茶多酚的化学组成及其含量测定与结构鉴定

江　滢　沈思婷　夏如枫　樊雪怡　韩　伟

（华东理工大学药学院中药现代化工程中心，上海200237）

0　引言

茶多酚（Tea Phlyphenols）又名茶单宁，是天然茶叶中分离提纯的30多种酚类化合物的复合体，是茶叶中含生物活性成分的一类重要化合物。茶多酚具有极强的抗氧化性，能起到防治心血管疾病、提高免疫力、防衰老、抑菌、抗癌等多种药理作用。茶多酚近年来被广泛应用于食品、化妆品、保健品、医药等领域，被誉为21世纪对人类健康产生巨大影响的化合物。

茶多酚的主要化学成分为黄烷醇（儿茶素）类、花青素类、黄酮及黄酮醇类和酚酸类等。其中，儿茶素类化合物为主要成分，占茶多酚总量的65%～80%。本文对茶多酚中主要化学成分的含量测定和结构鉴定方法进行了归纳和总结。

1　茶多酚分析

许陈和张红雨[1]对现有的茶多酚分析测试方法进行了介绍，其含量测定方法主要有：高锰酸钾氧化法、分光光度法、原子吸收法、近红外光谱分析法、气相色谱法、高效液相色谱法、毛细管电泳法、胶束电动毛细管色谱法、微乳电动色谱法、高速逆流色谱法和质谱联用法等。

1.1　茶多酚的含量测定

1.1.1分光光度法

对于茶多酚总量的测定，现在使用最广泛的是分光光度法。我国国家标准采用的是酒石酸亚铁比色法[2-3]，其原理是茶多酚和酒石酸亚铁产生的蓝紫色或红紫色络合物在540 nm处的吸光度与茶多酚的浓度成正比。然而，国际上大多使用没食子酸作为标准品，用Folin-Denis试剂与茶多酚生成一定条件下遵从朗伯-比耳定律的络合物来测定茶多酚的总量。

肖纯[4]等探讨了使用该试剂分光光度法测量茶多酚的适用条件，得出以下结论：Folin-Denis试剂虽然专一性较差，但它能和一元、二元、多元酚反应呈色，并且灵敏度高，分光光度法可以作为茶或茶汤中酚类物质的总量分析方法。

1.1.2高锰酸钾氧化滴定法

因为酚羟基具有还原性，所以酚羟基能和高锰酸钾发生氧化还原反应。通过滴定后计算高锰酸钾的消耗量即可得到茶多酚的含量。该方法虽然操作简单，但是不易控制滴定终点。同时，高锰酸钾是强氧化剂，选择性不高，得到的结果容易有误差。

1.1.3紫外分光光度法

茶多酚可溶于有机溶剂乙醇，在其最大吸收波长处，可采用紫外分光光度法测定其含量。

张洪杰[5]等使用该方法快速测定了口香糖中茶多酚的含量，得到茶多酚的测定波长为274 nm，平均回收率为95.1%～102.2%，相对标准偏差小于0.29%。该方法简易快速，测定茶多酚含量具有一定的可行性。

1.2　茶多酚的组分测定

1.2.1高效液相色谱（HPLC）法

对于茶多酚各组分的分析测定，最常用的是高效液相色谱法。其优点是样品预处理简单，色谱柱选择范围广，流动相种类和比例可以任意变化，分析时间短，检测方式多。

首次使用该方法是在1976年，Hoefler[6]等将绿茶用丙酮/水混合液进行预处理，以乙酸/甲醇/N,N-二甲基乙酸铵/水为流动相对儿茶素进行了分析，得到了EGC、C、EC、EGCG、ECG 5种儿茶素和咖啡因含量。

经过不断研究和发展，于海宁[7]等建立了一种非梯度洗脱的儿茶素定性定量分析方法，得到最佳色谱条件：采用ODS柱，柱温40℃，以重蒸水:乙睛:乙酸乙酯=86:12:2为流动相，用浓硫酸调节pH值至3～4，流速1 mL/min，UV检测波长280 nm。

