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    兒茶素百科知識

    非售品
    CAS:18829-70-4
    分子式:C15H14O6
    分子量:290.27

    兒茶素百科知識

    【概述】[1][2]

      兒茶素類化合物是茶葉中的主要功能成分,占茶葉干質量的12%~24%。為眾所知,兒茶素具有抗炎癥、抗菌、抗病毒及抗氧化等效用,可通過清除活性氧簇(ROS)、NO或與ROS反應生成穩定化合物的方式有效平衡人體內自由基[4]。隨著對兒茶素研究愈加深入,更多藥理功能被發現,兒茶素可通過調節相關酶活性或與相關酶蛋白特異性結合抑制癌細胞增殖,誘導癌細胞凋亡,但不同兒茶素單體間存在明顯差異;兒茶素還可預防心腦血管疾病以及保護腎臟、肝臟和神經系統等。由于兒茶素存在脂溶性低、穩定性差、在人體內利用率低等缺點,大大限制了其開發應用。

      近年來,關于茶多酚中兒茶素類物質的研究多從分子水平上探討其對生物代謝中的酶類、信號轉導通路及調控因子等因素的影響,而表現出我們所熟知的抗氧化抗輻射、抗突變、抗腫瘤、延緩衰老、減肥降脂保護神經、護心健腦 等功能。兒茶素類物質作為茶葉中主要功能性成分的地位已得到醫學界學者的廣泛認同,其高純度的各類單體已在國內外逐漸實現商品化。究其機理,兒茶素諸多功效的體現主要源于其結構中含有大量活性酚羥基。然而,正是由于多酚羥基結構令其深度開發利用障礙重重。以兒茶素類中含量最高的表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)為例,EGCG在A環、B環、D環上共連接8個酚羥基的分子結構使其存在脂溶性差、生物利用度低、生理環境下不穩定和體內吸收緩慢等各項制約其應用的瓶頸問題。

    【分類及結構】[2]

      茶樹中兒茶素類化合物主要包括兒茶素(catechin,C)、表兒茶素(epicatechin,EC)、沒食子兒茶素(gallocatechin,GC)、表沒食子兒茶素(epigallocatechin,EGC)、兒茶素沒食子酸酯(catechin gallate,CG)、表兒茶素沒食子酸酯(epicatechin gallate,ECG)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(gallocatechin gallate,GCG)及表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)8 種單體。結構如下:


    【應用】[2][3]

    1. 食用油抗氧化劑

      國內早期多利用D-酰化法, 向兒茶素羥基引入脂酰基,發生成酯反應,制備所得產物對重油食品和食用油具有明顯的抗氧化保質效果,當脂溶性茶多酚在油品中的添加量為100~200 mg/L 時,可顯著延長油品的貨架壽命,且無任何毒副作用,同時具有增加油品的明度及亮度的效果。采用相同制備原理的應用實例還有:3-D-辛酰-(+)-兒茶素對ABTS氧原子和過氧化物自由基的抗氧化效果不如(+)-兒茶素,但對亞油酸過氧化作用的抗氧化效果則優于(+)-兒茶素。EGCG單取代棕櫚酸酯在大豆色拉油及精煉菜籽色拉油中的抗氧化效果與TBHQ 相當,較BHA、BHT有更強的活性,是食用植物油很好的抗氧化。

    1) EGCG 的B環和D環酚羥基經過硬脂酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸3種不同飽和度的脂酰修飾后,清除DPPH 自由基的效果均比EGCG有所提高。進一步研究表明,3種修飾產物在散裝油脂中均表現出與EGCG 相近的抗氧化效果;胡蘿卜素-亞油酸體系及豬肉中的抗氧化效果明顯優于EGCG,且發現脂溶性與抗氧化效果呈良好的相關性。另外,還有部分關于脂溶性茶多酚應用于油脂及高油食品抗氧化的報道

