茶葉化學與健康 黄耀文講座教授食品科學系國立台湾海洋大學
茶葉中的水溶性物質約占茶葉乾重的 35%, 如以標準泡茶法 (3 克茶沖泡 150 毫升沸水, 浸泡 5 分鐘 ) 沖泡 3 次, 約可溶出茶中 60% 的可溶成分 以飲用第一泡茶為例, 喝一杯茶可攝取兒茶素類約 10 70 毫克 咖啡因約 40 毫克 游離胺基酸約 5 毫克 以及多種礦物質約 30 毫克 茶葉中含維生素 B1 及 B2 C 葉酸 菸鹼酸 生物素和肌醇等 可溶性礦物質, 約占乾重的 5 6%, 其中 60 70% 是可溶於熱水的, 因此茶湯屬於一種鹼性飲料, 灰分鹼度是 9.40, 可幫助體液維持鹼
礦物質
醣類
脂
咖啡因
咖啡因 咖啡因是一種中樞神經的刺激物, 也是支氣管的和緩擴張劑, 具有利尿作用, 是心臟肌肉的刺激物, 且可加速脂肪裂解的代謝作用 咖啡因占茶湯可溶成分的 8 10 %, 通常一天攝取 300 毫克咖啡因對大多數成年人來說並無害處 但如對咖啡因敏感時, 必須限制咖啡因的攝取
喝咖啡時咖啡因進入大腦的速度較快 喝茶時則比較慢, 有三大原因 : 第一 : 茶的咖啡因較少 第二 : 茶多酚可經由氫鍵的結合, 把一些咖啡因抓住, 使其不容易通過血腦屏障而進入大腦 第三 : 茶中含有茶胺酸, 對於大腦受到咖啡因激發的系統有抑制作用, 因此抵消了一些咖啡因的毒性
氨基酸 茶氨酸
茶氨酸 (L-THEANINE) 是茶葉中特有的遊離氨基酸, 茶氨酸是谷氨酸 γ- 乙基酰胺, 有甜味 茶氨酸含量因茶的品種 部位而變動 茶氨酸在干茶中占重量的 1%-2% 茶氨酸在化學構造上與腦內活性物質谷酰胺 谷氨酸相似, 是茶葉中生津潤甜的主要成份 茶氨酸含量約為新茶的 1~2% 左右, 其含量隨發酵過程減少 茶氨酸可以明顯促進腦中樞多巴胺 (dopamine) 釋放, 提高腦內多巴胺生理活性 多巴胺是一種神經傳達物質, 因此由這種神經傳達物質控制的腦部的疾病也有可能因此得到調節或預防 茶氨酸能使人放鬆 镇静, 具有緩和咖啡因引起中樞過度興奮作用
茶氨酸
Y- 胺基丁酸 茶葉在製作過程中如經厭氧發酵, 能產生一種特別風味的茶, 稱為 γ- 胺基丁酸茶, 其中至少含 0.15% 的 γ- 胺基丁酸 已有許多研究報告證實 γ- 胺基丁酸具有降血壓及解酒的功效, 目前這種茶葉已引起業界的注意, 並正在推廣中
兒茶素類基本結構
兒茶素類 多元酚類是茶葉中含量最多的可溶性物質, 約占茶葉乾重的 30%, 其中主要部分是兒茶素類 茶中的兒茶素類屬於一種混合物, 是茶湯中苦 澀味的主要來源, 也是決定茶葉品質優劣的重要因子之一 在茶葉中含量較多的兒茶素有 6 種, 其中含量最高且為茶葉中特有的兒茶素是 epigallocatechin gallate(egcg)
EC EGC EGCG 兒茶素 ( 英文 :Catechin), 称茶单宁, 兒茶酚, 是茶叶中黄烷醇类 ( 黃烷 -3- 醇 ) 物质的总称, 兒茶素是茶多酚中最重要的一种, 约 75% 到 80%
表没食子兒茶素没食子酸酯 表兒茶素没食子酸酯 表没食子兒茶素 表兒茶素
吳國豪.2007
自由基轉換過程圖 Mitochondrion 氧化代謝 利用兒茶素類的抗氧化的能力來去除多餘的自由基 http://mag.udn.com/mag/campus/ forward.jsp?f_art_id=150214
TEA (CAMELLIA SINENSIS) Crushed tea leaves Polyphenol oxidase Oxidation, Polymerization HO Green Tea OH Black Tea 30-40% Catechins 3-6% Caffeine ~310 mg polyphenols per 6 ounces Ross, NIH HO OH O OR 2 R 1 3-10% Catechins 2-6% Theaflavins > 20% Thearubigens 3-6% Caffeine ~340 mg polyphenols per 6 ounces
