天然产物活性剂茶多酚的提取与应用

祝苗，李志洲

（陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西 汉中 723000）

茶叶中富含许多化学物质，其中茶多酚就是茶叶的主要成分之一。茶多酚又称为“茶单宁”，是一种多元酚类化合物[1]。茶多酚可以从茶树尖梢、茶叶、茶果、茶花、茶籽以及茶汤中提取，不同原料提取出来的茶多酚含量也各不相同。因为其独特的分子结构，茶多酚已经成为茶叶中最具生物活性的成分，同时它也是决定茶叶颜色、味道、健康功能和药理作用的主要成分之一[2]。科学家通过对茶多酚的长期研究发现，茶多酚不仅具有良好的抗菌功能，同时它也具备良好的抗氧化功能。经科学研究证实，茶多酚的抗氧化功能超过维生素E，它对鱼油、色拉油及其他含动植物油脂的食品都有很好的抗氧化活性。茶多酚主要由儿茶素类物质、黄酮类物质、花青素类物质以及缩酚酸类物质构成[3]，其中儿茶素类化合物在茶多酚众多组成物质中占比最大，约占茶叶干重的30% 左右，在茶多酚组成物质中占其含量的70%左右[4]。儿茶素类主要由6 种多酚类化合物组成，其中包括儿茶素、表儿茶素、表没食子儿茶素、表儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素没食子酸酯和没食子儿茶素没食子酸酯。研究发现，表没食子儿茶素没食子酸酯是茶多酚组分中含量最多的单体物质，同时它又是绿茶儿茶素类的重要生物活性成分[5]。近年来，随着人们物质生活的不断提高，传统的食品保鲜剂已经不能满足食品安全的需求，天然抗氧化剂已逐渐成为食品添加剂领域中的研究热点。

1 茶多酚的功能活性

茶多酚对各类病菌均有相当的抗菌活性，如对伤寒沙门氏球菌、桔草杆菌、志贺氏痢疾杆菌、铜绿色假单胞球菌、大肚埃希氏球菌等多种细菌都具有抗菌活性[6]。此外，茶多酚的抗氧化性能也非常显著，经科学研究证实，茶多酚具备抗氧化、防瘤抗癌、抗辐射、预防心血管疾病、降低血糖血脂等诸多养生作用[7]，是一类全新的天然抗氧化剂[8]，同时茶多酚也对活性氧自由基有着较强的消除效应，对在细菌中形成的活氧自由基的消除效应明显高于维生素E 和维生素C[9]。目前，茶多酚引起了国内外众多科学家的关注，经过无数国内外学者的持续探究，茶多酚的提取分离技术水平得到了有效提升。

2 茶多酚的提取方法

2.1 溶剂萃取法

溶剂提取法主要是根据茶多酚具有溶于水、醇类、醚类、酮类和酯类等的特点，运用相似相溶原理来提取茶多酚，而按照浸提液的不同，溶剂萃取法又可分为水提取法和有机溶剂萃取法。水提取法的提取率一般在5% 左右，与其他提取方法比较，水提取法的产物纯度低且含有大量杂质，提取的茶多酚的氧化程度也高。有机溶剂萃取法提取率为7% 左右，与水提取法比较而言，利用有机溶剂提取茶多酚的氧化程度相对来说较低，但是它同样具有杂质含量较高的缺点[32]。杨金伟[33]以70% 的甲醇水溶液作为浸提液，在实验温度为70℃的条件下，用70% 的甲醇水溶液浸提绿茶60 min，获得含量高达19% 的茶多酚。马红青[34]利用乙醇萃取绿茶后再用乙酸乙酯和氯仿萃取，通过旋转蒸发干燥，能够获得含量可达24.19%的茶多酚。与其他提取茶多酚的方法相比，溶剂提取法具有成本低、操作简单、生产条件容易控制的优势。溶剂提取法虽然整体实验较为稳定化，但是在实验过程中花费时间较长，且后期对茶多酚的分离纯化比较困难，需要多次蒸馏，执行多步流程才可以获得相对纯度较高的茶多酚，且在制备过程中溶剂消耗过大，回收再利用的困难较大，容易对环境造成污染。

