全 文 :第3 2卷,第4期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vol.32,No.4,pp1051-1056
2 0 1 2年4月 Spectroscopy and Spectral Analysis April,2012
普洱茶茶褐素类主要组分特征及光谱学性质研究
谭 超1,彭春秀2,高 斌1,龚加顺1*
1.云南农业大学食品科学技术学院,云南 昆明 650201
2.云南农业大学园林园艺学院,云南 昆明 650201
摘 要 利用不同分子截留量的透析袋可有效将茶褐素类物质分离。随分子量增大,茶黄素(TF)、茶红素
(TR)、茶褐素(TB)、茶多糖(TPS)含量逐渐增加,分子量大于25 000Da的样品中TB含量最高。羧基和羟
基含量随分子量增大而增加,特别是总羧基含量在分子量大于25 000Da的样品中增幅最大。AFM显示,不
同分子量茶褐素粒子形貌并不均一,单分子呈岛屿状态或颗粒状聚集物结构。当粒子聚集较多时,呈线状链
接且有较多分支或形成网状结构。CP-MAS NMR表明,在3 500~25 000Da的茶褐素属含有多苯环的苯多
酚类高聚物,结合多糖、蛋白质残基,富含羧基、羟基、甲基等基团,具有酚类物质特性。其酸未水解物经
CP-MAS NMR分析表明为多苯环高聚物,CP-GC/MS共鉴定出16种可能存在的化合物。
关键词 普洱茶;茶褐素;结构特征;光谱性质
中图分类号:S571.1;O657.3 文献标识码:A DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2012)04-1051-06
收稿日期:2011-08-03,修订日期:2011-11-12
基金项目:国家自然科学基金项目(30960241,30760152)资助
作者简介:谭 超,1985年生,云南农业大学食品科学技术学院硕士研究生 e-mail:tctj_1212@163.com
*通讯联系人 e-mail:gong199@163.com
引 言
中国普洱茶历史可追溯至东汉。古代普洱茶以云南大叶
种茶树鲜叶,经杀青-揉捻-晒干-蒸压制成各种形状紧压茶,
经长时间贮藏演变而成[1]。1973年后,为满足市场发展的需
要,用晒青绿毛茶为原料,经微生物固态发酵加工成普洱
茶。其色泽褐红,汤色红浓明亮,香气独特陈香,滋味醇厚
回甜[2]。研究表明,普洱茶具有降血脂、抗氧化、降血糖、抗
突变、抗艾滋病病毒等功能[3,4]。这些功能的形成可能与普
洱茶所含色素密切相关。在发酵过程中,多酚类、儿茶素、
黄酮类、茶红素和水溶性寡糖均大幅下降,茶褐素显著增
加[5]。普洱茶中茶褐素含量在8%~17%,具有类似红茶茶
褐素的性质[6]。研究发现,茶褐素有显著的抗疲劳、降血脂
功效[7,8]。茶褐素是普洱茶重要活性物质。但至今人们对其
理化性质、结构特征、形成机制等知之甚少。由于其为大分
子物质,常规分离纯化手段效果不佳。利用膜透析技术结合
原子力显微技术(atomic force microscope,AFM),交叉极化
魔角旋转固体核磁共振技术(cross polarization-magic angle
spinning NMR,CP-MAS NMR)和居里点热裂解气质联用
(curie-point pyrolysis-gas chromatography-mass spectrosco-
py,CP-GC/MS)来阐明茶褐素主要组分分子形貌、结构特征
及性质,为阐明普洱茶茶褐素形成机制及普洱茶品质形成机
理提供参考。
1 实验部分
1.1 材料
云南西双版纳勐海茶厂大益牌普洱熟茶(唛号7572),苯
酚,考马斯亮蓝G250,乙酸乙酯,三氯甲烷,正丁醇等,试
剂均为分析纯,美国进口透析袋。
1.2 仪器与设备
Bruker Tensor27红外光谱仪,岛津 UV1700紫外-可见
分光光度计,Bruker DRX500交叉极化魔有旋转核磁共振
仪,JHP-5居里点热裂解仪,6890N/5973N气质联用仪,电
子轰击源DB-1701MS,SPI3800N&SPA-400原子力显微镜。
1.3 样品制备
茶褐素制备:乙醇浸泡茶叶,茶渣用70℃去离子水浸
泡,浸液依次用乙酸乙酯、氯仿、正丁醇萃取,剩余水层加
乙醇沉淀得茶褐素粗提物。茶褐素经SEVAGE除蛋白后依
次用3500,25 000,100 000Da透析袋透析。茶褐素酸水解
物制备:称取5mg茶褐素于水解管,加入37%浓盐酸10
mL,真空密封并110℃水解24h。随后将管内沉淀与上清液
离心(5 000r·min-1)分离,沉淀用蒸馏水洗涤2~3次干
燥。
1.4 理化性质测定
多糖的测定:苯酚-硫酸法[9]。蛋白质的测定:考马斯亮
蓝法[10]。茶色素测定:萃取比色法[11]。茶褐素酸性基测定:
