茶氨酸的制备及应用研究进展)

茶氨酸的制备及应用研究进展
江春柳“2孙云1岳鹏翔2
(1福建农林大学园艺学院茶学系福建福州350002
2大闽食品(漳州)有限公司博士后科研工作站福建漳州 363000) 茶叶含有多种活性成分，其中有三大茶叶提取
物已得到公认，即茶多酚(儿茶素)、茶多糖和茶
氨酸。

被称为“天然镇静剂”的茶氨酸已成为近几
年国际市场上最热销的天然保健产品“新宠”之一。

茶氨酸(L．Theanine)系统命名为：N．乙基吖一L一谷氨
酰胺Ⅲ一ethyl—L—glutamine)，是1950年日本学者酒户
弥--fig在研究玉露茶鲜爽滋味成分的过程中，从新
梢中分离鉴定出的非蛋白特征氨基酸?。

迄今为
止，除在茶梅、山茶、油茶、蕈等四种天然植物中
检测出其微量存在外，其他植物中尚未发现茶氨酸删。

茶氨酸占干茶总重的l％～2％，占茶树体内游离
氨基酸总量的50％以上口1。

自然界存在的茶氨酸均
为L型，纯品为白色针状结晶，熔点217～218℃，
比旋光度【Q】％=o．70，极易溶于水，其味阈值为0．06％，具有焦糖香和类似味精的鲜爽味，能消减咖啡碱和
儿茶素引起的苦涩味，是茶叶中的重要呈味物质，
还可以缓解其它食品的苦味和辣味，达到改善食品
风味的目的u’2。

1。

1茶氨酸的制各方法
自然界中L．茶氨酸含量极少，近20年来对茶
氨酸的制备开发得到了茶学、食品、精细化工及制
药等领域众多研究者的关注，并通过各种途径制备
和生产茶氨酸。

茶氨酸的主要制备途径有：化学合
成法、微生物发酵制备法、植物组织培养法和天然
茶氨酸的提取分离法。

1．1化学合成法
化学方法合成茶氨酸，已有大量的研究报道和
专利发表，比较成熟的主要有以下三种：
(1)L．谷氨酸加热脱水生成L一吡咯烷酮酸，
加铜盐后，与无水乙胺反应，最后进行脱铜反应生
产L-茶氨酸。

谷氨酸的吡咯烷酮化法采用无水乙
胺(沸点为17℃)为原料，在高压条件下合成茶
氨酸，对生产设备、安全性都提出很高要求，且反
应时间长。

(2)用N．取代的L．谷氨酸酯的乙胺解反应产
生N．取代L．茶氨酸，再脱除保护基获得L一茶氨酸。

酒户弥二朗嗡1于1950年提出以L．谷氨酸．丫．乙基酯
为原料，采用氯甲酸苄酯保护氨基后，与乙胺水溶
液反应，再用Pd／C催化还原合成L一茶氨酸。

该法
的缺点是需要用贵金属钯作催化剂，生产成本高。

王三永，李晓光m1等受此方法启示，改用三苯基氯
甲烷保护氨基，在40℃脱去下反应48 h，接着与
乙胺水溶液在室温下反应48 h，再在乙酸水溶液中
回流5 min脱去三苯甲基，得到L．茶氨酸，产率为
39％，质量分数大于98％。

此法存在反应时间过
长，产率低等缺点。

(3)L．谷氨酸甜氨基用保护基保护，使其分子
内脱水生成环状L．谷氨酸酐后，直接与乙胺作用
生成N．取代L．茶氨酸，再除去保护基得到L．茶氨
酸。

钱绍松，陈然m等以廉价的L一谷氨酸为原料，
采用邻苯二甲酰基作为保护基，保护L一谷氨酸的
小氨基，醋酐回流10 rain使其分子内脱水生成N一
邻苯二甲酰．L．谷氨酸酐，在常温、常压条件下，
分别与2 mol／L氨水和2 mol／L乙胺水溶液反应生
成中间产物N．邻苯二甲酰．L一谷氨酰胺、N-邻苯二
甲酰．L广茶氨酸，中间产物在室温条件下与0．5 moI_IL
水合肼反应48 h脱除保护基，分别以57％、61％
的回收率得到L一谷氨酰胺和L．茶氨酸。

