FSHW | 祁门红茶的茎与叶：化学成分特征及抗炎活性的比较

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Abstract

本研究旨在对比祁门红茶中茎与叶的化学成分，以及二者对RAW264.7巨噬细胞的抗炎作用。研究人员在红茶的茎和叶中共鉴定出50种挥发性化合物，其中醛类、醇类和酯类是主要的挥发性化合物类别。此外，存在11种关键挥发性化合物（包括香叶醇、苯乙醛、水杨酸甲酯、芳樟醇等），这些化合物是区分红茶茎与叶的重要依据。在定量分析和基于液相色谱-质谱的代谢组学分析中发现，红茶茎中的氨基酸、单糖和奎宁酸含量高于叶；与之相反，叶中的茶色素、黄烷-3-醇、没食子酸、嘌呤生物碱和黄酮醇苷含量则高于茎。基于液相色谱-质谱的代谢组学分析还显示，有机酸是导致红茶茎与叶差异的最关键非挥发性化合物。进一步研究表明，在脂多糖诱导的RAW264.7巨噬细胞模型中，红茶茎对促炎细胞因子（白细胞介素-1β和白细胞介素-6的抑制效果优于叶；但在抑制肿瘤坏死因子-α和一氧化氮分泌方面，红茶茎与叶之间无显著差异。综上，本研究结果证实，祁门红茶茎可作为一种新型抗炎化合物来源。

Introduction

红茶是全球消费量最广的饮品之一，约占全球茶叶消费量的70%，且具有独特的口感与香气。祁门红茶产自中国安徽省祁门县及周边地区，与阿萨姆红茶、大吉岭红茶、锡兰红茶并称为世界四大名茶。祁门红茶以其独特且优良的香气特征——“祁门香”而闻名，这种香气可描述为浓郁的甜香中带有花香。

红茶茎作为茶叶加工的副产物之一，因其尺寸和颜色可能导致茶叶外观不均匀、观感不佳，在生产过程中常被去除。然而，近期研究表明，红茶茎中含有大量有益化合物，具有极大的利用潜力。

例如，烘焙红茶茎中的吡嗪类化合物、香叶醇及芳樟醇含量高于烘焙红茶叶，这使得烘焙茎茶的风味比红茶叶更浓郁。另一项研究发现，在乌龙茶加工过程中，茶茎的存在可显著提高香气成分中橙花叔醇的含量，这一结果证实了茶茎对乌龙茶品质的提升作用。该研究还指出，茶茎能显著增强乌龙茶的鲜味。

与此类似，研究表明，六安瓜片茶的茎与叶的浸液呈现出截然不同的风味特征：叶浸液更苦、更涩，而茎浸液则更甜，且鲜味更浓郁。此外，已有多项研究也强调了茶茎具有抗氧化活性和抗遗传毒性活性。

尽管多数研究聚焦于茶茎的健康益处、香气及口感，但茶的茎与叶的茎（尤其是红茶的叶与茎）在化学特性上的差异尚未完全阐明。因此，本研究采用顶空-固相微萃取-气相色谱-串联四极杆质谱和液相色谱-四极杆飞行时间质谱技术，对红茶的叶与茎进行了全面的化学分析，并运用多变量统计方法筛选二者间的化学差异。此外，本研究还对比了红茶的茎与叶的生物活性（即抗炎特性）。该研究为茶茎作为功能性原料再利用、助力提升红茶品质特性提供了有益参考。

Results

叶与茎的挥发性化合物

叶与茎中主要的挥发性化合物类别为醛类、醇类和酯类（图1），三者分别占总挥发性化合物的44.7%～49.9%、21.9%～24.7%和12.6%～13.5%。

尽管茎与叶中各类挥发性化合物的占比极为相似，但茎中大多数挥发性化合物的相对含量均低于叶（图1）。通过方差分析（ANOVA）结合邓肯多重比较检验（Duncan’s test）可知，茎与叶中的挥发性化合物存在显著差异（P＜0.05）（图1）。

图1 （A）总挥发性化合物、（B）醛类、（C）醇类、（D）酯类、（E）杂环化合物、（F）氧化物、（G）酮类、（H）萜类及（I）含硫化合物的相对含量。（J-M）不同类型挥发性化合物的占比：（J）红茶茎（TS）、（K）红茶1级（BT1）、（L）红茶2级（BT2）、（M）红 3级（BT3）

主成分分析得分图显示，茎与叶样本可实现清晰区分（图2A）。主成分分析载荷图则表明，（E）-2-己烯-1-醇、1-己醇、柠檬烯、癸醛、香叶醇、苯乙醛及水杨酸甲酯这7种化合物在茎与叶中的含量差异显著，且仅（E）-2-己烯-1-醇、1-己醇、柠檬烯和癸醛这4种化合物在茎中的含量高于叶（图2B）。

图2 （A）主成分分析（PCA）得分图；（B）主成分分析（PCA）载荷图；（C）正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）得分图；（D）红茶的叶与茎样品中挥发性化合物的变量投影重要性（VIP）值

由图2D可知，香叶醇、苯乙醛、水杨酸甲酯、芳樟醇、2-甲基丁醛、（E）-2-己烯醛、2-乙基呋喃、己醛、2-庚酮、苯甲醛及反式芳樟醇氧化物（呋喃型）这11个变量的VIP值均大于1，被确定为区分茎与叶的关键挥发性化合物。

