食品抗氧化剂一般分为合成抗氧化剂和天然抗氧化剂。合成抗氧化剂有丁基羟基甲苯(ＢＨＴ)、丁基羟基茴香醚(ＢＨＡ)、没食子酸丙酯(ＰＧ)和特丁基对苯二酚(ＴＢＨＱ)等。茶多酚作为一种天然抗氧化剂,具有抗氧化能力强、使用安全、保健等特点,是值得深入研究开发和大力推广应用的新型抗氧化剂。
1 茶多酚的组成
茶多酚(Ｔｅａｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌ,简称ＴＰ)是茶叶的主要成分,又称茶单宁、茶鞣酸、茶鞣质,是茶叶中多酚类物质的总称。绿茶中,茶多酚含量较高,约占其干重的15%～25%,而红茶因发酵过程中部分茶多酚被氧化,故含量较低,约为干重的6%,不同季节采摘及不同品种的茶叶,茶多酚的含量也有差异,一般夏秋茶高于春茶。按其化学结构的不同,茶多酚含有以下几种成分:
1.1 儿茶素(Ｃａｔｅｃｈｉｎｓ):属黄烷醇类,是茶多酚的主体成分,约占茶多酚总量的60%～80%,在茶叶中的含量为干重的12%～24%。儿茶素总有6种,分为酯型儿茶素和非酯型儿茶素,酯型儿茶素有表儿茶素没食子酸酯(Ｌ-ＥＣＧ)和表没食子儿茶素没食子酸酯(Ｌ-ＥＧＣＧ);非酯型儿茶素有表儿茶素(Ｌ-ＥＣ)、没食子儿茶素(Ｄ,Ｌ-ＧＣ)、表没食子儿茶素(Ｌ-ＥＧＣ)和儿茶素(Ｄ,Ｌ-Ｃ)等。
1.2 黄酮及黄酮醇类(Ｆｌａｖｏｎｏｌｓ):主要是黄酮醇及其苷类,含量占茶叶干重的3%～4%。
1.3 无色花青素(Ｌｅｕｃｏａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ):既羟基-[4]-黄烷醇及其盐,包括花白素及花青素,茶叶中花白素占干物质的2%～3%,花青素占0.01%左右。
1.4 酚酸类和缩酚酸类(ＰｈｅｎｏｌｉｃａｃｉｄｓａｎｄＤｅｐ ｓｉｄｅｓ):总量占茶叶干重5%左右。
2 茶多酚的特性
纯茶多酚一般为白色无定型粉末,具有涩味,略有吸潮性,在潮湿的空气中能被氧化成棕色产物,能溶于水及甲醇,乙醇,丙酮,乙酸乙酯等有机溶剂,但不溶于氯仿。作为一种天然抗氧化剂,茶多酚具有以下基本特点:抗氧化效力强,对油脂的氧化抑制率达96%以上,强于维生素Ｅ和维生素Ｃ;对动物油脂具有抗氧化作用;与维生素Ｅ和维生素Ｃ具有协同作用;能提高维生素和胡萝卜素的稳定性;对酸和热较稳定,ｐＨ2～8之内稳定,大于ｐＨ8和光照下易氧化聚合;遇铁变绿黑色络合物;安全性高;具有抑菌作用;能清除自由基,抑制亚硝酸盐的形成,有抗突变,抗癌变等功效。
3 茶多酚的提取方法
目前,茶多酚的制取一般以成品茶(如绿茶、乌龙茶、速溶茶)或鲜茶叶为原料制备,若以碎茶叶或茶末为原料,则更为经济。其提取工艺流程为:茶叶→溶剂提取→过滤→滤液→氯仿洗涤→有机溶剂萃取→蒸馏→粗制品→色谱柱精制→精制品。例:
以绿茶为原料:取干茶叶(按500ｇ计),碾碎,用3Ｌ丙酮-水溶液(7:3)浸泡一夜,过滤,将滤液浓缩至原体积的1/10。然后用0.5Ｌ乙醚和1Ｌ乙酸乙酯分别萃取,合并萃取液浓缩,残渣在羟丙基化葡聚糖凝胶色谱柱上精制,用2Ｌ丙酮-水(9:1)溶液洗脱,再将洗脱液转移至硅胶色谱柱用5Ｌ乙酸乙酯-丙酮(4:1)溶液洗脱,蒸发洗脱液,可得到白色粉状物质即茶多酚,其含量可高达99%。
