（茶学专业论文）茶树紫色芽叶精细化利用基础研究.pdf

茶树紫色芽叶精细化利用基础研究 茶学专业 硕士生王耋焦 指导教师整睦熬援 茶树紫色芽叶是一种特色茶叶资源，紫色芽叶中的儿茶素和花青素含量较高是其 内含成分特征的重要特征，这类成分具有清除自由基、抗氧化等多种生物活性，在食 品、保健品、化妆品及医药等领域具有广泛的应用前景。本论文借鉴现有相关研究成 果，运用茶叶生物化学、制茶学和天然产物化学等多学科的理论和原理，基于茶树紫 色芽叶特征内含成分的化学特性与生物活性，开展茶树紫色芽叶的精细化利用研究。 论文首先观测了茶树紫色芽叶的发生状况。实验结果表明，茶树紫色芽叶的发生 存在株间差异和季节性，紫色芽叶主要出现在夏秋季节，与生产实际情况一致。紫色 芽叶的发生率与花青素含量、光照以及气温的关系密切。茶树紫色芽叶的发生率与月 累计光照时数、月均温以及花青素含量呈正相关，相关系数分别为o 7 3 8 7 、o 9 3 2 8 和0 9 5 5 4 。 论文进一步研究茶树紫色芽叶内含成分的特征。生化成分的分析结果表明，儿茶 素和花青素含量较高是茶树紫色芽叶内含成分的特征，分别为1 3 2 9 7 4 - 7 3 2m e c g 和 1 1 4 - 4 - 0 0 5 。采用薄层层析一柱层析方法，结合紫外可见扫描、颜色反应等检测手段， 对花青素组分进行分离、鉴定，初步鉴定出一种花青素组分飞燕草色素。采用阈 值法，研究了茶树紫色芽叶的呈味特征，实验结果表明，儿茶素和花青素含量较高， 苦涩味指数高是茶树紫色芽叶滋味苦涩的主要原因。对茶树紫色芽叶呈色特征的研究 结果表明，花青素是茶树紫色芽叶在酸性溶液条件下呈红色的主要原因。 为了更好地认识茶树紫色芽叶的精细化利用价值，论文系统研究了茶树紫色芽叶 及其内含特征成分的抗氧化活性，并采用化学软件模拟计算了成分的抗氧化能力。实 验结果表明，茶树紫色芽叶内含特征成分对超氧自由基、羟自由基和脂质自由基三种 氧自由基均有不同程度的清除作用，根据i c 5 0 值，清除作用具有一致性，大小顺序均 为：儿茶素提取物 紫色芽叶水浸出物 绿色芽叶水浸出物 花青素提取物。化 学软件模拟计算的结果从理论上证实了茶树紫色芽叶中儿茶素类成分的抗氧化能力 强于花青素类组分，这与实验结果相一致。同时，论文研究了茶树紫色芽叶内含特征 成分与酪蛋白的络合作用，实验结果表明，茶树紫色芽叶及其特征内含成分对酪蛋白 均有不同程度的络合作用，根据相对沉淀率值( r a ) ，络合作用的大小顺序为：儿茶素 提取物 紫色芽叶水浸出物 绿色芽叶水浸出物 花青素提取物。这预示着可以 利用这种络合反应原理，在技术上采用添加食用蛋白质的方式，从而降低或抑制紫色 芽叶的苦涩味。 基于对茶树紫色芽叶及其特征内含成分的含量、呈色特性、抗氧化活性以及蛋白 质络合作用的活性研究结果，论文进一步提出了茶树紫色芽叶精细化利用主要技术途 径，并开展了应用实验研究。研究表明，茶树紫色芽叶及其特征内含成分均具有较强 的抗猪油氧化的作用，并明显高于v c 、v e 、b h a 和b h t 。紫色芽叶水浸出物的抗 氧化能力分别是v c 、v e 、b h a 和b h t 的9 4 、5 1 、2 5 和2 9 倍：根据对猪油过氧 化的抑制率，试样抗氧化能力的大小顺序为：儿茶素提取物 儿茶素、花青素混合 物 紫色芽叶水浸出物 花青素提取物。这表明了儿茶素和花青素两类成分共同 作用构成了紫色芽叶的抗氧化能力，即使不将它们从紫色芽叶中提取分离出来，它们 的抗氧化活性仍可以充分表现出来，这预示着紫色芽叶可以作为天然抗氧化剂直接利 用。采用二次通用旋转组合设计，建立数学模型，研究了茶树紫色芽叶水浸出物与维 生素c 、e 的协同抗氧化作用，并采用频度分析，得出清除超氧自由基和羟自由基的 复配组合：当紫色芽叶的用量为：o 1 6 9 - - 0 2 0 5 ( i n 曲，v c 的用量为：2 4 9 抛5 2 3 ( m 曲， v e 的用量为：o 6 6 7 - - , 0 7 3 8 ( m 曲时，对两种氧自由基的清除率可在8 0 以上。 在制茶过程中加入酪蛋白( 1 0 0 m g 5 0 9 干茶) 可以达到降低茶树紫色芽叶苦涩味， 改善茶叶品质的目的。用紫色芽叶所制红茶浓缩液的呈红色能力较绿色芽叶所制红茶 浓缩液强，清澈明亮。在p h 2 , - 6 范围内，呈色稳定，光照不会使其褪色，对食盐、 柠檬酸和蔗糖有一定的抵抗力，1 0 0 高温处理l h 不会对颜色产生影响，实验结果 表明，紫色芽叶所制红茶浓缩液可以满足冰红茶饮料的要求。 本论文的研究结果，为茶树紫色芽叶资源的利用提供了理论基础，并提出了应用 的技术途径。该研究对丰富茶叶精深加工学的内容具有重要的理论意义，对指导特色 茶树资源利用工作具有实用价值。 