1.2.2毛细管电泳法

利用茶多酚中各组分在电场作用下迁移速率不同的原理，毛细管电泳法也越来越趋于成熟。1997年，Horie[8]等用CZE模式分析了绿茶浸提液，在硼酸盐的缓冲体系下，200 nm紫外检测10 min内测出了5种儿茶素和咖啡因、茶氨酸和维生素C。在Bonoli[9]提出的新方法中，使用毛细管电泳法分析了茶多酚成分的灵敏度，该法比HPLC法高20～100倍，使该方法成为食品领域中茶多酚的常规组分分析法。

1.2.3纸色谱法（PC）

Singh[10]等使用Whatman NO.1色谱纸分离了6种儿茶素类化合物，并通过在色谱纸上喷洒重氮化的对氨基苯磺酰胺，使其显示亮黄色斑点来进行定性分析，但含量则需要将未反应的儿茶素从色谱纸移到试管后，与重氮化的对氨基苯磺酰胺形成络合物后用分光光度法测量。该方法虽然简便、成本低、操作方便，但是定量并不精确。

1.2.4近红外光谱分析技术（NIR）

近红外光谱是介于可见光和中红外光之间的电磁波谱。

夏贤明[11]等用近红外光谱测量了粉碎的绿茶，并对茶多酚建立了多元回归方程。

2　儿茶素分析

儿茶素又名儿茶酸、儿茶精，是从茶叶中提取出来的一类酚类活性物质。它不仅具有较强的抗氧化性，还具有广泛的药理功效，如降血脂、降血糖、防治心血管疾病、预防癌症、抗菌、抗病毒等。

2.1　儿茶素的含量测定

2.1.1香荚兰素比色法

儿茶素的总量可通过运用香荚兰素比色法绘制标准曲线进行测定。其原理是儿茶素和香荚兰素在强酸条件下生成橘红到紫红的产物，颜色的深浅与儿茶素的浓度成正比，以此计算儿茶素的含量。该反应不受花青苷和黄酮苷的干扰，是一种快速的测定方法。

张佳[12]等利用香荚兰素比色法测得锁阳中儿茶素含量为11.831 mg/g。

2.1.2高效液相色谱（HPLC）法

黄思勇[13]通过高效液相色谱法检测分析了恩施硒茶中3种主要的儿茶素成分的含量。色谱条件：以Acclaim 120 C18为色谱柱，以乙腈为流动相A、冰醋酸为流动相B、水为流动相C，柱温30℃，检测波长278 nm，进样量10μL，测得恩施硒茶中儿茶素含量为94.9～147.8 mg/g，平均含量为122.5 mg/g。

2.1.3反相高效液相色谱法

反相高效液相色谱（RP-HPLC）是由非极性固定相和极性流动相所组成的液相色谱体系，它正好与由极性固定相和弱极性流动相所组成的液相色谱体系（正相色谱）相反。RP-HPLC典型的固定相是十八烷基键合硅胶，典型的流动相是甲醇和乙腈。

邹盛勤[14]等建立了茶叶中没食子酸、儿茶素和表儿茶素的反相高效液相色谱法。色谱条件：以Kromasil C18为色谱柱，流动相为乙腈:水:磷酸=90:10:0.1，流速0.8 mL/min，检测波长278 nm，柱温30℃，测得不同茶叶样品中儿茶素含量最高为6.23mg/g，最低为2.37 mg/g；没食子酸含量最高为2.84 mg/g，最低为0.84 mg/g；表儿茶素含量最高为4.82 mg/g，最低为0.70 mg/g。

2.1.4紫外分光光度法

管海波[15]等建立了紫外分光光度法测定当归藤中儿茶素含量的检测方法，得出以下结论：在检测波长为280 nm处测定吸光度，计算儿茶素含量；在0.007 81～0.046 86 mg/mL浓度范围内，儿茶素对照品线性关系良好；平均回收率为98.72%，相对标准偏差为0.09%；当归藤样品中儿茶素的平均含量为2.88%。

2.2　儿茶素的结构鉴定

儿茶素单体的测定可以在使用HPLC分离纯化后，使用HPLC峰面积归一化法检验儿茶素纯化产品的纯度，同时根据保留时间来确认初步定性的各儿茶素单体，并得到茶叶中提取的儿茶素单体的含量。若要进行进一步确认，则可以使用UV、IR、HNMR、ESI-MS四谱分析，以此来得到各儿茶素单体的结构。

