿茶素没食子酸酯(ECG)等)和非酯型儿茶素(如儿茶素C、表儿茶素EC、表没食子儿茶素(EGC)等)。由于儿茶素含有多个酚羟基[3]，其在酸性、高温、高湿等环境条件下易发生氧化聚合反应[4-6]，如茶饮料灭菌和面包烤制过程中，儿茶素含量会不断减少[7-8]；另外，蚕丝、棉及锦纶等织物对儿茶素的吸附具有一定的选择性[9]。这些特性是否与儿茶素的结构及其热稳定性有关，目前相关报道较为少见。为此，本文分析了3种主要酯型儿茶素的热稳定性，探讨了其在蚕丝织物上的着色效果，以期为儿茶素在蚕丝染整上的规模化应用提供参考。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

蚕丝织物(幅宽为114 cm，双绉蚕丝)，购自杭州方大丝绸有限公司；表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)和表儿茶素没食子酸酯(ECG)，购自杭州禾田生物技术有限公司；98%茶多酚(TP)，购自浙江东方茶业科技有限公司；甲醇、甲酸和乙腈(HPLC级)，购自Tedia公司。

Xevo G2-S超高效液相色谱串联四极杆-飞行时间质谱(UPLC Q-TOF/MS，沃特世科技有限公司)，BEH C18色谱柱(100 mm×2.1 mm，1.7 μm，沃特世科技有限公司)，Centrifuge 5810 R离心机(艾本德中国有限公司)，DK-S26电热恒温水浴锅(上海精宏实验设备有限公司)，CM-700d色差计(柯尼卡美能达投资有限公司)等。

1.2 实验方法

1.2.1 儿茶素的热稳定性测试

配制质量浓度为2 mg/mL的单一组分染液(EGCG溶液、GCG溶液和ECG溶液)和混合液EGCG与GCG(质量浓度均为1 mg/mL，下同)，GCG和ECG，EGCG和ECG，EGCG，GCG和ECG以及TP(2 mg/mL)的混合液，依次记作T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8。将上述染液在90 ℃下加热1.5 h，观察染液色泽的变化，并测定染液加热前后的儿茶素含量变化。每次实验重复进行3次取其均值，下同。

1.2.2 蚕丝的儿茶素染色

取0.5 g蚕丝织物在90 ℃下染色1.5 h，其中染液按1∶20浴比配制，染料浓度同1.2.1小节。染色结束后，布样自然晾干，测定染色残液中的儿茶素含量。以白色蚕丝为对照。

1.2.3 儿茶素的测定方法

采用UPLC Q-TOF/MS对儿茶素进行定性与相对定量分析。取适量的儿茶素染液及其染色残液，稀释50倍，离心10 min(温度为8 ℃，转速为5 000 r/min)，上清液过0.22 μm针筒式过滤器后进样分析。液相分离采用BEH C18色谱柱(100 nm×2.1 mm，1.7 μm)，流动相A和B分别是体积分数为0.1%的甲酸/水溶液和纯乙腈，洗脱梯度为：0 min，2% B；9 min，30% B；10.5 min，50% B；15 min，75% B；19 min，98% B；22 min，98% B；22.1 min，2%B；26 min，2% B。流速设定为0.35 mL/min，进样体积为4 μL。质谱分析采用UPLC Q-TOF/MS进行扫描，毛细管电压为3 kV(正离子模式)，离子源温度为120 ℃，锥孔气体流量与脱溶剂气体流量分别为50、600 L/h，LockSpray质量数校正参比离子为556.277 1。

1.2.4 织物色度的测定

蚕丝的色度L值、a值和b值采用色差仪测定(D65光源，10°观察角)。

1.2.5 儿茶素的保留率测定

采用UPLC-Q-TOF/MS法测定染液加热前后儿茶素组分的变化。儿茶素的保留率Ci按下式计算：

式中：Ai为染液加热后儿茶素组分的质量分数；A0为染液加热前儿茶素组分的质量分数。

式中：B0为残液中儿茶素组分的质量分数。

2 结果分析

2.1 儿茶素的定性定量分析

首先对儿茶素标准品和98%茶多酚中的主要成分进行分析，结果如表1所示。可以看出，表没食子儿茶素(EGC)、儿茶素(C)和表儿茶素(EC)等简单儿茶素的出峰时间分别是3.29、3.63、4.49min，对应的质荷比分别是329.064 0、291.086 7和291.085 8。EGCG、GCG和ECG等酯型儿茶素的出峰时间分别是4.52、4.78、5.92min，对应的质荷比分别是459.092 9、459.095 0、443.096 9(见表1)。儿茶素单标的纯度均在98%以上，可以满足实验的需要。TP混合物中GCG、EGCG、ECG、EGC、EC、C等质量分数分别为3.6%，61.7%，10.1%，14.7%，8.0%，1.2%(见表2)。

表1 儿茶素UPLC Q-FOF/MS分析的 保留时间与质荷比Tab.1 Retention time and mass-to-charge ratioof catechins analyzed by UPLC Q-FOF/MS