关键词：茶，紫色芽叶，花青素，儿茶素，抗氧化，精细化利用 t h eb a s i cr e s e a r c ho nt h ef i n ea p p l i c a t i o no fp u r p l et e a l e a f f r o mt e ap l a n t ，c a m e l l i as i n e n s i s t e as c i e n c e m a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e 地基qx i a 业5 b i p u r p l et e a l e a fi s as p e c i a lt e ar e s o u r c ef o ri t sh i 曲e l c o n t e n t so fc a t e c h i n sa n d a n t h o c y a n i d i n s a si t sc h a r a c t e r i s t i c c o m p o n e n t s f o rt h e i rc o m p r e h e n s i v eb i o l o g i c a l a c t i v i t i e s i n s c a v e n g i n g f r e er a d i c a l sa n da n t i o x i d a t i v e a c t i v i t y , c a t e c h i n s a n d a n t h o c y a n i d i n sc o u l db ew i l d l yu s e di nf o o d s ，h e a l t hp r o d u c t s ，c o s m e t i ca n dm e d i c i n e ，e ta 1 i nt h i st h e s i s ，t h eb a s i cr e s e a r c ho nt h ef m ea p p l i c a t i o no fp u r p l et e a l e a fw a si n v e s t i g a t e d b a s i n go nt h es t u d i e so fc h e m i c a lf e a t u r e sa n db i o l o g i c a la c t i v i t i e so ft h o s ec h a r a c t e r i s t i c c o m p o n e n t sb yi n g e n i o u s l yu t i l i z i n gt h ep r i n c i p l e so ft e ab i o c h e m i s t r y , t e ap r o c e s s i n g s c i e n c e ，a n dn a t u r a lp r o d u c t sc h e m i s t r y f i r s t l y , t h eo c c u r r e n c es t a t u so fp u r p l et e a l e a fo ft e ap l a n tw a so b s e r v e d , a n dt h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h eo c c u r r e n c es t a t u so fp u r p l et e a l e a fw a sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n tt e ap l a n ta n d i nd i f f e r e n ts e a s o n t h ep u r p l et e a l e a f w a sm a i n l yo c c u r r i n gi ns u m m e ra n da u t u m n ，w h i c h w a sc o i n c i d e n tt ot h et e ap l a n tg r o w t hf a c t t h ep e r c e n t a g eo f p u r p l et e a l e a f w a sa f f m i t i v e t ot h ec o n t e n to fa n t h o c y a n i d i n s ，t h es u n l i 曲ta n dt h et e m p e r a t u r e ，a n dt h ep e r c e n t a g eo f p u r p l et e a l e a fw a sp o s i t i v er e l m i o nt ot h et o t a ls u n l i 曲th o u r im o n t h l y , t h ea v e r a g e t e m p e r a t u r em o n t h l y , a n dt h ea n t h o c y a n i d i n s c o n t e n t so fp u r p l et e a l e a f , a n dt h e i r c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sw e r e0 7 3 8 7 ，0 9 3 2 8a n do 9 5 5 