红茶叶与茶茎的非挥发性化合物

尽管已有部分关于茶树叶片与茎化学差异的研究，但针对加工后红茶叶片与茶茎的对比研究尚未开展。为全面探究加工后红茶叶片与茶茎的差异，本研究采用质谱联用代谢组学分析方法，对两者中低分子量化合物（分子量＜1500 Da）的差异进行了比较。研究通过多元统计方法和OPLS-DA筛选叶片与茶梗间的化学差异物质。如图3A所示，多元统计分析将茎样品归为一个独立组，而其余叶样品归为另一组，这表明红茶茎与叶具有不同的化学组成特征。

图3 （A）主成分分析（PCA）得分图；（B）红茶的叶与茎样品的S型图（S-plot）

研究采用了基于OPLS-DA模型得到的S型图（图3B）。根据化合物的贡献度（VIP值表示），部分有机酸、氨基酸、黄烷-3-醇、黄酮醇苷及单宁被鉴定为关键差异化合物，其VIP值均大于3.5。

为进一步对比茎与叶中标志性化合物的丰度，研究将这些标志性化合物的质谱（MS）强度以热图形式呈现（图 4）。

图4 祁门红茶叶与茎中标志性化合物的热图

抗炎活性

本研究评估了红茶的茎与叶对脂多糖（LPS）诱导的RAW264.7巨噬细胞中促炎介质生成的抑制作用。由图5可知，茎和叶均能以剂量依赖性方式下调一氧化氮（NO）及促炎细胞因子（白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α））的生成。

图5 红茶中茎与叶的抗炎活性

在对IL-1β和IL-6的抑制作用方面，茎的抑制效果显著高于叶；然而，在抑制TNF-α和NO这两种促炎因子的生成方面，叶与茎之间未表现出明显差异。

尽管红茶茎中的TFs含量低于叶，但却含有更高水平的奎宁酸、苹果酸及部分阿马多里产物。对比茎与叶的抗炎效果可知，茎展现出更优的抗炎活性，这提示茎的生物活性物质应来源于其他代谢产物。

红茶茎作为高档红茶生产过程中的副产物，通常会被直接丢弃；但本研究发现，红茶茎也可作为提取生物活性化合物的原料，具有潜在的利用价值。

Conclusion

本研究围绕化学成分特征与抗炎活性，完成了红茶的茎与叶的对比分析，揭示了二者在挥发性成分与非挥发性成分上的显著差异。在挥发性成分方面，醛类、醇类和酯类是红茶中茎与叶共有的主要挥发性化合物类别，其中香叶醇、苯乙醛、水杨酸甲酯和芳樟醇是区分茎与叶的关键挥发性化合物。已有研究表明，这4种化合物是构成“祁门香”的重要挥发性成分，且其在红茶茎中的含量低于红茶叶。在非挥发性成分方面，红茶叶中茶色素、儿茶素、嘌呤生物碱、黄酮醇苷及没食子酸的含量更高；与之相比，红茶茎中氨基酸、单糖及奎宁酸的含量更高。这些成分差异使得茎与叶的浸液在色泽和抗炎活性上呈现出不同特征：叶浸液的红度更高，但对促炎细胞因子IL-1β和IL-6的抑制效果低于茎浸液。本研究结果为通过调配红茶的叶与茎来生产不同风味的茶产品提供了理论依据。

Keemun black tea stems and leaves: comparison of chemical characterization and anti-inflammatory activities

Mengting Zhua,b,1, Xiaoqing Ronga,b,1, Mingchun Wena,b, Piaopiao Longa,b, Zongde Jianga,b, Wen Xuc, Daniel Granatod,*, Liang Zhanga,b,*

a State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China

b International Joint Laboratory on Tea Chemistry and Health Effects of Ministry of Education, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China

c Key Laboratory of Quality Evaluation of Chinese Medicine of the Guangdong Provincial Medical Products Administration, the Second Clinical College, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510006, China

d Bioactivity & Applications Lab, Department of Biological Sciences, Faculty of Science and Engineering, University of Limerick, Limerick V94 T9PX, Ireland

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

This work aims to compare the chemical composition and anti-inflammatory effects on RAW264.7 macrophages of Keemun black tea stems and leaves. A total of 50 volatile compounds were identified in tea stems and leaves, and aldehydes, alcohols, and esters were the main volatile compound categories. There were 11 key volatile compounds, including geraniol, benzeneacetaldehyde, methyl salicylate, linalool, etc. contributed to distinguishing the tea stems from the tea leaves. In the quantitative and liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS)-based metabolomics analysis, higher contents of amino acids, monosaccharides, and quinic acids were found in stems than those in leaves. Inversely, higher contents of tea pigments, flavan-3-ols, gallic acid, purine alkaloids, and flavonol glycosides were present in tea leaves than in stems. LC-MS-based metabolomics also revealed that organic acids were the most critical non-volatile compounds responsible for the differences between tea stems and leaves. Furthermore, tea stems had better inhibiting effects of pro-inflammatory cytokines (interleukin (IL)-1β and IL-6) in lipopolysaccharide-challenged RAW264.7 macrophages than tea leaves, while no significant differences exist between leaves and stems for inhibiting the secretion of tumor necrosis factor α (TNF-α) and NO. In conclusion, our results support using Keemun black tea stems as a novel source of anti-inflammatory compounds.

Reference:

ZHU M T, RONG X Q, WEN M C, et al. Keemun black tea stems and leaves: comparison of chemical characterization and anti-inflammatory activities[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(4): 9250100. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250100.

翻译：王立磊（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。

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