取样20mg,加20mL 0.1mol·L-1 NaOH,用0.75mol·
L-1 BaCl2 定容至50mL,振摇30min过滤。滤液用0.1
mol·L-1 HCl标准液作电位滴定,pH 8.4为终点,做空白。
酸性基(mmol·g-1)=[(空白滴定所耗VHCl mL-滴定所耗
VHClmL)×HCl浓度 mol·L-1]/样品质量g。羧基测定:取
样50mg,加10mL 0.1mol·L-1 NaOH,再加与NaOH等
当量的 HCl标准溶液,1mol·L-1醋酸钙定容至50mL,振
摇20min过滤。滤液用0.1mol·L-1 NaOH标准液作电位
滴定,pH 8.4为终点,做空白。羧基(mmol·g-1)=[(滴定
试样所耗VNaOH mL-空白滴定所耗VNaOH mL)×NaOH 浓度
mol·L-1]/样品质量g。酚羟基测定:酚羟基(mmol·g-1)
=总酸性基-羧基。
1.5 光谱学特征测定
红外光谱分析:样品 KBr压片,扫描波数范围500~
4 000cm-1,分辨率RES=8cm-1,扫描次数SCANS=16。
紫外光谱分析:扫描范围190~1 100nm。液体核磁共振分
析:取样品10mg于核磁管,加入氘代试剂上机测试。CP-
MAS NMR分析:样品置于固体核磁管,上机测试,场300
MHz。CP-GC/MS分析:样品包裹于JHP-5热箔片中,热裂
解255℃,5s,进样针温度为280℃。采用Agilent公司HP-
5色谱柱。GC分析采用一级程序升温,45℃停留4min,以
3℃·min-1升温至280℃,保持15min。进样口温度为250
℃,检测器温度为280℃,载气为氦气,流量为1.0mL·
min-1,分流比100∶1。质谱条件为电离源电子能量70eV,
离子源温度230℃,扫描范围为15~500U。AFM分析:新
剥离云母片用2mmol·L-1 NiCl2 处理。吸少量(5μg·
mL-1)样品于云母表面,在50℃下热风干燥10min。Tap-
ping成像模式扫描样品。
2 结果与分析
2.1 不同分子量分布的普洱茶茶褐素理化性质
不同分子量分布的普洱茶茶褐素理化性质如表1所示。
随分子量的增大,TF,TR,TB,TPS的含量依次增加,分子
量大于25 000的样品中TB含量最高,分子量小于3 500的
样品中蛋白质含量最低,羧基和羟基含量随分子量增大而增
加,特别是总羧基含量在分子量大于25 000的样品中增幅最
大。
Table 1 Physicochemical properties of dialyzed fractions of theabrownin
Sample TFa/% TRb/% TBc/% Protein/% TPSd/%
Total acid group
/(mmol·L-1)
Carboxyl group
/(mmol·L-1)
Phenolic carboxyl
groups/(mmol·L-1)
TB without
dialysis
0.31±0.15 6.22±0.48 34.30±4.43 16.40±0.96 22.53±0.16 6.91±0.70 2.22±0.76 4.70±1.46
<3 500
Da(16.2%)
0.03±0.04 2.48±0.37 16.97±1.75 4.71±0.83 10.13±1.58 3.11±0.17 0.38±0.07 2.73±0.20
3 500~25 000
Da(54.6%)
0.13±0.12 2.72±0.25 22.19±1.34 24.94±2.05 25.54±0.98 3.96±0.22 0.50±0.32 3.46±0.36
>25 000
Da(29.2%)
0.48±0.04 6.88±1.94 34.63±6.54 24.75±2.39 27.94±0.64 6.68±0.65 2.71±0.96 3.97±1.16
Note:a-theaflavin;b-thearubigin;c-theabrownin;d-tea polysaccharide
2.2 普洱茶茶褐素透析样的光谱学性质
(1)UV-Vis分析:所有透析产物280nm处有吸收肩峰,
紫外区段随波长减小吸收值迅速上升。
(2)AFM性质:由图1可以看出,茶褐素粒子呈岛屿状,
不同分子量分布茶褐素有较大差异,分子量小于3 500Da的
茶褐素分散性好,大于3 500Da的茶褐素相互聚集。从而形
成较大粒子。经分析普洱茶茶褐素透析前粒子平均直径约
(32.05±14.44)nm,高度平均值(2.83±1.95)nm。分子量
小于3 500Da的茶褐素粒子平均直径约(20.66±11.97)nm,
高度平均值(0.61±0.58)nm。分子量3 500~25 000Da的茶