4 ，r e s p e c t i v e l y t h e n ，t h ec h a r a c t e r i s t i cc o m p o n e n t so fp u r p l et e a l e a fw e r es t u d i e d t h er e s u l t so f a n a l y z i n gb i o c h e m i c a lc o m p o n e n t ss h o w e dt h a tc o n t e n t so fc a t e c h i n s ( 1 3 2 9 7 士7 3 2m 曲 a n da n t h o c y a n i d i n s ( 1 1 4 士0 0 5 ) o f p u r p l et e a l e a f w e r eh i 曲e l t h a nt h o s eo f g r e e nt e a l e a f t h i nc h r o m a t o g r a p h ya n dc o l u m nc h r o m a t o g r a p h yw e r ee m p l o y e dt os e p a r a t e da n d i d e n t i f yt h ea n t h o c y a n i d i n sc o n s t i t u e n t so f p u r p l et e a l e a f c o m b i n gw i t hu v - v i sp a t t e r na n d c o l o rr e a c t i o n ，a n dd e l p h i n i d i nw a sp r i m a r i l yi d e n t i f i e d t h et h r e s h o l dm e t h o dw a gu s e dt o s t u d yt h eg u s t a t o r yf e a t u r eo f p u r p l et e a l e a f , a n dt h er e s u l t ss u g g e s tt h a tt h eh i g h e rc o n t e n t s o fc a t e c h i n sa n da n t h o c y a n i d i n so fp u r p l et e a l e a fw e r em a i n l yr e s p o n s i b l et oi t sb i t t e r n e s s a n da s t r i n g e n c y t h er e s u l t so ft h er e s e a r c ho nt h ec o l o r - d e v e l o p i n gf e a t u r ei n d i c a t e dt h a t i i l a n t h o c y a n i d i n sw e r et h em a i nr e a s o nf o rt h er e do f p u r p l et e a l e a fi na c i dc o n d i t i o n i no r d e rt o e x t e n s i v e l ye x p l o r et h e f i n e a p p l i c a t i o n v a l u e so fp u r p l et e a l e a f , t h e a n t i o x i d a t i v e a c t i v i t y o ft h o s ec h a r a c t e r i s t i c c o m p o n e n t s o fp u r p l et e a l e a fw e r e s y s t e m i c a l l ys t u d i e db yt h er e s e a r c h e so fs c a v e n g i n g0 2 j 。o ha n dl i p i df l e er a d i c a la b i l i t y , a l s ot h ea n t i o x i d a t i v ea c t i v i t yo fc o n s t i t u e n t sw a si n v e s t i g a t e db yu s i n gt h ec h e m i c a l s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o nm e t h o d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a ta l lt h es a m p l e sh a v e s t r o n gs c a v e n g i n ge f f e c t st ot h e3f r e er a d i c a l s a c c o r d