Reactive Oxygen Species O 2 H 2 O 2 OH X TEA Endoplasmic Reticulum 内質網 Mitochondrion 粒腺体 Damage DNA, RNA Oxidize Proteins (enzymes, histones) Oxidize Lipids Activate Cell Suicide
兒茶素類生理功效 兒茶素類和其氧化聚合物 ( 主要著重在 EGCG) 具有 : 抗氧化 抗炎 抗菌 抗細胞突變作用 強化微血管活性 增加體內維生素攝取量 降低血液中膽固醇和低密度脂蛋白含量 防護輻射傷害 抑制血壓上升和抗過敏等
自由基 脂質蛋白質 DNA,RNA 慢性疾病如 : 心臟病 高血壓 動脈硬化 中風 糖尿病 心肌梗塞 心血管疾病 過敏 過敏 氣喘 白內障 癌症 老化
槲皮素素 表兒茶素
喝茶要分體質 六大茶類茶性不同, 對人體的影響也不同
按季節選茶 春夏季節應多喝綠茶 春天適合喝信陽毛尖和碧螺春, 這兩種綠茶都有生發作用, 可以緩解春困 夏天喝綠茶能清熱解毒 降低血脂 秋天最該喝青茶, 烏龍茶介於綠茶 紅茶之間, 茶性平和, 而且不寒不溫, 非常適合秋天飲用, 可以興奮神經, 使人神清氣爽 黑茶冬天喝最適合, 尤其是熟普洱茶, 茶性溫和冬天飲用最為合適 冬天寒氣重, 是陽氣閉藏的季節, 熟普洱可以生熱暖胃 另外, 普洱茶還具有一定的控制體重的作用 用低熱量的普洱茶, 代替日常的甜飲料, 可以控制熱量攝入
一天三杯茶 第一杯是早茶, 適合早飯後 9 點到 10 點飲用, 可以起到提神 排毒 抗疲勞的作用, 早茶最宜選花茶 第二杯是午茶, 在午飯或午覺後的 1 點到 3 點飲用最好 午茶可以適當濃一些, 綠茶具有抗氧化 清除自由基 抗病毒等保健功能, 最為合適 第三杯是晚茶, 適合晚飯後 6 點到 7 點喝, 紅茶有降血脂 助消化的功效, 是晚茶的最佳之選
茶葉的保健功效 自古以來茶即被認為是最好的保健飲料, 歷史上已有很多飲茶與保健的文字記載 例如 神農嘗百草 日遇七十二毒, 得茶而解之, 說明 茶 可以解毒 可當藥用 唐朝 本草拾遺 中提到 諸藥為各病之藥, 茶為萬病之藥, 可見茶的保健功能是多方面的
減緩衰老作用 人體隨著年齡的增長 ( 超過 35 歲 ), 各種清除自由基的酵素便逐漸衰退, 造成體內自由基過多, 而引發各種疾病並加速老化 不論綠茶 烏龍茶或紅茶, 所含的兒茶素類和其氧化物都已證實具有很強的抗氧化作用, 可中和身體內各部分所產生的自由基, 延緩老化 防止油脂氧化和改善過敏現象
預防齲齒 茶葉防齲, 一般認為是茶中 氟 的功能 氟元素可以取代牙齒中羥磷灰石的羥基成為氟磷灰石, 增強牙釉質對酸侵蝕的抵抗力 兒茶素類可明顯減少牙菌斑和牙周病指數, 但是對口腔中的其他微生物並沒有影響 因此茶中的兒茶素類與氟, 可對牙齒構成綜合性的防齲效果
降低血脂降血糖 飲茶具有降血脂的作用, 特別是具有降低低密度脂蛋白, 並提高高密度脂蛋白的功效效 茶湯中富含的 鉀 離子, 可促進血液中 鈉 離子的排除, 而達到預防高血壓的功效 健康人每日攝取 500 毫克兒茶素類,3 個月後舒張壓與收縮壓均有顯著下降 茶葉中的一些成分, 尤其是茶中抽出的水溶性雜鏈多醣化合物, 已被證實具有降血糖的效果
消脂瘦身 茶與茶多酚可抑制脂肪酸合成?(fatty acid synthase,fas),fas 是身體能量代謝的重要酵素, 動物實驗證明茶可降低三酸甘油酯 膽固醇與低密度脂蛋白, 同時也降低體重 抑制體中脂肪合成效果最好的是普洱茶, 烏龍茶次之 紅茶再次之, 至於最常被拿來廣告的綠茶, 抑制脂肪合成的效果反而最差
