茶黄素活性功效、应用现状及对策研究

左小博，孔俊豪，宋鹏鹏，涂云飞，苏小琴，刁春华，杨秀芳*

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究所，浙江杭州 310016；2.浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016）

茶黄素（Theaflavins ， TFs）是茶叶加工过程中形成的色素， 是茶多酚及其衍生物氧化聚合形成的一类具有多个羟基或酚羟基的苯骈卓酚酮结构的水溶性化合物。1957 年ROBERTS 等[1]首次从红茶中分离得到含有TFs 的混合物。 NONAKA 等[2]发现Theasinensin A （TSA） 和Theasinensin B（TSB）是儿茶素单体EGCG、EGC 的氧化物的二聚体，而后TFs 的形成机制和结构不断被发现。 TFs在红茶中的含量约为固形物的0.3%~1.5%[3]，对红茶的色泽和滋味等品质形成发挥了重要作用，是红茶汤色“亮”、滋味强度和鲜爽度的重要成分，同时也是形成红茶茶汤“金圈”最主要的物质[4]。

近来年，我国人口老龄化、亚健康等问题日趋严重，伴随着后疫情时代的到来，国民对高水平健康的诉求不断提升。天然产物日渐成为医药、营养与功能食品、 药妆产品等的核心原料并深受消费者青睐。 研究发现，TFs 作为绿色、天然、高效、安全的天然产物，具有显著的保健功效如抗氧化、抗炎抑菌、降糖降脂、保护器官等[5]，并可提高机体免疫力。目前我国TFs 的年产量大约在40 吨左右[6]，TFs 的跨界应用也非常广泛，在食品工业、生物医药、日化产品、生态保护及畜牧养殖等领域都有深入拓展。 文章综述了TFs 的理化特性、功能活性、国内外应用现状， 并对TFs 跨界应用中面临的主要问题和应对策略进行了探讨， 以期为TFs 的定向化制备、功效研究、挖掘利用和跨界产品开发提供理论参考和借鉴。

1 TFs 理化特性

TFs 单体呈橙黄色针状结晶， 熔点237~240℃，易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇和乙酸乙酯，难溶于乙醚，不溶于三氯甲烷和苯。 TFs 水溶液呈鲜明的橙黄色， 水溶液呈弱酸性，pH 约5.7，酸性条件下相对稳定， 碱性溶液中有自动氧化倾向，且随pH 的增加而加强，具有口腔收敛性，在波长280、380 和460 nm 处有吸收， 在280 nm 处有最大吸收峰[7-8]。

目前为止， 从红茶中分离纯化或利用体外模拟氧化体系制备的茶黄素类已有28 种之多[9]，已分离鉴定的TFs 最主要的四种是： 茶黄素（Theaflavin，TF1）、 茶黄素-3 - 没食子酸酯（Theaflavin-3-O-gallate，TF2a）、 茶黄素-3′-没食子酸酯（Theaflavin-3′-O-gallate，TF2b）和茶黄素双没食子酸酯（Theaflavin 3-3′-di-O-gallate，TF3）[10]，其化学结构如图1 所示。

图1 四种主要TFs 的结构式Fig.1 The structural formulas of four main TFs

2 TFs 功效研究

后疫情时代的来临， 使得营养健康消费理念渐成主流。近年来，针对TFs 的功效研究和健康属性挖掘已然成为茶活性成分功能领域聚焦的热点和难点[11-12]。经研究证实的TFs 功效主要涉及抗氧化、降脂降糖等方面，具体见表1。

表1 TFs 主要活性功效研究概况Table 1 The summary of main active effect of TFs

3 TFs 跨界产品开发及应用现状

近几年随着全球范围新冠疫情的冲击， 国内外消费者对天然健康功能产品的消费意识和动力日益增强，TFs 作为来自于天然茶叶资源的绿色功效活性物质备受消费者青睐。 目前，TFs 日益广泛应用于抗氧化、降血脂、抑菌、抗病毒等用途的特医食品、保健产品的开发，以及食品、化妆品等产品的应用上[6]。

