综述与专题评论2008年第34卷第11期(总第251期)117 茶氨酸的研究进展3帅玉英1 , 2,张 涛1,江 波1,沐万孟11(江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏 无锡,214122)2(江南大学食品学院,江苏 无锡,214122)摘 要 L2茶氨酸作为茶叶中特有的一种天然氨基酸,其与茶叶品质密切相关近年来茶氨酸因其重要的生理功效(如抗肿瘤、 降压安神、 免疫、 提高学习能力、 减轻体脂等)而日益受到人们的青睐文中综述了国内外关于L2茶氨酸的最新研究进展,并简要介绍了其理化性质、 生理功能、 制取方法及应用等方面的研究状况,展望了其发展前景关键词 L2茶氨酸,生理功能,制备,应用第一作者:博士研究生(江波教授为通讯作者) 3 江南大学食品科学与技术国家重点实验室目标导向资助项目 (SKLF2MB2200804) ,江南大学食品科学与技术国家重点实 验室自由探索资助项目(SKLF2TS2200808)收稿日期:2008 - 09 - 11 ,改回日期:2008 - 10 - 21茶氨酸(N2乙基2 γ 2谷氨酰胺,L2theanine)是茶叶 特有的一种氨基酸,是茶叶中有效的呈味物质,其含 量高低直接决定茶叶的品质。
由于茶氨酸在茶叶中 含量较低,不易提取,所以多年来人们对它的研究甚 少,直至1990年代末,随着茶氨酸人工合成技术的日 益成熟,茶氨酸的生理功能及药理活性才逐渐引起学 者们的重视例如茶氨酸可以改良品质、 改善风味以 及抗肿瘤、 降压安神、 免疫、 提高学习能力、 减轻体脂 等多种作用因此,在工业上,茶氨酸可以作为绿茶 风味的改良剂和缓解苦味剂,并作为功能成分添加到 食品和药品中,开发功能食品和功能药品随着茶氨 酸的生理功能逐渐被人们认识,其消费需求也日益增 长,故茶氨酸的制备,尤其微生物法制备越来越成为 众多学者关注的热点,本文将对茶氨酸的理化性质、 生理功能、 制取方法及应用进行综述1 茶氨酸的理化性质无论何种等级茶叶,茶氨酸都占茶叶游离氨基酸 的50 %以上,茶氨酸在干茶叶中含量约为1 %～2 % 到目前为止,除了在茶梅、 山茶、 油茶、 簟( Xerocomusbadius)等4种天然植物中检测出其微量存在外,其 他植物中尚未发现茶氨酸是谷氨酸的乙胺诱导体, 它在茶树根中由谷氨酸和乙胺合成,通过树干运送到 叶中贮藏,在日光照射下转化为儿茶素1949年酒 户先生首次从茶叶中发现了茶氨酸,随后提取、 精制 出茶氨酸,并测定了它的化学结构(见图1)。
自然存在的茶氨酸均为L型,纯品为白色针状结晶,熔点217～218℃(分解) ,比旋光度[α]20D= 017°,极易溶于水,而不溶于无水乙醇和无水乙醚,水溶液呈微酸性, 性质稳定,有焦糖香及类似味精的鲜爽味,研究证明 它的含量与绿茶的品质密切相关,相关系数为01787 ～01876经安全性实验表明茶氨酸安全,无毒,在摄 取量上没有任何限制图1 L2茶氨酸分子结构式2 茶氨酸的生理功能211 茶氨酸的放松作用 相关研究证实茶氨酸可以促进大脑表面α波(松 驰状态)产生,使人体产生舒畅、 愉快的感觉,但茶氨酸没有引起睡眠状态时发生的θ波的数量的增加[1], 因此茶氨酸在使人情绪稳定的同时还能使注意力更 集中,但不使人趋于睡眠Kakuda等人[2]通过脑电 图仪评价方法确定了茶氨酸可以拮抗咖啡碱引起的 兴奋作用此外,茶氨酸和咖啡碱还具有促进认知和情绪的联合效应[3]L2茶氨酸除了在休息状态下有一些抗抑郁放松 效果外,还可以通过抑制大脑皮层神经兴奋达到抗应 激效应,减轻在有负荷压力状态下人体的生理、 心理 压力[4]但Gomez2Ramirez等人[5]证实,服用250mg茶氨酸后在完成需要高度注意力的任务时α活度 降低,推测α活度降低可能与茶氨酸会放慢听觉反应食品与发酵工业FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES118 2008 Vol134 No111 (Tot al 251)有关。
