FSHW | 祁門紅茶的莖與葉：化學(xué)成分特征及抗炎活性的比較

本文系Food Science and Human Wellness原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請(qǐng)授權(quán)。

Abstract

本研究旨在對(duì)比祁門紅茶中莖與葉的化學(xué)成分，以及二者對(duì)RAW264.7巨噬細(xì)胞的抗炎作用。研究人員在紅茶的莖和葉中共鑒定出50種揮發(fā)性化合物，其中醛類、醇類和酯類是主要的揮發(fā)性化合物類別。此外，存在11種關(guān)鍵揮發(fā)性化合物（包括香葉醇、苯乙醛、水楊酸甲酯、芳樟醇等），這些化合物是區(qū)分紅茶莖與葉的重要依據(jù)。在定量分析和基于液相色譜-質(zhì)譜的代謝組學(xué)分析中發(fā)現(xiàn)，紅茶莖中的氨基酸、單糖和奎寧酸含量高于葉；與之相反，葉中的茶色素、黃烷-3-醇、沒(méi)食子酸、嘌呤生物堿和黃酮醇苷含量則高于莖。基于液相色譜-質(zhì)譜的代謝組學(xué)分析還顯示，有機(jī)酸是導(dǎo)致紅茶莖與葉差異的最關(guān)鍵非揮發(fā)性化合物。進(jìn)一步研究表明，在脂多糖誘導(dǎo)的RAW264.7巨噬細(xì)胞模型中，紅茶莖對(duì)促炎細(xì)胞因子（白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-6的抑制效果優(yōu)于葉；但在抑制腫瘤壞死因子-α和一氧化氮分泌方面，紅茶莖與葉之間無(wú)顯著差異。綜上，本研究結(jié)果證實(shí)，祁門紅茶莖可作為一種新型抗炎化合物來(lái)源。

Introduction

紅茶是全球消費(fèi)量最廣的飲品之一，約占全球茶葉消費(fèi)量的70%，且具有獨(dú)特的口感與香氣。祁門紅茶產(chǎn)自中國(guó)安徽省祁門縣及周邊地區(qū)，與阿薩姆紅茶、大吉嶺紅茶、錫蘭紅茶并稱為世界四大名茶。祁門紅茶以其獨(dú)特且優(yōu)良的香氣特征——“祁門香”而聞名，這種香氣可描述為濃郁的甜香中帶有花香。

紅茶莖作為茶葉加工的副產(chǎn)物之一，因其尺寸和顏色可能導(dǎo)致茶葉外觀不均勻、觀感不佳，在生產(chǎn)過(guò)程中常被去除。然而，近期研究表明，紅茶莖中含有大量有益化合物，具有極大的利用潛力。

例如，烘焙紅茶莖中的吡嗪類化合物、香葉醇及芳樟醇含量高于烘焙紅茶葉，這使得烘焙莖茶的風(fēng)味比紅茶葉更濃郁。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在烏龍茶加工過(guò)程中，茶莖的存在可顯著提高香氣成分中橙花叔醇的含量，這一結(jié)果證實(shí)了茶莖對(duì)烏龍茶品質(zhì)的提升作用。該研究還指出，茶莖能顯著增強(qiáng)烏龍茶的鮮味。

與此類似，研究表明，六安瓜片茶的莖與葉的浸液呈現(xiàn)出截然不同的風(fēng)味特征：葉浸液更苦、更澀，而莖浸液則更甜，且鮮味更濃郁。此外，已有多項(xiàng)研究也強(qiáng)調(diào)了茶莖具有抗氧化活性和抗遺傳毒性活性。

盡管多數(shù)研究聚焦于茶莖的健康益處、香氣及口感，但茶的莖與葉的莖（尤其是紅茶的葉與莖）在化學(xué)特性上的差異尚未完全闡明。因此，本研究采用頂空-固相微萃取-氣相色譜-串聯(lián)四極桿質(zhì)譜和液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)紅茶的葉與莖進(jìn)行了全面的化學(xué)分析，并運(yùn)用多變量統(tǒng)計(jì)方法篩選二者間的化學(xué)差異。此外，本研究還對(duì)比了紅茶的莖與葉的生物活性（即抗炎特性）。該研究為茶莖作為功能性原料再利用、助力提升紅茶品質(zhì)特性提供了有益參考。