2.2 金属离子沉淀法

金属离子沉淀法是利用茶多酚在特定的条件下易与某些金属离子产生络合物沉积现象[35]，利用离心、酸转溶、萃取等过程获得最终产物茶多酚[36]。目前，沉淀剂主要包含三种类型：重金属碱式盐沉淀剂、氢氧化物沉淀剂以及金属离子沉淀剂[37]。在制备茶多酚的过程中主要是以沉淀原理为基础，通过茶多酚在特定的条件下使某种物质产生沉淀物的方式，进而从中获得各种沉淀物，对各种程序进行优化处理。韩齐[38]用复合沉淀剂的方法提取茶多酚的提取率最高可达21.4%。金属离子沉淀法虽然较其他提取法具有选择性强、纯度高的优势，但使用的沉淀剂对人体有损害，因此在实际操作应用中需要严格把控有机溶剂的含量，若有金属盐残留在产品当中，会对产品安全构成极大危害。

2.3 超声波辅助提取法

超声波辅助提取法是指在萃取过程中利用超声波独特的机械效应、空化效应及热效应的特点，使所需萃取的物质在液体中传播时，大大提高对材料的挤压与拉伸效率，同时通过超声波的机械粉碎和空化作用所产生的巨大冲击波和剪切力使得物质细胞破碎，进而提高多酚类物质的溶出速度和数量[39]，促进茶叶细胞内茶多酚的释放、扩散及溶解的速度，从而获得相对纯净的茶多酚[40]。刘芬[41]以乙醇水溶液为提取剂，以茶树尖梢为原材料，利用超声波辅助提取茶多酚，当在料液比1∶32（g/mL），超声温度36℃，超声波功率350 W 的条件下，茶多酚提取率最高，可达30%。超声波辅助浸提法较其他提取法工艺简单，茶多酚氧化损耗低，产品得率较高，但是在利用超声波辅助浸提法来提取茶多酚的过程中，超声波会有所减弱，导致超声波的有效面积改变而形成超声空白区，进而影响茶多酚的提取效率，同时超声波辅助浸提法的成本也十分昂贵，因此限制了该方法的使用。

2.4 超临界流体萃取法

超临界萃取法作为一种新型的化学分离技术[42]，早早已经被广泛应用于各种领域。超临界流体萃取技术是指通过压强和水温对超临界流体溶解能力产生作用而使得基质和萃取物有效分离、提取和纯化的过程[43]。在对物质进行萃取的过程中一般将超临界CO2作为主要萃取溶剂，由于超临界CO2的溶解能力强、萃取能力高的特点，因此该方法在各种领域中都发挥着不可替代的作用[44]。李林[45]利用超临界CO2（SCF-CO2）来萃取绿茶中的茶多酚，当设定CO2压力为25 MPa，萃取温度为80℃时，利用超临界流体萃取绿茶2.5 h，SCF-CO2可将绿茶中47.50%的茶多酚提取出来。超临界萃取方法作为一种新型的绿色分离技术，虽然使用成本高，但在应用过程中能够将自身的优势进行最大化的发挥，因此相较于其他提取方法，超临界流体萃取具有非常大的应用前景。

2.5 膜分离法

膜分离法是指通过选择适合的选择性透过膜为隔离媒介，通过利用选择性膜两端不同的电位差、浓度差、压强差，实现溶剂中各种物质组分的分离[46]。该技术在实际运用于茶多酚的萃取过程中时，首先是利用超滤膜和微滤膜对物质进行除杂和澄清，而后再使用反渗透膜和纳滤膜经过浓缩获得茶多酚产物。研究证实[47]，反渗透膜对茶多酚的截留率比纳滤膜高10%左右。在实际应用中膜分离法较其他方法提取效率低，在实际操作中还存在一定难度，需对不同薄膜材料的选择进行严格把控，同时过滤效率较低，精制工艺过程比较繁杂，需要结合其他的分离纯化技术才能够得到品质较高的茶多酚，因此用膜分离法来提取茶多酚受到许多限制，无法大量投入使用。

2.6 树脂吸附分离法

树脂具有优异的选择性分离特性，能够对茶多酚进行有效的吸附，实现茶多酚与其他不同种类物质的有效分离，从而能够对茶多酚进行提取和纯化。树脂吸附分离法是根据大孔树脂优良的选择分离的特性，对茶多酚进行吸附，从而实现分离茶多酚的目的。依据树脂类型的不同，树脂吸附分离法可分为凝胶柱分离法、吸附柱分离法和离子交换柱分离法[48]。牛志平[49]从8种不同类型的树脂中筛选出最适合分离纯化的CG-8 树脂，利用这种树脂来吸附分离茶叶中的茶多酚，茶多酚提取率可以达到80%左右，且纯度可以达到98%。对比其他方法，树脂吸附分离法提取茶多酚的方法过程相对简便，提取效率较高，不对环境造成污染，十分契合绿色化学的理念，但是该方法对树脂的要求十分苛刻，且树脂的成本较高，同时在操作过程中树脂十分容易失活，造成堵塞，导致提取效率低下，因此树脂吸附法还无法进行大规模使用。

