茶叶功能成分利用“十三五”进展及“十四五”发展方向

刘仲华 张盛 刘昌伟 周方 欧阳建 曾鸿哲

摘要：“十三五”期间，我国茶叶功能成分提制技术特别是终端产品开发获得了长足的发展，在规模、层次、效益上都得到明显提升。文章简要阐述了近年来现代分离纯化技术在茶叶功能成分开发中的应用成果，以及茶的功能性终端产品开发的多元化、专一化、精细化发展现状，并提出了茶叶功能成分利用的未来发展趋势及建议，以期为我国茶叶深加工研究与产业发展提供参考。

关键词：茶叶深加工;功能成分利用;提制技术;终端产品;十三五;发展;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”期间，我国茶叶功能成分利用技术水平与产业规模均实现了质的飞跃。儿茶素、茶氨酸、茶黄素等生物活性物质在延缓衰老、调节代谢和提高免疫重点功效领域的创新发现与成果应用，使得以茶叶功能成分利用为主体的健康产品开发快速升温。逆流提取技术、膜技术、大孔吸附树脂、吸附色谱法、模拟移动床色谱法等现代提取分离纯化新技术日趋成熟，并和酶工程、发酵工程技术集成創新融入到茶叶功能成分提制加工产业中。儿茶素开发从普通规格发展到高纯脱咖啡碱儿茶素、特殊比例儿茶素、无酯儿茶素、儿茶素单体（EGCG、ECG、EGC、EC）一系列产品，茶氨酸、茶黄素、茶多糖等成分的富集提制纯化技术也不断完善，形成了技术引领的我国茶叶提取物国际市场绝对主导地位。茶叶功能成分利用深入延伸扩展至茶饮料、食品、天然药物、个人护理品、植物农药、动物保健品等终端产品体系，其应用技术研究突破与新产品开发也成为全球茶叶深加工行业的持续关注重点。

一、我国茶叶功能成分利用

“十三五”研究进展

1. 茶叶功能成分提制技术进展

（1）浸提技术

超声、微波辅助提取与逆流动态提取技术相结合，仍然是目前最适用于茶叶提取物规模化工业生产的浸提方式，实现了相对低温条件下高效、快速提取茶叶有效成分，可有效确保提取效率和品质。与此同时，酶解提取、超临界CO2提取等新技术也得到了不断的研究与应用。

（2）过滤与浓缩技术

超滤膜、纳滤膜、无机陶瓷膜等先进膜过滤技术已经全面应用于茶提取液生产过滤中。浓缩技术从常规真空浓缩、冷冻浓缩向膜浓缩发展，膜浓缩（包括反渗透浓缩、超滤浓缩和纳滤浓缩）运行温度低，能有效保护热敏性物质，可提高产品的冷溶性，有效保留茶叶香气物质，降低重金属、农药残留、小分子有机酸、无机盐等富集效应。近年来，低能耗的机械式蒸汽再压缩技术（Mechanical vapor recompression，MVR）与膜浓缩结合是茶叶提取物规模化生产中较理想的浓缩技术组合。

（3）分离纯化技术

茶叶提取物分离纯化技术一直是茶叶深加工的研究重点和热点。大孔吸附树脂柱色谱技术的工业化应用，是茶叶功能成分提制技术的又一次革命，该技术实现了只采用纯水和酒精为提取与分离溶剂，膜分离与大孔树脂分离纯化相结合的茶多酚/儿茶素绿色高效提取分离纯化技术体系，满足了国际市场对茶叶提取物质量安全的日益严苛要求。超临界CO2和亚临界提取技术、反渗透膜浓缩和低负压蒸发技术减少了浓缩过程中茶多酚的氧化与儿茶素的热异构化;木质纤维树脂、壳聚糖树脂、竹叶纤维等新型分离介质成功应用于柱层析分离。吸附树脂分离、膜分离技术与酶工程组合，构建了绿色高效的儿茶素分离纯化技术体系，并研发出脱咖啡碱高纯儿茶素、高酯化儿茶素、低苦涩味儿茶素等新产品。采用凝胶色谱、中低压制备色谱和高速逆流色谱技术分离制备儿茶素单体时分离产能过低，模拟移动床色谱、大容量三柱串联型高速逆流色谱仪（由多根色谱柱或类似色谱柱的固定床层串联）的应用，实现了混合物的连续进样和分离，制备效率显著提高。EGCG、EGC、ECG和EC等儿茶素单体的制备技术由克级向吨级的工业化规模跨越。