Results

葉與莖的揮發(fā)性化合物

葉與莖中主要的揮發(fā)性化合物類別為醛類、醇類和酯類（圖1），三者分別占總揮發(fā)性化合物的44.7%～49.9%、21.9%～24.7%和12.6%～13.5%。

盡管莖與葉中各類揮發(fā)性化合物的占比極為相似，但莖中大多數(shù)揮發(fā)性化合物的相對(duì)含量均低于葉（圖1）。通過(guò)方差分析（ANOVA）結(jié)合鄧肯多重比較檢驗(yàn)（Duncan’s test）可知，莖與葉中的揮發(fā)性化合物存在顯著差異（P＜0.05）（圖1）。

圖1 （A）總揮發(fā)性化合物、（B）醛類、（C）醇類、（D）酯類、（E）雜環(huán)化合物、（F）氧化物、（G）酮類、（H）萜類及（I）含硫化合物的相對(duì)含量。（J-M）不同類型揮發(fā)性化合物的占比：（J）紅茶莖（TS）、（K）紅茶1級(jí)（BT1）、（L）紅茶2級(jí)（BT2）、（M）紅 3級(jí)（BT3）

主成分分析得分圖顯示，莖與葉樣本可實(shí)現(xiàn)清晰區(qū)分（圖2A）。主成分分析載荷圖則表明，（E）-2-己烯-1-醇、1-己醇、檸檬烯、癸醛、香葉醇、苯乙醛及水楊酸甲酯這7種化合物在莖與葉中的含量差異顯著，且僅（E）-2-己烯-1-醇、1-己醇、檸檬烯和癸醛這4種化合物在莖中的含量高于葉（圖2B）。

圖2 （A）主成分分析（PCA）得分圖；（B）主成分分析（PCA）載荷圖；（C）正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）得分圖；（D）紅茶的葉與莖樣品中揮發(fā)性化合物的變量投影重要性（VIP）值

由圖2D可知，香葉醇、苯乙醛、水楊酸甲酯、芳樟醇、2-甲基丁醛、（E）-2-己烯醛、2-乙基呋喃、己醛、2-庚酮、苯甲醛及反式芳樟醇氧化物（呋喃型）這11個(gè)變量的VIP值均大于1，被確定為區(qū)分莖與葉的關(guān)鍵揮發(fā)性化合物。

紅茶葉與茶莖的非揮發(fā)性化合物

盡管已有部分關(guān)于茶樹(shù)葉片與莖化學(xué)差異的研究，但針對(duì)加工后紅茶葉片與茶莖的對(duì)比研究尚未開(kāi)展。為全面探究加工后紅茶葉片與茶莖的差異，本研究采用質(zhì)譜聯(lián)用代謝組學(xué)分析方法，對(duì)兩者中低分子量化合物（分子量＜1500 Da）的差異進(jìn)行了比較。研究通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)方法和OPLS-DA篩選葉片與茶梗間的化學(xué)差異物質(zhì)。如圖3A所示，多元統(tǒng)計(jì)分析將莖樣品歸為一個(gè)獨(dú)立組，而其余葉樣品歸為另一組，這表明紅茶莖與葉具有不同的化學(xué)組成特征。

圖3 （A）主成分分析（PCA）得分圖；（B）紅茶的葉與莖樣品的S型圖（S-plot）

研究采用了基于OPLS-DA模型得到的S型圖（圖3B）。根據(jù)化合物的貢獻(xiàn)度（VIP值表示），部分有機(jī)酸、氨基酸、黃烷-3-醇、黃酮醇苷及單寧被鑒定為關(guān)鍵差異化合物，其VIP值均大于3.5。

為進(jìn)一步對(duì)比莖與葉中標(biāo)志性化合物的豐度，研究將這些標(biāo)志性化合物的質(zhì)譜（MS）強(qiáng)度以熱圖形式呈現(xiàn)（圖 4）。

圖4 祁門紅茶葉與莖中標(biāo)志性化合物的熱圖

抗炎活性

本研究評(píng)估了紅茶的莖與葉對(duì)脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的RAW264.7巨噬細(xì)胞中促炎介質(zhì)生成的抑制作用。由圖5可知，莖和葉均能以劑量依賴性方式下調(diào)一氧化氮（NO）及促炎細(xì)胞因子（白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α））的生成。

圖5 紅茶中莖與葉的抗炎活性

在對(duì)IL-1β和IL-6的抑制作用方面，莖的抑制效果顯著高于葉；然而，在抑制TNF-α和NO這兩種促炎因子的生成方面，葉與莖之間未表現(xiàn)出明顯差異。

