茶葉有機(jī)酸的研究進(jìn)展

何水平，郭春芳，2，孫 云

(1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福建 福州350002;2.福建教育學(xué)院，福建 福州350001)

茶葉中的有機(jī)酸作為一種水溶性物質(zhì)，是茶葉香氣和滋味的主要成分之一，約占其干物質(zhì)總量的3%左右［1］。有機(jī)酸參與茶樹的新陳代謝，在一些水解及氧化反應(yīng)中常為碳水化合物分解的中間產(chǎn)物。目前對(duì)茶葉中有機(jī)酸組分與含量、代謝特點(diǎn)及其與茶葉品質(zhì)的相關(guān)性研究較少。本文系統(tǒng)闡述了茶葉中有機(jī)酸的測(cè)定方法、保健功效及其對(duì)茶葉品質(zhì)的影響，分析了有機(jī)酸主要分析方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，以期為今后有機(jī)酸的研究提供依據(jù)。

1 茶葉中有機(jī)酸的組成

廣義上含有羧基的有機(jī)化合物均被稱為有機(jī)酸，但從茶葉化學(xué)成分的測(cè)定角度來看，有機(jī)酸又有不同的劃分歸類，如氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組分之一;綠原酸和沒食子酸則劃歸于多酚類物質(zhì);抗壞血酸為維生素的一種;而乙酸、丁酸和己烯酸則被歸類于易揮發(fā)的化合物［2］。因此，可將茶葉中的有機(jī)酸分為兩大類:(1)二元羧酸和羥基多元羧酸，如琥珀酸、檸檬酸、酒石酸、枸櫞酸、烏頭酸等;(2)含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的脂肪酸，如奎尼酸、莽草酸、乙烯酸、亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸、戊酸等［3］。譚和平等［4］研究表明，茶葉中含有近30 種的有機(jī)酸，有些是香氣成分，如乙烯酸;有些自身無氣味，但可經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橄銡馕镔|(zhì)，如亞油酸等;有些是良好的香氣吸附劑，如棕櫚酸。

2 茶葉中有機(jī)酸的測(cè)定方法

有機(jī)酸是茶湯香氣和呈味物質(zhì)的重要成分之一。目前，茶葉中有機(jī)酸測(cè)定方法主要包括酸堿滴定法、原子吸收法、氣相色譜法、離子交換色譜法、高效毛細(xì)管電泳法、高效液相色譜法等。

2.1 酸堿滴定法

酸堿滴定法是利用酸堿反應(yīng)進(jìn)行總量測(cè)定的方法［5］。該測(cè)定法是根據(jù)pH 指示劑的顏色變化來確定滴定終點(diǎn)，但茶葉的水提液或醇提液的顏色往往較深，因而會(huì)對(duì)滴定終點(diǎn)的確定造成較大誤差。酸堿滴定法雖然便捷但靈敏度低，且無法對(duì)有機(jī)酸的組分進(jìn)行測(cè)定。

2.2 原子吸收法

原子吸收法多用于測(cè)定茶葉中的草酸含量，其原理是通過對(duì)樣品浸提液中的多酚類化合物進(jìn)行沉淀分離，并用氨水進(jìn)行中和反應(yīng)，利用Ca2+緩沖液將樣品溶液中的草酸根沉淀為草酸鈣，最后用原子吸收法測(cè)出Ca 的含量，即可計(jì)算出草酸含量。尹方［2］利用該方法測(cè)定出紅茶和綠茶樣品中草酸根含量均為0.1 mg·g－1。

2.3 氣相色譜法

氣相色譜法是根據(jù)樣品各組分在固定相和流動(dòng)相之間的分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離。當(dāng)汽化后的試樣進(jìn)入色譜柱時(shí)，其組分就在固液兩相間進(jìn)行多次分配，分配系數(shù)小的組分能較快地從色譜柱末端流出，從而達(dá)到分離的目的。Wipawee et al［6］使用氣相色譜法測(cè)定日本綠茶中6 種有機(jī)酸的含量，包括草酸、莽草酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、奎尼酸，各有機(jī)酸組分的保留時(shí)間均為5 －12 min。