（4）干燥技术

茶叶提取物工业化生产中采用的干燥方法主要有喷雾干燥和冷冻干燥2种。此外，还有真空低温连续干燥技术、微波真空干燥技术、高压电场干燥技术等，但产业化中应用不多。喷雾干燥法具有干燥效率高、生产量大，产品外形美观、颗粒均匀、流动性好的特点，适用于常规茶叶提取物产品的加工;冷冻干燥运行成本相对较高，但产品的含量、色泽和冷溶性等品质较好，适合于EGCG等热敏性高含量单体物质的干燥。

2. 茶叶功能成分提取分离纯化进展

（1）儿茶素类及其单体

“十三五”期间，儿茶素绿色高效提制产业化技术在2个方面实现了重大突破。

①创立了茶多酚、儿茶素的绿色安全高效提取分离纯化技术体系。刘仲华团队率先利用大孔树脂的选择性实现茶叶儿茶素混合物的工业化分离纯化，创建了生产制备高纯儿茶素（儿茶素总量≥90%，咖啡碱≤0.5%）的成熟工艺，只采用水和食用酒精作为溶剂高效分离纯化儿茶素组分并绿色安全脱除咖啡碱，解决了传统工艺中乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷等溶剂残留问题，大大提高儿茶素制品的安全性。该工艺典型代表了全球茶叶功能成分提制技术清洁化生产的主要发展趋势。同时，通过膜技术的应用特别是纳米膜的分子筛效应，有效调控茶叶提取物中各种功能成分的组成比例，研发各种特殊规格的茶叶提取物产品。

②创新了儿茶素单体分离纯化技术。刘仲华团队综合采用酶工程技术与柱色谱在线监测技术，突破了儿茶素单体高效分离制备技术瓶颈，使儿茶素单体（EGCG、ECG、EGC、EC）制备由实验室的克级水平完全实现了当前的工业化和规模化。该技术支撑我国儿茶素单体年生产能力达到100 t以上，催生了国际上以儿茶素单体作为活性药用成分（API）的天然药物、膳食补充剂、保健食品和天然化妆品的不断面世。该成果对促进我国茶叶深加工领域学术应用创新研究，提升茶叶提取物国际商业市场份额，以及增强产业竞争优势均具有明显的战略意义。

“十三五”期间，湖南农业大学茶学研究团队针对红茶、黑茶与乌龙茶等发酵茶类的儿茶素衍生产物也进行了较深入的研究，但由于该系列物质化学结构复杂多样、分离纯化难度大、分析检测体系不稳定，导致相关研究成果的产业化进展相对缓慢。此外，通过筛选富含甲基化EGCG的茶树资源，进而提取分离纯化甲基化EGCG，也即将取得重要突破。

（2）茶氨酸

现阶段天然茶氨酸提取制备技术主要有2种，其中生物酶法合成茶氨酸技术研究在近5年取得了明显的进展。

①直接提取茶氨酸。通过离子交换树脂法，从茶叶水提液经乙酸乙酯萃取茶多酚后的水层中分离纯化茶氨酸，仍然是最为直接有效的生产途径。但是，底物茶氨酸含量低，存在大量其他难以去除的组分（如咖啡碱、茶多糖等）[1]，导致了该工艺在生产中出现物料上样量低、茶氨酸回收率低、成本高等问题，且难以纯化得到高含量茶氨酸。研究人员正广泛筛选不同的大孔型离子交换树脂类型，通过调节上样的pH值，以及改变洗脱浓度等方法来增加茶氨酸的提取效率[2]。另一方面，研究人员也尝试采用超声波振荡或水浴加热直接浸提茶叶中的茶氨酸，然后采用膜分离浓缩技术，即将茶叶滤液通过复合管式超滤膜和反渗透膜获得浓缩液，最后通过大孔吸附树脂进行吸附处理得到茶氨酸提取物[3-6]。