表2 主要儿茶素构成及质量分数

注：“/”表示未检出，下同。

2.2 染液中酯型儿茶素的热稳定性

EGCG、GCG和ECG染色液经加热处理后，其组分构成未发生变化，但主要成分含量明显降低。ECG染色液的热变化最强烈，主成分ECG减少了39%，但溶液色泽始终为微红色，其他染色液处理后均转为浅红色(见表3、4)；GCG染色液的热变化较温和，其质量分数仅减少10%左右，并且生成一种新物质(未鉴定出)；EGCG染色液经加热处理后，EGCG减少了近24%，但GCG增加2.33倍，说明EGCG在此条件下易转化生成GCG。

酯型儿茶素共存时会产生一定的协同作用，等量GCG、EGCG和ECG共存时，各组分间存在一定相互作用，质量分数基本保持不变；但任意2种同存时，互作效应就很明显。在GCG与EGCG并存时，含量都在减少且降幅相近；EGCG和ECG并存，协同作用更为明显，二者含量均减少近半；GCG和ECG并存，协同作用较为明显，二者减少近60%，并且产生少量EGCG；多种比例不等的儿茶素共存时，各组分质量分数都在减少，尤其是GCG、EGCG和ECG等酯型儿茶素，且降幅均在60%以上。由此可见，3种酯型儿茶素的热稳定性存在明显差异。单一成分存在时，GCG的转化率最低，ECG的最高近40%；2种及以上成分共存时，协同效应较强，它们的转化率相近。

表3 主要儿茶素在染液加热处理后的保留率

注：①T2加热后产生的未知物。

表4 儿茶素染液在热处理前后的色泽变化

2.3 蚕丝对染液中酯型儿茶素的吸附作用

蚕丝能吸附染液中的酯型儿茶素，蚕丝染色残液中的主要儿茶素保留率见表5。单一儿茶素上染蚕丝时，ECG、GCG、EGCG均具有较高的吸附率(均大于85%)，且吸附率ECG>GCG>EGCG，由于这3种儿茶素极性大小为ECG

表5 蚕丝染色残液中的主要儿茶素保留率

2.4 酯型儿茶素上染蚕丝的着色效果

染色蚕丝的色度见表6。可以看出：EGCG和GCG的着色效果比ECG好，色度b值也较高；相同比例混合染液中EGCG与GCG转化上染蚕丝的L值比白色蚕丝低了13.5%，b值是白色蚕丝的31.5倍；不同比例混合染液(TP)的着色能力最强，上染蚕丝的色度a与b值分别是ECG的1.4倍和4.6倍。这可能与染液中儿茶素的保留率有关，即儿茶素组分的保留率较高，着色效果较差。

表6 染色蚕丝的色度

3 结 论

1)EGCG、GCG和ECG等酯型儿茶素染液受热时，其组成及含量都会发生变化，生成微量的呈色物质，但在本文研究条件下仍不能鉴别。

2)EGCG、GCG染液热变时，新产物会使溶液色泽变红，但二者的转化率不及ECG高。多种酯型儿茶素共存时，EGCG与GCG协同效应较为明显。

3)蚕丝对酯型儿茶素的吸附具有一定的选择性，吸附率最大的是ECG，最小的是EGCG，但着色效果较好的是EGCG和GCG。

FZXB

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Heat stability of estercatechins and their dyeing effects on silk

GUO Li1,2， DAI Weidong1,2， ZHU Yin1,2， ZHANG Yue1,2， LIN Zhi1,2

(1.TeaResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Hangzhou,Zhejiang310008,China; 2.KeyLaboratoryofTeaPlantBiologyandResourcesUtilization,MinistryofAgriculture,Hangzhou,Zhejiang310008,China)

In order to illustrate the oxidation and polymerization of estercatechins and their effects on the coloring performance of silk, the heat stability of EGCG, GCG and EGCG was analyzed by UPLC-Q-TOF/MS. The results showed that when estercatechins were heated, their conversion rates were different. Moreover, the conversion rate of ECG was the highest and GCG was the lowest when one component existed. However, when two or more components coexist, their synergistic effects between GCG and ECG were stronger and their conversion rates were similar. The dyeing effects of EGCG, GCG and ECG in silk were also analyzed. It is found that the catechin absorption rate of silk was ECG>GCG>EGCG when dyeing at the same proportion, and the catechin absorpted rate of silk was nearer. Besides, it was proved that the coloring strength of EGCG and GCG were stronger when dyeing with different proportions. Through comparing, ECG was more suitable to be used as plant dyeing agent because its heat stability would not affect the adsorption rate, and its coloring degree was lower.

estercatechins; heat stability; silk; dye

10.13475/j.fzxb.20150601904

2015-06-06

2016-05-23

国家茶叶产业技术体系专项基金项目(CARS-23)；中国农业科学院科技创新工程项目(CAAS-ASTIP-2014-TRICAAS)；浙江省科技计划项目(2013C32098)

郭丽(1981—)，女，助理研究员，硕士。研究方向为茶叶加工、茶叶化学与茶叶新产品研发。林智，通信作者，E-mail：linz@tricaas.com。

TS 193.6； TS 272.2

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