摘要 茶氨酸是茶葉的特征氨基酸。大量研究表明,茶氨酸的含量不僅對茶葉的品質(zhì)有很大的影響,而且具有促進(jìn)大腦功能和神經(jīng)的生長、抗腫瘤、降壓安神等功效。本文綜述了近十余年來國內(nèi)外在茶氨酸的形成、積累、測定、制備及應(yīng)用方面的研究進(jìn)展。
關(guān)鍵詞 茶氨酸;形成;積累;測定;制備;應(yīng)用
1 引言
至今為止人們在茶葉中已發(fā)現(xiàn)25種氨基酸。其中茶氨酸約占氨基酸總量的50%。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為茶氨酸是茶葉的特征氨基酸,因為到目前為止除了在茶梅、山茶、油茶、簟等四種天然植物中檢測出其微量存在外,其他植物中尚未發(fā)現(xiàn)。茶氨酸(theanine)是1950年日本學(xué)者酒戶彌二郎首次從綠茶中分離并命名的,它屬酰胺類化合物,化學(xué)命名:Ｎ乙基Ｌ谷氨酰胺,結(jié)構(gòu)式:ＨＯＣＯＣＨＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯＮＨＣＨ2ＣＨ3。自然存在的茶氨酸均為Ｌ型,純品為白色針狀結(jié)晶,熔點217～218℃(分解),比旋光度[α]20Ｄ=0 7°,極易溶于水,水解度呈微酸性,有焦糖香及類似味精的鮮爽味,研究證明它的含量與綠茶的品質(zhì)密切相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0 787～0 876[1]。
2 茶葉中茶氨酸研究進(jìn)展
作為茶葉的特征氨基酸,茶氨酸幾乎存在于茶樹的所有器官和組織中。經(jīng)大量研究表明,茶氨酸在茶樹的根部形成,然后向新梢積聚,因而茶樹新梢中茶氨酸含量最高。茶氨酸的形成是茶樹儲存氮的手段之一,這是因為茶氨酸被茶氨酸水解酶水解為谷氨酸和乙胺,乙胺在胺氧化酶的作用下產(chǎn)生氨和乙醛,氨可作為氮源供茶樹的幼齡組織生長,因此茶氨酸是茶樹幼芽光合作用開始前有機碳骨架合成的起始物,而且也是茶樹中多酚類物質(zhì)的重要前體。茶氨酸在茶樹中的積累與光照、溫度和合成前體密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度為25℃,黑暗條件下,在培養(yǎng)基中加入鹽酸乙胺能明顯增加茶氨酸的積累。1992年我國學(xué)者李榮林等對茶樹新梢中茶氨酸的分布情況及其在不同季節(jié)、不同品種和不同栽培條件下含量的變化作了較全面的研究[2]。他們發(fā)現(xiàn),隨著茶樹葉片成熟度的增加,茶氨酸的含量逐漸降低,因此茶氨酸可作為茶鮮葉嫩度的化學(xué)指標(biāo)之一;茶氨酸在新梢中的含量隨季節(jié)的不同存在顯著的差異,其在春茶新梢中的含量是在夏茶中的4倍,是在秋茶中的7倍;環(huán)境對茶氨酸含量也有較大的影響,土壤的ｐＨ值下降,不利于茶氨酸的積累,而氨態(tài)氮的存在和遮蔭環(huán)境有利于茶氨酸的積累; 茶葉制作過程不同,其茶中茶氨酸的含量也有明顯變化。綠茶制造過程中由于谷氨酸的轉(zhuǎn)化使茶氨酸的含量呈增加趨勢;黃茶、青茶、黑茶制造過程中谷氨酸的變化不明顯,茶氨酸呈減少趨勢;白茶制造過程中茶氨酸變化的特點是長時間的萎凋中蛋白質(zhì)分解,谷氨酸增多并向茶氨酸轉(zhuǎn)化,因此茶氨酸開始表現(xiàn)為增加趨勢直至干燥才有所減少;而紅茶發(fā)酵過程茶氨酸變化復(fù)雜,有增有減,總趨勢是減少。雖然人們普遍認(rèn)為茶氨酸可作為評價綠茶質(zhì)量的重要標(biāo)志之一,但對紅茶茶氨酸的含量與其品質(zhì)的相關(guān)性問題有著不同的看法。