王洪新[16]等将茶多酚经Sephadex LH-20柱层析分离，并将其中7种儿茶素分成2个流分，再用半制备型HPLC分离纯化，用UV、IR、NMR、MS等方法鉴定其化学结构，成功地得到了茶叶中EGC、D-C、EGCG、EC、GCG、ECG、CG 7种儿茶素单体的含量，并用四谱分析确定了它们与相应的儿茶素单体的结构相吻合。

3　黄酮类化合物分析

黄酮类化合物是天然产物中非常重要的一类化合物，它表现出多种生物活性，能防治心脑血管和呼吸系统疾病，具有抗炎、抑菌、降血糖、抗氧化、抗肿瘤以及增强免疫力等多种作用。

黄酮类化合物的基本母核为2-苯基色原酮。天然黄酮类化合物母核上常含有羟基、甲氧基、烃氧基、异戊烯氧基等取代基。茶叶中的黄酮多数能与苷类结合，均属黄酮醇类，是茶叶水溶性黄色素的主体。

3.1　黄酮类化合物的含量测定

3.1.1分光光度法

分光光度法最早应用于茶叶中黄酮含量的测定，姚小敏[17]等采用紫外-可见分光光度法测定茶叶中黄酮的含量，用95%的乙醇作为提取液，氢氧化钠作为显色剂，在500 nm处测定吸光度，最后测定样品中总黄酮的含量为2.19%。但是，受多种因素的影响，分光光度法容易产生误差。近些年络合法成为出现频率较高的检测黄酮类化合物的方法。

3.1.2络合法

络合法的原理是金属离子能和黄酮类成分反应，形成有色的络合物。一般用硝酸铝-亚硝酸钠或者三氯化铝作为显色剂，生成铝螯合物，再在分光光度计上测定吸光度，计算含量。

何书美[18]等对硝酸铝-亚硝酸钠法和三氯化铝法测定茶叶中总黄酮含量的结果作了比较。结果表明，硝酸铝-亚硝酸钠法的测量结果比三氯化铝法约高60 mg/g。三氯化铝法在酸性环境下进行，酸度实验显示，其适宜酸度为pH≥5.0。鞣酸干扰实验表明，平均误差为0.017 mg，随鞣酸量的增加，没有呈现上升趋势。因此，对含酚类较多的物质应采用三氯化铝法测定总黄酮含量。

3.1.3高效液相色谱（HPLC）法

陈辉强[19]等用甲醇浸泡，超声波振荡提取苦丁茶中的黄酮类化合物，提取物选用Hypersil C12反相柱，以甲醇:水:冰乙酸=40:60:1为流动相，采用高效液相色谱法测定提纯后黄酮类化合物的含量。

王怀冲[20]等采用高效液相色谱法，以C18为固定柱，甲醇:0.025 mol/L磷酸溶液=50:50为流动相，363 nm为检测波长，测定了贯叶连翘提取物中金丝桃苷的含量。

高效液相色谱法方便简单，分离效果好。但是，其不足之处在于需要和高纯度的标准品对照或者和文献资料对比，不适用于新物质的结构定性。因此，将HPLC与NMR、MS、UV、CD等多种光谱学技术联用成为研究学者采用较多的研究手段。

3.1.4电化学法

电化学法建立在待测黄酮类化合物的电化学性质上，主要包括库仑滴定法、极谱法、离子选择电极法。

余红[21]采用库仑滴定法，以羟基红花黄色素为对照品，测定了北京、南昌、温州以及开封4个产地的红花样品中的总黄酮含量。

3.1.5毛细管电泳法

毛细管电泳法是一种以毛细管为分离通道、高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术，具有灵敏度高、分离效率高、经济、快速等优点，适用于黄酮类化合物的快速定量分析。