褐素粒子平均直径约(22.88±13.25)nm,高度平均值(1.02
±1.03)nm。分子量大于25 000Da的茶褐素粒子平均直径
约(29.69±18.21)nm,高度平均值(1.83±1.56)nm。从普
洱茶茶褐素透析前及不同透析样 AFM 图像来看,茶褐素粒
子形貌并不均一,单分子呈岛屿状态或颗粒状聚集物结构;
当粒子聚集量较多时,粒子呈现线状链接且具有较多分支结
构;当粒子大量聚集,粒子与粒子之间形成网状结构,形成
较大聚集体(图2)。
2.3 普洱茶茶褐素其他波谱特征及主要组分结构表征
将表1中分子量在3 500~25 000Da(红褐色)的样品进
行NMR分析,发现样品中含大量糖类、苯环、甲基、亚甲基
等基团信息。1 H-NMR(见图3),在1~2ppm为甲基及亚甲
基 H峰,3.2~4.8之间的峰呈现糖类物质特有 H 峰,4.8
为水峰,7ppm出现微凸状峰,此处多为苯环峰,表明该物
质含大量苯环。但13 C-NMR(见图3)未见碳吸收峰,可能该
物质聚合度较大,其次在氘代试剂中溶解性不佳。因此,采
用CP-MAS NMR测定。从图3的1 H-CP-MAS NMR看,由
于样品谱峰较宽,无法得到 H 的具体信息,从13 C-CP-MAS
NMR分析,图谱中峰的大致化学位移为29.44,71.68,
111.34,154.51,177.16ppm。通过查询,糖类物质核磁共
振中,13 C谱化学位移在60~97ppm期间,苯环中13 C化学
位移在100~150ppm之间,羧基在170ppm左右出现,苯
2501 光谱学与光谱分析 第32卷
环上接入的酮醌基团则在180~210ppm左右。故初步判断
该物质为一个含有多苯环的苯多酚类物质,其主体为多苯
环、结合有糖类、蛋白质,富含羧基、羟基以及甲基等基团
的高聚物,具有酚类物质特性。
Fig.1 AFM images of theabrownin deposits with different molecular weight species
(a):the theabrownin deposits before dialysis;(b):the deposits prepared from the fraction with molecular weight species<3 500Da;(c):the
deposits prepared from the fraction with molecular weight species between 3 500and 25 000Da;(d):the deposits prepared from the fraction with
molecular weight species>100 000Da
Fig.2 AFM images of theabrownin particles connected into strings with branches and networks
at relatively large aggregates and large aggregates
该类物质分子量为3 500~25 000Da,极其复杂且含糖
类和蛋白质等,因此,将其酸水解去除多糖残基和蛋白质残
基,剩余的黑色沉淀在进行液体NMR测定时较难溶于溶剂
D2O和DMSO等。因此,采用CP-MAS NMR测定。结果发
现,1 H 谱(图4)由于样品谱峰较宽且重叠,也无法得到 H
的信息,但对比水解前的图谱(图3)可以发现,由于经过酸
解除去样品中的糖类和蛋白质等,固体核磁13 C谱(图4)中
仅剩下单一的多苯环高聚合母体,化学位移为111.65ppm,
这说明酸水解后的黑色沉淀为多苯环高聚物。分析表明,普
洱茶茶褐素酸水解去除其中蛋白质和多糖后,红外图谱在
3 431cm-1具有特征吸收,说明仍含有较多的O—H基等基
团信息。
鉴于现有的核磁技术无法完全解析复杂的黑色沉淀(酸
解水不溶物)。因此采用CP-GC/MS分析,最终共鉴定出16
种可能存在的化合物(见图5)。裂解产物中发现了氟元素的
存在,高观世等研究表明,不同普洱茶可溶性氟含量变化很
大,变化范围为39.05~112.71mg·kg-1[12]。茶褐素中氟
是如何与大分子色素结合,有何作用值得进一步探讨。
3501第4期 光谱学与光谱分析
Fig.3 Liquid NMR(1 H-NMR and 13C-NMR)and solid-state CP-MAS NMR spectra of
the fraction with molecular weight species between 3 500and 25 000Da
Fig.4 Solid-state CP-MAS NMR spectra of the insoluble black precipitate