3 茶多酚的应用

3.1 茶多酚在食品领域的应用

随着时代的不断发展，人们对生活品质的要求也越来越高，食品保鲜已成为众多研究人员争相研究的课题。食品在超过一定的保质期后就会腐烂变质，原因有以下四点：①因微生物的繁殖引起食品腐败变质；②因食品与空气中氧气作用，从而引起食品成分的氧化变质；③因食品内部所含氧化酶、过氧化酶、淀粉酶、蛋白酶等的作用，促进食品代谢，产生热、水蒸气和二氧化碳，致使食品变质；④因昆虫的侵蚀繁殖和有害物质间接与直接污染，致使食品腐烂变质。从天然产物中提取的保鲜剂不仅可以提高食品的保鲜程度，还可以避免对身体造成负面影响。茶多酚对数百种天然病原体具有优异的抗菌活性，其含有的抗菌活性物质具有杀菌、抑菌作用，同时茶多酚也含有天然抗氧化物质，这些天然抗氧化物质可延缓食品氧化过程，防止食品的氧化变质。因此在食品工业中，茶多酚主要用于生产抗氧化剂、清新剂和除臭剂。茶多酚脂肪乳是一种可以保护脂肪产品的物质，它可以延长保鲜期限，不但可以保护肉食、腌制品、乳制品，而且在延长物质保鲜期限的同时还可以保存食物中的营养成分，有效防止果蔬肉类变质。在发酵肉制品中，茶多酚对生物胺、杂环胺和丙二醛等有害物质有较好的抑制作用，能较好地抑制发酵肉制品脂质氧化和杂菌的生成，从而延长食品的保质期[10]。除此之外，茶多酚在发酵乳制品中也能够充分发挥特性，不仅能够较好地抑制酪蛋白的水解，还能增强乳制品的抗氧化性和稳定性。在制备酸奶乳制品的过程中，添加茶多酚不仅可以提高酸奶乳制品的抗氧化活性，还能够在一定程度上对酸奶乳制品的风味产生影响，改变酸奶的品质，赋予酸奶独特的风味和抗氧化功效[11]。除此之外，茶多酚在对有机蔬果的保鲜作用上也格外显著，有机蔬果能够有效地利用光合作用来进行能量储存，但当贮存方式、温湿度等外界因素发生改变时，有机蔬果自身的光合作用会受到一定程度的影响。茶多酚在减缓病原菌生化活动的同时，还能够抑制细菌的繁殖速度，使得在果蔬上繁殖的病原菌的生化活动减缓，进而减缓色素和维生素C 的降解，从而保持有机蔬果的色泽稳定，延长有机蔬果的保鲜期[12]。有科学家经过研究表明，1 g/L 茶多酚溶液对鲜切苹果的保鲜与抑菌具有良好效果[13]。在鲜嫩的果品蔬菜的表层涂抹或喷洒一定浓度的茶多酚溶液，可以降低蔬菜瓜果的呼吸强度，阻止部分病菌增殖，保留蔬菜瓜果本身的颜色，延长蔬菜瓜果贮藏期，一般能达到食品保质期的1~6 倍[14]，同时还能够减少蔬菜瓜果中维生素C 的流失，维持蔬菜瓜果的营养[15-16]。王灵昭等[17]以沙光鱼片失水率为响应值，通过响应面法的Box-Behnken 试验设计，进一步研究茶多酚的复配保鲜液对鱼片的保鲜效果，通过研究发现，经过茶多酚处理的沙光鱼片，货架期得到一定程度延长，同时经过处理的产品对细菌的抑菌性也更强。此外，茶多酚在发挥其抗氧化性和抑菌性的同时，也能更高效地去除肉类、粮、油作物及其制品的异味[18]。随着研究人员对茶多酚的深入研究发现，如果长期使用单一茶多酚对食品进行保鲜，无法达到十分理想的效果。如果将茶多酚和其他天然活性产物保鲜剂复配使用，就能够弥补茶多酚的不足，更好地提高茶多酚的活性，提高对食品的保鲜效果。比如茶多酚在对迁西板栗保鲜的过程中，以羧甲基壳聚糖溶液为主剂，添加复配茶多酚制成复合保鲜剂，不仅能够使板栗外壳鲜嫩，而且果仁也没有失水皱缩，最大程度保持其原有的色香味[19]。王岳飞等[20]研究表明，不同浓度的茶多酚和西洋参之间均存在协同增效作用，并且协同增效作用随茶多酚浓度的上升而增强。刘开华等[21]通过1.0% 壳聚糖和0.3% 茶多酚的复合保鲜剂使鳙鱼肉的保鲜效果达到最佳，可延长鱼肉冷藏货架期10 d 以上。茶多酚不但能够作为活性保鲜剂来延长蔬菜水果的保鲜期，还能够应用于罐头保存、鲜食菌等的栽培过程中，能够高效控制细菌的繁殖滋生[22]。由于天然化合物壳聚糖具有很强的成膜作用，因此它在蔬菜瓜果及肉类的保鲜中也被经常使用，科研人员将它与茶多酚搭配用于保鲜产品，以增加保鲜效益和效率[23]。配制壳聚糖和茶多酚的混合溶液，均匀地涂刷于聚丙烯上，能够获得一种新型活性包装材料[24]，广泛应用于保健食品的包装[25]。在0℃冷藏条件下，向鱼糜制品（梅鱼鱼丸）中加入0.20~0.30 g/kg 茶多酚，可以降低细菌总数，从而增加鱼丸的硬度，并维持鱼丸的弹性[26]。