以速溶茶为原料:取速溶绿茶(按100ｇ计),加入1000ｍＬ80℃热水,待完全溶解后,以等量氯仿洗涤,除去咖啡因和色素,然后用等量乙酸乙酯萃取3次,合并有机相,并减压蒸馏(蒸馏结束前加入少量水),得到浓缩水溶液提取物,再冷却干燥,即可得茶多酚,其含量约为72%。
以鲜茶叶为原料:取鲜茶叶(按200ｇ计),蒸汽灭酶后加入800ｍＬ甲醇(70%)水溶液,在混合器中搅拌提取10分钟,离心分离得到上清夜,再用等量氯仿洗涤,以除去咖啡因,得到甲醇水溶液,然后用等量乙酸乙酯萃取3次,合并萃取液,并减压浓缩,然后冷冻干燥得到茶多酚,其含量约为51%。
4 茶多酚的抗氧化性能
70年代以来,研究人员对茶多酚的生物活性作了大量的研究工作。研究发现,茶多酚对于不饱和油脂和不完全氧化的油脂均有良好的抗氧化作用,与合成抗氧化剂ＢＨＡ、ＢＨＴ、ＰＧ等相比,在延长花生油,亚麻油及氢化油脂的有效期方面效果更佳。另外,茶多酚对玉米油、棕榈油、猪油、大豆油以及茶油均有明显的抗氧化作用。在抗氧化能力方面,茶多酚对亚油酸的抗氧化效果为ＢＨＡ的2倍。添加相同量时,茶多酚对茶油的抗氧化作用是ＢＨＡ的2.6倍,是维生素Ｅ的3.2倍。茶多酚对猪油的抗氧化作用是ＢＨＡ的2.4倍,是维生素Ｅ的9.6倍。对亚油酸的抗氧化作用是维生素Ｅ的3.9倍。若茶多酚与抗坏血酸、柠檬酸、苹果酸、维生素Ｅ并用时,具有协同效应,其抗氧化能力明显增强。
80年代开始,国内外对茶多酚的抗氧化作用机理进行了大量研究,发现茶多酚主要是通过如下途径来实现其抗氧化作用:①清除活性氧。茶多酚中的活性酚羟基可作为氢的供体,能清除环境中的活性氧,减少氧自由基的产生;②清除自由基。作为氢的供体,茶多酚可夺取氧化过程中产生的过氧化自由基;③螯合金属离子。茶多酚的邻位酚羟基可螯合金属离子,减少金属离子对氧化反应的催化作用;④结合氧化酶。在反应体系中,茶多酚能与氧化酶蛋白结合,形成一种复合物而降低该酶对氧化作用的催化活性。
对茶多酚吸氧量的研究表明,儿茶素的主要还原部位是其Ｂ环的邻位酚羟基,而且连苯三酚型儿茶素的吸氧量大于邻苯二酚型,据此可知,茶多酚的抗氧化能力与羟基的数目有关;另外,茶多酚的分子量也影响其抗氧化能力,分子量越大的茶多酚组分,其产生的多酚自由基越稳定,不易引起新的氧化链式反应的发生。如茶多酚抗脂质过氧化能力与其分子量和没食子酰基数目呈正相关;此外,茶多酚的抗氧化能力与其溶解性也有关。油溶性茶多酚和水溶性茶多酚相比,油溶性茶多酚具有更强的抗脂质氧化活性。在水相中,茶多酚不同组分对脂质过氧化残基清除能力不同,为ＥＣＧ>ＥＧＣＧ>ＥＧＣ>ＥＣ,而在油相中,ＥＣＧ=ＥＧＣＧ>ＥＣ>ＥＧＣ。
5 茶多酚的保健与药理作用
5.1 抗肿瘤
