向 奕，刘林峰，刘 安，肖文军

（湖南农业大学 茶学教育部重点实验室，湖南省植物功能成分利用协同创新中心，湖南 长沙 410128）

茶树紫芽花青素研究进展

向 奕，刘林峰，刘 安，肖文军*

（湖南农业大学 茶学教育部重点实验室，湖南省植物功能成分利用协同创新中心，湖南 长沙 410128）

花青素作为一种天然色素与抗氧化剂，在食品、医疗、保健等领域有着广阔的开发利用前景。茶树紫芽作为一种高花青素含量的特异性茶树资源，其创新利用研究逐渐深入，特色紫芽茶树品种的选育和高花青素茶叶产品的开发利用越来越受人们的关注。本文综述了茶树紫芽花青素的结构性质、代谢途径、提取工艺和功能作用等，以期为茶叶紫芽花青素的开发利用提供参考。

茶叶；紫芽；花青素

Key words：Tea, Purple Bud, Anthocyanin

花青素（Anthocyanin），又叫花色素，含有酸性和碱性基团，属于酚类化合物中的类黄酮物质，以水溶性天然色素的形式广泛存在于各种植物中。常见的花青素主要有6种，即天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、牵牛花色素、芍药色素以及锦葵色素[1-2]。在自然条件下，游离的花青素极少见，常常和单个或者多个葡萄糖、鼠李糖以及半乳糖等物质结合形成糖苷键从而生成花色苷[3-4]。

茶树紫芽作为一种高花青素含量的特异性茶树资源，具有极高的开发利用价值。本文对茶叶紫芽花青素的研究进展进行综述，以期为茶叶紫芽花青素的开发利用提供参考。

1 结构性质

茶树紫芽作为特异性茶树资源，在地方茶树有性品种中占有很大的比例。中国代表性品种主要有云南省农科院茶叶研究所选育的“紫娟”、浙江省选育的“苔香紫”、福建的“红芽佛手”等。在春季普通群体品种中，30%左右的芽叶呈现红紫色，在夏季则有88.7%呈现不同程度的红紫色，茶树上的红紫色芽叶较纯绿色芽叶含有较多的茶多酚、儿茶素和黄酮类化合物，其中花青素含量高是它呈红紫色的主要原因[5]。

常见的花青素主要有 6 种，即天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、牵牛花色素、芍药色素以及锦葵色素。茶叶中含有的花青素主要为飞燕草素、矢车菊素和天竺葵素；其中飞燕草素为紫色，矢车菊素为紫红色，天竺葵素为红色。另外茶叶中还有花白素及由儿茶素聚合形成的原花色素，酸性条件下这两类物质可以部分转化为花青素。花青素类物质的颜色随pH的变化而变化，在酸性条件下呈红色，中性或者弱碱性的条件下呈紫色，强碱性条件下呈蓝色。茶叶细胞液呈弱酸性，当茶叶的花青素含量较高时，茶叶呈现红色、紫色、紫红色[6]。

2 代谢途径

花青素代谢途径是植物花青素积累与器官着色的基础。茶叶中花青素的代谢途径属于植物次生代谢途径中的类黄酮途径。类黄酮途径，包括查尔酮、黄酮醇、花青素、儿茶素的合成。茶叶中花青素代谢途径如图1所示。茶树花青素合成途径中的部分结构基因已经基本得到分离与克隆，其编码的酶的功能也已得到诠释[7-10]。其中，苯丙氨酸脱氨酶（PAL）是联系初生代谢与次生代谢的关键酶；查尔酮合成酶（CHS）与查尔酮异构酶（CHI）是黄酮类物质C环闭合形成（C6-C3-C6）结构的决定性酶；F3H、F3’H、F3’5’H这三种酶，能够分别催化黄烷酮C环的3位、B环的3’和5’位的羟基形成，从而生成3种二氢黄酮醇 ；二氢黄酮醇在DFR（二氢黄铜醇还原酶）、ANS（花青素合成酶）酶的进一步催化还原作用下，生成茶叶中主要的3种花青素；其中无色花青素还原酶（LAR）能够促使无色飞燕草素形成儿茶素，花青素还原酶（ANR）能够促使飞燕草素形成表儿茶素[11-13]。

