紫芽叶茶花青素研究进展

谢晓娜，杨郑州，王建晖，2*，徐晓玲

（1.百色学院农业与食品工程学院，广西 百色 533000；2.西南大学食品学院，重庆 400715）

茶树芽叶一般呈黄绿色、绿色、墨绿色等，但也有紫色的芽叶。这是因为茶树叶片中不同色素具有不同呈色效果。如叶绿素呈现绿色，叶黄素、花黄素呈黄色，胡萝卜素呈浅黄或橙黄色，花青素呈红、紫褐色等。茶树芽叶颜色深浅主要与花青素含量高低呈明显正相关性[1]。传统茶叶加工理论认为，使用富含花青素的紫色芽叶制茶品质较差，其制成的绿茶滋味苦涩，汤色浑浊，叶底靛青，制成红茶，汤色和叶底均显乌暗，不能满足绿茶绿汤绿叶和红茶红汤红叶的品质特征。但近年来研究表明，紫芽叶所制成品绿茶、红茶、普洱茶均具有明显区别于其他芽叶的品质特征，并且紫芽叶茶具有很强的抗氧化活性，在清除自由基、降压等方面的具有一定的保健功效[2-3]。在食品、保健品、化妆品以及医药等领域均具有有广泛的应用前景，其巨大的科研价值和经济开发价值受到国内外科研工作者和消费者的青睐，紫芽叶茶树品种的培育以及紫芽叶茶产品的开发成为当下热点。

本文综述茶树中花青素种类、形成影响因素、紫芽叶茶保健功能以及产品开发研究进展，以期为紫芽叶茶的综合利用提供一定参考依据。

1 茶树中花青素的种类及含量

花青素是一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，属类黄酮化合物，目前已知的花青素种类大约有20余种，主要由天竺葵色素及其苷、飞燕草花青素及其苷、芙蓉花青素及其苷和翘摇紫苷元4类组成，花白素及原花色素在酸性条件下也可以部分转化为花青素[4]。茶树紫化芽叶中花青素主要是天竺葵色素、矢车菊色素和飞燕草色素及其糖苷[5]。云南省农业科学院茶叶研究所选育的“紫娟”和四川农业大学选育的“紫嫣”中花青苷类主要为飞燕草-3-O-半乳糖苷、矢车菊素-3-O-半乳糖和苷矢车菊色素、飞燕草色素、天竺葵色素的糖苷等[6-7]。龚加顺等研究表明“紫娟”茶除主要的4类花青素外还有牵牛花色素和锦葵色素[8]。普通茶叶中花青素的含量约占干物重的0.01%，紫芽茶则可高达0.5%～1.0%[9]。云南勐海群体种紫色芽叶中花青素含量是同等级绿色芽叶的5倍～8倍，同等级红紫色芽叶的3倍～5倍[10]，浙江11个红紫芽叶茶树新品种的花青素含量是云大绿色芽叶品种的3.6倍～7.5倍[11]。

2 影响紫芽叶茶花青素产生的原因

影响紫芽叶花青素产生的原因大致可分为两类，其一是普通茶树品种由于光照、温度、水分等外界环境因素致使花青素在茶叶细胞内大量积累而形成[12]。这是茶树抗逆性生理的表现，通常是短期性的。在低温、高温、强光照、干旱、缺素等不利茶树正常生长的条件均能诱导花青素的形成。其二是由于紫芽叶茶树品种经过遗传致使芽叶呈现紫色，这是茶树遗传性的表现，通常是周年性的[13]。

2.1 光照

花青素含量与茶树生长发育的环境关系密切，当光照强时有利于花青素的累积，强紫外光条件下，茶树体内新陈代谢也会促使花青素产生，形成红紫色芽叶[14]。吴华玲等对春、夏、秋三季芽叶色泽深浅比较研究发现在夏季光照最强时芽叶呈深红紫，而在春季光照最弱时芽叶呈浅红紫色，夏茶花青素含量显著高于春茶和秋茶[11]。在春季普通群体品种中，有30%左右的芽叶呈现红紫色，在夏季则有88.7%呈现红紫色，说明红紫芽叶茶树芽叶的色泽及其花青素含量同时受外界环境和遗传因子的控制[15]。