    2)抗菌劑

      每年全球因誤食致病菌污染食品而致使食物中毒的事件屢見不鮮,其中金黃色葡萄球菌(Staph.aureus)是食品中常見的致病菌。脂溶性兒茶素抗菌優勢體現在與細胞膜的親和力比兒茶素強,能夠有效地透過磷脂雙分子層進入細胞內發揮作用。在抗菌試驗中,當兒茶素脂酰化產物的烷基鏈長度達3個碳原子以上時,與細胞膜有良好的親和性,當烷基鏈增至5個碳原子以上時,發現對脂質體膜有破壞作用并隨烷基鏈的延長而得以增強,并由此推測修飾產物的親膜能力在抗菌機理中起關鍵作用。

    3)保健品

    對于保健品的開發,日本用化學合成法及納豆芽孢桿菌(Bacillus natto)發酵法制備兒茶素脂溶性衍生物,用于后續開發成降脂減肥的活性成分及功能性化妝品。利用甲基化兒茶素作為主要活性成分開發成抑制脂肪積累的食品及飲料 。國內已有在研制營養均衡型保健調和油的配方中,添入脂溶性茶多酚作為抗油脂氧化劑的專利報道。

    2. 藥品

    1)抗癌前藥

      關于兒茶素具有抗癌活性的報道多集中在以人或動物癌細胞為模型的體外研究、以癌細胞侵染后動物活體研究、以人為對象的臨床試驗以及流行病試驗。大量試驗和調查已經明確了兒茶素類具有防癌抗癌的效果。兒茶素類物質在腫瘤細胞引發、促發及蔓延的過程中,所起直接抑制作用的機理可歸納為:(1)酚羥基的抗氧化作用,清除體內大量自由基;(2)對致癌過程中關鍵基因表達、關鍵轉錄因子及關鍵酶的調控,抑制癌變進程;(3)干預信號轉導通路,阻斷癌細胞增殖分化的信息傳遞:(4)抗血管形成,抑制腫瘤的生長和增殖;(5)促使癌細胞周期停滯及細胞凋亡。近年來不斷有從兒茶素增強免疫功能的角度來論證其間接防癌作用的報道。

    2)抗病毒劑

      EGCGB 環或D 環酚羥基在脂肪酶催化下,與不同碳原子個數的脂酰基生成一系列脂肪酸單酯,其中以EGCG 棕櫚酸單酯為代表的EGCG-C16的抗流感病毒A/PR8/34(H1N1)活性是同等條件下EGCG的24倍。也有研究表明兒茶素經中等長度的碳鏈(C7~C9)的3-O脂酰化修飾后,對體外培養及活體內的人類流感病毒A/H1N1、A/H3N2和B型,及禽流感病毒H2N2、H9N2均有抑制作用。EGCG經多不飽和脂肪酸修飾后,表現為抗丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus,HCV)的活性引。在離體細胞模型中,EGCG 經乙酰化修飾后,生物利用度大幅度提高,可有效抑制人類免疫缺陷病毒(HIV)介導的細胞融合及HIV 假病毒感染,其中抑制HIV假病毒感染的半數抑制濃度(IC )低于EGCG。

    3)其他藥效

       目前,國內已有相關專利表明,表兒茶素沒食子酸酯及其衍生物可以用于治療或預防心肌梗塞等缺血性心臟病,有不依賴于心肌細胞內鈣離子濃度的增加而增強心肌收縮力功能,在臨床上不僅適用于充血性心臟病的治療,而且可以降低心肌梗塞病人愈后再次遭遇心肌梗塞風險。日本學者發現EGCG3”Me有效作用于血管緊張素I轉化酶(ACE),因而具有良好的降血壓、護心腦的功效。在神經細胞SH.SY5Y模型中,全乙酰化EGCG處理組相比EGCG 處理組可明顯減輕6一羥基多巴胺(6-OHDA)介導的細胞受損情況。