图1 茶叶花青素生物合成途径Fig.1 The anthocyanin biosynthetic pathway in tea

花青素的合成主要受到结构基因与调控基因的控制，结构基因控制花青素合成途径中各种生物酶的合成，调控基因调控结构基因的时空表达。相比于茶树结构基因的研究，相关调节基因的研究较少。陈林波等[14]利用cDNAAFLP技术研究了特异茶树品种“紫娟”幼嫩叶片和成熟叶片的基因表达差异。在幼嫩叶片中获得26个上调片段，成熟叶片中获得33个上调片段，所获得的片段包括转录因子、代谢相关蛋白、信号蛋白等，并指出这些基因可能参与了茶树叶色的调控。王弘雪等[15]利用RACE技术，克隆了茶树中的3个MYB转录因子，分别命名为CsMYB4-5、CsMYB4-6和CsMYB4-7，并把相关基因转化到拟南芥突变体做异源植物验证，结果发现在转化的拟南芥中发现花青素得到大量的积累。赵磊[16]从茶树基因组中筛选出73条R2R3-MYB基因、49条bHLH基因和134条WD40基因。把筛选出的基因与拟南芥相关基因一起构建进化树，进化树结构显示，R2R3-MYB5-1、R2R3-MYB5-2可能参与原花青素合成，R2R3-MYB7-1可能参与调控黄酮醇合成；bHLH2-1、bHLH2-2、bHLH24-1、bHLH24-2、bHLH24-3、bHLH24-4和bHLH24-5蛋白可能参与调控类黄酮合成途径；CsWD40-1可能参与调控类黄酮的合成。马春雷[17]通过基因芯片杂交和文库筛选得到2个可能与花青素合成相关的MYB转录因子，分别命名为CsMYB1和CsMYB2，在GenBANK的登录号分别为HQ660373和HQ660374。

3 提取工艺

茶树紫芽花青素的提取方法主要包括微波萃取、水浴加热萃取、超声波辅助萃取等。研究的重点主要集中在酸与醇的浓度、提取时间、提取温度、料液比、提取次数等提取参数的优化上。王秋霜[18]等采用超声波辅助酸性乙醇提取法，提取分离茶叶中的花青素物质并通过单因素和正交分析法确定最佳的提取条件。研究结果表明，乙醇浓度为80%、酸浓度为0.6%、料液比1∶25、提取3次，可以获得含量较高的花青素，提取率为378.25 mg/100g；李璐[19]等以酸性甲醇为提取溶剂，利用响应面分析法对紫鹃花青素提取工艺进行优化，紫鹃花青素提取的最佳工艺参数为：提取时间60.6 min，提取温度30.5℃，料液比1∶41，在此工艺条件下花青素的提取率为5.091 mg/mL。

4 功能作用

紫芽茶叶的生理功能主要与其高花青素含量有关，花青素作为一种强自由基清除剂，具有抗氧化、降血糖、抗炎、降压等多种保健功能。陈琼等[20]通过构建小鼠炎症模型，证明茶树紫色芽叶提取物具有显著的抗炎作用；费旭元等[21]以98%茶多酚为对照，发现花青素比98%茶多酚具有更强的抗氧化能力及清除自由基的能力。云南省药物研究所进行动物降压实验表明，“紫鹃”茶的降压能力优于云南大叶种群体绿茶，其降压幅度与持续时间都有显著的提高。Rashid K等在花青素喂养的小鼠脑组织中检测到花青素的代谢产物，发现肯尼亚紫芽茶中的花青素具有穿透血脑屏障及增强大脑抗氧化能力的作用。随着紫芽茶的研究不断深入，高花青素含量紫芽茶产品的开发利用不断增加，其独特的品质和优异的保健功能越来越得到人们的关注。

