茶多糖研究进展与展望

刘芷珊，石玉涛，肖锟月，余志*

（1.华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室，湖北武汉 430070；2.武夷学院茶与食品学院，茶叶福建省高校工程研究中心，武夷学院茶叶科学研究所，福建武夷山 354300）

茶是一种健康饮料，具有多种健康属性，如抗氧化、降血糖等。茶叶中的茶多酚、茶多糖、茶氨酸、咖啡碱等化学成分具有多种生物活性。 茶多糖（Tea polysaccharide，TPS） 是一类结合蛋白质的酸性多糖或酸性糖蛋白， 是具有生物活性的复合多糖[1-2]。 近20 余年来，研究者们逐渐认识到茶多糖作为一种具有较高分子量的生物活性物质， 具有抗氧化、降血糖、降血脂、增强机体免疫力等多种功效[3-6]，其开发潜力巨大，因此有关茶多糖的提取分离、 结构特征和生物活性等备受国内外茶叶研究者关注，相关研究报道逐渐增多。 目前，对于茶多糖的研究一方面集中在提取方法研究， 从传统的水提醇沉法、 酸和碱提取法等溶剂提取法逐渐向酶辅助提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法和超临界流体萃取法等新型提取技术发展。另一方面，其生物活性研究，如茶多糖分子结构、作用机理及构效关系的研究一直是重要方向，特别是茶多糖降血糖机制始终备受重视[7-10]。近年来，茶多糖的免疫调节和调节肠道菌群等特殊功效的研究也逐渐深入。 文章对中国知网和Web of Science 数据库中关于茶多糖研究近5 年的文献进行可视化分析，了解目前茶多糖领域研究热点、预测未来研究趋势和方向， 为茶多糖后续研究工作提供可借鉴的方向指引； 对近5 年来茶多糖的提取、分离纯化、生物活性和构效关系等方面的研究现状进行了综述， 分析茶多糖研究的新技术和成果，明确仍需要进一步探索的问题，以期为茶多糖领域研究提供参考。

1 基于CiteSpace 的茶多糖研究现状可视化分析

Citespace 信息可视化软件是重要的知识图谱绘制工具， 能够直观地展现该领域的研究热点和发展趋势。 研究采用文献计量软件CiteSpace.6.2.R4，于2023 年8 月1 日以“Tea polysaccharide”为主题词在Web of Science 数据库中检索了2019~2023 年的相关文献， 并用CiteSpace 自带的除重工具除重后得到639 篇文献。 以“茶多糖”为主题词在中国知网数据库中检索2019~2023 年的相关文献，采用CiteSpace 去除不相关、作者信息不全和网络首发的文献， 得到254 篇文献。 分别从国家、作者、机构和关键词聚类等方面进行茶多糖的最新研究的可视化分析。 如图1-A 所示，中文文献中茶多糖研究的关键词可聚为8 类， 主要研究其化学成分和降血糖功能；如图1-B 所示，英文文献中茶多糖研究的关键词可聚为12 类，偏向于研究其抗炎活性和对肠道菌群的调节作用。 研究者所在国家图谱如图1-C 所示， 中国的发文数最多（496 篇）， 占发文总量的77.62%， 中介中心性为0.76， 可见我国在茶多糖领域研究开展了大量工作。 国际研究机构图谱如图1-D 所示，中国的安徽农业大学、上海交通大学、中国农业科学院、南京农业大学是近5 年茶多糖研究的核心机构，共发文76 篇。 作者合作图谱如图1-E 和图1-F 所示，其中部分研究者形成了较强的合作关系。目前国际上茶多糖研究基本形成了以CHEN Xiaoqiang、 CHEN Guijie、 WEI Xinlin、 ZENG Xiaoxiong 等为核心的作者群。 整体而言，各群体中合作较频繁，但群体间的交流合作则较少。

图1 茶多糖CiteSpace 可视化分析Fig. 1 CiteSpace visualization analysis of tea polysaccharides