花青素形成也受光质的影响，张泽岑通过黄色、蓝色、红色、黑色、无色等不同色膜覆盖茶树，对茶树花青素积累进行分析，发现不同光质对花青素的积累的影响强弱关系为黄色＞透明＞蓝色＞红色＞黑色[16]。李智发现花青素合成途径中的结构基因的表达量与紫外光的透射比例呈正相关，紫外光能够上调花青素合成途径中相关基因的表达，提高茶树芽叶中花青素的生成量[17]。

2.2 温度

花青素含量与茶树生长发育的环境关系密切，温度也是花青素生物合成的重要因素，昼夜温差大，晴天突变，低温寒冷，使白天同化的糖类因夜间的低温而停滞在叶内，给花青素的形成提供了先质材料[14]。在茶树中，低温可诱导花青素生物合成相关基因的表达，使花青素含量增加；而高温会造成基因表达量下调，降低花青素的积累[17]。温度也影响花青素的稳定性[18]，温度越高花青素的降解速率越快，同时高温可使酶活性降低甚至失活，合成速率减慢[19]。

2.3 水分

干旱是植物生长过程中最主要的非生物胁迫，对植物的生长和发育具有很大影响[20]，很多研究表明在干旱条件下，花青素合成相关的基因的表达水平上调，花青素含量增加，植物的抗旱能力显著提高[21-22]。茶树次生代谢机理认为茶树体内主要是葡萄糖生成花青素。这主要由于糖是花青素合成的触发剂，而茶叶中的花青素多以糖苷的形式存在[23]，因而干旱时糖的运输和转化受影响使糖类物质流转受阻，被滞留在叶内，诱导花青素合成。春季嫩芽和秋季红叶的花青素，大部分是因此而产生的[24]。

2.4 营养元素

植物生长过程中需要的16种必须营养元素，包括碳、氢、氮、磷、钾6种大量元素和钙、镁、硫3种微量、中量元素以及铁、锌、锰、钢、硼、钼、氯7种微量元素，各种元素供应达到平衡才有利于植物的生长发育。有研究发现当氮素缺乏时可增加植物中花青素的积累量[25]。植物可以通过调节花青素的含量来增强植物对低氮胁迫的适应性。低氮供给可以显著增加花青素生物合成过程中结构基因的转录水平，同时上调花青素合成的调节基因的表达量[26]。刘健伟等[27]以紫芽叶茶“紫娟”为材料，发现增加氮素含量能显著抑制茶芽叶中花青素合成基因的表达，初步证实营养元素调控茶树花青素生物合成的分子机理。磷肥能促进植株代谢，提高抗旱性和抗寒性，硼肥能促进根系生长，对糖的合成与转运起到重要作用。当茶树出现红紫芽叶时，施以硼肥或磷肥，也能抑制花青素的形成[14]。

2.5 遗传

近年来，茶树紫色芽叶的保健功效逐渐得到关注，各地也不断培育茶树紫色芽叶新品种，我国第一个品种权保护茶树新品种是云南茶叶研究所在60多万株大叶种茶树茶园中选育出的“紫娟”，其具有优于云南大叶群体种绿茶的降压效果，2005年11月由国家林业局授予植物新品种保护，品种权号20050031[28]。“紫嫣”是四川省省级认定品种，由四川中小叶种选育而成，具有新梢紫化的特点[29]。中国农业科学院茶叶研究从湄潭苔茶有性后代采用单株育种法育成的“苔香紫”，适制绿茶和红碎茶。福建育种的“红芽佛手”被福建省茶树良种审定小组认定为省级良种[30]。湖南农业大学也筛选到了9803和9809两个高花青素新品系[31]。刘富知等对安化群体种进行研究，发现有4.35%的植株具有高花青素的特征，认为可以从有性群体种中筛选高花青素茶树新品种[32]。日本、肯尼亚先后发现紫芽叶品种‘Sunrouge’[33]、TRFK K-purple，TRFK KS1，TRFK 306/1[34]，印度科学家Joshi等[35]也报道了生长在冈格拉山谷的紫化茶品种。