氣相色譜法雖然能夠?qū)τ袡C(jī)酸進(jìn)行定性定量分析，但難以分析分子量大的有機(jī)酸，且分離前需要對(duì)有機(jī)酸進(jìn)行復(fù)雜的衍生化處理，以增加其揮發(fā)性，因而導(dǎo)致繁瑣費(fèi)時(shí)、回收率低等。

2.4 離子交換色譜法

離子交換色譜法是根據(jù)待分離組分與固定相之間發(fā)生離子交換的能力差異來實(shí)現(xiàn)分離。張光軍等［7］通過離子交換色譜法測(cè)定綠茶中有機(jī)酸和無機(jī)陰離子的含量。Innocenzo et al［8］利用銅修飾電極——陰離子交換色譜法，通過簡(jiǎn)單的樣品處理，測(cè)定了茶葉中的酚酸及有機(jī)酸。Ding et al［9］也利用該方法測(cè)定茶葉中的蘋果酸、檸檬酸、酒石酸及琥珀酸，各組分的檢出限在0.48 －1.34 mg·L－1之間。Alcazar et al［10］使用陰離子交換色譜法測(cè)定出黑毛茶含0.57 mg·g－1蘋果酸、2.34 mg·g－1檸檬酸及83.97 mg·g－1琥珀酸。

由于特殊的淋洗液和柱填料的使用，離子交換色譜法對(duì)檢測(cè)樣品的蛋白質(zhì)含量有嚴(yán)格要求，對(duì)于成分復(fù)雜的樣品分析難度較大，且樣品中大量無機(jī)陰離子與有機(jī)酸同時(shí)存在時(shí)，該方法對(duì)低分子量有機(jī)酸的檢測(cè)難度也會(huì)有所增加。

2.5 高效毛細(xì)管電泳法

高效毛細(xì)管電泳法是以毛細(xì)管為通道，高壓電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力，利用樣品中各組分間電泳的差異來完成分離的技術(shù)。該方法包含6 種操作模式，即毛細(xì)管區(qū)帶電泳、毛細(xì)管電色譜、毛細(xì)管凝膠電泳、毛細(xì)管等電聚焦、毛細(xì)管等速電泳和毛細(xì)管膠束電泳。其中，毛細(xì)管區(qū)帶電泳法應(yīng)用最多，該電泳法是利用電解質(zhì)在電場(chǎng)中具有不同的電泳淌度來實(shí)現(xiàn)分離的。Hideki et al［11］使用該方法對(duì)樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單的前處理，分離出茶湯中的奎尼酸、檸檬酸、草酸及蘋果酸，回收率高達(dá)97% －105%。

高效毛細(xì)管電泳法具有分離效率高、樣品用量少及操作簡(jiǎn)便易行等優(yōu)點(diǎn)，但該方法在重現(xiàn)性方面仍存在不足。

2.6 高效液相色譜法

高效液相色譜法是依據(jù)樣品在兩相中流動(dòng)時(shí)，由于各組分在高效液相色譜儀的兩相中具有不同的分配系數(shù)，經(jīng)過反復(fù)吸附—解吸的分配，各組分物質(zhì)在移動(dòng)速率上產(chǎn)生的差異較大，從而達(dá)到分離的效果。丁玲等［12］建立了一種利用高效液相色譜測(cè)定緊壓茶中草酸、α-酮戊二酸、D-蘋果酸、L-蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、琥珀酸、丙酮酸、抗壞血酸等10 種有機(jī)酸的方法，該方法有機(jī)酸添加回收率達(dá)92.5% －101.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差0.62% －2.73%。Jayabalan et al［13］使用高效液相色譜法測(cè)定了發(fā)酵茶中的乙酸、葡糖醛酸、乳酸、檸檬酸，該方法操作簡(jiǎn)便易行，回收率達(dá)到90.5%以上。袁玲等［14］利用高效液相色譜分析方法測(cè)定出茯磚茶樣品中草酸、抗壞血酸、α-酮戊二酸、檸檬酸、蘋果酸、富馬酸、乳酸、琥珀酸、酒石酸、丙酮酸、乙酸等11 種有機(jī)酸組成與含量，回收率達(dá)90.12% －105.74%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差＜1.80%。陸敏等［15］運(yùn)用高效液相色譜法測(cè)定出綠茶中的7 種有機(jī)酸，包括檸檬酸、DL-蘋果酸、草酸、酒石酸、丁二酸、抗壞血酸、乳酸，這些有機(jī)酸分離效果良好，且回收率達(dá)95.6% －102.5%。

