杜仲茶的制备工艺及生物活性研究进展

周昀菲，王 雁，2，3，王 璐，2，3，杜庆鑫，2，3，杜兰英，2，3，刘攀峰，2，3，杜红岩，2，3，孙志强，2，3

（1.中国林业科学研究院经济林研究所，河南郑州 450003；2.经济林种质创新与利用国家林业和草原局重点实验室，河南郑州 450003；3.国家林业草原杜仲工程技术研究中心，河南郑州 450003）

0 引言

杜仲（Eucommia ulmoidesOliv.） 是我国的特有经济树种，单科、单属、单种，多年生落叶乔木，因其具有补肝肾、强筋骨、降血压等功效被《神农本草经》 列为上好中药。传统上，杜仲取皮入药，活性成分包括木脂素类、环烯醚萜类、苯丙素类、黄酮类、多糖类及氨基酸等次生代谢产物，具有降血压、降血糖、抗氧化、增强免疫力、抗肿瘤、抗骨质疏松、护肝、抗衰老、减肥等作用[1-2]。研究表明，杜仲叶与皮的有效成分基本一致，药理作用相近，中国药典2005 版将杜仲叶收录其中[2-3]，并在2018年被列入药食同源类原料。近年来，国内许多研究着眼于杜仲叶综合开发利用，研制出一系列杜仲叶为原料的产品，其中杜仲茶最具代表性。杜仲茶是以杜仲叶片或雄花为原材料，借鉴传统茶（Camellia sinensis(L.) O. Ktze.） 制作工艺经杀青、揉捻、日晒、发酵、干燥制成的保健型茶饮品[4]。目前，根据发酵程度（不发酵茶、前发酵茶和后发酵茶）、原材料的差异，市面上的杜仲茶大体上可分为杜仲绿茶、杜仲红茶、杜仲黑茶和杜仲雄花茶，以及与乌龙茶、普洱茶、金银花茶、葛根粉、三七粉和绞股蓝等按照一定比例混合，与其他茶叶混合香气，制成杜仲复合茶。

日本学者指出杜仲茶有减脂、抗衰老、缓解疲劳及促进新陈代谢的保健功效[5]，研发推广一种以杜仲叶为原料的饮品，20 世纪90 年代日本研发杜仲茶相关产品近百种，总成交额达60 亿日元[6]。随后，我国也相继开发出各种杜仲保健茶，如杜仲碎茶、杜仲绿茶、杜仲红茶[7]、杜仲复合袋泡茶[8]、杜仲速溶茶[9]、杜仲乌龙茶[10]、杜仲复合茶[11]等。由于现有杜仲茶产品对消费群体缺乏针对性，其价值被低估，成为了一款比较小众的饮品。杜仲茶在杀青、保绿、复火、揉捻、渥堆发酵等工艺上的区别，对应地导致活性成分改变，影响杜仲茶的药理作用和感官品质。在杜仲茶现有工艺下，大多有着感官品质偏低，滋味青涩或活性成分流失较多的缺陷。为解决这一问题，展开了不同类型杜仲茶的制作工艺探究，综述了当前不同类型杜仲茶的活性成分及药理作用的研究进展，对比不同制作工艺下杜仲茶的功效，综述了其制作工艺、药理作用、活性成分和评价方法的研究，同时介绍了杜仲茶最新的生产工艺，为提高我国杜仲茶的药理作用及感官品质等提供理论基础和技术参考。

1 杜仲茶制作工艺

杜仲茶的制作工艺按茶叶类型而有所不同，但制作工艺基本相似，一般包括原料采摘、杀青、揉捻、日晒、发酵、干燥、压茶、装袋密封8 个环节。周昀菲等人[12-13]报道了一种采用蒸汽爆破辅助制备杜仲茶的方法，省略了杀青、揉捻、发酵等工序，代之以萎凋后直接进行蒸汽爆破处理，其制备的杜仲茶类似发酵茶，因其有着独特的烤木香气，故命名为“杜仲烤茶”。该工艺不但大大提高了杜仲叶片中活性成分的水溶解率[12]，而且成品香气成分的种类和含量均提高，产生了一种独特的杜仲茶香气[13]。