3.1 医药领域

日本应用TFs 的时间较早， 主要将TFs 作为抗毒素、抑制高血糖、预防胆固醇、降低血脂的药物原料[29]。 近年来，我国也在TFs 应用于医药领域有了较大进展。 赖幸菲等[30]的专利“一种具有抗氧化和辅助降血脂功效的红茶复合物”，以红茶水溶性提取物和TFs 复合物为原料， 制成的红茶胶囊显著提高了产品的抗氧化和降血脂功效。 有发明专利制备了茶黄素肠溶微囊， 并拓展了其应用领域，该法工艺简单，药物包封率高，粒度均匀，在人工肠液中溶出效果好，药物利用率高[31]。 冯强等[32]使用含TFs、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）等成分的喷剂不仅无毒副作用， 而且对牙周炎致病菌中多种细菌有较强的抑制生长和杀菌作用，能够抑制致病菌共聚和生物膜形成， 具有抗细菌黏附、抗炎和预防牙槽骨吸收的功能。 刘剑宏等[33]发明了“高纯度茶黄素的制备工艺及其作为制备抗流感病毒药物的应用”，制备的高纯度TFs（含量80%）显示出一定的神经氨酸酶抑制作用，对流感病毒H1N1（A/PR/8/34）感染引起的细胞致病效应（CPE）均具有明显的抑制活性，作为天然安全的茶提取物， 在预防流感疾病方面具有潜在的开发价值。

3.2 食品领域

TFs 作为天然的抗氧化剂和着色剂， 在食品领域研究广泛，具有广阔应用前景。中华全国供销合作总社杭州茶叶研究所（简称“中茶院”）茶叶生化技术研究团队（简称“团队”）长期致力于TFs 的绿色高效制备、稳态化修饰、功效评价及跨界应用技术的相关研究和产品开发[34]。

早在“十二五”期间，团队开展了TFs 耦合发酵工艺优化及绿色纯化技术研究， 开发了鲜叶多酚氧化酶的低温活性调控技术， 筛选了性能优异的吸附材料[35]。 针对定向转化率不高及产品质量不稳定等问题， 研究了双液相酶催化反应的动态制备技术，使儿茶素定向转化率得到较大提高，与一步投料法相比，产品收率和纯度均有明显提高[36]。“十三五”期间团队承担国家重点研发计划项目中的“茶叶活性成分绿色制备及防腐、保鲜功效与应用技术研究”研究任务，针对TFs 产品的工艺稳定性、溶剂残留以及应用体系对TFs 性能要求的差异性等问题， 建立了低取代羟丙纤维素富集TFs 技术以及低浓度乙醇洗脱技术， 实现了产品中有机溶剂零残留和高纯度TFs 的绿色精制，并中试化制备；围绕TFs 应用稳定性差、生物利用率低的现状，结合食品防腐抗氧化剂和配料对天然物质的需求， 通过pH 多级性振荡变化耦合超声空化同步热诱导、 层层自组装等方法建立了TFs 的绿色稳态化修饰技术， 提高了体系稳定性和分散性[37-38]。 进入“十四五”时期，团队锚定TFs精准制备及稳态化关键技术研究，预期建立绿色溶剂萃提体系以及耦合特异吸附树脂分离技术，实现TFs 的差异化精准提取、 绿色高效富集及稳态靶向应用。

基于TFs 抗氧化、抑菌及护色等功效，将其应用于肉制品保鲜领域的研究也多见报道。 JIAO 等[39]研究了TFs 预浸泡处理对半干大黄鱼片品质变化的影响， 结果表明TFs 处理可以提高室温贮藏和冷藏期间半干大黄鱼片质地和颜色稳定性，维持蛋白质和脂肪特性。 庄谦谦等[40]筛选出TFs 和脂溶性茶多酚作为天然食品添加剂加入牛肉棒中，通过酸价、过氧化值、色值测定及感官评价表明在20 ℃、50%RH 条件下可将产品货架期延长80 d， 充分证明了TFs 和脂溶性茶多酚可防止食品氧化、提高色泽，并且可以作为食品营养，为身体健康保驾护航。 GAO 等[41]研究评估了TFs、茶多酚（TP）和维生素C（Vc）对腌制香肠中亚硝酸盐残留量、颜色、抗氧化能力和N-亚硝胺抑制的影响，结果表明TFs、TP 和Vc 分别与NaNO2一起添加可显著提高a* 值、亚硝基色素含量和DPPH 自由基清除率，并有效降低残余亚硝酸盐、MetMb 和总N-亚硝胺的含量，其中TFs 组最为显著（p<0.05），TFs 和TP 有助于保持香肠的颜色和提高安全性。WANG 等[42]根据TFs 与牛乳铁蛋白（bLF）的相互作用，观察TFs 对bLF 的结构和功能的影响，通过体外模拟实验发现加入TFs 能有效提高bLF 结合铁的能力， 降低bLF 的致敏性和在肠道中的消化率，有助于研发新型功能性乳制品饮料。 围绕TFs应用于肉制品加工及保鲜领域， 基于浙江省农业领域“尖兵”项目“茶-肉制品加工产业化应用关键技术研发与示范”，中茶院食品技术团队在肉制品专用茶原料加工、 茶特征成分对肉制品加工特性影响研究、 茶肉制品智能化生产方面进行了联合攻关，取得阶段性成果。