K.HelenEkborgOtt等在對17種茶的茶氨酸含量進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn), 某些紅茶中茶氨酸的含量并不比綠茶和烏龍茶低,有的紅茶 (如中國的云南茶)中茶氨酸的含量甚至還高于某些綠茶 [3]。趙和濤等在研究茶氨酸的生化特性時測定了我國六大茶類中茶氨酸的含量[4]發(fā)現(xiàn)以白茶中茶氨酸的含量最高,為30079mg/100g;其次是綠茶和黃茶,在17301～1944 7mg/100g之間;紅茶相對綠茶低一點,為14616mg/100g;青茶為6274mg/100g;含量最低的是黑茶,只有711mg/100g,這可能是由于其加工過程中特有的渥堆作用導(dǎo)致了茶氨酸大量損失。因此也有學(xué)者認(rèn)為茶氨酸的含量也可作為紅茶品質(zhì)的重要評價因子之一。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的唐和平等對9個茶樹品種及紅山茶、白山茶進(jìn)行了氨基酸組成的分析[5],并比較了其中茶氨酸含量的差異,他們發(fā)現(xiàn)山茶中雖有茶氨酸存在,但含量甚微;通過對不同進(jìn)化層次的茶樹品種進(jìn)行茶氨酸含量分析,證明茶氨酸含量隨茶樹進(jìn)化層次的提高呈積累趨勢,并以山茶中也發(fā)現(xiàn)茶氨酸說明茶與山茶存在一定的親緣關(guān)系,由此支持茶樹應(yīng)屬山茶屬的觀點。1997年齊貴年等比較了經(jīng)蒸汽殺青、鍋炒殺青和滾筒殺青的扁形特種綠茶氨基酸含量的變化[6],結(jié)果表明,不同工藝殺青對氨基酸組分含量有一定的影響,其氨基酸總量和茶氨酸含量均為蒸汽殺青>鍋炒殺青>滾筒殺青,并且提出可通過工藝技術(shù)對茶葉中茶氨酸和其他氨基酸的含量進(jìn)行調(diào)控。同年鐘俊輝等研究了不同培養(yǎng)條件、不同碳源和不同環(huán)境對茶愈傷組織培養(yǎng)及其茶氨酸的積累的影響[7],發(fā)現(xiàn)激素ＩＡＡ和6 ＢＡ結(jié)合作用時,以ＩＡＡ2mg/Ｌ和6 ＢＡ4mg/Ｌ時對茶氨酸積累最有利;而培養(yǎng)基中碳源不同,愈傷組織的增長速率及其茶氨酸的含量的差異并不顯著,但當(dāng)用不同濃度的蔗糖作為碳源時發(fā)現(xiàn),隨著蔗糖濃度的增加茶氨酸的積累呈上升趨勢。與其他文獻(xiàn)相同,他們的研究結(jié)果表明25℃、黑暗條件有利于茶氨酸的積累。
3 茶氨酸的測定與制備茶氨酸的分析方法有多種,有傳統(tǒng)的陰離子交換樹脂層析法、薄層色譜法、氣相色譜法[8,9]等。近十多年來隨著高效液相色譜技術(shù)的迅猛發(fā)展,分析速度、靈敏度和自動化程度的不斷提高,該技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于氨基酸分析領(lǐng)域。因大多數(shù)氨基酸無紫外吸收和熒光發(fā)射特性,標(biāo)準(zhǔn)折射探測儀對氨基酸檢測也無足夠的靈敏度,所以為提高分析檢測靈敏度和分離選擇特性,通常將其衍生。二十世紀(jì)八十年代中期美國Ｗａｔｅｒｓ公司率先推出了氨基酸自動分析系統(tǒng)及技術(shù)[10],他們采用異氰酸苯酯(ＰＩＴＣ)作為衍生試劑,柱前衍生,反相色譜分離的原理,用紫外檢測進(jìn)行氨基酸分析。隨后,惠普公司推出了ＨＰＡｍｉｎｏＱｕａｎｔ氨基酸分析系統(tǒng)及技術(shù)[11],采用鄰苯二甲醛(ＯＰＡ)和氯甲酸芴甲酯(ＦＭＯＣ)作為衍生試劑,既可用紫外又可用熒光進(jìn)行檢測。董泗建等對幾種柱前衍生的氨基酸分析法的色譜條件進(jìn)行了改進(jìn)[12],在降低成本的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化了分離效果。1994年Ｗａｔｅｒｓ公司又推出了一套全新的氨基酸分析技術(shù),他們采用6 氨基喹啉 Ｎ 羥基琥珀酰亞胺基 氨基甲酸酯(ＡＱＣ)作為衍生試劑,以乙腈和水作為流動相,梯度洗脫,紫外或熒光檢測器檢測,該法簡稱為ＡＣＣＱ ＴＡＧ法。