吴婷[22]将毛细管电泳法与电化学检测技术结合起来，同时测定益母草以及3种益母草冲剂中橙皮素、根皮苷、山奈素、芦丁、洋芹素及槲皮素6种黄酮类化合物的含量。

3.1.6荧光法

黄酮类化合物属于平面共轭大分子，在紫外光照射下有强烈的荧光发射，从而可以通过荧光的强弱来分析黄酮类化合物的含量。

牟兰[23]等应用荧光法，以495 nm为发射波长、433 nm为激发波长，测定了蜂胶中总黄酮的含量。

3.2　黄酮类化合物的结构鉴定

3.2.1颜色反应法

黄酮类化合物中的酚羟基和苯并吡喃酮环可与镁盐、铝盐、铁盐以及硼酸、碱性试剂发生显色反应，通过观察生成物的特殊颜色，初步分析黄酮类化合物。

常见的颜色反应有盐酸镁粉反应、氯化铝反应、氢氧化钠反应等。

3.2.2平板色谱法

平板色谱法主要包括薄层色谱法和纸色谱法。薄层色谱一般有硅胶薄层和聚酰胺薄层。硅胶薄层常用于分离和鉴定大多数黄酮苷元；聚酰胺薄层适用范围广，尤其适用于分离和鉴定具有游离酚羟基的黄酮苷类及苷元。纸色谱常用于鉴定植物粗提取物中的黄酮苷类和苷元的混合物。

李彩君[24]等以正己烷-乙酸乙酯-冰乙酸（10:1:0.5）为展开剂，高良姜素为对照品，建立了高良姜药材的薄层色谱定性鉴别法，高良姜素、山奈素等8个荧光斑点构成了高良姜乙酸乙酯提取部位的薄层色谱指纹图谱。

3.2.3紫外-可见分光光度法

紫外-可见分光光度法是鉴定黄酮类化合物的一种重要手段。首先测定试样在甲醇溶液中的紫外光谱，再测定试样在甲醇溶液中加入各种诊断试剂后的紫外光谱，黄酮苷类可在水解后测定苷元或衍生物的紫外光谱。黄酮类化合物主要有带Ⅰ（300～400 nm）和带Ⅱ（220～280 nm）两个吸收带，黄酮类化合物的结构不同，其带Ⅰ和带Ⅱ的峰形、峰位以及峰强都不同。因此，可以推测出黄酮类化合物的结构。

3.2.4核磁共振波谱法

核磁共振波谱包括氢谱和碳谱。根据氢质子共振吸收峰化学位移、偶合常数和峰面积等特征信息，可以获取黄酮类化合物的母核类型以及取代基种类、位置和数量等。

张红梅[25]等从卷柏中分离出5个双黄酮类化合物，并利用核磁共振波谱法对其进行了结构鉴定。通过对卷柏属中双黄酮类化合物核磁共振特征的研究，首次归纳出卷柏属双黄酮类化合物核磁共振碳谱和氢谱的特征。

4　花青素分析

花青素是自然界中广泛存在于植物中的水溶性天然色素，也是植物花瓣中的主要呈色物质，花青素具有清除自由基、抗氧化、抗突变、降血压、改善肝机能等多种生理功能。花青素属于酚类化合物中的类黄酮类，基本结构包含2个苯环，并由1个3碳的单位连结（C6-C3-C6）。花青素不稳定，自然界中少有游离的花青素，大多以糖苷化和酰基化的形式存在，统称为花色苷。

4.1　花青素的含量测定

4.1.1高效液相色谱（HPLC）法

20世纪70年代初，有研究者开始利用HPLC对花青素类物质进行单组分成分的定性和定量研究。

Ka¨hko¨nen[26]等采用HPLC法对越橘、黑醋栗、牛莓总花青素含量分别进行了测定。

岳喜庆[27]等将HPLC与分子质量校正系数计算方法结合，对样品中具有对应母环的花青素进行了定量计算，获得了更为精确的结果。

然而，由于花青素糖苷化和酰基化的多样性，如果采用色谱法检测，需要多种标准品，成本高，再加上花青素核在可见光500～550 nm处强烈吸收，糖苷化和酰基化对其可见光谱性质的影响不大，使得可见分光光度法成为一种比较方便的检测花青素的方法。常见的分光光度法有色价法和pH示差法。

