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【背景及概述】[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(zhì)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(yīng)生成穩(wěn)定化合物的方式有效平衡人體內(nèi)自由基[4]。隨著對(duì)兒茶素研究愈加深入，更多藥理功能被發(fā)現(xiàn)，兒茶素可通過調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性或與相關(guān)酶蛋白特異性結(jié)合抑制癌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，但不同兒茶素單體間存在明顯差異；兒茶素還可預(yù)防心腦血管疾病以及保護(hù)腎臟、肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)等。由于兒茶素存在脂溶性低、穩(wěn)定性差、在人體內(nèi)利用率低等缺點(diǎn)，大大限制了其開發(fā)應(yīng)用。
近年來，關(guān)于茶多酚中兒茶素類物質(zhì)的研究多從分子水平上探討其對(duì)生物代謝中的酶類、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及調(diào)控因子等因素的影響，而表現(xiàn)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(hù)神經(jīng)、護(hù)心健腦 等功能。兒茶素類物質(zhì)作為茶葉中主要功能性成分的地位已得到醫(yī)學(xué)界學(xué)者的廣泛認(rèn)同，其高純度的各類單體已在國(guó)內(nèi)外逐漸實(shí)現(xiàn)商品化。究其機(jī)理，兒茶素諸多功效的體現(xiàn)主要源于其結(jié)構(gòu)中含有大量活性酚羥基。然而，正是由于多酚羥基結(jié)構(gòu)令其深度開發(fā)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(huán)、B環(huán)、D環(huán)上共連接8個(gè)酚羥基的分子結(jié)構(gòu)使其存在脂溶性差、生物利用度低、生理環(huán)境下不穩(wěn)定和體內(nèi)吸收緩慢等各項(xiàng)制約其應(yīng)用的瓶頸問題。
【分類及結(jié)構(gòu)】[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(jié)構(gòu)如下：
【應(yīng)用】[2][3]
1. 食用油抗氧化劑
國(guó)內(nèi)早期多利用D-酰化法， 向兒茶素羥基引入脂酰基，發(fā)生成酯反應(yīng)，制備所得產(chǎn)物對(duì)重油食品和食用油具有明顯的抗氧化保質(zhì)效果，當(dāng)脂溶性茶多酚在油品中的添加量為100～200 mg／L 時(shí)，可顯著延長(zhǎng)油品的貨架壽命，且無任何毒副作用，同時(shí)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(yīng)用實(shí)例還有：3-D-辛酰-(+)-兒茶素對(duì)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(duì)亞油酸過氧化作用的抗氧化效果則優(yōu)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(dāng)，較BHA、BHT有更強(qiáng)的活性，是食用植物油很好的抗氧化。
1) EGCG 的B環(huán)和D環(huán)酚羥基經(jīng)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(jìn)一步研究表明，3種修飾產(chǎn)物在散裝油脂中均表現(xiàn)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(yōu)于EGCG，且發(fā)現(xiàn)脂溶性與抗氧化效果呈良好的相關(guān)性。另外，還有部分關(guān)于脂溶性茶多酚應(yīng)用于油脂及高油食品抗氧化的報(bào)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．a(chǎn)ureus)是食品中常見的致病菌。脂溶性兒茶素抗菌優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在與細(xì)胞膜的親和力比兒茶素強(qiáng)，能夠有效地透過磷脂雙分子層進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。在抗菌試驗(yàn)中，當(dāng)兒茶素脂酰化產(chǎn)物的烷基鏈長(zhǎng)度達(dá)3個(gè)碳原子以上時(shí)，與細(xì)胞膜有良好的親和性，當(dāng)烷基鏈增至5個(gè)碳原子以上時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)脂質(zhì)體膜有破壞作用并隨烷基鏈的延長(zhǎng)而得以增強(qiáng)，并由此推測(cè)修飾產(chǎn)物的親膜能力在抗菌機(jī)理中起關(guān)鍵作用。
3）保健品
對(duì)于保健品的開發(fā)，日本用化學(xué)合成法及納豆芽孢桿菌(Bacillus natto)發(fā)酵法制備兒茶素脂溶性衍生物，用于后續(xù)開發(fā)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(fā)成抑制脂肪積累的食品及飲料 。國(guó)內(nèi)已有在研制營(yíng)養(yǎng)均衡型保健調(diào)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(bào)道。
2. 藥品
1）抗癌前藥
關(guān)于兒茶素具有抗癌活性的報(bào)道多集中在以人或動(dòng)物癌細(xì)胞為模型的體外研究、以癌細(xì)胞侵染后動(dòng)物活體研究、以人為對(duì)象的臨床試驗(yàn)以及流行病試驗(yàn)。大量試驗(yàn)和調(diào)查已經(jīng)明確了兒茶素類具有防癌抗癌的效果。兒茶素類物質(zhì)在腫瘤細(xì)胞引發(fā)、促發(fā)及蔓延的過程中，所起直接抑制作用的機(jī)理可歸納為：(1)酚羥基的抗氧化作用，清除體內(nèi)大量自由基；(2)對(duì)致癌過程中關(guān)鍵基因表達(dá)、關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及關(guān)鍵酶的調(diào)控，抑制癌變進(jìn)程；(3)干預(yù)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，阻斷癌細(xì)胞增殖分化的信息傳遞：(4)抗血管形成，抑制腫瘤的生長(zhǎng)和增殖；(5)促使癌細(xì)胞周期停滯及細(xì)胞凋亡。近年來不斷有從兒茶素增強(qiáng)免疫功能的角度來論證其間接防癌作用的報(bào)道。