茶多酚具有抗肿瘤作用,在体外有抗诱变活性,能抑制啮齿动物中致癌剂诱导的各种肿瘤。茶多酚对ＴＰＡ诱导的皮肤肿瘤具有抑制作用,外用茶多酚能抑制ＴＰＡ诱导的小鼠皮肤癌症。茶多酚对烟草特异性亚硝胺诱导的肺肿瘤产生抑制,对烟草特异性亚硝胺诱导的小鼠肺癌基因表达有影响在动物实验中,日本学者研究了茶多酚对雄性大鼠结肠直肠癌的影响,发现茶多酚能有效防止鼠结肠直肠癌的发生。对人胃癌细胞的实验表明,在一定范围内,随着细胞培养液中茶多酚浓度的增大,癌细胞生长抑制率增大,而具有连苯三酚结构的茶多酚组分的抑制活性尤其明显。
5.2 防治心血管疾病
动脉粥样硬化(ＡＳ)是中老年人的常见心血管疾病,它与血脂中的胆固醇和甘油三酯(ＴＧ)密切相关,胆固醇包括低密度脂蛋白胆固醇(ＬＤＬ)和高密度脂蛋白胆固醇(ＨＤＬ)等。其中ＬＤＬ的氧化修饰可使血管内皮受损,导致胆固醇沉积在血管壁而发生ＡＳ,ＴＧ也会引起人体ＡＳ等不良作用,而ＨＤＬ则可预防动脉粥样硬化。流行病学调查发现,食物中的茶多酚能有效防止老年人心血管疾病的发生,这是因为茶多酚可以降低ＴＧ和ＬＤＬ的含量,影响ＬＤＬ的氧化修饰,提高ＨＤＬ的含量和功效。
5.3 降血压与血糖
有报道茶多酚能降低家兔的血压,或使大鼠后肢灌注液流出量增大,说明茶多酚能降低外周血管阻力,直接扩张血管。临床应用表明,茶叶中的ＥＧＣＧ(剂量为0.5ｍｇ/ｋｇ)可使血压降低20～40ｍｍＨｇ。另外,茶多酚还可以通过促进内皮依赖性松弛因子的形成,松弛血管平滑肌而起抗高压作用。资料表明,糖尿病患者如果连续6周服用含有ＥＧＣＧ的一种复合物,可使患者体内的血糖值,血清ＴＣ值,尿中ＣＰＲ值和尿糖值均有降低作用。
5.4 抑菌抗病毒
茶多酚对19个细菌类群的12个类群近100种细菌均有抑制作用。如茶多酚可以抑制细菌Ｐｏｒｐｈｙｒｏｍｏｎａｓｇｉｎｇｉｖａｉｉｓ的生长,对颊部上皮细胞的粘附也有抑制作用,对伤寒沙门氏杆菌、普通变形杆菌、铜绿色假单孢杆菌、大肠埃希氏杆菌等8种致病菌均有明显的抑制作用。研究表明,茶多酚抑菌能力与其浓度呈正相关。茶多酚对细菌的最小抑制浓度(ＭＩＣ)一般仅为每千克数百毫克,对金黄色葡萄球菌,志贺氏痢疾杆菌和枯草芽孢杆菌的ＭＩＣ均未超过1000ｍｇ/ｋｇ,对众多肠道致病菌的ＭＩＣ在400～500ｍｇ/ｋｇ之间。
除茶多酚对细菌具有广谱高效的抑制能力外对微生物的作用还具有较好的选择性。茶多酚可以抑制大多数有害菌群的生长,又能促进双歧杆菌及乳酸菌等有益菌群的繁殖。茶多酚还可影响猪粪菌群及粪代谢产物,从而使猪粪乳酸菌显著增加,总菌数和粪杆菌数显著下降,卵磷脂酶阳性梭状芽孢杆菌呈减少趋势。另外,茶多酚能有效地阻止轮状病毒对肾脏的损害作用,预防婴幼儿因轮状病毒感染而发生腹泻。能有效阻止流感病毒的感染,具有抗癌作用,能防治艾滋病等。
5.5 抗龋牙护齿
茶多酚能使致龋链球菌ＪＣ-2活力下降,还能抑制该菌对唾液覆盖的羟磷灰石盘的附着,强烈抑制该菌葡萄苷基转移酶催化的水溶性葡聚糖合成,减少龋洞数目。给感染有致龋链球菌ＪＣ-2的大鼠喂饲致龋食物和含或不含茶多酚,发现茶多酚能显著减少龋害。
5.6 防紫外线照射
受紫外线照射,皮肤可以引起多种生物反应包括炎症的诱导,皮肤免疫细胞的改变和接触超敏反应的消弱。口服和外用茶多酚均能抵制紫外线Ｂ的致癌作用,外用茶多酚1～6ｍｇ/动物,紫外线Ｂ的量为2ｋＪ/ｍ,对局部接触超敏的保护作用为25%～90%,对整体接触超敏的保护作用为23%～95%,减少鼠背皮肤炎症70%～80%,且存在剂量效应。