1.1 原料采摘

杜仲茶的采摘对象是杜仲叶片和杜仲雄花，为提高杜仲茶品质，应依叶内活性成分含量动态变化确定最佳采摘时期。其中，杜仲叶嫩叶期为3-4 月，成熟期为6-8 月，落叶期为10-11 月。因此，制作杜仲绿茶的采收期建议在3-4 月，得到的杜仲茶挥发性成分相对丰富，香气浓郁[13]，杜仲叶的关键活性成分如绿原酸、桃叶珊瑚苷、京尼平苷酸和车叶草苷含量全年最高为5 月下旬- 6 月上旬[14]，因此其他类型的杜仲茶也可选择在6-8 月，叶片中的活性成分积累到最佳水平[12]；杜仲雄花生长最旺盛时为3-4 月上旬，雄花粉含量在3 月下旬后达最高[15]。同时，杜仲的原产地[16]、土壤微量元素含量、同一产地的降雨量和采收时间[17]与杜仲叶和杜仲雄花的次生代谢物含量也有着密切的关系，不同地区的叶片采摘要依当地物候期、立地条件进行适当调整。

1.2 杀青、揉捻和复火

杀青方法主要包括蒸汽杀青、锅式杀青和微波杀青。微波杀青的活性成分含量及感官品质效果最佳，锅式杀青和蒸汽杀青效果则略逊。但现阶段微波杀青的成本远高于其他杀青方式，而蒸汽杀青效果劣于锅式杀青，装置尚不成熟。因此，锅式杀青仍是制作杜仲茶最常用的方法[16]。在杀青条件上，杜仲茶杀青条件为温度130 ℃，时间9 min，杜仲茶中绿原酸、总黄酮的质量分数最高，分别达1.54%，0.58%[18]。杀青条件为温度105 ℃，时间3 min，杀青叶量0.3 kg时，水浸出物、可溶性糖和叶绿素的含量达到最高[19]；而杀青条件为温度125 ℃，时间3 min 时，感官品质评分最高[20]。炒制杀青法易破坏环烯醚萜类成分，且高温下叶受热不均，在技术上要求较高。烘制杀青是将厚度为0.5 cm 杜仲在烘箱中以120 ℃烘制1 h[21]，避免直接接触热源，但该法耗时长、效率慢。杜仲茶大部分活性成分易溶于水，且不耐高温、易氧化，过度切割、高温、遇水、干燥不彻底都会影响活性成分，这也是杜仲茶营养流失的主要原因[22]。

揉捻是通过撕扯、挤压、摩擦等物理作用打破叶肉细胞原有结构的工序。揉捻会促进糖类物质向糖胺化合物的转化，提高总糖含量，促进多酚类物质发生酶促氧化反应，加快脂质氧化降解和类胡萝卜素降解[23]，改善了杜仲茶的滋味和气味，是杜仲茶特殊风味形成的重要步骤之一。揉捻时，合理控制温度、湿度、含氧量和时长，有利于调整杜仲茶的活性成分含量，优化其感官品质。杜仲绿茶尤其避免重度揉捻，以减少氨基酸、叶绿素、多酚类和黄酮类化合物的损失。杜仲雄花经揉捻酚类物质被析出，且花粉不耐高温，易散出，极易发生氧化褐变，使汤色变黑；在炒茶中散发焦味，一般不作揉捻。揉捻后可进行提香，能提升杜仲茶中可溶性糖、绿原酸、叶绿素含量，并对改善杜仲绿茶滋味、香气作用显著，但氨基酸含量会略微下降。在制作中增加复火环节后活性成分含量会明显高于未复火处理[24]，但持续升温会破坏茶叶中绿原酸、氨基酸和黄酮类化合物含量。其中，氨基酸受高温破坏后含量下降显著，作为生成糖胺化合物的必需反应物，是茶香形成的主要因素[7]。因此，复火时长和温度是决定杜仲茶香气的关键环节，一般控制温度100 ℃，时间1~2 h[25]。