②生物酶法合成茶氨酸。先后利用茶叶、枯草芽孢杆菌与硝基还原假单孢菌等不同微生物或者混合微生物的不同酶类进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-谷氨酰转肽酶等4种酶类的生物合成中取得了新进展[7-9]。上述提到的细菌酶都被证实具有较高的催化L-茶氨酸合成的活性，但是这些酶的微生物来源有限，且利用生物酶合成茶氨酸的原料（谷氨酸/谷氨酰胺盐和ATP）价格昂贵[10]。此外，现阶段能够被表征的用于合成L-茶氨酸的微生物酶的高分辨三维结构尚未解析，限制了它们作为L-茶氨酸合成途径中酶的特异性研究[11]。为了解决这一问题，应进一步发展和使用先进的工具，如Crispr/Cas9基因整合、组学技术以及机器学习来构建新的菌株，从而实现工业级L-茶氨酸的生物合成。通过Crispr/Cas9技术在大肠杆菌染色体上双拷贝Methylovorus mays的γ-谷氨酰甲基酰胺合成酶基因gmas，获得了1株遗传稳定的用于L-茶氨酸生产的重组菌株，从而提高L-茶氨酸的产量[12]。此外，还有研究表明，通过基因工程对L-茶氨酸生物合成的转录和翻译水平上进行调控，能够提高L-茶氨酸的产量[13]。

（3）茶黄素

茶黄素是红茶中的“黄金分子”，具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤等优异的生物活性[14-16]，直接从红茶中分离纯化和体外酶促氧化法是制备茶黄素的2种主要途径，但由于红茶中茶黄素含量不高（0.5%～2.0%）[17]，采用红茶提制茶黄素的成本高昂，难以实现产业化以满足国际健康产品市场需求。“十三五”期间，通过儿茶素的酶促氧化制备茶黄素的相关技术日益成熟，彻底扭转了以红茶为原料提制茶黄素成本高昂的局面，使得茶黃素成为继茶多酚（儿茶素）、茶氨酸之后最具应用潜力的茶叶功能成分。

现阶段酶法合成茶黄素的研究主要集中在酶源筛选方面的探究。研究表明，茶鲜叶、梨等外源植物酶以及微生物酶等作为酶源均能有效催化茶黄素合成[18-20]，蘑菇酪氨酸酶催化EC和EGC氧化合成茶黄素效果最佳[21]。在含有4种儿茶素的体系中，底物消耗顺序为EC>EGCG>EGC>ECG。因此，分批添加不同的儿茶素能够使儿茶素快速均匀消耗，精准、高效地合成更多的茶黄素[22]。此外，消除反应过程中产生的H2O2可增强茶黄素合成的效率[23]。与此同时，使用鞣酸酶和果胶酶水解40%茶黄素并结合柱层析、结晶等技术可得到含量为96%的茶黄素单体[24]。

大部分天然酶的酶活力不稳定且不可重复利用，使用成本高昂。固定化酶作为一种新型酶源，其酶活力强且稳定，可重复利用，是催化合成茶黄素的理想酶源[25]。Zeng等[26]从9种物种克隆多酚氧化酶（PPO）基因，在大肠杆菌中表达并固定得到固定化PPO，这些酶均能催化茶多酚合成茶黄素。后续研究中，利用转基因技术将控制多酚氧化酶的基因整合到微生物中，利用微生物生产酶再经固定化处理，此类酶在催化合成茶黄素的研究上将大有可为。