i n g t ot h e f ti c 5 0v a l u e ，t h eo r d e ro f s c a v e n g i n ge f f e c tt ot h e3f r e er a d i c a l si ss i m i l a r ：c a t e c h i n se x t r a c t p u r p l et e a l e a fw a t e r e x t r a c t g r e e nt e a l e a fw a t e re x t r a c t a n t h o c y a n i d i n se x t r a c t t h es i m u l a t i n gc o m p u t a t i o n r e s u l t st h e o r e t i c a l l ya p p r o v e dt h a tt h ea n t i o x i d a t i v ea b i l i t yo fc a t e c h i n sw e r es t r o n g e rt h a n t h o s eo f a n t h o c y a n i d i n s ，c o r r e s p o n d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s f u r t h e r m o r e ，t h ec h e l a t i n gc a s e i na b i l i t yo ft h o s ec h a r a c t e r i s t i cc o m p o n e n t so fp u r p l e t e a l e a fw a ss t u d i e d , a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec h e l a t i n ga b i l i t yo fp u r p l et e a l e a fw a s s t r o n g e rt h a nt h a to fg r e e nt e a l e a ea n dt h ec h e l a t i n ga b i l i t yo f c a t e c h i n sw a ss t r o n g e rt h a n t h a to fa n t h o c y a n i d i n s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eb i t t e r n e s sa n da s t r i n g e n c yo fp u r p l e t e a l e a f w o u l db er e d u c e do rr e s t r a i n e db ya d d i n ge d i b l ep r o t e i ni np u r p l et e a l e a f b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa b o v e ，t h ef i n ea p p l i c a t i o na p p r o a c h e so fp u r p l e t e a l e a fw e r ep u ti n t ot e s t f i r s t l y , t h er e s u l to fa n t i o x i d a t i v ee f f e c tt ol a r ds h o w e dt h a tt h e p u r p l et e a l e a fa n di t sc h a r a c t e r i s t i cc o m p o n e n t sh a ds t r o n ga n t i o x i d a t i v ee f f e c tt ol a r d ，a n d t h ea n t i o x i d a t i v ea b i l i t yo f p u r p l et e a l e a f w a ss t r o n g e r9 4 、5 1 、2 5a n d2 9t i m e st h a nt h a t o f v c 、v e 、b h aa n db h t , r e s p e c t i v e l y t h eo r d e ro f a n t i o x i d a t i v ea b i l i t yo f s a m p l e sw a s c a t e c h i n s e x t r a c t p u r p l e t e a l e a fw a t e re x t r a c t g r e e nt e a l e a fw a t e re x t r a c t a n t h o c y a n i d i n se x t r a c t t h i sr e s e a r c hi