3 紫芽叶茶保健功效

紫芽叶茶的保健功能主要与其丰富的花青素以及茶多酚、茶氨酸等物质密切相关。据研究发现，花青素作为一种强自由基清除剂，在延缓衰老、缓解视疲劳、清除自由基、降血糖、抗氧化与预防疾病、抑制肿瘤细胞发生及抗炎等多种保健功能，并可以降低冠心病发病的危险[36-37]。

3.1 抑菌抗炎功能

花青素分子结构上具有酚羟基官能团，其可破坏蛋白质的分子结构导致蛋白质变性失活，最终致使细胞质固缩解体[38]。戴妙妙等[39]采用抑菌圈方法对紫芽叶茶“紫娟”中花青素的抑菌性进行研究。结果发现，当“紫娟”茶中花青素提取物浓度达到10%～20%时对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌能力较强，但对酵母菌无效果。陈琼等[40]对茶树紫芽叶的提取物抗炎性进行研究，发现提取率为7.8%的紫芽茶粗提物能够浓度依赖性地抑制小鼠耳廓肿胀、大鼠足趾肿胀，并能抑制灭菌纸片诱导的大鼠肉芽肿，表明茶树紫色芽叶中的花色苷具有显著的抗炎作用，但未能确定花色苷是否是紫芽叶茶发挥抗炎作用的特异性活性成分。林协以“紫娟”绿茶为原料，比较其水提取物和30%乙醇/乙酸乙酯提取物抗炎和抗氧化作用，发现“紫娟”绿茶能够显著减少炎症介质产生，对氧化应激、炎症均具有预防作用，且30%乙醇/乙酸乙酯提取物抗炎和抗氧化作用强于水提取物[41]。

3.2 降压减脂功能

梁名志等[3]、杨兴荣等[28]在动物实验的基础上，分析了紫芽叶茶和云抗10号夏秋两季的蒸青、烘青茶中降压活性物质含量。研究表明，特种紫芽叶茶的降压幅度与黄酮醇类的含量明显高于大叶种对照样，且烘青工艺比蒸青工艺的降压幅度更优。南占东等[42]采用水浸提法对紫芽叶茶生物活性物质进行提取，针对高血压人群进行降压效果对照实验。结果发现紫芽叶茶对高血压人群具有显著降压效果，可达80%以上。

其他功能动物实验研究表明，紫芽叶茶提取物可诱导小鼠脂肪蓄积能力下降，抑制血清和肝脏重量以及腹部脂肪和甘油三酯含量[43]。徐歆[44]从“紫娟”中分离出的原花青素与传统药物阿卡波糖做对比，发现其对α-淀粉酶具有更好的抑制作用，可以有效降低人体摄入葡萄糖的吸收率，起到抗糖尿病及减肥的功效。赵瑜以表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）作为对照，研究了紫芽叶茶“紫娟”粗提物和纯化花色苷对血管紧张素转换酶（angiotension converting enzyme，ACE）、a-淀粉酶和胰脂肪酶的体外抑制作用。结果显示：“紫娟”提取物和纯化花色苷对各酶均有一定的抑制作用[45]。Qin等[46]将“紫娟”茶、苦丁茶和明日叶与苦荞茶混合，发现该茶比原有的苦荞茶更有助于降低血糖、血清总胆固醇、甘油三酯及升高高密度脂蛋白胆固醇。

