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(cháng)、抗腫瘤、降壓安神等功效。本文綜述了近十余年來(lái)國內外在茶氨酸的形成、積累、測定、制備及應用方面的研究進(jìn)展。
關(guān)鍵詞 茶氨酸;形成;積累;測定;制備;應用
1 引言
至今為止人們在茶葉中已發(fā)現25種氨基酸。其中茶氨酸約占氨基酸總量的50%。大多數學(xué)者認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。茶氨酸(theanine)是1950年日本學(xué)者酒戶(hù)彌二郎首次從綠茶中分離并命名的,它屬酰胺類(lèi)化合物,化學(xué)命名:Ｎ乙基Ｌ谷氨酰胺,結構式:ＨＯＣＯＣＨＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯＮＨＣＨ2ＣＨ3。自然存在的茶氨酸均為Ｌ型,純品為白色針狀結晶,熔點(diǎn)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(lèi)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(shù)的所有器官和組織中。經(jīng)大量研究表明,茶氨酸在茶樹(shù)的根部形成,然后向新梢積聚,因而茶樹(shù)新梢中茶氨酸含量最高。茶氨酸的形成是茶樹(shù)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(shù)的幼齡組織生長(cháng),因此茶氨酸是茶樹(shù)幼芽光合作用開(kāi)始前有機碳骨架合成的起始物,而且也是茶樹(shù)中多酚類(lèi)物質(zhì)的重要前體。茶氨酸在茶樹(shù)中的積累與光照、溫度和合成前體密切相關(guān)。研究發(fā)現當溫度為25℃,黑暗條件下,在培養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(shù)新梢中茶氨酸的分布情況及其在不同季節、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,隨著(zhù)茶樹(shù)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)指標之一;茶氨酸在新梢中的含量隨季節的不同存在顯著(zhù)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(guò)程不同,其茶中茶氨酸的含量也有明顯變化。綠茶制造過(guò)程中由于谷氨酸的轉化使茶氨酸的含量呈增加趨勢;黃茶、青茶、黑茶制造過(guò)程中谷氨酸的變化不明顯,茶氨酸呈減少趨勢;白茶制造過(guò)程中茶氨酸變化的特點(diǎn)是長(cháng)時(shí)間的萎凋中蛋白質(zhì)分解,谷氨酸增多并向茶氨酸轉化,因此茶氨酸開(kāi)始表現為增加趨勢直至干燥才有所減少;而紅茶發(fā)酵過(guò)程茶氨酸變化復雜,有增有減,總趨勢是減少。雖然人們普遍認為茶氨酸可作為評價(jià)綠茶質(zhì)量的重要標志之一,但對紅茶茶氨酸的含量與其品質(zhì)的相關(guān)性問(wèn)題有著(zhù)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(shí)發(fā)現, 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(shí)測定了我國六大茶類(lèi)中茶氨酸的含量[4]發(fā)現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(diǎn),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(guò)程中特有的渥堆作用導致了茶氨酸大量損失。因此也有學(xué)者認為茶氨酸的含量也可作為紅茶品質(zhì)的重要評價(jià)因子之一。湖南農業(yè)大學(xué)的唐和平等對9個(gè)茶樹(shù)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)現山茶中雖有茶氨酸存在,但含量甚微;通過(guò)對不同進(jìn)化層次的茶樹(shù)品種進(jìn)行茶氨酸含量分析,證明茶氨酸含量隨茶樹(shù)進(jìn)化層次的提高呈積累趨勢,并以山茶中也發(fā)現茶氨酸說(shuō)明茶與山茶存在一定的親緣關(guān)系,由此支持茶樹(shù)應屬山茶屬的觀(guān)點(diǎn)。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(guò)工藝技術(shù)對茶葉中茶氨酸和其他氨基酸的含量進(jìn)行調控。同年鐘俊輝等研究了不同培養條件、不同碳源和不同環(huán)境對茶愈傷組織培養及其茶氨酸的積累的影響[7],發(fā)現激素ＩＡＡ和6 ＢＡ結合作用時(shí),以ＩＡＡ2mg/Ｌ和6 ＢＡ4mg/Ｌ時(shí)對茶氨酸積累最有利;而培養基中碳源不同,愈傷組織的增長(cháng)速率及其茶氨酸的含量的差異并不顯著(zhù),但當用不同濃度的蔗糖作為碳源時(shí)發(fā)現,隨著(zhù)蔗糖濃度的增加茶氨酸的積累呈上升趨勢。與其他文獻相同,他們的研究結果表明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,有傳統的陰離子交換樹(shù)脂層析法、薄層色譜法、氣相色譜法[8,9]等。近十多年來(lái)隨著(zhù)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(dòng)化程度的不斷提高,該技術(shù)越來(lái)越廣泛地應用于氨基酸分析領(lǐng)域。因大多數氨基酸無(wú)紫外吸收和熒光發(fā)射特性,標準折射探測儀對氨基酸檢測也無(wú)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。二十世紀八十年代中期美國Ｗａｔｅｒｓ公司率先推出了氨基酸自動(dòng)分析系統及技術(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(dòng)相,梯度洗脫,紫外或熒光檢測器檢測,該法簡(jiǎn)稱(chēng)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)現茶氨酸不能以酸水解方式提取,否則茶氨酸會(huì )分解成谷氨酸,而使測定結果偏低。隨著(zhù)近年來(lái)分析技術(shù)和分析手段的不斷提高,毛細管電泳技術(shù)和液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)也應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(lèi)物質(zhì)的方法[14],他們通過(guò)測定其準分子離子峰同時(shí)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等則研究了用毛細管電泳儀同時(shí)進(jìn)行兒茶素、茶氨酸、咖啡因及沒(méi)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(guò)細胞組培、化學(xué)合成、微生物發(fā)酵和離子交換樹(shù)脂分離等方式獲取。人們用14Ｃ示蹤的方法早已證實(shí)了茶樹(shù)中茶氨酸合成前體是谷氨酸和乙胺。一般認為當培養基中乙胺的濃度為25ｍＭ時(shí),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(cháng)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(dòng)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(cháng)和茶氨酸積累的較佳培養條件。除了利用細胞組織培養茶氨酸之外,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五十年代,它具有價(jià)格低,成本低,適合工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。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,但反應時(shí)間較長(cháng),設備規模較龐大,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)酵法基礎上的酶轉化法或稱(chēng)酶工程技術(shù)應運而生了。這種技術(shù)是應用特定酶的催化作用,使某些化合物轉化成相應的Ｌ 氨基酸。ＨｉｄｅｙｕｋｉＳｕｚｕｋｉ等報道了他們把這一技術(shù)應用到茶氨酸的制備中的最新研究成果[18],他們利用從細菌中得到的谷氨酰轉肽酶作催化劑,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(shí),獲得120ｍＭ茶氨酸,轉化率為60%。茶氨酸作為兩性物質(zhì),選擇適當的ｐＨ值,用離子交換樹(shù)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(jiàn)。1998年陳瑛等報道了用離子交換法提取茶氨酸的研究結果[19],他們選用國產(chǎn)732陽(yáng)離子交換樹(shù)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(shù)脂吸附茶氨酸的影響,以及上樣濃度、洗脫速度對樹(shù)脂交換過(guò)程的影響。