與上述幾種方法相比，高效液相色譜法具有操作簡(jiǎn)易、分離效果較好、重現(xiàn)性高等優(yōu)點(diǎn)，是近幾年檢測(cè)有機(jī)酸較為廣泛的方法。

3 有機(jī)酸對(duì)茶葉品質(zhì)的影響

茶葉中有機(jī)酸含量雖僅為干物質(zhì)總量的3%，卻影響著茶樹體內(nèi)的物質(zhì)形成與轉(zhuǎn)化。且有機(jī)酸作為一些水解和氧化反應(yīng)過程中碳?xì)浠衔锓纸獾闹虚g產(chǎn)物，對(duì)茶湯香氣與滋味的形成有較大影響。

趙和濤［16］研究表明，紅茶經(jīng)過萎凋、揉捻、發(fā)酵等加工工序后，有機(jī)酸總量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，如草酸、琥珀酸、蘋果酸等有機(jī)酸，鮮葉中含量為1.44%，萎凋葉中含量為1.51%，揉捻葉中含量為1.72%，直至干燥時(shí)才有所降低。另外，紅茶加工過程中大多數(shù)的羧酸類芳香物質(zhì)含量表現(xiàn)出增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)［16］，特別是構(gòu)成祁門紅茶特殊香氣的月桂酸等芳香物質(zhì)呈大幅度增加，這對(duì)祁門紅茶香氣的形成具有重要作用［17］。呂連梅等［18］對(duì)紅茶萎凋和發(fā)酵工藝的研究發(fā)現(xiàn)，茶葉中不飽和脂肪酸會(huì)氧化降解為具有揮發(fā)性的小分子醛、酮、酸等物質(zhì)，從而構(gòu)成發(fā)酵茶類的香氣組分。

在茶葉儲(chǔ)藏過程中，有機(jī)酸種類與含量的變化對(duì)茶葉香氣和滋味產(chǎn)生不同程度的影響。謝嬌枚等［19］對(duì)祁門紅茶進(jìn)行品質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)時(shí)間的存放過程中，祁門紅茶的酸類物質(zhì)總量呈增加態(tài)勢(shì)，但各有機(jī)酸組分含量均有所改變，如草酸、乙酸等物質(zhì)含量為增加趨勢(shì)，而檸檬酸下降到0.29%，其含量的降低對(duì)茶湯滋味的影響相關(guān)性較大。謝嬌枚［20］對(duì)黑毛茶存放中品質(zhì)的變化研究發(fā)現(xiàn)，黑毛茶樣中的有機(jī)酸總含量在17.18 －22.34 mg·g－1之間，在存儲(chǔ)過程中各有機(jī)酸組分含量呈波浪狀，無明顯規(guī)律。有機(jī)酸是茶葉香氣形成的主要成分之一，其中脂肪酸影響著茶葉香氣組分的形成。一方面是由于一部分脂肪酸自身具有一定的香氣，是構(gòu)成茶葉芳香物質(zhì)的組分，如乙酸、正丁酸等;另一方面是由于茶葉中的亞麻酸、亞油酸等氧化降解可生成己烯醇和己烯醛等芳香物質(zhì)［21］。隨著茶葉貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，其脂類化合物會(huì)水解成游離脂肪酸，在茶葉“沖泡”過程發(fā)生氧化降解，產(chǎn)生霉味或腐敗味［22］。在較高溫度、強(qiáng)光照和有氧的貯藏條件下，茶葉中的脂類化合物將進(jìn)一步水解氧化分解，產(chǎn)生具有揮發(fā)性的小分子醛、酮、醇等成分［23］，這是茶葉陳化或劣變的主要原因之一。吳小崇［24］研究發(fā)現(xiàn)，隨著綠茶貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，其品質(zhì)呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，其中月桂酸、亞麻酸、棕桐酸等物質(zhì)與茶葉香氣呈正相關(guān)，而硬脂酸、油酸等表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。