2 茶多糖研究新进展

2.1 茶多糖的提取、分离纯化方法研究

2.1.1 茶多糖的提取

茶多糖提取是茶多糖分离纯化、功效研究的基础。 不同的提取方法会影响茶多糖的得率、单糖构成及化学结构等，同时对茶多糖的生物活性有很大的影响。 传统的提取方法因操作简单、成本低而得到广泛应用，如水提醇沉法、酸提取法和碱提取法，但这些方法存在提取率低、提取时间长等缺点[11-13]，因此，开发提取率高、提取时间短、绿色环保、成本低的茶多糖提取技术始终具有实际意义。 已有的研究主要涉及酶辅助提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法和超临界流体萃取法等。在茶多糖提取工艺设计方面，响应面法因具有成本低、试验次数少、精密度高、预测性能好、 能全面有效地检查范围更广的因素组合并研究因素间交互作用等优点备受青睐[14-15]。陈文娟等[16]采用响应面法优化蜗牛酶辅助提取白芽奇兰茶多糖的工艺，优化工艺条件与未加酶的相比，提取率提高了77.74%。 姚佳等[17]也基于响应面法优化超声波辅助提取贵定云雾贡茶茶多糖的工艺。 表1 汇总了近5 年不同茶类茶多糖的优化提取工艺研究。 总体看，近年来茶多糖提取方法研究仍然以不同茶叶为对象，优化几种主要工艺的关键技术参数为主，尚未出现具有理论创新性的方法学研究。

表1 茶多糖提取工艺研究Table 1 Study on the Extraction Process of Tea Polysaccharides

2.1.2 茶多糖的分离纯化

茶多糖的分离纯化主要包括脱蛋白、脱色素、分级几个步骤。 黄秀红等[25]比较活性炭、木瓜蛋白酶、AB-8 树脂、D101 树脂和PHD500 树脂对乌龙茶多糖的脱色脱蛋白效果，结果表明，PHD500 树脂0.2 g/mL 添加量为最佳脱色方法，AB-8 树脂0.2 g/mL 添加量为最佳脱蛋白方法。唐平等[26]比较大孔树脂吸附、聚酰胺吸附、H2O2氧化和酸沉淀4种脱色方法对普洱茶多糖脱色率和多糖保留率的影响，研究发现H2O2氧化脱色效果差，D101 树脂吸附脱色和聚酰胺吸附脱色的多糖保留率较低，而酸沉淀色素操作简单， 且比其他3 种方法对多糖测定结果的影响较小， 更适合普洱茶茶多糖含量的测定。 吴金松等[27]以水提醇沉法提取铁观音茶末粗多糖， 然后通过DEAE-52 纤维素和Sephadex-100 葡聚糖凝胶分级两次纯化， 得到主要多糖组分TPS-1A 和TPS-4C， 两者纯度较高，分别为96.2%、95.1%。 茶多糖分离纯化技术仍存在工艺流程复杂、成本高、提取茶多糖纯度不高等问题。研究人员可以进一步将多种提取、分离纯化技术优化组合，提升茶多糖分离纯化效率，降低总体成本。

2.2 茶多糖的生物活性研究

大量研究已经证明茶多糖具有较强的生物活性，包括抗氧化、降血糖、提高免疫力、抗癌、调节肠道菌群、降血脂、减肥、抗凝血等[28-31]。

2.2.1 抗氧化

茶多糖具有很强的抗氧化活性， 且这种抗氧化活性不受胃肠消化的影响[32]。 大量的体外自由基清除实验包括1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）自由基、超氧阴离子（·O2-）自由基、羟基（OH）自由基及2 ，2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）自由基等充分验证了茶多糖的抗氧化活性。 绿茶茶多糖对DPPH 自由基、·O2-自由基、·OH 自由基和ABTS 自由基的清除力均呈剂量依赖性[33]。 张明珠等[34]发现茶多糖不仅对DPPH·和·OH 均具有较强的清除效果， 且能够直接清除内源性和外源性活性氧自由基 （ROS），从而修复外源性自由基引起的细胞损伤。 石玉涛等[35]的研究表明，武夷名丛茶多糖对DPPH 自由基和·OH 自由基有较强的清除能力， 不同武夷名丛茶树种质茶多糖体外抗氧化活性表现出较大的差异和多样性。 体外抗氧化指标作为茶多糖活性研究方法， 得到广泛应用， 但受限于茶多糖自身结构，分子水平的抗氧化研究工作有待进一步加强。