因此L2茶氨酸对人体的放松作用效果,是人 们在安静状态时对各种反应的评价结果,其他情况下的作用机理还需进一步研究212 茶氨酸的降血压作用 茶氨酸可通过降低中枢及末梢神经系统中52羟 色胺的浓度来达到降血压的作用实验证实[6],在给 予大鼠茶氨酸后能够减少52羟色胺的含量,使52羟 色胺在大脑的合成减少以及增加其在脑中的分解当给自发性高血压大鼠注射不同剂量的茶氨酸时血 压下降,且下降程度呈剂量反映关系,在高剂量组可 观察到血压明显下降,但茶氨酸的剂量不会影响正常 大鼠的血压与茶氨酸结构相似的谷氨酸没有发现 有降低血压的作用[7]213 茶氨酸的抗肿瘤作用 茶氨酸作为谷氨酰胺的衍生物,其能通过干扰谷 氨酰胺的代谢来抑制肿瘤细胞的生长Zhang等 人[8]给患有肝细胞恶性肿瘤的白鼠喂养含2 %的绿 茶粉末或011 %的茶氨酸的酪蛋白食物14 d后,肿瘤的体积和重量随着喂给时间延长而减少,而由肝细胞 恶性肿瘤引发的高血脂也随着绿茶粉末和茶氨酸的 补给明显受到抑制这表明绿茶粉末和茶氨酸对恶 性肿瘤和由恶性肿瘤引发的高血脂具有抑制作用 茶氨酸也具有抑制癌细胞浸润的能力,癌细胞浸润是癌细胞扩散的必要途径,抑制浸润可阻止癌症的扩 散。
除了具有抗肿瘤活性,茶氨酸还可提高多种抗肿 瘤药物的疗效许多学者研究了茶氨酸对阿霉素(一 种抗肿瘤药物)抗肿瘤的促进作用茶氨酸能够增加阿霉素对埃利希腹水肿瘤细胞、M5076卵巢肿瘤、 以及P338白血病的治疗效果Sadzuka等人[9 , 10]进 一步研究了茶氨酸提高抗癌药阿霉素抗癌活性的途 径,证实茶氨酸可能是通过竞争抑制谷氨酸盐的摄 入,来诱导和降低肿瘤细胞内谷胱甘肽( GSH)水平,使细胞内谷胱甘肽2阿霉素结合体( GS2阿霉素)产生 和释放减少,导致细胞内阿霉素浓度升高,从而使其 抗瘤效果增加另外,茶氨酸与其他如吡桑比星(pi2rarubicin)、 伊达比星(idarubicin)等抗肿瘤药合用, 也有增强抗癌疗效作用214 提高学习能力 通过操作行为试验、 回避试验、 跳台试验及复杂 水迷宫试验,许多学者[1]报道服用茶氨酸后老鼠的多 巴胺浓度高,与对照组相比学习能力和记忆能力都有 一定的提高,而且学习、 记忆力的增强作用随其剂量的增加而增大目前很多研究证明,茶氨酸的这种提 高学习和记忆能力的作用是来自活化了与学习、 记忆有关的脑内中枢神经递质52羟色胺的结果215 神经保护作用 茶氨酸是兴奋性递质谷氨酸的类似物,通过与谷 氨酸竞争谷氨酸受体,达到对脑组织的保护作用。
相 关实验证实,茶氨酸可以抑制由谷氨酸引起的大鼠皮 质神经元死亡,瞬间前脑局部缺血引起的海马CA1区锥体神经元死亡,同样也可抑制由红藻氨酸引起的 海马CA3区神经元死亡[11]Iwasaki等人[12 ,13]也研 究证实,茶氨酸对于小鼠局部缺血性坏死提供神经保 护作用茶氨酸除了可以预防脑缺血性死亡外,还可 以直接降低与帕金森病相关的神经毒物的毒害作用而起到神经保护作用[14],因此有望开辟一条治疗帕 金森病的新途径除此之外,茶氨酸还能促进神经成 熟期神经生长因子和神经递质的合成,促进中央神经 系统的成熟,帮助完善大脑功能[15 ]据推测,茶氨酸 的神经保护作用不仅与其作用于谷氨酸受体有关,很可能还与谷氨酸的运输有关,这还需要进一步的研 究[11 ,16]216抗疲劳作用 国内学者[17 ,18]报道小鼠摄用不同剂量的L2茶氨 酸30 d ,能明显延长小鼠负重游泳时间,减少肝糖原的消耗量,降低运动时血清尿素氮水平;对小鼠运动 后血乳酸升高有明显的抑制作用,能促进运动后血乳 酸的消除这验证了L2茶氨酸具有抗疲劳作用,其 机理可能与茶氨酸可抑制52羟色胺分泌,促进儿茶 酚胺分泌,增加脑组织中多巴胺(DA)含量有关。