3.3 防癌抗癌功能

花青素已经显示出对体外多种癌细胞的抗癌效果和体内食道癌、结肠癌、肺癌等预防和治疗作用，其通过抗自由基，诱导癌细胞凋亡，免疫刺激有效抑制癌的发生[47-48]。田野等以紫芽叶茶“紫嫣”为原料，以儿茶素含量相当但不含花青素的“天青”茶为对照，比较其水提取物对肝癌、乳腺癌、结肠癌细胞的抗癌活性。结果表明，浓度为400 mg/L时，“紫嫣”茶对肝癌细胞的抑制率达到100%，对乳腺癌细胞和结肠癌细胞的抑制率也达到90%以上，均优于对照茶样[49]。Lin[50]还发现紫芽叶茶中花青素有助于在化疗中加速诱导癌细胞凋亡，以此来减少放射剂量。Joshi等[47]同样论证了其抗癌效果，认为紫芽叶茶提取物不仅能诱导癌细胞凋亡，而且同样能够刺激免疫潜能加速对癌细胞的清除。值得一提的是，花青素对癌细胞生长呈选择性抑制作用，对正在生长的正常细胞没有抑制效果或者抑制效果很小[51-52]。

3.4 抗氧化功能

花青素是迄今为止所发现的最有效的天然水溶性自由基清除剂，费旭元等[53]对“紫娟”茶中花青素的抗氧化活性进行研究，发现“紫娟”茶花青素的总抗氧化能力和清除羟自由基的能力均高于98%纯度茶多酚。吕海鹏等[54]通过测定紫叶茶产品的2，2-联苯基-1-苦基肼基（2，2-dipheny1-1-picryl-hydrazyl，DPPH）、2，2'-联氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐[diammonium 2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate），ABTS]自由基清除能力、铁还原抗氧化能力（ferric reducing ability of plasma，FRAP）和细胞抗氧化活性（cellular antioxidant activity，CAA），证明紫芽叶茶具有较强的抗氧化活性，且花青素含量与DPPH抗氧化活性呈正相关，表明花青素极大地促进了“紫娟”茶产品的抗氧化活性。戴妙妙等[55]比较了“紫娟”茶中花青素提取物与2，6-二叔丁基对甲酚（butylated hydroxytoluene，BHT）、 叔丁基羟基茴香醚 （butyl hydroxy anisd，BHA）的抗氧化性及清除自由基能力。结果表明，“紫娟”茶中花青素提取物DPPH自由基清除能力要强于BHA和BHT，ABTS自由基清除能力和FRAP抗氧化性能力要强于BHT，但略逊于BHA。Rashid K等[56]调查了肯尼亚紫芽叶茶花青素穿过血脑屏障和提高大脑抗氧化活性的能力，表明肯尼亚紫茶花青素可以穿过血脑屏障加强大脑的抗氧化能力。

4 紫芽叶茶产品开发进展

紫芽叶茶由于富含花青素，可以制成具有一定保健功效的特种紫芽叶茶。茶叶适制性与酚氨比，即茶多酚与游离氨基酸含量的比值具有一定相关性，酚氨比小于8适制绿茶，8～15之间兼制红绿茶，大于15时适制红茶[57]。吴华玲等[11]对11个红紫芽叶茶树新品系的芽叶酚氨比进行测定，发现其大多在8～15之间，理论上适制红、绿茶。目前已有研究利用紫芽叶，按照绿茶、红茶、普洱茶等加工工艺制作的紫芽叶茶产品。邱华丽[58]以紫芽叶为原料制成的绿茶，干茶外形色泽较乌润，汤色紫红、浅红或具独特茶叶颜色的黄紫色，滋味醇厚爽口，茶香气高长持久，明显优于绿芽叶制成的对照样，但其滋味稍苦涩。杨兴荣等[28]研究指出紫芽叶制成的烘青绿茶具有香高味纯的特点，而其多酚类化合物、儿茶素、脂质、胡萝卜素类易于自动氧化，所以建议不能长时期贮藏。杨雪梅等[59]以紫芽叶茶“紫娟”新梢制成红茶，经感官审评发现其干茶外形均匀，色泽乌亮油润；木青气息、花香气息浓强，汤色清澈红亮，金圈持壁，口感清爽，舌底生津，叶底红褐光亮。与传统滇红相比，其苯乙醛、芳樟醇、香叶醇、水杨酸甲酯等香气成分含量均高于滇红。孙敬媛等[60]对紫芽叶茶“紫娟”制成的红茶和汉中绿色芽叶制成的红茶进行比较分析，发现紫芽叶茶制成的红茶，水浸出物、茶多酚、花青素及茶褐素的含量均显著高于汉中红茶。王家金等[61]采用紫芽叶加工成红茶“紫云红”与云抗10号制成的红茶比较，发现其感官品质除了叶底稍次，汤色和滋味均明显优于对照。云南普洱熟茶香气主要成分以杂氧化合物和芳樟醇氧化物为主[62]，是普洱茶陈香的主要挥发性物质[63]。使用“紫娟”晒青茶制成普洱熟茶，色泽红褐油润，茶汤红褐明亮，香气馥郁，陈香显露；制成的普洱生茶，在贮藏过程中自动氧化、陈化，也具有普洱茶越陈越香的特点，说明紫芽叶茶也适制普洱茶[59]。