4.1.2色价法

色价法是我国常用的测量花青素含量高低的一种快速定性方法。色价指的是单位质量原料提取物的吸光度。该方法操作简单且不需要标准品，具体操作是用移液管吸取2 mL样品液，加入18 mL、pH=3.0的缓冲液后混匀，再将2 mL溶剂加入18 mL缓冲液混匀作空白样品，紫外分光光度计在250～600nm范围内扫描，测定待测液的最大吸收波长，并在其最大吸收波长处测定样品的吸光度[28]。按照公式E=A×10×a/W计算色价，其中，E为色价，A为峰值下的吸光度，W为取样量，a为样品液的稀释倍数。

4.1.3pH示差法

pH示差法的原理是花青素的色调随pH的变化而变化，但其他干扰物质却不受影响。花青苷在pH为1.0时，生成特有的刚果红，pH为4.5时变为无色。在这两个pH值之间，花青素的吸光度与花青素的含量成正比[29]。

杨萍[30]等将pH示差法与HPLC法测定黑枸杞花青素进行了比较，通过测定波长、缓冲液pH、平衡温度和平衡时间影响因素的研究，选择pH示差法为测定方法，最优实验参数为测定波长525 nm、环境pH值为1.0和4.5、平衡温度40℃。pH=1.0时的平衡时间为30 min，pH=4.5时的平衡时间为20 min，测得的花青素含量为60.59 mg/L，与HPLC法测定的结果60.94 mg/L非常接近，准确度高，且方便快捷，成本低，更加适用于花青素的含量测定。

4.1.4紫外分光光度法

紫外分光光度法的原理是花青素在指定波长处有特征性吸收峰，吸收峰的高度和面积与浓度呈正比，用已知含量的花青素标准品对照，根据标准曲线即可得到样品中花青素的含量。我国学者利用该方法测定了玫瑰花[31]、茶树芽叶[32]、葡萄酒[33]、紫色马铃薯[34]等的花青素含量。由于受到其他化合物的干扰，该方法只适用于纯度较高或干扰含量低的花青素溶液，适用范围较窄。

4.2　花青素的结构鉴定

4.2.1显色反应法

张海悦[35]等将纸层析纯化后的黑葵花籽壳花色苷样品分别溶于50%乙醇溶液，加入少量镁粉后再加入几滴浓盐酸，溶液产生大量气泡，颜色变深；若只加盐酸，则无气泡，由此可证明该物质为黄酮类化合物。加入几滴萘酚乙醇溶液后再加入几滴浓硫酸，静置片刻后，溶液与浓硫酸交界处有紫色的环，溶液层为红色，浓硫酸层为淡绿色，表明含有糖类物质，与花色苷显色特征一致。

4.2.2紫外可见光谱分析法

花色苷及其色素元在可见光465～550 nm、紫外光275 nm处有吸收峰[36]。通过测定样品的紫外-可见光谱，可判断为花色苷类物质。

张海悦[35]等在黑葵花籽壳花色苷样品溶液中加入3～5滴5 mol/L的三氯化铝-甲醇溶液后，最大吸收波长出现红移现象，说明花色苷B环上含有2个相邻的羟基。

4.2.3纸层析法与薄层层析法

根据花青素类物质在不同溶剂中迁移值和颜色的不同，可对其进行定性分析。该方法成本低、设备简单，并且直观性和可比性好。

王本晓[37]等用薄层层析法分析得到玫瑰花中主要的花青素为矢车菊素-3,5-二葡糖糖苷。

王娜[38]等用纸层析法对樟树果的花青素组成进行了初步鉴定。

4.2.4红外光谱分析法

王琼[39]等采用沉淀法辅助提纯七彩菊中的花青素，研究发现红外吸收光谱中，在3 392.70 cm-1的较强吸收峰，是缔合O-H产生；1 653 cm-1处的吸收峰，为C=O结构；1 617 cm-1和1 507 cm-1处的吸收峰，为苯环特征峰；1 457 cm-1处的吸收峰，为CH2结构；1 339 cm-1处的吸收峰，为CH3结构；1 187 cm-1、1 078 cm-1、1 118 cm-1处的吸收峰，可能是C-O-C结构，这些可能的结构均体现了花青素类结构中的相关基团特征。