2.2.2 降血糖、降血脂

白茶、绿茶、红茶和黑茶多糖均有降血糖功效[7，36]。 王慧琴[36]研究发现纯化后的六堡茶多糖可呈剂量依赖性地抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的酶活性。 YIN 等[37]研究发现绿茶中酸性茶多糖（TPSA）支链片段可以通过氢键作用优先与α-淀粉酶结合，形成TPSA/α-淀粉酶复合物，从而抑制α-淀粉酶的活性。 ZHU 等[38]研究提取方法对粗绿茶多糖降糖活性的影响， 发现酶提法得到的粗茶多糖降糖活性最好， 其α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制活性在2~10 mg/mL 范围内最高。茶多糖在降血脂方面也功效。 严晨晨[39]通过建立体外降脂模型， 对黄大茶中起降脂功效的活性物质进行一步筛选，最终发现分子量范围在10~100 KD 的茶多糖的降脂活性最优， 且对正常肝细胞无毒副作用。 李祎等[40]对高脂血症大鼠连续4 周灌胃六堡茶多糖， 发现六堡茶多糖可以通过上调有益菌属的丰度，改善大鼠肠道菌群结构，促进结肠的短链脂肪酸的含量增加，来达到调节血脂的作用。 LI等[41]发现茶多糖可以通过调节肠道菌群和改善宿主代谢对2 型糖尿病大鼠发挥降血糖和降血脂作用。 降血糖和降血脂是茶多糖的重要活性， 近年来，结合多种动物模型对黄大茶、六堡茶等地方特色茶类的茶多糖开展研究， 运用微生物组学等手段分析其对肠道菌群的影响， 有效提升了这一领域的研究深度。

2.2.3 免疫调节

茶多糖能提高机体免疫力[42-43]。 王凡[44]研究发现茯茶多糖可促进小鼠巨噬细胞RAW264.7 细胞增殖、增强细胞吞噬能力、提高细胞内酸性磷酸酶活力和促进细胞NO 分泌水平， 表现出对RAW264.7 细胞的免疫增强活性， 并通过调节关键肠道菌群的丰度和代谢产物的组成发挥体内免疫调节活性。 袁旭霜等[45]研究发现不同提取方法获得的茯茶多糖均具有一定的体外免疫调节活性，同样表现在提高细胞活力、增强巨噬细胞吞噬能力、 提高细胞内酸性磷酸酶活力和促进NO 分泌水平等方面。BAI 等[46]通过建立小鼠免疫抑制模型验证了茯砖茶多糖通过调节肠道菌群和肠道屏障来恢复小鼠免疫功能的作用。 免疫调节活性是茶多糖重要的应用场景， 但目前绝大部分研究仍然主要在细胞水平层面开展， 缺乏深入的功能分子机理研究。

2.2.4 抗癌、抗肿瘤

茶多糖可通过抑制癌细胞增殖和促进癌细胞凋亡来发挥其抗癌作用[33]。JI 等[47]研究发现坦洋工夫红茶多糖能提高巨噬细胞、NK 细胞和淋巴细胞的免疫调节活性和提高IL-2、IFN-γ 和TNF-α 水平来抑制H22 肿瘤生长。 穆静静[48]制备多种茶多糖-纳米硒并研究其抗癌特性， 发现绿茶多糖-纳米硒对人结肠癌HCT116 细胞的抑制作用最强，且未纯化的绿茶多糖-纳米硒具有更强的抗人结肠癌HCT116、 人乳腺癌MCF-7、 人前列腺癌LNCap 等癌细胞增殖活性。也有研究表明，茶多糖能够通过靶向溶酶体诱导细胞毒性自噬抑制结肠癌HCT116 细胞的增殖， 这种机制可能通过mTORTFEB 信号实现[49]。 抑制癌细胞增殖与促进癌细胞凋亡是茶多糖具有一定抗肿瘤活性的表现，随着现代生物技术的快速发展，通过结构修饰增强茶多糖抗癌活性， 同时开展相关分子机理研究，将是这一领域的重要方向。