在日本學(xué)者莽也邦夫等采用高效液相色譜法測定了茶葉中茶氨酸含量之后,我國學(xué)者郭升平對用高效液相色譜測定茶葉中茶氨酸進(jìn)行了較詳細(xì)的研究[13],他采用ＷａｔｅｒｓＭ344高效液相色譜儀,以ＰＩＴＣ柱前衍生,反相Ｃ18柱分離(Ｗａｔｅｒｓ的Ｐｉｃｏ ＴａｇＴＭＨＡＡ柱),柱溫43℃,梯度洗脫,用Ｍ990二極管陣列檢測器,在ＵＶ243ｎｍ檢測。在研究中他對用乙酸乙酯提取、用80%乙醇回流3ｈ提取和經(jīng)鹽酸水解等前處理的方法進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)茶氨酸不能以酸水解方式提取,否則茶氨酸會分解成谷氨酸,而使測定結(jié)果偏低。隨著近年來分析技術(shù)和分析手段的不斷提高,毛細(xì)管電泳技術(shù)和液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)也應(yīng)用到了茶氨酸檢測領(lǐng)域。ＫｉｅｈｎｅＡ等報道了采用熱噴霧液質(zhì)聯(lián)用儀分析茶葉中多酚類物質(zhì)的方法[14],他們通過測定其準(zhǔn)分子離子峰同時測定了茶葉中的兒茶素、黃酮醇糖甙、黃酮糖甙及咖啡因、可可堿和茶氨酸。ＡｕｃａｍｐＪＰ等則研究了用毛細(xì)管電泳儀同時進(jìn)行兒茶素、茶氨酸、咖啡因及沒食子酸、抗壞血酸分析的方法[15]。
目前,高純度的茶氨酸主要通過細(xì)胞組培、化學(xué)合成、微生物發(fā)酵和離子交換樹脂分離等方式獲取。人們用14Ｃ示蹤的方法早已證實了茶樹中茶氨酸合成前體是谷氨酸和乙胺。一般認(rèn)為當(dāng)培養(yǎng)基中乙胺的濃度為25ｍＭ時,茶葉愈傷組織的茶氨酸的生物合成為最大值。1998年陳瑛等研究了多種激素對茶愈傷組織合成茶氨酸的影響[16],他們對生長素(ＩＡＡ)、萘乙酸(ＮＡＡ)、吲哚丁酸(ＩＢＡ)、2,4 二氯苯氧乙酸(2,4 Ｄ)、6 芐基腺嘌呤(6 ＢＡ)、玉米素(ＺＴ)、激動素(ＫＴ)、和三十烷醇(ＴＡ)的不同濃度、不同配比進(jìn)行試驗,得出了茶愈傷組織生長和茶氨酸積累的較佳培養(yǎng)條件。除了利用細(xì)胞組織培養(yǎng)茶氨酸之外,化學(xué)合成也是得到高純度茶氨酸的有效方法[17]。采用化學(xué)合成手段制造氨基酸始于二十世紀(jì)五十年代,它具有價格低,成本低,適合工業(yè)化生產(chǎn)的特點。但是化學(xué)合成制造的都是ＤＬ 型消旋體,需要進(jìn)行拆分才能得到Ｌ 型產(chǎn)品。日本學(xué)者在這方面作了大量的工作,他們采用微生物固化酶分離ＤＬ 型氨基酸取得了成功。采用微生物發(fā)酵法可直接得到Ｌ 型氨基酸,但反應(yīng)時間較長,設(shè)備規(guī)模較龐大,副產(chǎn)物也較多,需要進(jìn)一步分離精制,成本相對較高。因此建立在化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法基礎(chǔ)上的酶轉(zhuǎn)化法或稱酶工程技術(shù)應(yīng)運而生了。這種技術(shù)是應(yīng)用特定酶的催化作用,使某些化合物轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的Ｌ 氨基酸。ＨｉｄｅｙｕｋｉＳｕｚｕｋｉ等報道了他們把這一技術(shù)應(yīng)用到茶氨酸的制備中的最新研究成果[18],他們利用從細(xì)菌中得到的谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶作催化劑,將200ｍＭ谷氨酸和1 5Ｍ乙胺在ｐＨ為10,溫度為37℃的條件下,保持2小時,獲得120ｍＭ茶氨酸,轉(zhuǎn)化率為60%。茶氨酸作為兩性物質(zhì),選擇適當(dāng)?shù)模穑戎?用離子交換樹脂分離提取也是一種有效的手段,但這方面的報道并不多見。1998年陳瑛等報道了用離子交換法提取茶氨酸的研究結(jié)果[19],他們選用國產(chǎn)732陽離子交換樹脂,從茶愈傷組織浸提液中提取茶氨酸,并討論了洗脫液離子強度和ｐＨ值對樹脂吸附茶氨酸的影響,以及上樣濃度、洗脫速度對樹脂交換過程的影響。