Table 2 Sixteen candidate compounds were identified from the pyrolysis products
tR·min-1 Compounds Quality/%
0.87 Carbon dioxide 99
1.15 Urea 53
1.41 1-Butanol 50
1.63 Succinamic acid 83
3.38 Actinobolin 56
29.29 Dimethyl phthalate 94
31.84 Phenol,2,5-bis(1,1-dimethylethyl) 76
39.58 Methyl tetradecanoate 96
46.30 Hexadecanoic acid,methyl ester 99
51.59 9-Octadecenoic acid,methyl ester 99
51.82 8-Octadecenoic acid,methyl ester,(E) - 99
83.83 Natalensine,3,5-dinitrobenzoate 93
84.87 B-Homomorphinan-7-one
,5,6,8,14-tetradehydro-2,3,4,6-tetramethoxy-17-(trifluoroacetyl)-, (9.alpha.,
13.alpha.)-
25
86.00 N-Trifluoroacetyl demecolcine 95
86.44 Colchiceine,N-deaceto-N-TFA-2-demethyl-2-acetyl - 45
87.22 Androsta[17-16-b]furan-5’-imine,4’-methylene-3-methoxy-N-cyclohexyl - 11
4501 光谱学与光谱分析 第32卷
Fig.5 Complex candidate compounds from the insoluble black precipitate
identified from the pyrolysis products using CP-GC/MS
3 结 论
用不同分子截留量的透析袋可有效将茶褐素类物质分
离。普洱茶茶褐素透析前粒子平均直径约(32.05±14.44)
nm,高度平均值(2.83±1.95)nm,分子量小于3 500Da茶
褐素粒子平均直径约(20.66±11.97)nm,高度平均值(0.61
±0.58)nm,分子量3 500~25 000Da茶褐素粒子平均直径
约(22.88±13.25)nm,高度平均值(1.02±1.03)nm,分子
量大于25 000Da茶褐素粒子平均直径约(29.69±18.21)
nm,高度平均值(1.83±1.56)nm。
采用CP-MAS NMR和CP-GC/MS可有效表征茶褐素
结构特征。普洱茶茶褐素为一类性质类似于红茶茶褐素的高
聚合物,能溶于水而不溶于乙酸乙酯、乙醇、正丁醇等有机
溶剂,主要由含多苯环的褐色色素、多糖残基、蛋白残基组
成,主要的功能性基团为羧基、羟基、氨基以及甲基等基团,
具有酚类物质特性。
References
[1] Zhou H J,Gong J S,Wang X Y,et al.Yunnan Pu-Erh Tea,First ed.Kunming:Yunnan Science and Technology Press,2004(Chapter
2).
[2] Sano M,Takenaka Y,Kojima R,et al.Chem.Pharm.Bul.,1986,34(1):221.
[3] Wang B S,Yu H M,Chang L W,et al.LWT-Food Science and Technology,2008,41:1122.
[4] Cao Z H,Gu D H,Lin Q Y,et al.Phytotherapy Research,2011,25(2):234.
[5] GONG Jia-shun,ZHOU Hong-jie,ZHANG Xin-fu,et al(龚加顺,周红杰,张新富,等).Journal of Tea Science(茶叶科学),2005,25
(4):300.
[6] QIN Yi,GONG Jia-shun,ZHANG Hui-fen,et al(秦 谊,龚加顺,张惠芬,等).Chemistry and Industry of Forest Products(林产化学
与工业),2009,29(5):94.
[7] GONG Jia-shun,CHEN Wen-pin,ZHOU Hong-jie(龚加顺,陈文品,周红杰,等).Journal of Tea Science(茶叶科学),2007,27(3):
201.