2.2.5 调节肠道菌群

茶多糖能调节肠道菌群组成[42]，促进益生菌的生长，增加肠道菌群的多样性及丰度，提高肠道菌群代谢产物短链脂肪酸（SCFAs）的含量，还可能促进肠道菌群的特定代谢功能，如氨基酸代谢、脂质代谢等[43，50-51]。 汪明佳[52]研究比较了茯砖茶多糖（FBTPS-3）对健康人与炎症性肠病（IBD）病人肠道菌群的调节作用， 发现FBTPS-3 可以调节IBD 病人粪便的肠道菌群组成， 改善IBD 病人的肠道内环境， 可以作为改善IBD 患者肠道环境的调节剂。 CHEN 等也有类似的发现[53]。 YANG 等[54]研究发现茯砖茶多糖可通过调节肠道菌群紊乱、促进微生物代谢和修复肠道屏障来预防葡聚糖硫酸钠诱导的溃疡性结肠炎。 太平猴魁茶多糖可通过重塑肠道微生物群及其代谢物而成为潜在的调节脂质代谢的候选物[55]。茯砖茶多糖（FBTPS-2-1）有望通过促进人体肠道菌群健康变化而成为一种潜在的功能性食品[56]。 近年来，肠道菌群是研究热点。随着认识的深入了，茶多糖是否通过调节肠道菌群进而展现其他生物活性尚未有定论， 因此调节茶多糖结合肠道菌群的研究在未来仍将是研究热点之一。

2.3 茶多糖的构效关系研究

茶多糖分子的结构是其生物活性的基础。 茶多糖的组成复杂， 其主要成分包括多种单糖和糖醛酸等[47]。 陈薛等[57]研究10 个茶树品种多糖的单糖组分发现不同茶树品种的多糖主要由半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖组成，这4 个单糖组分占比达80%以上。 艾于杰等[58]研究发现，甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸、半乳糖和阿拉伯糖均为能影响茶多糖抗氧化活性的单糖组成分， 茶多糖表现出的抗氧化活性可能为各种单糖协同作用的结果。 孙玉姣等[59]发现，与水提茯茶多糖相比，酸提茯茶多糖的葡萄糖含量最高，碱提茯茶多糖的糖醛酸含量最高， 这促使酸提和碱提茯茶多糖在较低浓度时表现出更加显著的抗氧化活性。茶多糖还包括蛋白质、无机元素等影响生物活性的成分。FAN 等[60]发现，纯化处理会去除粗茶多糖中不稳定的结合蛋白， 从而降低茶多糖的抗氧化活性。 FAN 等[61]还发现，随着金属元素的增加，茶多糖与α-葡萄糖苷酶的结合能力降低，从而降低其降糖活性。 茶多糖分子量大小也会影响茶多糖的生物活性。 艾于杰[58]利用高抗氧化活性茶多糖（迎霜多糖）和低抗氧化活性茶多糖（云南大叶种多糖）研究抗氧化活性茶多糖构效关系，认为具有抗氧化活性的茶多糖的最佳分子量范围在0.5~135.8 KD 之间。 也有研究表明分子量较小的茶多糖组分具有更强的抗氧化活性和α-葡萄糖苷酶抑制作用[62-63]。刘丹奇等[9]发现，茶多糖的降血糖效果整体规律与茶叶氧化程度较为一致 （红茶>白茶>绿茶）， 分子量由大到小分别为绿茶多糖（19.47 KD）、 白茶多糖 （18.18 KD） 和红茶多糖（8.74 KD）， 推测茶叶原料的发酵氧化可能使得糖链缩短，导致茶多糖分子量降低，进而提高其降血糖活性。茶多糖分子量和单糖组成只反映其部分一级结构特点，为构效关系研究提供最基础的信息。