n d i c a t e dt h a tt h ec a t e c h i n sa n da n t h o c y a n i d i n sm a y b et h em a i nc o m p o n e n t sr e s p o n s i b l et ot h ea n t i o x i d a t i v ea b i l i t yo fp u r p l et e a l e a f , a n dt h e p u r p l et e a l e a f w o u l db ed i r e c t l yu s e da sa n a t u r a la n t i o x i d a n t am a t h e m a t i c sm o d e lw a sb u i l tb yu s i n gt h ee x p e r i m e n t a lm e t h o do fq u a d r - g e n e r a l t u r n i n g - a s s e m b l yd e s i g nt os t u d yt h es y n e r g e t i ca n t i o x i d a t i v ee f f e c t so fp u r p l et e a l e a f w a t e re x t r a c tw i t hv ca n dv e w i t ht h eh e l po fd i g i t a lp r o c e s s i n gs y s t e ma n dt h ef r e q u e n c y a n a l y s e s ，t h eo p t i m i z e df o r m u l aw a st h ed o s a g eo fp u r p l et e a l e a fw a t e re x t r a c tw a s o 1 6 9 - - 0 2 0 5 m g ，t h ed o s a g eo fv cw a s2 4 9 4 - 2 5 2 3 m g ，a n d t h e d o s a g eo fv ew a s 0 6 6 7 - - 0 7 3 8 m g ，a tt h i sc o n d i t i o n ，t h es c a v e n g i n gr a t e s t o0 2 ：a n d 。o hc o u l db eu pt o 8 0 t h eb i t t e r n e s sa n da s t r i n g e n c yo fp u r p l et e a l e a fc o u l db ee f f i c i e n t l yr e d u c e db ya d d i n g c a s e i n ( 1 0 0 m g 5 0 9t e a ) i n t op u r p l et e a l e a fi nt e ap r o c e s s i n g ，a n dt h et e aq u a l i t yw a s p r o m o t e d t h er e dc o l o r - d e v e l o p i n ga b i l i t yo f t h eb l a c kt e ac o n d e n s e ds o l u t i o nm a d ef r o m p u r p l et e a l e a fw a ss t r o n g e rt h a nt h a to fg r e e nt e a l e a a n dt h ec o n d e n s e ds o l u t i o nw a s l i m p i d , t h ec o l o rv a l u eo fc o n d e n s e ds o l u t i o nw a ss t a b i l i t yi na c i dc o n d i t i o n ，a n dt h e c o n d e n s e ds o l u t i o nw a ss t a b i l i t yt os u n l i g h t ，f o o da d d i t i v e sa n dt e m p e r a t u r e t h e s er e s u k s s u g g e s t e dt h a tt h ec o n d e n s e ds o l u t i o nm a d ef r o mp u r p l et e a l e a fw o u l db eu s e dt ot h e m a n u f a c t u r eo fi c eb l a c kt e a t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h i st h e s i s p r o v i d et h ef u n d a m e n 诅lt h e o r i e sf o rf m e u