5 环境对茶树紫芽花青素形成的影响

茶树花青素的合成受多种环境因素刺激，光照是影响花青素形成的主要原因。光质和光强均能影响茶树芽叶花青素代谢途径中关键酶基因的表达。光照强度增加，茶树花青素代谢途径中关键酶基因的表达增强，花青素积累量增加，这也是夏季茶树出现紫化显现较多的原因。不同光质对茶树花青素积累的影响不同，紫外光是诱导植物花青素积累的最有效质成分，对于花青素关键酶基因CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、ANR的表达均起着正调控的作用。蓝光、红光对于关键酶基因的表达调控模式不同，CHS、F3H、DFR是蓝紫光诱导茶树紫芽芽叶花青素合成的关键酶基因，而ANS是受红橙光调控的关键酶基因，CHI、ANR对于两种光的调控响应不敏感[22]。

不同颜色膜覆盖条件下，花青素的积累表现为黄色＞透明＞对照＞蓝色＞红色＞黑色[23]。适当低温处理促进花青素合成关键酶基因的表达，有利于茶树芽叶中花青素的积累，温度过低或者过高都会抑制茶树花青素合成关键酶基因的表达，降低茶树芽叶花青素的合成量。花青素的形成是茶树抗逆生理的表现之一，低温、高温、强光照、干旱等不利于茶树正常生长的条件均能诱导花青素的形成。

6 展望

花青素作为植物次生代谢的产物，参与多数生物学进程且在应对生物及非生物胁迫下具有积极意义。花青素作为一种天然色素与抗氧化剂，在食品、医疗、保健等领域都有着广阔的开发利用前景。随着花青素的医学保健功能逐渐被阐明，紫芽茶树资源的创新利用研究也逐渐深入，特色紫芽茶树品种的选育和高花青素茶叶产品的开发利用越来越受人们的关注。

近年来，随着生物技术的发展，对植物花青素代谢途径有了更深入的了解，从多种植物中克隆了参与花青素合成相关的结构基因和调控基因，但花青素的合成代谢是个复杂的调控网络，当前的研究还不足以揭示花青素代谢的全貌。目前主要是对少数模式植物的研究较为深入，而在果实、蔬菜、薯类、茶叶等经济作物中，只是对花青素合成相关酶进行了分离和功能鉴定，对相应的结构基因研究较多，调控基因研究比较欠缺。需要借助转基因技术、第二代测序技术、基因组学和蛋白质组学等新技术，进一步鉴定花青素合成相关基因及其调控因子。在花青素合成代谢研究中尚有许多有待解决的问题，比如花青素的修饰、转运和积累过程，合成途径中各种转录因子的功能及其相互作用机制，植物体内花青素的降解途径等。

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Research Progress of Purple Bud Tea Anthocyanin

XIANG Yi，LIU Lin-Feng，LIU An，XIAO Wen-jun*

（Key Lab of Tea Science, Hunan Co-Innovation Center for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Hunan Agriculture Unicersity, Changsha 410128, China）

Anthocyanin as a natural pigment and antioxidants, has a broad development and utilization prospects in food, medical treatment, health care and other fields. Tea Purple bud as a specific tea resources have high content of anthocyanin, its innovative use of research gradually in-depth, varieties of characteristics purple tea breeding and tea products of high anthocyanin development and utilization get more and more attention by the people. In this paper, anthocyanin were reviewed from the aspects of structure, function, extraction technology, metabolic pathway and so on, so as to provide reference for the development and utilization of purple bud tea anthocyanin.

S571.1

A

1009-525X（2017）01-11-14

2017-02-10

2017-02-16

向奕（1993-），男，湖南吉首人，在读硕士研究生，研究方向：茶叶生物化学。

*通讯作者：肖文军（1969-），男，湖南城步人，教授，主要从事植物功能成分的分离纯化工程研究。Email:xiaowenjun88@sina.com