6 茶多酚的安全性
茶多酚曾经被认为是有害化合物,但随着科学技术的发展,非但没有发现茶叶中多酚类化合物对人体有害,反而发现对人体具有保健功能并对某些疾病有治疗作用。近代医学安全性试验表明:大鼠经口ＬＤ50,雌鼠为12.5ｍｇ/ｋｇ,雄鼠为10.8ｍｇ/ｋｇ,属实际无毒级,其蓄积试验系数Ｋ>5.3,属弱蓄积性,微核试验为0.79ｇ/ｋｇ,对小鼠骨髓无损伤作用,对小鼠睾丸初级精母细胞无畸变作用。在小鼠对比实验中,茶多酚对小鼠血液中的白血球数,红血球数,血浆蛋白,血清以及对小鼠肝脏,心脏,脾,大脑等均无影响;对微生物,昆虫,哺乳动物的结果为1/20ＬＤ50以下剂量的茶多酚无蓄积毒性,无遗传性;对人体试验证明茶多酚无排异反应,无毒性,对人体无害。
7 茶多酚在食品中的应用
7.1 油脂
油脂在常温下保存极易因自动氧化而发生酸败变质,据调查,食用生油过氧化值往往超标,给消费者健康造成危害。茶多酚抗氧化性能很强,低浓度下(20～100ｐｐｍ)即有效,在猪油,大豆油,菜油,花生油以及色拉油中添加0.02%～0.08%的茶叶天然抗氧化剂时,其过氧化值和酸价抑制率均在90%以上,效果明显好于添加维生素Ｅ。研究表明,在豆油中添加0.08%的茶多酚,保质期比对照组延长1倍以上,添加相同量时,茶多酚对菜油的抗氧化能力为ＢＨＡ的2.6倍,维生素Ｅ的3.2倍。茶多酚对猪油的抗氧化能力为ＢＨＡ的2.4倍,维生素Ｅ的9.6倍。另据报道,茶多酚对精练苏子油,玉米油,鱼油等均有明显抗氧化作用。
7.2 油炸食品
油基食品在贮藏,炸制过程中因氧化而使颜色变深,发黑,品质逐渐下降,加入茶多酚后,能减缓酸败现象,延长货架期。在方便面加工过程中添加50ｐｐｍ的茶多酚就能起到良好的抗氧化作用;将茶多酚应用于油炸土豆片中,结果表明:在室温暴露贮藏条件下,实验组3个月无异味,而对照组在43天就开始出现酸败味。
7.3 烘焙食品
以茶多酚和ＢＨＴ作为抗氧化剂,柠檬酸为增效剂,按不同比例加到桃酥中,置于65℃恒温箱中保存,定期进行感观评价和油脂过氧化值测定。结果表明:茶多酚具有很强的抗氧化保鲜作用,与ＢＨＴ复合使用有明显增效作用。中国农科院茶叶研究所的研究人员将茶多酚应用于饼干,发现其抗氧化效果不错,对过氧化物生成抑制率达75%以上。将浓度为0.20%,0.25%的茶多酚用于月饼和桃酥,其保鲜期分别延长了0.48和0.75倍。在面团调制醒发(饼干、蛋糕)或压片(饼干)过程中添加0.04%的茶多酚,除可防止哈败和起到防腐作用外,而且能起到营养保健和增进食品香味的作用。
7.4 肉制品
由于茶多酚具有极高的抗氧化和防腐性能,而且成本低,所以广泛应用于灌肠类,肉脯类,火腿和肉类罐头等肉制品加工中。实验表明,在加工过程中添加0.02%～0.05%的茶多酚,香肠贮藏30天后仍呈新鲜的红色,能保质2个多月,而对照组香肠约15天即颜色发暗,外观上不新鲜,20天后就已哈败。
7.5 糖果类