化学合成法具有价格低、成本低、易于工业化
的优点。

但是化学合成法存在原料不易得、有污染、
有毒性和难于提纯等缺点。

而且化学合成直接得到
的茶氨酸都是D，L．型消旋体，需要进行拆分才能
得到L．型产品【l】。

利用微生物发酵生产的酶拆分
D，L广茶氨酸一定程度上解决了化学合成茶氨酸的技术难题。

郭丽芸，刘毅埔1等人已成功的利用刺孢
小克银汉霉9980(Cunnighamelia echinulata 9980，
CE 9980)，拆分N．乙酰一D，L．茶氨酸获得光学纯
的L．茶氨酸，此外米曲霉氨基酰化酶旧1也可以用于
D，L一茶氨酸的拆分。

1．2徽生物发酵制各法
近几年来，随着生物技术的发展和应用，利用
微生物发酵来生产酶，再利用酶的提取物来生产茶
氨酸的方法被广泛应用。

日本最初从硝基还原假单
孢菌(Pseudomonas nitroreducens)中提取谷氨酰
胺酶。

谷氨酰胺酶具有水解谷氨酰胺和谷氨酰基转
移能力，能将谷氨酰胺基团转移到乙胺上，形成茶
氨酸。

通过添加1．5 moFL的乙胺，使其与0．7 moFL
的谷氨酰胺反应，可以生成茶氨酸270 mmol／L(47
g／L)n0‘。

此外，日本立木隆等从自然界的土壤中
分离、选定的香茅醇假单孢菌GEA是属于假单孢
菌属香茅种(Citrondlosis)，具有Y一谷氨酰基转移
反应的茶氨酸生产菌。

该菌在pH 9～10，O．3 moFL
的乙胺和0．9 moFL的谷氨酰胺条件下反应，能得
到40 g／L的茶氨酸[Ill。

茶氨酸的合成还可以运用
细菌中的谷氨酰胺合成酶提取物在特殊的条件下
(高乙胺浓度和特定的pH值)进行非特异反应?，
但谷氨酰胺属于连接酶，需要提供能量ATP。

在
200 mmol／L谷氨酸钠，1．2 m01／L乙胺，300 mmol／L 葡萄糖，50 nunol／L磷酸钾缓冲盐的条件下，通过
添加1 00 U／mL的谷氨酰胺合成酶和60 mg／mL的
酵母细胞，48 h内就能合成170 mmoFL(30 g／L)
茶氨酸u“。

随着人们对丫．谷氨酰转肽酶(丫．Glutamyltran speptidase，7-GGT)催化机理及分子结构的不断深
入，利用GGT制备系列卜谷氨酰基类化合物的研
究已成为生物催化领域的热点u引。

，／-GGT，是生物
体内谷胱甘肽代谢的相关酶之一。

1，．GGT既可以
催化转移丫．谷氨酰基化合物上的丫一谷氨酰基到氨
基酸、多肽等受体上，也可以催化Y一谷氨酰基化
合物水解反应生成r谷氨酸n利。

1986年日本京都
大学的Hideyuki Suzuki分离纯化了大肠杆菌K一12
中的p谷氨酰基转肽酶，通过基因工程方法构建得
到产酶的菌株Escherichia coli K．12strain SH642，
在200 mmoFL L-谷氨酰胺，1．5 mol／L乙胺，0．4
U／mL GGT，37℃，2 h合成L．茶氨酸，得到120 mmoFL茶氨酸，谷氨酰胺转化率达60％n副。

2007
年王丽鸳，王贤波“刮等人将E．coli DH5a的7-GGT
基因，转入到pET-32ar中，构建了具有较高茶氨
酸生物合成能力的基因工程菌，以L．谷氨酰胺和
盐酸乙胺为底物可生产29．40 g／L的茶氨酸，L．谷
氨酰胺转化率为48．22％，低于Suzuki等60％的
谷氨酰胺转化率u“。

利用微生物发酵或酶法生产茶氨酸涉及到酶
活性的保持及反应条件，如底物浓度、温度和pH
等的调控问题。

这些条件与转化率、产率及生产效
率关系密切。

技术条件要求高，操作复杂，工业化
生产难度较大。

1．3植物组织培养法生产茶氨酸
植物组织培养法生产茶氨酸就是采用茶树细
胞培养来产生茶氨酸，或者采用茶树愈伤组织培养
来产生茶氨酸，然后通过离子交换法从茶树愈伤组
织中提取茶氨酸Ⅲ1。