    3. 日用化妝品

      日用化妝品產品種類豐富,能滿足個人清潔、保養、美容、修飾等諸多需要,而實現諸多功能的基礎在于產品內含的功能成分在機體內發揮的生理活性作用,這也正是全球大型跨國公司每年投資大量資金用于尋找新的功能成分及研發終端產品的重要原因。近年來,隨著人民對天然無負擔產品的渴求向日用化妝品中添加植物來源的功能性成分已成為新時代的潮流。兒茶素作為茶多酚的主體成分,能賦予產品抗氧化、防輻射、保濕修復、延緩衰老等多重功能。但同時不可回避的問題是兒茶素類成分與化妝品油性基質能否較好地配伍,以及如何保持兒茶素類成分在一系列加工過程中的生物活性,是決定其最終功效發揮及應用價值的關鍵性因素。目前,常用的處理方式是利用溶劑法、乳化技術,及脂質體、微膠囊等多種包埋技術,增加配伍性。

    【合成】[1]

    1. 生物合成

    兒茶素類化合物具有2-苯基苯并二氫吡喃結構,屬于黃烷醇類化合物。兒茶素在茶樹中生物合成主要由莽草酸途徑、苯丙烷途徑、非酯型兒茶素合成、酯型兒茶素合成這4 部分組成。在莽草酸途徑中,戊糖磷酸途徑產生的4-磷酸赤蘚糖(erythrose 4-phosphate,E4P)和糖酵解途徑產生的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)在3-脫氧-D-7-磷酸阿拉伯庚酮糖酸合成酶(DAHPS)作用下合成3-脫氧-D-7-磷酸阿拉伯庚酮糖酸(DHAP),接著在其他酶作用下連續反應得到芳基氨基酸、維生素、木質素、酚類物質、生物堿等產物;其中,苯丙氨酸在苯丙氨酸解氨酶(PAL)作用下進入苯丙烷途徑,合成得到對香豆酰CoA。1 分子對香豆酰CoA與3 分子丙二酰CoA在查耳酮合成酶(CHS)作用下合成柚皮素查耳酮,并在查耳酮異構酶(CHI)作用下環化得到柚皮素。查耳酮是兒茶素、花青素等化合物合成的重要前體物質,是兒茶素類化合物基礎分子骨架,這種O1和C2連接形成吡喃環的方式為兒茶素化學合成提供了重要信息。柚皮素在類黃酮3’-羥化酶(F3’H)、類黃酮3’,5’-羥化酶(5’H)作用下分別在B環引入了一個和兩個羥基得到黃烷酮,隨后被黃烷酮3-羥化酶(F3H)和二氫黃烷醇4-還原酶(DFR)催化還原合成無色花青素。無色花青素可被還原酶(LAR)直接還原得到非表型兒茶素,即兒茶素和GC,也可被花青素合成酶(ANS)和花青素還原酶(ANR)連續催化得到表型兒茶素EC和EGC;有同位素標記實驗發現,EC和EGC之間也可能存在相互轉化機制。

    2.化學合成

      迄今為止,黃烷醇化學合成路徑可歸納為兩種,一種源于兒茶素生物合成,即O1-C2間直接醚化成環,但所得產物結構大多為反式;另一種途徑則是C4與苯環上橋碳連接環化,該方法可同時得到順式和反式產物。

    1)O1-C2環化:該方法與兒茶素生物合成途徑很相似,選用不同原料進行反應可得到不同取代的查耳酮衍生物,將其環化還原后即得到不同結構兒茶素衍生物。

    2)C4-橋碳環化:與O1-C2環化相同,C4-橋碳環化首先形成二氫吡喃環結構,經氫化還原后得到兒茶素產物。相對O1-C2環化來說,C4-橋碳環化所需原料更少。


    【參考資料】

    [1]兒茶素及其衍生物合成研究進展

    [2] 龍丹, 江和源, 張建勇, 等. 兒茶素分子修飾方法及應用進展[J]. 茶葉科學, 2013 (1): 1-12.

    [3] 于莎莎, 丁陽平, 羅賽, 等. 兒茶素衍生物合成及藥理作用研究進展[J]. 食品科學, 2012, 33(17): 318-326.

    www.sese52.com