4 茶葉中有機(jī)酸的保健功效

有機(jī)酸有助于茶多酚激活α-淀粉酶、胰蛋白酶的酶活性，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)和淀粉的消化吸收［25］。丁玲［26］研究發(fā)現(xiàn)，在不影響脂肪吸收的情況下，茯磚茶中的兒茶素和有機(jī)酸相互作用能夠增強(qiáng)人體對(duì)淀粉和蛋白質(zhì)的消化吸收能力。茯磚茶在渥堆過程中能夠產(chǎn)生豐富的具有調(diào)節(jié)人體腸胃道功能的有機(jī)酸［27］。吳香蘭［28］研究了黑茶對(duì)改善小鼠胃腸道功能發(fā)現(xiàn)，黑茶發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，降低了胃腸道內(nèi)的酸度值，從而抑制胃腸道致病菌的生長(zhǎng)繁殖。翁蔚等［29］發(fā)現(xiàn)云南黑茶和綠茶的酵母發(fā)酵液中含有大量有機(jī)酸，其對(duì)腸道乳酸桿菌具有較高的激活作用?？梢酝茰y(cè)飲用富含有機(jī)酸的黑茶對(duì)調(diào)節(jié)人體胃腸道功能具有一定的效用。袁玲等［14］認(rèn)為茯磚茶渥堆、發(fā)花工序中產(chǎn)生的大量有機(jī)酸對(duì)茯磚茶品質(zhì)形成有很大影響，且有機(jī)酸的產(chǎn)生與微生物菌群密切相關(guān)，通過測(cè)定茯磚茶中有機(jī)酸的種類推測(cè)微生物菌群，對(duì)探明茯磚茶對(duì)人體消化系統(tǒng)的作用具有重要意義。此外，研究還發(fā)現(xiàn)較高濃度的有機(jī)酸可以幫助兒茶素在人體中的吸收，具有提高茶多酚抗氧化性能和調(diào)節(jié)婦女生理周期、緩解關(guān)節(jié)疼痛等生理功能［30－33］。

5 展望

有機(jī)酸是茶葉品質(zhì)成分的重要組成部分。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)酸的研究主要側(cè)重于測(cè)定方法上，有關(guān)有機(jī)酸與茶葉品質(zhì)的相關(guān)性還未做出系統(tǒng)研究，且有機(jī)酸保健功效的研究主要為黑茶茶類。筆者認(rèn)為對(duì)茶葉中有機(jī)酸的研究可從以下幾個(gè)方面入手。(1)目前，茶葉中有機(jī)酸的分析測(cè)定方法存在多樣化，各實(shí)驗(yàn)室有機(jī)酸的測(cè)定結(jié)果可比性較低，將各茶類中的有機(jī)酸測(cè)定方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，才能有效保證測(cè)定結(jié)果的可靠性和可比性。(2)酸的新陳代謝作用對(duì)紅茶香氣成分的形成與轉(zhuǎn)化具有重要作用，如何利用酸代謝作用來提高紅茶的香氣品質(zhì)，是值得進(jìn)一步研究的新課題。(3)在茶葉貯藏過程中茶湯滋味和香氣易出現(xiàn)酸變現(xiàn)象，有機(jī)酸的代謝與這種酸變現(xiàn)象是否具有相關(guān)性值得進(jìn)一步探究。(4)近年來，白茶市場(chǎng)上掀起了一股“老白茶熱”，陳年白茶與黑茶相似，具有調(diào)理腸胃等保健功效。因此，老白茶中有機(jī)酸的含量和種類是值得研究的方向，這對(duì)進(jìn)一步探明老白茶品質(zhì)與其改善人體腸胃功能具有重要意義。

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