茶多酚在糖果类食品中的应用是因为其独特的抗菌作用和抗氧化性能。可用于巧克力、果仁口香糖等产品,在加工中添加量为产品总量的0.02%～0.05%,于原料混合工序前调料时加入搅匀即可。实验证明,茶多酚可有效防止糖果类食品的哈败,效果为ＢＨＡ,ＢＨＴ的3～4倍,且对糖果胶姆糖果起到保鲜,抗氧化作用,使产品具有防龋齿、健牙、消除高糖食品“酸尾”及保健作用。
7.6 饮料类
茶多酚对食品中的色素和维生素具有保护作用,既可防止食品褪色,又可起到天然色素的作用。目前国内外许多厂家在生产中使用了茶多酚,大大提高了产品稳定性。茶多酚可配制成多种饮料,如茶汽水、茶可乐、茶冰淇淋、冰茶、脱咖啡因茶、茶黄酒等,添加量一般为0.02%～0.04%。
茶多酚还可应用于果汁类饮料的加工保鲜,添加为0.02%茶多酚能抑制蜜柑汁液浓缩异臭的产生;添加0.005%～0.01%的茶多酚于果汁饮料中,能抑制维生素Ａ、维生素Ｂ1和β-胡萝卜素的降解破坏,保证果汁饮料的有效成分和产品品质。
7.7 酱制品
花生酱含油45%,水分3%及丰富的蛋白质,贮藏时容易变质。若在第一次研磨前加调味剂的同时加入0.03%的茶多酚,60天后其抗氧化抑制率达60%以上,对延长花生酱贮藏期和保鲜期均起到了良好作用。
7.8 果蔬类
在新鲜水果,蔬菜表面喷洒低浓度的茶多酚溶液,可抑制细菌繁殖,保持蔬菜、水果原来的色泽,达到保鲜防腐的目的。同时,由于茶多酚分子中含有多个酚羟基,具有供氢活性,可将分子中的氢直接提供给果实中的维生素Ｃ,使之保持还原态,减少维生素Ｃ的损失。用0.03%茶多酚处理草莓后放置60分钟,维生素Ｃ保存率为54.8%,明显高于对照组。采用茶多酚复合保鲜剂处理的草莓,在4℃下贮藏15天,好果率达90.9%,外观和内部品质均得到良好保持。猕猴桃用茶多酚复合膜处理,能有效地降低淀粉酶活性及果胶酶活性,从而使猕猴桃的硬度得以保证。
8 茶多酚存在的问题及前景
8.1 问题
茶多酚在基础研究和应用方面都取得了很大的进展,但就其实际应用而言,还存在一些问题。
8.1.1 由于茶多酚的极性极强,在油脂中使用时会因其溶解性较差而影响其功能的发挥。解决方法是先将茶多酚乳化后再添加于油脂中,但这往往会影响油脂的品味和色泽,乳化体系的稳定性也会直接影响到油脂的感官性状。
8.1.2 茶多酚本身易被氧化而产生新的自由基和具有较强氧化性能的物质,当其累积到一定程度时,将完全抵消茶多酚原有的抗氧化性能,这与通常所期望的其抗氧化特性相矛盾。因此,控制茶多酚的氧化速度也是急需解决的问题之一。基于以上问题,通过保留茶多酚的活性基团而使其改性,如酯化、甲基化等茶多酚衍生物的开发已经成为茶多酚研究的热点。改性后的茶多酚一方面可提高其抑菌性;另一方面可改善其油溶性,并减缓其自动氧化速度,从而解决茶多酚在应用中所遇到的问题。
8.2 前景
由于茶多酚是直接从茶叶中提取的物质,属于天然添加剂,对人体无毒无害,安全卫生,而且对人体具有多种保健功能,因而是具有极大开发和应用前景的天然食品添加剂。目前,茶多酚在食品添加剂,日用化工,医药等领域得到广泛应用,国内外市场看好,发展前景诱人。