[8] Gong J S,Peng C X,Chen T,et al.Journal of Food Science(USA),2010,75(6):182.
[9] Dubois M,Giles K A,Hamilton J K,et al.Analytical Chemistry,1956,28:350.
[10] Bradford M M.Analytical Biochemistry,1976,72:248.
[11] HUANG Yi-huan(黄意欢).Experimental Technology of Tea(茶学实验技术).Beijing:China Agriculture Press(北京:中国农业出版
社),1995.
[12] GAO Guan-shi,HOU Bo,GONG Xue-lian,et al(高观世,侯 波,龚雪莲,等).Southwest China Journal of Agricultural Sciences(西南
农业学报),2009,22(2):409.
Spectroscopic and Structural Characteristics of the Main Components of
Theabrownin in Pu-erh Tea
TAN Chao1,PENG Chun-xiu2,GAO Bin1,GONG Jia-shun1*
1.Faculty of Food Science and Technology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China
2.Horticultural Department,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China
Abstract In the present study,we fractionated the main components of TB in Pu-erh tea by dialysis and investigated their com-
positions,structures and properties.TB in the Pu-erh tea was fractionated by dialyses using films with different pore sizes.The
5501第4期 光谱学与光谱分析
highest TB concentration was obtained in the fraction with molecular weight species>25 000Da.The carboxyl and hydroxyl
concentrations also increased in fractions where the molecular weight size selection was highest(i.e.,>25 000Da).AFM ima-
ges revealed that TB particles with different molecular weights had different morphologies and the TB particles appeared as scat-
tered islands or aggregates.CP-MAS NMR experiments revealed that the TB fraction with molecular weight species between 3
500and 25 000Da in size was characterized by apolymeric material of polyphenols.This polymeric substance contained primarily
multiple benzene rings,polysaccharides,protein residue groups and various other functional groups.After acidic hydrolysis,this
fraction formed a black precipitate.CP-MAS NMR found that the precipitate was a polymeric material with multiple benzene
rings.CP-GC/MS identified 16candidate compounds from the pyrolysis products of the black precipitate obtained from the main
fraction with molecular weight species between 3 500and 25 000Da.
Keywords Pu-erh tea;Theabrownin;Spectroscopic and structural characteristics
*Corresponding author (Received Aug.3,2011;accepted Nov.12,2011)
第十七届全国分子光谱学学术会议
(第一轮通知)
由中国化学会和中国光学学会联合主办,韶关学院和韶关市化学化工学会联合承办的“第17届全国分子光谱学术报告
会”,将于2012年10月19—22日在广东韶关召开。
本次会议是我国分子光谱界的又一次聚会和高水平、高信息容量的学术交流。本着继往开来、与时俱进的精神,本次会
议将全力展示我国在分子光谱及相关领域所取得的最新研究进展及成果,增进广大分子光谱科学工作者和支持分子光谱事业
的人们之间的交流与合作,促进我国分子光谱事业的发展。届时会议将邀请国内外知名专家学者就分子光谱有关学术领域的
前沿热点问题作大会报告,同时会议还将组织各类专题讨论和学术交流。竭诚欢迎全国高等院校、科研机构和产业部门从事
分子光谱研究和应用开发的同事和朋友们来广东韶关参加会议,交流最新研究成果,推进分子光谱基础研究和应用技术在国
民经济和高新技术开发中的广泛应用和技术转化。我们真诚期待着国内外同行在2012年10月相聚在美丽的韶关。
征文范围
分子光谱理论研究,红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、磷光光谱、紫外-可见吸收光谱、激光光谱、光谱成像等各类光谱
技术在在物理、化学、生物、材料科学、表面/界面科学、医药、环境、工业过程、催化学、地学、农林及其他领域的基础理论
与应用研究的最新科研成果。同时也欢迎相关的光谱技术(如质谱、核磁共振等)的最新研究成果。
论文要求
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码、电子邮址(如有);论文的创新性,研究意义与结果(五号宋体);关键词和主要参考文献(自版芯左起,五号宋体)。文稿中
可穿插主要论据的图、表和照片,图题、图注和表题、表注一律用英文表述。摘要的字数,包括图,表,参考文献,总共不能超
过4 500字。
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会议论文摘要集。
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口头报告还是墙报展示,均属大会同等学术交流,无水平高低之分。对内容好,制作精良的报展颁发奖励。为尊重个人意见和
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6501 光谱学与光谱分析 第32卷