5　酚酸类化合物分析

茶叶中的酚酸类化合物含量较少，但包括没食子酸、绿原酸、咖啡酸、对香豆酸、鞣花酸、奎尼酸、茶没食子素等多种成分[40]，并且各组分都具有特殊的功能。例如，绿原酸具有利胆、抗菌、降压、增高白血球及兴奋中枢神经系统等多种作用[41]；没食子酸可用于有机合成，作为食品抗氧化剂、防腐剂、消毒剂以及葡萄生长剂等[42]。

5.1　酚酸类化合物的含量测定

5.1.1高效液相色谱（HPLC）法

江和源[43]等建立了茶叶中的酚酸类化合物的高效液相色谱法的测定方法，并通过一系列优化实验，分析比较了茶叶中酚酸类化合物的前处理方法，得出茶叶中酚酸类化合物的HPLC测定方法条件为：以Hypersil BDS C18柱（250 mm×4.6 mm，5μm）为色谱柱，75%A液（2%HAc）+25%B液（甲醇）为流动相，柱温30℃，流速1.0 mL/min，检测波长326 nm，通过外标法定量检测。

5.1.2普鲁士兰法

普鲁士兰法是比较经典的测量酚酸含量的显色方法，该方法采用十二烷基硫酸钠-FeCl3-K3[Fe（CN）4]-HCl系统进行显色，具有操作简单、快速、经济、重现性好等优点。不同文献报道的普鲁士兰法显色剂用量不同，所以实验前要优化显色条件。

刘丽金[44]等在核桃壳中的酚酸含量测定实验中，确定最佳显色条件为：无水乙醇5.0 mL，0.3%十二烷基硫酸钠溶液1.5 mL，0.6%FeCl3-0.9%K3[Fe（CN）4]混合液2.0 mL，暗处放置50 min。

5.1.3联用技术

目前，气质联用（GC-MS）、高效液相色谱-二极管阵列（HPLC-PDA）、高效液相色谱-二极管阵列-质谱（HPLC-PDA-MS）等技术可以快速实现对样品的定性定量分析，GC-MS因其主要用于挥发性成分的分析，故不常用来对酚酸类物质进行定性定量分析。HPLC-PDA可能因加入某种诊断试剂而造成化合物难以分离与辨认，因此也不适用于酚酸类物质的分析。HPLC-PDA-MS是一种较为先进的技术，且有学者利用此方法对酚酸类物质进行了含量测定。

于东[45]等采用高效液相色谱-二极管阵列-质谱技术，对紫山药中酚酸类化合物进行了含量测定，测得紫山药中可溶态酚酸芥子酸含量为356.71μg/gDW，不溶态酚酸阿魏酸含量为26.92μg/g DW。

5.2　酚酸类化合物的结构鉴定

酚酸类化合物可通过1H-NMR、3C-NMR、MS等谱学技术对其进行结构鉴定。

吴琼[46]等通过NMR和MS等谱学技术分析确定了从刺五加叶中分离纯化得到的化合物结构，参考测得的波谱数据与文献波谱数据，测得从刺五加叶提取物中分离得到的8个酚酸类化合物，分别为咖啡酸、阿魏酸、原儿茶酸甲酯、原儿茶酸、对羟基苯甲酸、丁香酸、绿原酸、松柏苷。

6　结语

茶叶中的化学物质因其生理活性和药理价值越来越受到关注。通过对茶叶分离后得到的各种化学成分的含量测定研究发现，茶多酚中的儿茶素多以高效液相色谱法、黄酮类化合物多以络合法、其余则多以分光光度法绘制标准曲线为主，测定各组分含量，其主要优点是操作简便，对设备要求低。而对其结构鉴定多用光谱、质谱和核磁共振波谱法分析，光谱中最常用的则是紫外光谱法，多谱联用也是结构鉴定常用的方法之一，这些图谱为我们准确推测化学物质的结构提供了很大的便利。利用官能团性质的颜色反应，也能帮助我们初步分析部分成分的结构。

当然，随着科学技术的不断提高，有越来越多的研究者在原有的方法上进行了改进，或寻找效率更高、成本更低、操作更简便、结果更精确的新方法。这些新方法是否能在工业上使用，还需要进一步研究探索。