t i l i z a t i o n so fp u r p l et e a l e a f , a n dp u tf o r w a r ds o m et e c h n i c a l a p p r o a c h e s t of m e a p p l i c a t i o no fp u r p l et e a l e a f a l s o ，t h et h e s i sh a di m p o r t a n tt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c et o e n r i c ht h et h e o r yo ft e af m ep r o c e s s i n g , h a dp r a c t i c a lv a l u et og u i d et h ea p p l i c a t i o no f s p e c i a lt e ar e s o u r c e s k e yw o r d ：t e ap l a n t , c a m e l l i as i n e n s i s ，p u r p l et e a l e a f , a n t h o c y a n i d i n s ，c a t e c h i n s ， a n t i o x i d a t i v ea c t i v i t y , f m ea p p l i c a t i o n v 论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它教育机 构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：王芬仕 埘年d 6 月2 8 日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 研究生签名：王巷竹 导师签名：枇 土【，口1 年d 月2 8 日 训年a 6a 窃b 1 1 引言 第1 章课题研究的目的与意义 深入开发、充分利用特色种质资源是植物资源利用、植物育种学及食品资源开发 等领域的重要研究课题。茶树紫色芽叶是一种特色茶叶资源。花青素类成分是茶树紫 色芽叶的主要特征内含成分，它和儿茶素一样，均属于植物多酚类化合物。近年来， 大量研究证实，花青素及其苷类化合物具有抗氧化【2 】、调节血脂 j 2 】、抗突变”扣1 5 1 、 抗癌【9 1 2 , 1 3 】、肝解毒1 3 , 1 缸1 8 1 以及预防心血管疾病【1 0 ，1 3 , 1 川等多种生理功能，是一类很 有利用价值的天然成分。茶树紫色芽叶中所含花青素约占干物质量的o 5 1 0 ， 远高于绿色芽叶【l 2 0 1 ，因此，紫色芽叶所含的特征成分，极有可能赋予茶树紫色芽叶 潜在功能价值，可望作为一种特色茶树资源利用。 茶树紫色芽叶常见于种子繁殖的群体品种茶园中，在高海拔、强光照、夏秋季茶 园中其发生率可以高达3 0 6 0 2 旧3 1 。由于紫色芽叶制茶品质欠佳，主要表现为色 泽深暗、花杂，滋味苦涩等不良品质特征 2 4 , 2 5 ，因此，长期以来被视为群体品种茶园 鲜叶品质不佳的主要原因，人们通过各种途径将其去除。例如，人们通过育种筛除紫 色芽叶类型【2 “，结果无性系茶园中的紫色芽叶明显减少：或通过“选择采摘”以减少 紫色芽叶瞄】；甚至在制茶时精选原料除去紫色芽叶【卅。然而，目前群体品种茶园仍 在我国茶园茶叶生产中占主体地位，茶树紫色芽叶仍占相当的比例。因此，研究茶树 紫色芽叶的功能价值和应用途径，并进行资源化开发是一项针对性强、具有现实意义 的研究课题。 当前，随着对茶树紫色芽叶特征内含成分深入研究，已经阐明其中所含的花青素 和儿茶素类化合物具有多种生物活性，由此奠定了茶树紫色芽叶利用的理论基础。本 论文提出对茶树紫色芽叶的精细化利用的研究是基于上述成分的功能性之上，深入认 识茶树紫色芽叶价值，而开展各种利用途径的探索的。因此，开展茶树紫色芽叶精细 化利用研究具有重要的理论意义和实用价值。 本章将综述茶树紫色芽叶及特征成分的研究进展，阐明论文的选题依据、指导思 想和主要内容。 1 2 茶树紫色芽叶及特征成分研究进展 1 2 1 茶树紫色芽叶的发生状况 如前所述，茶树紫色芽叶在群体品种茶园、高海拔茶园，夏秋季节、强光高温条 件下发生率相当高。据文献报道，在川茶群体品种茶园中，紫色芽叶普遍存在，夏茶 季节紫色芽叶发生率可高达7 0 2 6 1 ；安化群体品种茶园中春季紫色芽叶发生率为3 0 左右，而在夏季高达8 8 7 ；江华苦茶群体品种茶园中，夏季紫色芽叶发生率高达 7 2 5 【2 7 1 ，由此可见，在群体品种茶园中紫色芽叶发生率相当高。同时，笔者还观察 到某些良种无性茶园在夏茶季节也有一定程度紫色芽叶的发生现象，如锡茶1 1 号， 蒙山1 1 号和2 3 号等都会出现紫色芽叶，文献也述及格鲁吉亚9 号和l l 号，苗科1 2 号也有紫色芽叶发生【2 8 1 。对紫色芽叶发生状况观察发现，在群体品种茶园中，紫色芽 叶的产生存在显著的株间差异；不同的无性系茶园中也存在品种间差异，这说明紫色 芽叶的发生在相当程度上与茶树遗传基因差异相关。 