217 免疫作用 茶氨酸在人体肝脏内会分解为乙胺,哈佛医学院 布考斯基博士研究组报告乙胺使外周血液γ、δ、T免 疫细胞接触到乙胺,以促进抗病菌、 病毒、 真菌和寄生 虫感染的化学物质的分泌,从而提高人体的免疫力[19]同时,茶氨酸可以作为谷氨酸的供体,以促进 谷胱甘肽的形成来提高免疫力Kurihara等人[20]研 究了L2胱氨酸和L2茶氨酸合用能显著提高肝脏中谷 胱甘肽水平,促进T辅助细胞2型(Th2)介导的免疫 反应,以增强免疫特异性IgG抗体的产生218 其他功效 茶氨酸还具有改善经期综合症[21],即改善女性 在月经前3～10 d中出现的精神及身体上的不舒适 的症状,如头痛、 腰痛、 胸部胀痛、 无力、 易疲劳、 精神 无法集中、 烦躁等症状,这可能与茶氨酸的镇静作用综述与专题评论2008年第34卷第11期(总第251期)119 有关茶氨酸还具有减轻体重,减少腹腔脂肪、 血液 的中性脂肪、 胆固醇含量以及肝脏中胆固醇含量的作用[22]3 茶氨酸的制备近20 a来,对茶氨酸的制备得到了食品、 茶学、 精细化工及医药等领域众多研究者的关注,并企图通 过各种途径制备和生产茶氨酸。
茶氨酸的主要制备途径有:茶叶中茶氨酸的提取分离法、 化学合成法、 植 物组织细胞培养法和微生物发酵制备法311 提取分离法 从茶叶中提取分离茶氨酸是最直接、 有效的生产 途径,也是茶叶深加工和茶叶资源利用领域重要研究内容传统提取分离茶氨酸使用的方法是试剂沉淀 法即采用热水或冷乙醇提取,分别用三氯甲烷、 醋 酸铅除去提取液中的咖啡碱、 茶多酚和树胶类杂质 滤液中加入碱式碳酸铜,便可析出茶氨酸2铜盐,再用 稀硫酸转溶,通入H2S和加入适量Ba (OH)2,滤除沉淀后,可得到茶氨酸净化液但该方法操作复杂, 易被Pb2 +、Cu2 +、S2 -等离子污染,同时茶氨酸在硫酸 钡沉淀析出会损失 目前,层析技术富集茶氨酸已取代了沉淀法一 些研究学者报道了用阳离子交换树脂从茶叶愈伤组织浸提液中分离茶氨酸[23],或采用絮凝、 吸附及阳离 子交换法从制备茶多酚的废液中分离茶氨酸[24],并 且在此基础上还可改进洗脱工序,用p H7138的磷酸 缓冲盐为洗脱剂洗脱,减压浓缩后醇沉,离心上清液 浓缩再用体积分数95 %的乙醇结晶,能得到提取率67 % ,产品纯度为99141 %的茶氨酸[25]除此之外, 林智等人[26]还发明了复合使用阴阳离子交换树脂从 茶叶中制备茶氨酸的方法。
如果单纯的从茶叶中提取茶氨酸成本很高,但从 提取茶多酚后的残留液中用离子交换树脂提取茶氨酸,却是一项很有经济价值的工艺技术对茶叶加工 生产厂家来说,这将为茶叶的综合利用与开发提供新 的方向312 化学合成法1942年,Lichtenstein[27]首次用乙胺和吡咯烷酮合成了茶氨酸,但产率仅为9 %经过不断试验改 进,郑国斌[28]将L2吡咯烷酮酸与无水乙胺直接在惰 性气体的氛围下,在210～415MPa的压力和30～55℃ 下,72～96 h就能合成茶氨酸,以固体L2吡咯烷 酮酸计算,1次收率达20 %以上除此外,茶氨酸的化学合成法还有焦谷氨酸法、N2取代谷氨酸γ 2酯法和N2取代谷氨酸酐法例如国内钱绍松等人[29]采用N2取代谷氨酸酐法,以L2 谷氨酸为原料,采用廉价的邻苯二甲酰基作为保护 基,与乙胺反应脱除保护基可得到61 %的茶氨酸 尽管采用化学合成手段制备茶氨酸具有成本低、 操作相对简单、 易于工业化的优点,但可能会残留毒 性物质,生成物还包括D、L2型茶氨酸异构体,需要进行拆分才能得到L型产品日本学者在这方面进行 了大量工作,他们采用微生物固化酶分离国内也有 人通过菌体氨基酰化酶对N2乙酰2DL2茶氨酸脱乙酰 化分离L2茶氨酸,最高收率可达92 %。
313 植物组织或细胞培养法生产茶氨酸利用茶树细胞和茶树愈伤组织培养也可以制备 茶氨酸Orihara等人[30]培养茶树细胞于B2K琼脂 培养基中加入L2谷氨酸盐、 乙胺和激素,在特定环境 中。