3.3 日化产品

TFs 是天然安全的化妆品原料， 也是日化产品中优良的绿色添加剂，具有抗菌、保护口腔、防晒、抗衰老、抗氧化、稳定性好等跨界应用优势，且用量少、无刺激、安全健康、开发潜能大[43]。

沈文等[44]的专利“一种吸附控油型茶叶面膜泥及其制备方法”指出以茯茶为原料，其富含的TFs 有明显的抗菌、促进细胞再生的作用。 KONG等[45]研究含TFs 的牙膏对口腔微生物群多样性的影响，20 名健康成年人分别使用含TFs 的牙膏和不含TFs 的牙膏，对他们的唾液和龈上菌斑中收集的80 个样本进行了4 周的测试， 结果发现使用含TFs 的牙膏能够减少致病菌，有助于改善和保护口腔健康。 蔡淑娴等[46]的专利“一种茶黄素组合物及其应用”中的TFs 组合物可以提高抗氧化酶活性，降低丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）的含量，减轻中波紫外线（UVB）辐射对细胞造成的氧化损伤，从而抵抗紫外线辐射对人皮肤造成的光老化损伤，具有用于制备预防光老化护肤品的广泛前景。 中茶院茶日化研究团队以茶叶籽油和矿物油为基质， 以TP、EGCG、TFs 3 类活性成分为功效因子分别制备了3 种面霜产品，比较其对酪氨酸酶的抑制效果、总抗氧化力及紫外辐照稳定性并采用琥珀酰壳聚糖与TFs 结合制备纳米粒， 进一步研究产品缓释特性和TFs 添加量对产品体验感的影响， 结果表明TFs 面霜产品的色泽稳定性及美白功效最为突出， 可有效抑制酪氨酸酶活性[47]且具有较佳的贮存稳定性。 经中试放大实现了工厂化试制TFs 面霜产品， 产品得到了市场的积极反馈。

3.4 生态保护及养殖领域

近年来农林牧渔业飞速发展，伴随而来滥用抗生素和过量使用化学合成药物的情况，造成产品品质低、药残高，严重威胁到产业的可持续发展。 TFs 等具有免疫调节功效的绿色添加剂应用有助于突破现有技术， 促进养殖业健康发展，助力生态平衡。最新研发的6.5% TFs 悬浮剂是一种环境友好型植物源农药，对茶园小绿叶蝉的防治效果可达80%以上，可用于有机茶生产[48]。 杨涛[49]的实用新型专利“一种带有TFs 提取物添加装置的新型饲料混合设备”主要用于在饲料混合的过程中对其添加TFs 提取物，TFs 提取物可减少家禽体内胆固醇的堆积，进而降低家禽肉质及家禽蛋卵中胆固醇的含量，使饲养的家禽及家禽的蛋卵在营养成分提高的同时胆固醇含量降低，减少家禽病害的发生概率，进而提高家禽以及家禽蛋卵的产量。 温小波等[50]的发明专利将TFs 作为饲料添加剂，添加量为0.015%~0.045%，可提高养殖动物的免疫能力和抗氧化能力，从而避免使用抗生素而造成的药物残留，减轻化学合成抗氧化剂的毒副作用。

4 TFs 跨界应用中遇到的产业发展瓶颈

4.1 加工工艺仍需优化提升， 以推动TFs 产品的规格化安全化和产业的绿色化高效化

首先制备阶段原料差异性大， 或以茶鲜叶、茶叶提取液、茶多酚等为原料；工艺参数不统一，现阶段TFs 产业化制备主要分为以茶鲜叶为原料通过酶法制备， 或者基于儿茶素体外氧化制备。 不同原料及制备工艺的差异给终端产品的品质安全和质量稳定带来不确定。 其次，溶剂残留风险高，提制过程中存在的乙酸乙酯等有机溶剂残留以及环境污染风险。 再次，市场销售中产品规格等级不明确，产品中除TFs 之外的其余化学成分的标识不明确。 此外，如成本高、纯度低以及先进的全程化绿色制备技术还未大规模产业化应用等瓶颈掣肘了TFs 产业的快速发展和高质量发展。