在茶叶生产实践中，人们总结了茶树紫色芽叶发生的部分规律，一般紫色芽叶主 要发生于高温、强光照夏秋季节：茶树台刈更新后常会产生大量的紫色芽叶。同时， 紫色芽叶的发生还与土壤的肥力状况及水分状况、海拔高度、茶树树龄等因素有关【2 3 j 。 这表明除茶树遗传因素之外，茶树生长的环境条件及栽培技术措施均会作用于茶树生 理代谢过程，并影响代谢的各种途径，改变代谢方向和水平，从而左右茶芽内含成分 的组成及比例，由此表现出对紫色芽叶发生具有重要影响。 1 2 2 茶树紫色芽叶的发生机理 迄今为止，人们对茶树紫色芽叶的认识大都是在茶叶生产过程中对紫色芽叶发生 现象观察而积累的感性知识，尚缺乏对紫色芽叶发生规律的科学总结，更缺少进行系 统严密的实验，因此，到目前为止，对茶树紫色芽叶发生机理尚无系统的理论阐释， 人们只能根据植物生理、生化原理，结合茶树栽培和茶叶生化理论加以推测。茶树营 养生理研究表明，缺p 素时茶树会产生紫色芽叶【2 9 】。已有的光质与茶树生长的研究 表明，在3 6 5 n m 以及蓝色光、黄色光都能促进茶树的碳代谢，使茶多酚类化合物的 含量增加【1 2 】。又据对番茄的研究表明，蓝光是诱导花青素合成最有效的单色光 蚓， 由此可以推测高海拔地区的紫色芽叶较多与这一区域的蓝紫光较强有关，但文献报道 的结果不尽一致口“。 已有研究认为茶树紫色芽叶的形成与芽叶中花青素的合成代谢以及含量的积累 有关。茶树体内花青素的合成代谢与其它植物中代谢途径一致，主要是通过类黄酮类 化合物代谢途径积累的。2 0 世纪8 0 至9 0 年代对其代谢途径已证实了其合成机制， 如图1 1 所示。 2 木质蠢、香豆蠢，酯类等 p a l ：苯丙氨酸解氨酶c a h ：肉桂酸羧化酶 c h s ：苯基苯乙烯酮合成酶c h i ：苯基苯乙烯酮黄烷异构酶 f 3 h ：黄烷酮3 羟化酶a s ：花色素合成酶 u f g t ：u d p 葡萄糖类黄酮3 - 0 葡萄基转移酶 4 c l ：4 - 香豆酢酰c o a 连接酶 d f r ：二氢黄酮醇还原酶 f 3 f f - i ：黄烷酮3 羟化酶 f 3 5 h ：黄烷酮3 5 羟化酶 图1 - 1 植物类黄酮生物合成途径1 3 2 】 f i g 1 - 1t h eb i o s y n t h e s i sa p p r o a c ho f v e g e t a b l ef l a v o n o i d 在上述花青素合成途径中，已经发现存在三种光反应类型，即光敏素反应型、蓝 光反应型和紫外光反应型，由此表明光是影响花青素合成的主要因素之一，同时可以 阐释光照对茶树紫色芽叶发生的影响机制 3 q 。苯丙氨酸是花青素以及其它类黄酮生物 合成的直接前体，由苯丙氨酸到花青素经历三个阶段：第一阶段由苯丙氨酸到香豆酰 c o a ，这是许多次生代谢共有的，该阶段受苯丙氨酸解氨酶( p a l ) 基因活性调控。第 二阶段由香豆酰c o an - - 氢黄酮醇，是类黄酮代谢的关键反应，该阶段产生的黄烷 醇和二氢内酮醇在不同酶作用下，可转化为花青素和其它类黄酮物质。第三阶段是各 种花青素的合成：二氢黄酮醇3 羟化酶( f 3 h ) 、二氢黄酮醇一3 ，5 - 羟化酶( f 3 5 ，h ) 和二 羟基黄酮醇还原酶( d f r ) 是最关键的酶，它们决定无色二氢黄酮醇的羟化位置和羟化 程度，最终决定合成花青素的种类和颜色，如果二氢黄酮醇b 环的3 和5 位均被羟 化，则形成红色矢车菊素糖苷前体，如果3 和5 位都没有被羟化，则形成转红色天竺 葵糖苷前体。 利用蛋白质纯化、转座子标签、p c r 及鉴别筛选等手段从玉米、金鱼草、矮牵 牛等植物中分离和克隆了部分与花青素生物合成相关的结构基因与调节基因，已分离 与克隆的结构基因主要有c h s 基因( 欧芹，1 9 8 7 ：矮牵牛，1 9 8 9 ) ，c h i 基因( 法国豌 豆，1 9 8 7 ；矮牵牛，1 9 8 8 ) ，f 3 h 基因( 金鱼草、矮牵牛，1 9 9 1 ；香石竹、翠菊、紫罗 兰，1 9 9 3 ) ，f 3 5 h 基因( 矮牵牛，1 9 9 3 ) ，d f r 基n ( n 米、金鱼草，1 9 8 5 ；矮牵牛， 1 9 8 9 ) ，a n s 基因( 玉米、金鱼草、矮牵牛，】9 9 0 ) ，3 g t 基因( 玉米，1 9 8 4 ；金鱼草， 1 9 9 1 ) ，a m t 基因( 1 9 9 3 ) 。已克隆的调节基因主要有r 基因及其同族的s 、s n 和l c 基因，另外还有b 、c l 、p l 、v p l 、d e l 、a n 2 、a n 4 基因，并发现这些调节基因具高 度相似序列，表明不同物种花青素生物合成由相似因子介导与控制【3 2 】。 这表明花青素的生物合成是由大量调节基因及结构基因共同控制的，这些基因在 植物中的保留性相当高。由此证实茶树紫色芽叶的发生在相当程度上取决于茶树遗传 类型，具体表现为株间与品种的显著差异。此外，其它环境因素，如温度、水分、营 养、损伤以及病虫危害等也可以通过对花青素合成代谢的影响，表现出茶树紫色芽叶 发生率高低的变化。 