1.3 渥堆和发酵

杜仲叶的发酵工艺包括微生物接种发酵和自然发酵，不同发酵方式的活性成分形成的机理不同[26]。微生物接种发酵一般采用培养接种冠突散囊菌、酵母菌或醋酸菌的方法，通过分析杜仲茶接种后的感官品质，调整接种量、含水率、渥堆时间和渥堆温度等参数，以提高杜仲茶活性成分含量，揉捻后可以进行渥堆发酵，该过程可以使酚类物质氧化、挥发性化合物分解重组，渥堆时堆心较堆面的反应更强烈，叶堆内部容易产生“熟老菱气”影响杜仲茶品质，应注意温度上升时及时翻堆，使叶片均匀反应，叶色由绿色转暗褐色则渥堆完成[26-27]。自然发酵方法很多，可以根据发酵程度的不同分为不发酵茶、前发酵茶和后发酵茶，3 种茶的多酚类化合物组分发生了显著的变化，主要是通过改变温度、湿度、氧气、发酵时间及茶叶含水率等主要工艺的参数。发酵温度最宜在22~28 ℃，空气中相对湿度要求在90%~95%，含氧量以每1 kg 杜仲茶控制在4~5 L，同时要注意揉捻到发酵的过程中会消耗大量的氧气[28]。例如，将杜仲叶沸水蒸3 min，置于40 ℃条件下发酵8~12 h[29]，发酵过程中注意喷湿或加盖湿布、通风、翻叶以保证氧气充足。杜仲红茶、乌龙茶2 种前发酵茶是将杜仲叶中天然存在的多酚成分不同程度地氧化成其对应的氧化产物，杜仲黑茶等后发酵茶是将天然多酚成分氧化后，还产生了新的一系列活性成分，不同的发酵程度均有着不同的汤色、口感和风味[28]。

1.4 保绿处理和微波干燥技术

杜仲雄花和嫩叶质地稚嫩，采摘后易发生变暗、变黑和产生褐斑，杜仲植物细胞中的营养成分都是热敏性化合物，很容易通过水解、氧化和聚合分解，导致活性成分流失[30]，茶叶质量下降。保绿处理的原理是通过将酶瞬间失活的处理，保护植物细胞中的叶绿素、酚类、环烯醚萜类等活性成分不被降解，从而提高茶的感官品质。有研究发现，将杜仲雄花进行蒸煮30~60 s，喷施0.05%硫酸锌或0.10%柠檬酸的保绿处理，雄花功能成分保持良好，感官品质最佳[31]。另外，还有一些常规的保绿方法，如加入盐（金属离子）[32]，添加抗坏血酸、柠檬酸等抗氧化剂[33]或调节pH 值[34]等。传统常用的杜仲茶干燥方式有热风干燥、微波干燥、真空冷冻干燥和阴凉干燥，但是，热风干燥的杜仲茶极易受到机械损伤，外观较差，茶液呈褐色，口感苦涩，因此不建议采用。研究表明，微波干燥能够最大限度地保持功能成分，通过高频电磁波对物料产生热效应和非热效应来灭活酶，是最佳的干燥方式[35]。微波输出功率和微波时间对杜仲雄花茶中总黄酮、绿原酸、桃叶珊瑚苷、京尼平苷酸等功能成分含量均有影响，通过微波干燥方式得到的花茶外观完整、色泽均匀、口感鲜爽、汤汁具有杜仲独特的香气，感官品质较好[36]。但缺陷在于，由于氨基酸会在90~100 ℃高温时被破坏，微波干燥的高温条件下无法保留更高的氨基酸含量，氨基酸含量和其他干燥方法下一样被严重破坏[37]。