盡管紅茶莖中的TFs含量低于葉，但卻含有更高水平的奎寧酸、蘋果酸及部分阿馬多里產(chǎn)物。對(duì)比莖與葉的抗炎效果可知，莖展現(xiàn)出更優(yōu)的抗炎活性，這提示莖的生物活性物質(zhì)應(yīng)來(lái)源于其他代謝產(chǎn)物。

紅茶莖作為高檔紅茶生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，通常會(huì)被直接丟棄；但本研究發(fā)現(xiàn)，紅茶莖也可作為提取生物活性化合物的原料，具有潛在的利用價(jià)值。

Conclusion

本研究圍繞化學(xué)成分特征與抗炎活性，完成了紅茶的莖與葉的對(duì)比分析，揭示了二者在揮發(fā)性成分與非揮發(fā)性成分上的顯著差異。在揮發(fā)性成分方面，醛類、醇類和酯類是紅茶中莖與葉共有的主要揮發(fā)性化合物類別，其中香葉醇、苯乙醛、水楊酸甲酯和芳樟醇是區(qū)分莖與葉的關(guān)鍵揮發(fā)性化合物。已有研究表明，這4種化合物是構(gòu)成“祁門香”的重要揮發(fā)性成分，且其在紅茶莖中的含量低于紅茶葉。在非揮發(fā)性成分方面，紅茶葉中茶色素、兒茶素、嘌呤生物堿、黃酮醇苷及沒(méi)食子酸的含量更高；與之相比，紅茶莖中氨基酸、單糖及奎寧酸的含量更高。這些成分差異使得莖與葉的浸液在色澤和抗炎活性上呈現(xiàn)出不同特征：葉浸液的紅度更高，但對(duì)促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-6的抑制效果低于莖浸液。本研究結(jié)果為通過(guò)調(diào)配紅茶的葉與莖來(lái)生產(chǎn)不同風(fēng)味的茶產(chǎn)品提供了理論依據(jù)。

Keemun black tea stems and leaves: comparison of chemical characterization and anti-inflammatory activities

Mengting Zhua,b,1, Xiaoqing Ronga,b,1, Mingchun Wena,b, Piaopiao Longa,b, Zongde Jianga,b, Wen Xuc, Daniel Granatod,*, Liang Zhanga,b,*

a State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China

b International Joint Laboratory on Tea Chemistry and Health Effects of Ministry of Education, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China

c Key Laboratory of Quality Evaluation of Chinese Medicine of the Guangdong Provincial Medical Products Administration, the Second Clinical College, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510006, China

d Bioactivity & Applications Lab, Department of Biological Sciences, Faculty of Science and Engineering, University of Limerick, Limerick V94 T9PX, Ireland

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

This work aims to compare the chemical composition and anti-inflammatory effects on RAW264.7 macrophages of Keemun black tea stems and leaves. A total of 50 volatile compounds were identified in tea stems and leaves, and aldehydes, alcohols, and esters were the main volatile compound categories. There were 11 key volatile compounds, including geraniol, benzeneacetaldehyde, methyl salicylate, linalool, etc. contributed to distinguishing the tea stems from the tea leaves. In the quantitative and liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS)-based metabolomics analysis, higher contents of amino acids, monosaccharides, and quinic acids were found in stems than those in leaves. Inversely, higher contents of tea pigments, flavan-3-ols, gallic acid, purine alkaloids, and flavonol glycosides were present in tea leaves than in stems. LC-MS-based metabolomics also revealed that organic acids were the most critical non-volatile compounds responsible for the differences between tea stems and leaves. Furthermore, tea stems had better inhibiting effects of pro-inflammatory cytokines (interleukin (IL)-1β and IL-6) in lipopolysaccharide-challenged RAW264.7 macrophages than tea leaves, while no significant differences exist between leaves and stems for inhibiting the secretion of tumor necrosis factor α (TNF-α) and NO. In conclusion, our results support using Keemun black tea stems as a novel source of anti-inflammatory compounds.

Reference:

ZHU M T, RONG X Q, WEN M C, et al. Keemun black tea stems and leaves: comparison of chemical characterization and anti-inflammatory activities[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(4): 9250100. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250100.

翻譯：王立磊（實(shí)習(xí)）

編輯：梁安琪；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲(chóng)創(chuàng)意

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