4.2 配套政策和标准体系有待进一步完善

前期笔者团队联合大专院校、 代表性TFs 生产企业共同研制的国家标准GB/T 31740.3—2015《茶制品第3 部分：茶黄素》于2015 年发布实施，标准对TFs 的术语、规格、技术要求、检验规则等进行了规定，为TFs 的生产销售提供了技术依据。笔者团队参与制定的 《食品安全国家标准 食品添加剂 茶黄素》， 也将为TFs 更好应用于食品领域发挥重要作用。当前，随着TFs 在食品、化妆品、保健品等各个领域跨界应用技术和跨界产品开发研究的日益成熟， 以及市场对TFs 这一天然健康活性物质功能需求的日益提升， 迫切需要在政策和标准体系完善上配套和跟进TFs 的产业化应用，比如将TFs 作为化妆品原料，需要申请将TFs作为化妆品原料的文号； 将TFs 作为食品原料广泛应用于食品领域，承担天然防腐、抗氧化等保鲜功效及降脂、抗氧化、抗病毒等健康功效，需要申请将TFs 作为新食品原料的批文； 要确保TFs 产品质量的稳定性和安全性， 需要推广先进制备技术和工艺， 为此有必要研制TFs 绿色制备技术规程行标或国标， 以引导和规范我国TFs 行业的高效高质量发展。

4.3 功效和应用研究有待强化融通发展

TFs 功效仍有待进一步深入阐明和确证，目前有关TFs 在人体的吸收和代谢研究信息相对有限， 需要对其安全性、 吸收及代谢等开展深入研究。 TFs 的稳态化应用技术研究仍有待突破，以实现提高TFs 的应用稳定性和生物利用率。 功效挖掘与应用研究仍需融通发展， 基于TFs 活性发挥的具体环境、应用体系、生物利用度、产品载体形式、稳定性等，开展靶向化功效研究和应用，以充分发挥TFs 本身的营养健康功效。

4.4 跨界产品产业化程度不高， 领域的引领带动作用不凸显

TFs 产品开发还未能打通成果产业化的最后一公里。 现阶段茶多酚工业化产品已涵盖饮料含片、食品保鲜防腐、日化护肤等多个领域，而TFs产品还主要集中在研发和专利申请阶段， 原料与工业化产品的衔接不畅通， 未能实现从高功效向高效益的转变，有待将TFs 原料推向价值链高端。为此，TFs 跨界产品的认可、工业化程度的提升和大健康市场占比的提增， 需要消费体验的不断积累和持续反馈迭代。

5 大力拓展TFs 跨界应用的举措和展望

TFs 在我国的研究起步较晚，到21 世纪才有较大的进展。虽然国内外的学者对于其化学构成、提取方式、理化功效、产品应用做了大量研究，但是未能跟上大健康产业的迅猛发展， 主要是一段时间以来TFs 仍面临产业化分离纯化不易、 标准缺失、创新匮乏、生产成本高、功能终端产品缺乏等系列问题，掣肘了其产业发展速度。

围绕当前TFs 产业核心问题， 一是亟需加快TFs 绿色精制技术的优化和推广以及TFs 生产主体的培育， 以提高TFs 原料的供给规模和控制生产成本。关于TFs 绿色精制技术，未来不仅需要在酶源筛选和条件优化上加快研究和推广应用进程， 还可利用基因工程技术构建安全高效的基因工程菌大量产生多酚氧化酶（PPO）催化儿茶素转化为TFs，降低能耗与污染，实现茶叶原料高效绿色利用，形成生产技术高效集成发展。二是加快配套政策的争取和标准制修订。 通过化妆品原料文号、新食品原料批文的争取，打开TFs 作为原料广泛应用的瓶颈；研制绿色制备技术规程、修订产品标准，以规范TFs 产品原料的规格、生产工艺及相关指标（如判别指标、感官分析指标、质量指标和微生物指标等）， 完善TFs 标准体系， 加速推进TFs 产业化进程。 三是进一步优化TFs 稳态化修饰及定向化递送技术。 以产品功能评价为导向，制备不易氧化、应用稳定性强、体系相容性好、生物利用度高的TFs 产品，发挥TFs 调血脂、预防心脑血管疾病、抗氧化和改善口腔微生物生态等独特功效，开发TFs 功能型终端产品和推进工业化生产。 四是推动TFs 领域形成科研与产业同频共振的发展态势，同步跨越、融合创新的发展格局，拉动TFs 在不同领域的产业化进程，这对于茶资源的高效利用和促进消费者健康具有重要现实意义。

随着TFs 逐渐成为新的研究热点，TFs 绿色制备技术体系、TFs 产品体系、TFs 标准体系的逐渐形成，TFs 各种生物功能不断被挖掘利用，TFs在食品工业、生物医药、日化等领域的功能化应用将大有可为， 这将为我国茶制品供给侧结构优化和茶制品领域高质量发展注入新的动能和希望。