1.5 细胞破壁技术

细胞破壁技术是通过粉碎、超细粉碎2 种机械处理或超声段处理植物材料的一种中草药粉碎技术，是杜仲叶和雄花有效成分的充分利用的重要方式之一[38-39]。通过提高细胞破碎率，帮助细胞内物质迅速溶出，有研究发现[40]，杜仲叶经超细粉碎破壁率为87.76%时，微粉杜仲叶的绿原酸含量比细粉（2.16%） 中的含量提高了95.37%；总黄酮含量比细分（0.71%） 中的含量提高了28.17%，即表明细胞破壁技术能够帮助杜仲中有效成分释放。但这一技术存在一定的缺陷，一是由于杜仲中存在大量的杜仲胶黏连着植物组织，破壁率始终无法达到100%，有效成分利用不够充分；二是破壁率提高的过程中其他无效物质可能会随之溶出，降低提取物的纯度，难以把握粉碎力度，杜仲微粉的质量难以控制。

1.6 蒸汽爆破技术

蒸汽爆破（汽爆） 原理是水蒸气依靠高压进入植物组织细胞，在内部与外部压强平衡的瞬间，水蒸气携带组织间的液体迅速释放至空气中的热机械处理过程[41]。在汽爆过程中，渗入植物内部的高压汽体，在内外压差的作用下完成膨胀做功，植物组织内部有序结构瞬间被打破，木质纤维素的内部氢键断裂，降解成可溶性糖，同时木质素软化和部分降解[42]；汽爆使比表面积增大，增强了溶剂可及性，提高了活性成分产出[42]。丁欢欢等人[43]发现，杜仲叶片在汽爆后总黄酮得率提高了4 倍。Fu X 等人[44]研究表明，汽爆后杜仲叶片绿原酸产率提高62%，提取效率提高423%。同时，汽爆条件可控，生产过程中仅使用水以产生水蒸气，环境友好、成本低廉，且生产效率极高，使得该项技术广泛应用于生物质能源转化[45]、秸秆类再利用[46]、膳食纤维改性[47]等领域。前期研究发现，蒸汽爆破处理杜仲成熟叶后，其水提物中活性成分京尼平苷酸、车叶草苷、绿原酸、儿茶素、松脂醇二葡萄糖苷和没食子酸甲酯分别提高87.98%，48.46%，31.31%，85.52%，25.17%和806.00%，DPPH 自由基清除能力、ABTS 自由基清除能力分别提升232.74%和108.53%；同时，产生了苯甲醇和β-环柠檬醛等新的芳香物质，获得的杜仲茶感官品质较好[12]。进一步探究杜仲叶茶经汽爆后的挥发性成分差异和主要呈香特征发现，嫩叶和成熟叶汽爆后香气有所区别，嫩叶茶关键呈香物质较汽爆前增加了壬醛、苯甲醛和苯乙醛，呈现柑橘香、花香、焦糖香、苦杏仁味、坚果香、玫瑰香和巧克力香；熟叶茶汽爆前无关键香气物质，汽爆后熟叶茶关键香气物质为二氢猕猴桃内酯和壬醛，呈现甜桃香、木香味、柑橘香、花香和焦糖香[13]。

2 杜仲茶的类型及药理作用

根据杜仲茶类型的不同，其具体制作工艺也各有特点，对应的主要活性成分也有所差异。同时，杜仲茶活性成分对人体有诸多保健功效，如抗氧化能力，降血压、降血糖、降血脂，保护心血管系统，消除炎症，抗肿瘤和抗癌症，保护神经细胞，保护肠道系统和免疫系统等。