抗菌及抗病毒 唐宋時期的醫藥書籍中就已有記載茶的抗菌和抗病毒的功能 茶早被用來治療炎症, 近代科學研究認為兒茶素類對很多人體致病細菌, 如金黃色葡萄球菌 霍亂弧菌 大腸桿菌及肉毒桿菌等都具有抑制或殺菌的效果 ; 另一方面, 又不傷害腸內有益細菌族群如乳酸菌的繁殖, 因此有整腸的功能 中國大陸及前蘇聯臨床試驗曾用茶汁治療赤痢, 以抑制病原菌繁殖 日本臨床試驗以提煉出的兒茶素類治療濕疣, 並得到很好的治療效果 此外, 從紅茶中提煉出的兒茶素混合物, 能有效預防流行性感冒
保護腦神經細胞 以阿茲海默症來說, 已知與 β-amyloid Protein(β- 澱粉樣蛋白 ;Aβ) 的累積有關, Aβ 所引起的神經毒性會受到茶以及茶多酚抑制, 並且避免腦部產生過多破壞腦細胞的活性氧 (reactive oxygen species, ROS), 進而達到保護腦部的作用
防癌抗細胞突變 在日本曾針對靜岡縣某地區進行調查, 該地區胃癌死亡率較全國其他地區低許多, 其中可能原因之一, 是該地是日本著名茶區, 居民每日都飲用大量的茶 兒茶素類在體外 50 100 ppm 下, 可阻止 Pvroli 菌 ( 一種引起胃癌的細菌 ) 的增殖, 針對 34 名 Pvroli 菌帶原者, 每日給予 700 毫克純兒茶素並攝取一個月, 幾乎所有人的菌數都減少, 其中有 6 名痊癒 因此兒茶素可能對胃癌具有抑制的作用
抗輻射和紫外線 調查發現二次世界大戰時居住在廣島遭受輻射感染的日本人, 移居產茶區長期飲茶後, 其壽命比未移居產茶區者長, 且健康狀況也較好 同一時期法國與前蘇聯的研究, 證實茶中的兒茶素類對於照射鍶的小白鼠具有防護的效果, 認為兒茶素類具有防輻射的功能 在中國大陸, 進行放射治療時, 有時以茶濃縮液做為白血球增加劑使用 又根據動物試驗發現, 兒茶素類能抵抗由 UV-B 所引發的皮膚癌 美國一家公司根據這個原理研發出一種綠茶加工製成的粉底霜化妝品, 所標示的功能是預防紫外線輻射引起的皮膚癌以及皮膚早期衰老
有助強化骨質 國內成功大學附設醫院從民國 85 年起調查 497 位男性及 540 位女性, 從每兩年檢視結果顯示, 喝茶越多的人, 骨質密度越佳 在所有受訪者中, 喝茶 10 年以上者, 骨質密度最高, 喝茶 6 10 年者的髖骨密度比不喝茶的骨質密度高 2.3% 受訪者 9 成以上都是以喝烏龍茶和綠茶為主 這項結果與以往喝茶會導致骨質疏鬆症的觀念迥異
2015 年 4 月, 全國擁有 96 家分店的英式紅茶飲料店 英國藍, 有民眾喝了玫塊花冰茶後身體不適, 經過苗栗衛生局採樣化驗, 竟然驗出 12 項農藥殘留, 包括世紀之毒殺蟲劑 DDT, 它 40 幾年前就禁用了 英國藍驗出 12 項農藥殘留 www.chwa.com.tw/newciv/news/temp/201552084414.ppt
2014 年 10 月, 今周刊送驗 53 項產品 共 58 個樣本茶產品至台灣檢驗科技公司 (SGS) 進行檢驗
農藥不能輕忽! 芬普尼經動物實驗發現, 服下後會出現呼吸異常 身體顫抖 攝食量減少 肝腫大等情形, 並出現甲狀腺腫瘤, 人體長期大量接觸恐有風險 毆殺松在動物實驗後, 發現會引發肝癌, 長期暴露會產生頭痛 頭暈現象, 重度則有昏迷現象 賽果培在針對雄鼠和雌鼠的實驗中, 分別罹患甲狀腺癌和子宮頸癌 撲滅寧則是一種會干擾性荷爾蒙的藥劑, 長期暴露可能導致不孕 www.chwa.com.tw/newciv/news/temp/201552084414.ppt
為什麼茶葉要噴農藥? 茶葉本身的適應力很強, 不噴農藥也能正常生長, 那麼為什麼要噴農藥呢? 因為茶樹葉子是蟲的最愛, 尤其是嫩葉, 而用來做茶的部分就是最嫩的新葉, 茶農為了要確保產量 保護新葉, 就必須噴灑農藥 而農糧署和茶改會每年都會抽驗, 台灣茶的農藥殘留合格率高達 97%!