（4）茶多糖

茶多糖最经典和最常用的提取方法是水提醇沉法，该方法目前已被广泛应用于食品和医疗保健品领域中的茶多糖制备[27]。近年来，各种茶多糖辅助提取方法，如微波、超声波、酶辅助浸提、超临界流体萃取等也被应用于茶多糖的提取;常见的纯化技术有先用Sevag法等除蛋白、双氧水法和活性炭等脱色、透析法除无机盐和小分子化合物等，然后用柱层析法、金属盐沉淀法、季铵盐沉淀法等提纯[28]。对水提法、超声辅助提取、微波辅助提取和酶解法提取工艺比较发现，4种工艺所提取粗茶多糖的单糖种类一样，其中酶解法的总糖含量最高，蛋白质含量最低[29]。近年来的纯化水初级浸泡、隔水提取、高能微波预处理和磨球机械辅助提取及多种提取工艺相结合的应用进一步提高了茶叶破壁效率和保护了茶多糖结构，显著提高了茶多糖的提取效率[30-33]。采用茶叶预处理、提取浓缩、醇沉、脱色除杂、柱层析、色谱纯化和浓缩干燥等方法能同时制备出高纯度茶多糖、茶氨酸和咖啡碱，大幅度提高原料利用率和降低生产成本，生产工艺绿色环保[34]。茶多糖的分离纯化与结构一直是研究的难点，近年来采用DEAE Sepharose Fast Flow阴离子凝胶柱对含硒多糖进行洗脱分离得到6个不同组分，其糖醛酸含量都很高且都为典型的酸性多糖[35]。采用离子DEAE-Sepharose快速流动凝胶柱分离纯化出了Se-TPS1、Se-TPS2和Se-TPS3等3种多糖组分，其中Se-TPS1和Se-TPS2的分子量分别为1.1×105 Da和2.4×105 Da，Se-TPS3是具有分子量为9.2×105 Da和2.5×105 Da的2个峰的多糖聚合物[36]。采用DEAE-52 纤维素和Sephadex-100葡聚糖凝胶对粗茶多糖2次分级纯化得到主要多糖组分TPS-1A和TPS-4C，两者纯度较高，分子量分别为15 792 Da和21 722 Da[37]。茶多糖结构复杂，其溶液行为、空间构象、结构特征与生物活性之间的关系需要进一步研究。

（5）咖啡碱

从茶叶中分离是获取咖啡碱的有效来源之一，高纯度天然咖啡碱的开发由于受到法规许可和成本问题的限制，产业化的意义不大。但是，以茶多酚萃取后的水层为原料，采用膜技术分离制备溶解性好、透明度高的富含咖啡碱的茶叶提取物（咖啡碱<20%），具有良好的经济效益和市场需求，是目前功能饮料开发的热门资源。

（6）茶皂素

传统的茶皂素提取方法主要有水提法、醇提法以及辅助提取法等[28]。近年来，重结晶法[38]、萃取法[39]、生物纯化法[40]、沉淀法[41]、吸附分离法[42-44]的应用，有效提高了茶皂素的分离纯度、分离效率和产品安全性。

3. 茶叶功能成分终端产品开发进展

（1）茶休闲食品与功能食品

为顺应大健康时代人们的需求，各品牌先后研发出茶味零食、茶味糕点、茶味蜜饯等茶休闲食品;茶功能食品领域，以茶多酚为主要成分，添加一定比例的茶叶功效成分或茶提取物开发出的保健食品或膳食补充剂，成为近年来国内茶叶深加工领域终端茶食品发展的热点和重点。