利用紫芽叶茶富含花青素的生化成分特点，还可以开发新型的食品添加剂、茶饮料、化妆品、保健品及药品等天然功能性产品。茶树紫色芽叶特征内含成分花青素具有较强的清除自由基作用和极强的对油脂的抗氧化效果，因此可将茶树紫色芽叶作为一种天然抗氧化剂资源开发，应用于饮料、糖果以及保健品中延长其保质期[64]。具有抗氧化作用的植物提取物因具有安全、高效、稳定、可控、无毒等优点，从植物中寻找高效、廉价、无毒的天然抗氧化剂成为目前抗氧化剂发展的一个必然趋势。赵先明等[65]以紫芽叶茶为原料，利用其花青素在酸性条件下呈稳定红色的特性，制备冰红茶浓缩液，解决冰红茶饮料呈红色不足的技术难题。王建晖等[66]对紫芽叶茶生化成分进行了研究，并根据花青素在不同酸碱度条件下颜色不同的特性，开发了一款集保健、趣味性与经济价值于一体的紫芽叶茶变色保健饮料。酪氨酸酶是黑色素合成的关键酶，其主要参与酪氨酸羟基化转变为多巴，并氧化多巴形成多巴醌，多巴醌经一系列反应后，形成黑色素，这与人体雀斑、褐斑等黑色素过度沉积、色素障碍性疾病及恶性黑色素肿瘤等疾病的发生有关。沈晓佳等[67]发现紫芽叶茶提取物对酪氨酸酶有明显的抑制作用，此外花青素因在紫外光区有很强的吸收作用，素有“紫外光过滤器”的美誉，根据该特性可在研制开发防晒产品及美白护肤品以及预防和治疗黑色素瘤等各种色素疾病的功能食品和药品。

5 展望

花青素具有很多生理活性，对人体有很大的益处，利用前景广泛。但其稳定性较差，极大地限制了应用范围。因此需要对提高花青素稳定性做进一步的研究，目前已知pH值、温度、光照、金属离子及一些食品添加剂都会对花青素稳定性产生影响，谢程程等发现绿茶加工中的杀青工艺、红茶的发酵及普洱茶的渥堆加工工艺由于温度原因都会不同程度降低花青素的抗氧化性，改变紫芽叶茶的颜色，影响功能物质的活性[68]。有研究认为阳光直射会影响花青素的保留率，而自然光和避光条件下存储时，花青素含量变化却不大[69]。因此尝试采用白茶萎凋、干燥的加工技术以保留更多紫芽叶茶花青素。此外，也可以通过微胶囊、酰基化技术等提高紫芽叶茶花青素的稳定性，从而更好地在其深加工的开发中发挥作用。紫芽叶茶制成绿茶滋味虽醇厚但是苦涩，赵先明等认为紫芽叶茶茶汤的苦涩主要是由于花青素和儿茶素含量较高导致，通过加入适量的酪氨酸可以降低茶汤苦涩味[70]，研发出不苦涩的特种紫芽叶茶。目前遗传特性稳定、品种性状纯一、无变异的特异性紫芽叶茶树品种少，产量低，因而在品种选育上有很大空间，研究适宜紫芽叶茶园生长的管理技术，进一步提高紫芽叶茶产量和品质，筛选和克隆紫芽叶茶紫化基因等也是今后研究的重要方向。