杜仲茶工艺特点及活性成分见表1，杜仲茶的活性成分及药理作用见表2，杜仲茶药理作用机制见图1。

图1 杜仲茶药理作用机制

表1 杜仲茶工艺特点及活性成分

表2 杜仲茶的活性成分及药理作用

3 杜仲茶香气组分及感官评价

杜仲叶中香气组分在制作成茶后会发生很大变化，不同香气成分具有不同的气味特征，包括醛类、脂类、吡嗪类、酮类、醇类等化合物。

杜仲茶和杜仲叶的香气组分[91-92]见表3。

表3 杜仲茶和杜仲叶的香气组分

目前，较多采用模糊数学法评价杜仲茶感官品质指标，避免个人主观感受造成的试验误差。杜仲茶感官最佳表现为茶叶色泽青郁翠绿、气味浓厚香醇、汤色翠绿明亮、滋味鲜爽甘甜、叶底匀齐绿润。茶的汤色主要受叶绿素、茶红素和茶黄素三者比例影响，叶绿素含量偏高，汤色偏嫩青、清澈；茶红素含量高，茶黄素含量偏低，汤色更加偏红、明亮；茶黄素含量偏高，茶红素含量低，汤色则较泛黄、暗淡[7，25]。要提高杜仲茶中茶红素含量，可选择复火，但要注意控制好温度和时长，防止茶叶焦化引起汤色浑浊。杜仲叶中黄酮类、酚类化合物是杜仲茶具有保健作用的主要成分，但因色偏黄、偏暗，味偏苦涩，对杜仲茶汤色、滋味有着不利影响，要保证杜仲茶的感官品质，必须要控制茶中黄酮类、酚类化合物含量低于一定水平[25]。蛋白质、氨基酸是杜仲茶滋味醇厚偏甜、鲜嫩爽口的主要来源，适当提高杜仲茶中蛋白质、氨基酸含量能使杜仲茶滋味醇厚、香甜，保证活性成分具有保健作用的同时，也要调节茶中氨基酸、蛋白质含量在合适比例，提高杜仲茶滋味鲜醇度。聚合物分散性指数（PDI） 与茶的甜度、回甘程度呈显著正相关，作为评价杜仲茶滋味的有效指标之一，PDI 值可以通过激光粒度仪测定[93]。

4 结语

目前，杜仲茶研发工艺的技术性问题集中表现在：第一，现有杜仲茶制作加工依据传统工艺，一些关键工艺及其参数多依靠感官经验，这造成了茶叶质量不稳定的问题；第二，在工艺创新上，杜仲茶滋味的青涩都将会成为影响市场接受的最大障碍，亦是后续研究制作工艺上的最大突破口；第三，杜仲茶部分活性成分是非水溶性，现有工艺在提高活性成分水溶解率上有一定难度。如何改善这些问题是提高杜仲茶国内市场接受度的关键，还有一些创新工艺有望在今后杜仲茶制作中发挥作用，如蒸汽爆破技术在解构杜仲器官结构、提高活性成分产量上已有极具潜力的应用前景，未来将会与杜仲茶制作工艺促成更好地结合。尽管杜仲茶中活性成分的对应功效已有阐述，但在临床研究上，尚未对这些功效得出一致结果。体外研究并不等同于体内功效，在论述杜仲茶保健功效时，还有待在临床进行后续探究。作为保健型饮品，杜仲茶安全无毒，但过度饮用或空腹饮用仍可能会引起胃部或肠道不适，临床研究时还应避免人类生活方式对杜仲茶保健效果产生的不可预测影响，以茶为基础的补充剂对人体微量营养素产生不利影响的可能[94]。同时，杜仲茶产生的保健效果所需的最低剂量暂未明确，如依靠每天定剂量的杜仲茶达到减轻体重或缓解慢性疾病效果的可行性。由于杜仲茶产业缺乏知名度高、特色鲜明的龙头级产业，产品宣传力度弱、知名度低，杜仲茶在国内保健茶市场不占优势。今后生产过程中，应重视活性成分含量的提高及感官品质评价方法，深入研究长期饮用杜仲茶对肠道微生物代谢的影响，结合饮茶者的饮食、体力活动、遗传多态性及吸烟状况等因素，以更持续的研究、更有力的试验对杜仲茶的制作工艺及其保健功效进行详细论证，创新并确立杜仲茶的工业化生产工艺，开发出调理、预防人体多种疾病的保健型杜仲茶。