大连民族大学胡文忠等开发出一种添加山茶油、茯茶粉与普洱茶粉，具有减肥降脂功能的全麦黑茶面包[45]，在满足人体健康基本需求的同时具有显著减脂作用，糖尿病患者亦可食用。杭州国茶健康产业有限公司与浙江大学联合研发出一种添加茶叶提取物的木糖醇含茶制品“茶爽”[46]，3颗即可达到传统冲泡15～20 g茶叶、反复冲泡3次对人体的保健效果，改变传统饮茶局限性，利于有效成分吸收，日常食用可提神醒脑，清新口气，同时通过抗氧化等方式达到预防疾病的目的。

近年来，人们饮食结构改变，高尿酸血症发病率逐年升高且有年轻化的趋势，如何防治高尿酸血症已成为全球关注的重要健康课题。湖南农业大学茶学团队通过对黑茶、荷叶、青钱柳等的复配及其降尿酸功能研究，开发了具有降尿酸、清热解毒的功效风味黑茶饮品[47]。该黑茶饮品通过添加花香红茶、柠檬片及昆仑雪菊等增进了风味和香气;通过添加罗汉果提取物、甜菊糖提取物等植物源甜味剂，也满足了大众对低糖、低热量茶饮料产品的追求。

上述方便化、时尚化、功能化且茶特色鲜明的高倍增值终端产品的开发，不仅充分利用了茶叶中的营养成分，同时充分发挥了中低档茶叶所含功能成分的价值，解决中低档茶叶销售问题，有利于茶产业链的循环拓展，为广大公众提供了高品质、多元化的健康产品。

（2）茶化妆品与个人护理品

茶叶功能成分在化妆品和护肤品中的应用极为广泛。中国农业科学院茶叶研究所[48]采用新型自乳化技术，明确较佳儿茶素自乳化体系溶剂配比，获得儿茶素自乳化关键工艺技术参数，为茶多酚应用于日化用品提供了技术支撑。湘丰茶业集团以湖南农业大学 “一种含茶氨酸白茶面膜及其制备方法”[49]和“古树茶黑茶润肤水及其制备方法”[50]专利成果为基础，开发出绿茶、黑茶、高茶氨酸系列保湿增白茶叶面膜，向肌肤紧急输送必要的养分，帮助肌肤进行深透滋养，修复肌肤损伤，还原肌肤健康状态。湖南华莱健生物科技有限公司以选取金花黑茶提取物，搭配积雪草等其他护肤成分，研发推出黑茶精粹修护乳、黑茶植萃莹润精华液等护肤品，打造水润靓丽肌肤。广西中港高科国宝金花茶产业有限公司利用小分子团水高效萃取、膜工程分子截留等现代生物工程技术提取分离金花茶花与叶提取物，制备出富含多酚、黄酮等抗炎抗氧化成分的沐浴露[51]和洗发液[52]。茶护肤品和护理品的研发，大幅提高茶制品附加值，推动茶叶深加工产业的高层次发展。

（3）茶酒制品

茶与酒作为中国传统饮料，融合二者所长、具有中国特色的茶酒作为创新产品，受到我国酒业各大著名品牌的关注。茗酿茶酒采用泸州老窖独特的固态发酵工艺[53]，以现代高科技生物萃取技术[54]，形成“入口柔、茶味香、咽吞顺”的风味品质以及“易醒不易醉，身上无酒臭”的独特之处。熊猫精酿推出黑茶金色艾尔啤酒，选用安化黑茶与啤酒花结合，创制出完全不同于酒花的特殊花香，帶给消费者独特的口感与健康享受。

（4）茶的动物健康产品

茶叶功能成分应用于饲料添加剂是目前畜禽养殖业的热点问题。安徽农业大学茶学团队等将膨化处理后的绿茶茶渣与均质处理后的乳化脂肪浆混合干燥后得到的茶饲料，富含茶多酚等活性物质，具有提高养殖动物免疫力、促进消化、刺激生长、降低产品胆固醇和改善肉质等优势[55]。南昌师范学院李金等添加茶多酚、茶多糖配比而成的茶多酚鸡饲料绿色添加剂，不但可以提高鸡蛋的抗氧化能力，还能改善鸡肉肉质，极大提高了蛋鸡的经济效益[56]。