人们用14C标记的方法早已证实了茶树中茶氨
酸的合成前体是谷氨酸和乙胺n1。

茶树愈伤组织有
合成茶氨酸的能力。

日本学者已经证实向培养基中
添加盐酸乙胺时，可大幅度提高愈伤组织中的茶氨
酸合成量n8“引。

吕虎口0。

、钟俊辉但¨等研究也表明，添加盐酸乙胺后对茶氨酸合成量的影响非常明显。

当培养基中盐酸乙胺的浓度为25 mol／L时，茶叶
愈伤组织的茶氨酸生物合成为最大值。

这证实前体
物质能促进或诱导细胞中茶氨酸合成活性，使细胞
充分利用前体进行茶氨酸合成；在培养基中保持一
定量的盐酸乙胺有利于提高茶氨酸合成积累量。

采用组织培养的方法，通过系列组织的优化，
如增加蔗糖浓度、减少光照、添加前体物质盐酸乙
胺、使用生长激素等能提高茶氨酸的积累妇‘一刳。

通
过一系列上述条件优化，使茶氨酸在茶愈伤组织
(干质量)中的含量达200 mg／g以上幢¨。

用80％
热乙醇浸提经干燥、粉碎后的茶愈伤组织，经过滤
浓缩后上柱分离纯化，可得纯品乜31。

1．4天然茶氨酸的提取分离法
1．4．1从茶叶中提取
茶氨酸易溶于水，在高温、酸碱和长时间提取
条件下稳定性较强，便于用天然产物工程和精细化
工手段浸提和制备。

茶叶中的天然茶氨酸可以采用
热水或冷乙醇提取，分别用氯仿、醋酸铅除去提取
液中的咖啡碱、茶多酚和树胶类杂质。

滤液中加入
碱式碳酸铜，便可析出茶氨酸一铜盐，再用稀硫酸
转溶，通入H2S和加入适量Ba(OH)2，滤除沉淀后，
可得到茶氨酸净化液H1。

但是茶叶中仅含有l％～
P沉淀
2％的茶氨酸，而且提取纯化工艺，容易被Pb2+、
Cu2+、S2-等离子污染，同时茶氨酸容易受硫酸钡沉
淀析出而损失，因此不利于工业化生产。

1．4．2从茶多酚工业废液中提取
茶多酚生产企业的工业废液中含有约2％左
右的茶氨酸，如能利用茶多酚工业废液为原料提取
纯化茶氨酸，不仅产品成本相对较低，而且可以很
好的解决茶多酚生产厂家的工业废液的出路问题，
具有较好的应用前景。

从茶多酚工业废液为原料提
取纯化茶氨酸的工艺路线如下：
茶多酚工业废液一絮凝一澄清液一吸附一过柱液一离子交换树脂一过柱液
I
茶氨酸产品一重结晶一浓缩一洗脱
林智，杨勇晗钔等人采用絮凝、吸附、阳离子树脏的转移，这一研究结果表明，茶氨酸不仅增加了
脂交换、重结晶工艺来分离纯化茶氨酸。

结果表明，抗癌药物对原发癌的抗癌活性，而且对癌细胞的转
絮凝能有效的去除茶多酚工业废液中的蛋白质等移也有抑制作用，他们预计不久茶氨酸在抗肿瘤上
杂质，杂质的去除率为50％；吸附能进一步去除的功能可作为化学疗法用于癌症的临床治疗阻”。

色素、多酚类物质及大分子有机物；阳离子交换树 2001年，SadzukaY等进一步研究了茶氨
酸提高抗
脂能较专一吸附氨基酸。

茶多酚工业废液经上述工癌药阿霉素(DOX)抗癌活性的途径，提高其抗癌
艺可得纯度为50％的茶氨酸，得率为1．8％；通过疗效啪1。

重结晶可得到纯度90％的茶氨酸，得率为0．8％。

2茶氨酸的应用
2．1茶氨酸在医学上的应用
2．1．1茶氨酸具有抗肿瘤作用
茶氨酸是谷氨酰胺的衍生物，而肿瘤细胞的谷
氨酰胺代谢比正常细胞活跃得多。

因此，茶氨酸作
为谷氨酰胺的竞争物，通过干扰谷氨酰胺的代谢来
抑制癌细胞的生长晗51。

1999年，SugiyamaT．等研
究了更新的抗癌药物Pirarubicin的膜传输和抗肿
瘤活性，并将其与抗癌阿霉素(Doxorubicin)进行了
比较。

同时研究了茶氨酸对Pirarubicin药效的影
响，发现茶氨酸能阻止Pirarubicin流出M5076肿
瘤细胞，使Pirarubicin在肿瘤细胞中的浓度增加
了113倍，使Pirarubicin的治疗效果提高了117
倍汹1。