2）抗病毒劑
EGCGB 環(huán)或D 環(huán)酚羥基在脂肪酶催化下，與不同碳原子個(gè)數(shù)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(jīng)中等長(zhǎng)度的碳鏈(C7～C9)的3-O脂酰化修飾后，對(duì)體外培養(yǎng)及活體內(nèi)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(jīng)多不飽和脂肪酸修飾后，表現(xiàn)為抗丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus，HCV)的活性引。在離體細(xì)胞模型中，EGCG 經(jīng)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(dǎo)的細(xì)胞融合及HIV 假病毒感染，其中抑制HIV假病毒感染的半數(shù)抑制濃度(IC )低于EGCG。
3）其他藥效
目前，國(guó)內(nèi)已有相關(guān)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(yù)防心肌梗塞等缺血性心臟病，有不依賴于心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的增加而增強(qiáng)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(fēng)險(xiǎn)。日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)EGCG3”Me有效作用于血管緊張素I轉(zhuǎn)化酶(ACE)，因而具有良好的降血壓、護(hù)心腦的功效。在神經(jīng)細(xì)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(dǎo)的細(xì)胞受損情況。
3. 日用化妝品
日用化妝品產(chǎn)品種類豐富，能滿足個(gè)人清潔、保養(yǎng)、美容、修飾等諸多需要，而實(shí)現(xiàn)諸多功能的基礎(chǔ)在于產(chǎn)品內(nèi)含的功能成分在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮的生理活性作用，這也正是全球大型跨國(guó)公司每年投資大量資金用于尋找新的功能成分及研發(fā)終端產(chǎn)品的重要原因。近年來，隨著人民對(duì)天然無負(fù)擔(dān)產(chǎn)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(shí)代的潮流。兒茶素作為茶多酚的主體成分，能賦予產(chǎn)品抗氧化、防輻射、保濕修復(fù)、延緩衰老等多重功能。但同時(shí)不可回避的問題是兒茶素類成分與化妝品油性基質(zhì)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(fā)揮及應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵性因素。目前，常用的處理方式是利用溶劑法、乳化技術(shù)，及脂質(zhì)體、微膠囊等多種包埋技術(shù)，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(jié)構(gòu)，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(chǎn)生的4-磷酸赤蘚糖（erythrose 4-phosphate，E4P）和糖酵解途徑產(chǎn)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(xù)反應(yīng)得到芳基氨基酸、維生素、木質(zhì)素、酚類物質(zhì)、生物堿等產(chǎn)物；其中，苯丙氨酸在苯丙氨酸解氨酶（PAL）作用下進(jìn)入苯丙烷途徑，合成得到對(duì)香豆酰CoA。1 分子對(duì)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(gòu)酶（CHI）作用下環(huán)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(zhì)，是兒茶素類化合物基礎(chǔ)分子骨架，這種O1和C2連接形成吡喃環(huán)的方式為兒茶素化學(xué)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(huán)引入了一個(gè)和兩個(gè)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(xù)催化得到表型兒茶素EC和EGC；有同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，EC和EGC之間也可能存在相互轉(zhuǎn)化機(jī)制。
2.化學(xué)合成
迄今為止，黃烷醇化學(xué)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(huán)，但所得產(chǎn)物結(jié)構(gòu)大多為反式；另一種途徑則是C4與苯環(huán)上橋碳連接環(huán)化，該方法可同時(shí)得到順式和反式產(chǎn)物。
1）O1-C2環(huán)化：該方法與兒茶素生物合成途徑很相似，選用不同原料進(jìn)行反應(yīng)可得到不同取代的查耳酮衍生物，將其環(huán)化還原后即得到不同結(jié)構(gòu)兒茶素衍生物。
2）C4-橋碳環(huán)化：與O1-C2環(huán)化相同，C4-橋碳環(huán)化首先形成二氫吡喃
環(huán)結(jié)構(gòu)，經(jīng)氫化還原后得到兒茶素產(chǎn)物。相對(duì)O1-C2環(huán)化來說，C4-橋碳環(huán)化所需原料更少。
【主要參考資料】
[1]兒茶素及其衍生物合成研究進(jìn)展
[2] 龍丹, 江和源, 張建勇, 等. 兒茶素分子修飾方法及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 茶葉科學(xué), 2013 (1): 1-12.
[3] 于莎莎, 丁陽(yáng)平, 羅賽, 等. 兒茶素衍生物合成及藥理作用研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2012, 33(17): 318-326.