（5）茶的生活用品

茶叶富含的茶多酚、茶氨酸、茶皂素、茶多糖等功能成分，具有较强的抗氧化、抗过敏、抗细菌、增强机体免疫力等效果，可综合利用于各类生活用品开发。湖南华莱生物科技有限公司[57]开发添加茶多酚的黑茶牙膏，在富含茶香，清新口气的同时具有抑制致龋细菌生长和黏附、缓解牙齿过敏的效果;含15%～30%黑茶提取物的黑茶长效保湿润肤水[58]具有保湿、抗氧化、抗炎、抑菌、舒缓敏感肌肤等功效。茶皂素过去常作为表面活性剂[59-60]，但近年來的研究表明茶皂素还可以用于解酒饮料[61-62]、减少土壤重金属污染[63]以及茶园防病虫危害[64-65]等方面。中国科学院青岛生物能源与过程研究所王建勋等开发含8%～10%茶皂素的婴儿用茶皂素洗洁精具有成分天然无刺激，清洁、抑菌效果良好，食品级，绿色环保等优势[66]。广东省农业科学院茶叶研究所孙世利等证实L-茶氨酸通过调控TNF-α/NF-κB信号通路，抑制NF-κB介导的炎症反应，以及iNOS、IL-6等炎症因子表达，从而缓解由一次大量饮酒所引起的酒精性肝损伤，同时具有来源天然、对人体无副作用等优势，可用于医药、保健品的产品开发[67]。

二、我国茶叶功能成分利用

“十四五”发展方向

我国茶叶功能成分提制产业优势明显，由我国茶企生产供应的茶叶提取物占据了全球80%以上供应量。但是与国际同行比较，我国茶叶深加工行业仍然存在科技创新能力不足、产品结构比重分布不合理、高附加值终端产品比例偏低等问题，茶叶资源价值的最大化还有巨大的市场空间。

1. 新技术的集成创新应用是茶叶功能成分提制产业高质量发展的重中之重

“十四五”期间，茶叶功能成分提制产业必须由传统分离纯化技术向绿色节能环保技术集成，绿色提制工艺（绿色提取溶剂、安全分离介质等）、高效节能装备、高效分离技术、多成分综合高效提制技术、茶提取物的农药残留高效去除技术将成为提制技术的研发重点。生物技术等其他高新技术应用到茶叶功能成分提制产业之中也是不可或缺的，将其与传统工艺技术紧密结合起来，充分实现原料的优质化、加工成本的低廉化、产品的多样化发展。在茶资源利用层面，充分利用我国所掌握的各类发酵茶资源，研究确定与特有发酵茶工艺相关的核心功能酶与微生物，并通过原料筛选拼配及创新制茶发酵工艺技术（外源酶促、菌酶结合、液态发酵等），调控促进目标儿茶素氧化聚合产物的高倍富集，为后续聚酯儿茶素、茶色素、茶原花青素等特色功能成分的分离纯化、生物活性研究及产业化高效制备奠定良好的物质基础。这些对于推动我国特色发酵茶类在全球范围内的功效认知、增强品质核心竞争力，扩大出口份额都具有非常重要的意义。

2. 由茶叶提取物向大健康产业的健康产品开发转移是我国茶叶深加工产业发展的必然趋势

通过茶与健康的最新研究成果进一步明确茶叶功能成分的作用机制，解决茶叶深加工产品的功能精准定位、产品科学组方、剂量与剂型等问题，并经过结构修饰、状态转化、配伍平衡等处理，解决茶叶深加工产品的低水平重复与同质化，开发系列高附加值功能性终端产品。同时，通过跨学科、跨领域的技术协同攻关，进一步引导推动茶及功能成分在畜禽健康制品、纺织印染、空气净化等跨界领域的创新开发利用，扩大相关市场空间，引领国际国内市场茶叶深加工产品的发展趋势。

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