茶多糖的高级结构对其活性具有重要影响。新型分析技术和仪器的应用使茶多糖结构研究由一级结构逐步深入到空间构象等高级结构分析。YIN 等[37]利用静态光散射、粘度和透射电镜分析绿茶中TPSA 的链构象，结果表明TPSA 是一种具有球状均匀构象的超支化多糖。 艾于杰[58]通过对比迎霜多糖和云南大叶种多糖相同组分间的一级结构， 发现前者含有更多分支且支链中含有更多→6）-α-D-Glap-（1→结构。 在结构修饰方面，有研究发现，对茶多糖的结构进行一定的修饰，可以提高其生物活性，如乙酰化茯砖茶多糖对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制活性高于非乙酰化茯砖茶多糖[64]。孙瑜辰等[65]为了提高粗茶多糖的生物活性， 采用浓硫酸法对茶多糖进行硫酸酯化修饰。 WANG 等[66]研究发现超声波处理可改变黄茶多糖的三级结构和表面形态， 并提高其自由基清除能力。此外，超高压处理可以改变黄大茶多糖的单糖组成、三级结构和表面形态，降低分子量，提高对酒精性肝损伤和肝脂肪堆积的治疗作用[67]。总体看，茶多糖的单糖组成、糖醛酸含量、分子量、糖链的空间结构等都会影响茶多糖的抗氧化、降血糖等生物活性（如图2 所示）。

图2 茶多糖构效关系Fig. 2 Structure Activity Relationship of Tea Polysaccharides

明确的构效关系是茶多糖能够应用于大健康产业的基础。但由于糖生物学本身的复杂性，茶多糖构效关系目前的基础研究尚不能支撑其在药理学等领域开展更深入的应用性研究， 这也是限制茶多糖在医药和保健品领域推广的重要因素。

3 展望

近五年来，茶多糖研究热度不减，成果丰硕但也面临以下系列挑战。

（1）高效经济的茶多糖提取、分离纯化工艺有待进一步探索。 研究者有必要引进更加绿色高效的提取方法， 对现有茶多糖提取分离技术路线进行再创新，结合茶叶深加工生产实践，积极开展茶多糖与茶多酚、 咖啡碱等物质高效复合提取技术研究，同时，基于茶原料特点，开展高活性茶多糖分离纯化技术研究。 茶多糖初级产品生产需要具有更好的经济性与质量稳定性。

（2）茶多糖构效关系研究有必要引入新方法。茶多糖是一种具有复杂结构的大分子杂多糖，目前的研究虽探索了茶多糖自身的结构特征和生物活性，但对其空间高级结构的研究不够深入，尤其是对其结构和活性相互作用关系的系统性研究较缺乏，导致茶多糖构效关系研究基础欠缺。随着现代生物技术和分子结构分析手段与药物设计技术的发展， 可以引入功能分子设计与活性验证等多种新方法进一步开展茶多糖的构效关系研究，逐步建立起茶多糖构效关系的理论体系。

（3） 茶多糖生物活性机制研究需要深入至分子水平。 目前大多数有关茶多糖在动物体内抗氧化、降血糖、免疫调节和调节肠道菌群等生物活性机理的研究不够深入， 研究深度需要由细胞水平深入至分子水平， 才能更好的解释茶多糖生物活性的作用机制。

（4） 茶多糖相关的功能性产品的应用研究有待进一步丰富。 具有多样化生物活性茶多糖在食品、医疗保健等方面具有非常广阔的应用前景。目前有关茶多糖相关的功能性产品的应用研究局限性较明显， 近五年虽有茶多糖作为抗氧化剂和乳化剂[70-71]的研究，但将茶多糖应用于益生菌产品、降血糖、 提高免疫力保健品等产品的转化研究报道极少。茶多糖可以作为重要的食品添加剂，应用于更多类型的高价值产品开发。

（5） 茶多糖的在茶树中生物合成及其代谢机制研究匮乏。 不同品种茶树的茶多糖提取后具有显著活性差异， 揭示多糖在茶树中生物学合成途径和存在形态可能存在差异， 因此研究茶多糖自身在茶树体内的生物合成与代谢机制， 也是深入理解茶多糖构效关系机理的重要途径。

综上， 科研工作者仍需不断夯实茶多糖的理论研究基础，提升研究技术和方法，深入探究茶多糖构效关系和生理活性作用机理， 才能真正将茶多糖转化为功能性产品，提升茶多糖综合价值，促进茶多糖在更广阔的领域实现产业化应用。