1 2 3 茶树紫色芽叶的特征成分 研究表明，茶树紫色芽叶中花青素含量是一般茶叶的5 1 0 倍，儿茶素总量以及 酯型儿茶素组分的含量也较高f 1 , 2 0 。因此，可以认为儿茶素类和花青素类物质是茶树 紫色芽叶的重要特征内含成分，对茶树紫色芽叶资源的精细化利用应该建立于上述特 征成分的化学组成、性质及其功能性基础之上，开展研究工作，是本课题研究的重要 理论基础。 近年来，对儿茶素类成分的研究利用已经达到相当深入的水平，在此不再重复阐 述。然而，对于与儿茶素类结构相近，同属于多酚类化合物的花青素的生物活性及利 用价值的揭示是近年才引起研究者关注的。 花青素( a n t h o c y a n i d i n s ) 又称为花色素，广泛存在于许多植物中。约2 7 个科，7 2 个属植物中含有花青素口0 1 。在植物体内，花青素主要以糖苷，即花色苷( a n t h o c y a n i n s ) 的形式存在，分布于果实、花、茎和叶组织内【2 ”。已知的天然花色苷有2 5 0 余种，分 别由2 0 余种花色素【i2 3 3 】与不同糖苷结合而成。在各种花色苷的共同作用下，赋予植 物果实、花和叶呈现各种色彩，因此，花青素是十分重要的植物色素。花青素类化合 4 物具有与其它类黄酮类化合物相同的c 6 c 3 c 6 碳骨架，随着核环上的取代基不同而具 有各种结构类型，如图1 - 2 所示。 图1 - 2 天然存在的花青素的化学结构惦圳 f i g 1 - 2t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo f n a t u r a la n t h o c y a n i d i n s 英文名称 英文 取代基模式( r )吸收峰颜色 中文名称 一 简写35673 t5 ( n m )文献1 2 文献3 3 通常植物体花青素大量积累于花、水果、叶及茎的表皮及皮下细胞层之中，而这 类植物器官常常被人们作为天然食物和饮料利用，因此，天然植物性食品是人们摄入 和利用花青素的重要来源。由于不同食物中花青素的含量存在差异，人们食用不同食 物的摄入量也不尽一致【12 1 。一般水果及果浆中花青素的含量明显较高，例如葡萄、樱 桃、李子、草莓、黑莓、苹果和桃等，此外，番茄、茄子、越桔和红甘蓝中的含量也 十分可观，一般食品饮料花青素的含量如表1 - 3 所示【j 2 弼。 由于花青素普遍存在于植物性食品、饮料之中，赋予食物亮丽的色泽和良好的风 味，人们在日常生活中自然摄入花青素类物质。受饮食习惯的影响，人们摄入花青素 的含量存在较大差异。据估算，在美国，每人日均摄入花青素的含量约为1 8 0 2 1 5 m g d 人。人们越来越深入地认识到花青素是一类具有重要生物活性的功能成分坨】。 表1 - 3 一些植物食品以及饮料中的花色苷含量1 1 2 , 蚓 t a b l e1 - 3t h ea n t h o c y a n i n sc o n t e n ti ns o m ev e g e t a b l ef o o d sa n db e v e r a g e s 商品 三t g 量 l 。，或r n g 聪。 商品 篡删 m 戥k g 。 黑莓1 1 5 0 黑刺李 1 6 0 0 樱桃2 0 - - 4 5 0 0 葡萄酒( 红) 2 4 0 - 3 5 0 越橘1 0 0 0 黑醋栗( 黑) 1 3 0 0 - - 4 0 0 0 李子2 0 - - 2 5 0 接骨木果 2 0 0 0 - 1 0 0 0 0 茄子 7 5 0 0越橘的一种8 2 5 - - 4 2 0 0 洋葱约2 5 0 一种杂交草莓 1 6 0 9 大黄约2 0 0 0葡萄酒( 波尔多)1 4 0 1 1 0 0 草莓 1 5 0 - 3 5 0 卷心菜，甘蓝( 红) 2 5 0 罗甘莓 7 7 4 阿龙尼亚苦味果 5 0 6 0 - - 1 0 0 0 0 酸果蔓 6 0 0 - 2 0 0 0 覆盆子悬钩子( 黑) 1 7 0 0 - 4 2 7 7 葡萄( 红) 3 0 0 , - , 7 5 0 0 覆盆子悬钩子( 红) 1 0 0 , - 6 0 0 血橙( 汁) 2 0 0 0 覆盆子，悬钩子( 红) 单强汁4 - - 11 0 1 1 2 4 茶树紫色芽叶精细化利用的理论基础 如前所述，本课题对茶树紫色芽叶精细化利用是建立于其内含特征性成分的基础 上的。茶树紫色芽叶特征内含成分的分子结构中具有多个反应活性基团和活性部位， 可以发生多种化学反应，它是茶树紫色芽叶生理功能和生物活性的基础，也是构成茶 树紫色芽叶精细化利用的理论基础。 1 2 4 1 茶树紫色芽叶内含特征成分的酚羟基的反应活性 多元酚羟基是茶树紫色芽叶内含特征成分最具特征性的活性基团，它具有多种反 应活性，也是其得以广泛应用的重要基础。酚羟基可发生醚化、酰化和氧化等反应， 6 例如：它与金属盐反应的显色特征，常用于定性鉴定和定量分析。醚化、酰化反应常 用于其分离和结构测定研列2 0 , 3 s l 。桔酸酯化增加了反应基团，使其抗氧化与清除自由 基等活性增强。b 环的邻位羟基易氧化成邻醌，使颜色加深；光照下的颜色变红，推 测是a 环的羟基被氧化成亚甲基醌