3.2 茶多酚在医药领域的应用

茶多酚除了在食品领域有所应用，在医学领域中也具有十分重要的意义和作用，研究人员对茶多酚预防和治疗癌症进行了深入研究。茶多酚在医疗保健功能方面也有所涉猎，它主要通过以下几种方式达到保健作用：去除自由基，抑制乌氨酸脱梭酶的功能活性和脂氧化酶的正常代谢；控制亚硝化物与细胞增殖的过程，增强或改善有益酶的功能活性；抗衰老，去脂减肥，降低血糖血脂和胆固醇，阻止动脉血管粥状硬化，预防心血管疾病，增加免疫功能；控制肾小球细胞增长速度的同时对肾功能进行一定的改善[27]。茶多酚能够对血脂进行调节，在调节血脂的过程中，茶多酚能够和脂类物质进行结合，通过人体体内的循环代谢，通过粪便将代谢产物排出体外，在代谢排出体外的过程中茶多酚能够有效阻止脂质斑块的形成；同时茶多酚还可以促使人体血管内膜斑块中的胆固醇较好地逆向转运至肝脏，胆固醇到达肝脏后通过人体本身的新陈代谢将形成的胆固酸排出体外，通过人体代谢的方式，起到调节血脂、预防心血管疾病的功效[28]。除此之外，茶多酚也可以对人体糖代谢功能存在的障碍进行调节，有效预防和治疗高血糖及其并发症，因此它也成为众多糖尿病患者的首选保健品[29]。茶多酚的独特特性决定了它在预防和治疗癌症方面的应用，茶多酚在预防癌症的过程中，一方面通过阻断体内致癌物质的产生，抑制人体内癌细胞的代谢转化来预防癌症，在抑制人体内癌细胞代谢转化的过程中，茶多酚产生活性因子作用于能够产生促癌作用的蛋白酶，使其活性受到抑制，降低其促癌作用；另一方面提高人体免疫能力，茶多酚通过降低癌细胞DNA 的复制速度，对癌细胞产生诱导作用，对癌症放疗、化疗而导致白细胞、血小板数量锐减的情况进行明显的改善，通过茶多酚上述两个方面的调节作用使得癌细胞凋亡，从而达到预防治疗癌症的效果[30]，因此茶叶对于各类肿瘤癌症都具有不同程度的预防和治疗效果[31]。

4 展望

茶多酚的应用越来越广泛，不仅在医学、食品方面得到广泛应用，相信未来其还能在更多的领域发光发热，茶多酚复合保鲜剂也将会在食品领域发挥越来越重要的作用。随着研究人员对茶多酚提取方法的深入研究，单一的提取方法还存在缺陷，为提高提取效率，研究人员将多种提取技术联合应用来提取茶多酚，取得了良好的效果。目前，茶多酚的开发应用已经呈现出功能化、时尚化、多样化的特征，且产品市场也还在探索阶段，相信在不久的将来，茶多酚在各个领域中的应用将会呈爆发式增长。