SugSugiyama T．等还发现茶氨酸与抗癌药
阿霉素(Doxorubicin)联合使用能抵抗卵巢瘤向肝
2．1．2茶氨酸有降压作用
降压的机理是通过影响末梢神经的血管系统
来实现的晗引。

Hidehiko等给小鼠腹腔注射茶氨酸，
自发性高血压小鼠的舒张压、收缩压和平均血压均
明显下降，并呈量效关系啪1。

茶氨酸降压作用的发
现对开发这种在茶叶中含量较高的氨基酸具有很
大意义，可望被开发为一种营养和降压的药品和保
健食品。

2．1．3茶氨酸对神经系统也有重要作用
茶氨酸是咖啡因的拮抗物，可用于抑制咖啡因
引起的兴奋作用，具有安神作用。

Tsunoda T等报
道，茶氨酸可显著抑制咖啡碱引起的神经系统的兴
奋瞄”。

Kakul!【a T等也报道了茶氨酸可以抑制咖啡
碱引起的兴奋旧副。

Terashima等人研究发现茶氨酸
能使脑内神经递质多巴胺显著增加，提高记忆力的
作用口引。

此外，茶氨酸还具有提高免疫力，防御病
毒、延缓运动性疲劳、改善经期综合症、减肥等多种生理功效，可用于开发多种药物，在医学上有着
广泛的利用前景。

2．2茶氨酸在食品中的应用
2．2．1功能性食品的添加剂
Kobayashi K等人通过对志愿者口服茶氨酸水
溶液(50～200 mg／m1)，结果表明茶氨酸具有增强脑
中a波的强度，使人放松和提高记忆力的作用m1。

所以，可作为功能性成分添加到食品中，开发出缓
解神经紧张和益智的功能食品。

研究证实茶氨酸添
加于糖果、各种饮料等都可以获得很好的镇静效
果。

日本已将茶氨酸广泛应用于巧克力、果冻、布
丁、口香糖、保健茶和各种清凉饮料。

美国销售茶
氨酸类保健食品历史虽然不长，但市场总值已超过
1亿美元，且发展势头惊人。

2．2．2茶饮料的品质的改良剂
茶氨酸是茶叶鲜爽味的主要成分，茶氨酸能与
糖相互作用，形成挥发性的香气成分，还可以缓解
咖啡碱的苦味和茶多酚的苦涩味，在茶饮料的生产
中添加一定量的茶氨酸，能明显的改善茶饮料的品
质和风味。

2．2．3风味改良品剂
茶氨酸不仅可以作为绿茶风味的改良剂，还可
以抑制其他食品中的苦味和辣味。

例如，可可饮料
和麦茶都有独特的苦味或辣味，添加甜味剂会有一
种不适口的味道，如以0．1％的L一茶氨酸替代甜味
剂，结果表明，饮料风味大为改善。

2．3茶氨酸在其他领域的应用
茶氨酸可作为净水剂净化饮用水和除臭剂；另
有报道茶氨酸组分的某种物质能抑制人的吸烟欲
求，此种组成物安全，不会使人产生情感依赖：茶
氨酸还可用于化妆品中的保湿剂和制成皮肤保湿
食品‘“。

3小结
茶氨酸是一种安全、无毒、具有多种生理功能
的天然食品添加剂，具有广阔的开发前景。

经过几
十年的不断探索，人们在茶氨酸的生理功效、测定、
分离、提取、制备及应用等方面取得了很大成果。

国外学者在茶氨酸的药用功能及作用途径等方面
的研究也越来越深入，目前日本在茶氨酸的研究与
应用处于领先水平，茶氨酸作为食品添加剂和保健
品已被广泛开发应用。

国内对于茶氨酸的开发利用
也有了很大的进展，今后对于茶氨酸的研究应该趋
向于茶叶的综合利用和开发，从茶叶提取多酚后的
残留液中提取天然茶氨酸：随着生物技术的发展，
利用生物技术获取大量的茶氨酸也极有可能。

在茶
氨酸的制备方面，哪种方法更适合工业生产，并降
低生产成本，有待进一步的研究；在茶氨酸应用方
面，应致力于拓宽其在食品领域的应用；利用茶氨
酸的特殊生理功能，开发功能性药物等。

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