茶樹葉子是蟲的最愛 Insect on tea leaf: Homona magnanima Diaknoff Adoxophyes spp. Eumerta minuscula Butler Andraca bipunctata Walker Euproctis psendoconspersa (Strand) Helopeltis fasciaticollis Poppius Ceroplastes ceriferus Anderson Aleurocanthus spiniferus (Quaintance) Dendrothrips minowai Priesner Tetranychus kanzawai Kishida Oligonychus coffeac Nietner
越南茶葉 越南茶葉佔進口量的 70%, 因為價格便宜, 平價茶飲店很愛用, 檢驗出有過量農藥殘留的多是進口茶葉 理論上大陸茶不得進口台灣, 但的商人還是迂迴的引進來, 而大陸的農藥規範和台灣不同, 部分台灣禁止的農藥, 對岸茶農可能都還在使用 有些店家雖然標榜使用台灣茶, 但其實裡面混合進口茶葉來降低成本, 所以便宜的茶飲都要多家小心
SURVEILLANCE OF PESTICIDES IN TEA Organization Event Note Year Department of Food Technology and Quality Control, Nepal 29.7% (22/74 tea samples) Parathion: 2.7% (0.2-2.5 ppm)* 1995-2004 Food Standards Australia New Zealand 21/55 tea samples: 7/17 green tea, 8/20 black tea, and 6/18 herbal tea Chlorpyrifos 2003 Residues in herbal tea and health tea Pesticide Residues in Tea in Asia High level residues in flower and roast tea Residues exceed regulation levels based on the Food Sanitation Law Chlorpyrifos 1999
CHEMICAL PROPERTIES Chlorpyrifos Parathion note ADI * (Acceptable daily intake) Toxicity class 0.01 mg/kg b.w. 0.004 mg/kg b.w. WHO (a.i.) II 1 EPA (formulation) II 2 WHO (a.i.) Ia 1 EPA (formulation) I 2 * The amount of chemical consumed everyday with no harm occur 1 WHO I a: extremely hazardous; II: moderately hazardous; 2 EPA I: most toxic; II: moderate toxic Field DT* 50 33-56 d < 3 months * DT 50 = time for 50% loss; half-time Solubility (water) 1.4 mg/l (25 ) 11 mg/l (20 ) Reference: Tomlin, 2003
MOST COMMONLY USED PESTICIDES (unit: millions of pounds) Ref: EPA, 2001
PESTICIDES TRANSFERRING TO TEA BREW Reference: Jaggi, 2001
RETENTION TIME OF GC/NPD CHLORPYRIFOS PARATHION 12.98 12.99 (Min) (Min)
RETENTION TIME OF GC/ECD Chlorpyrifos RT: 3.06 (min) Co-injection Parathion RT: 3.30 (min)
PRINCIPLE OF RAMAN SPECTROSCOPY http://newton.ex.ac.uk/research/biomedical/optics/images/raman.jpg
FIBER RAMAN SPECTROSCOPY SETUP
WORKING IN THE CLEAN ROOM
A TYPICAL SEM IMAGE OF AG NANOROD ARRAY. THE AG NANORODS HAD AN AVERAGE LENGTH OF 868 ± 95 NM AND AN AVERAGE DIAMETER OF 99 ± 29 NM 2μm
SUBSTRATE TRANSLATION/ROTATING FOR MORE REPRODUCIBLE SPECTRA A custom built powered translation stage (i.e. laboratory shaker) is used to improve the point-topoint reproducibility of our SERS substrates J. Abell 2009
IDENTIFICATION OF PARATHION AND CHLORPYRIFOS Carbonaceous adsorbed onto the substrate during fabrication or storage in ambient condition C-C stretching in protein P-(O-R) 2 C-H wag P=S 932 NO 2 859 C=C phenyl 647 1160 1328 1580 Cl-ring C-N P=S P-(O-R) 2 C-H wag C=C phenyl 653 691 851 1160 1343 1575
O1c: organic green tea spiked chlorpyrifos O1p: organic green tea spiked parathion O1: organic green tea
DATA ANALYSIS AND TREATMENT ORIGIN SOFTWARE 8.0 used to do spectra plotting, peak detection, and normalization UNSCRAMBLER 9.7 used to do Principle component analysis (PCA)
T1: green tea 1 T2: green tea 2 O1: organic green tea
美國專利 US Patent #7880876 "Methods of use for surface enhanced raman spectroscopy (SERS) systems for the detection of bacteria Yiping Zhao, Richard A. Dluhy, Ralph A. Tripp, Yao-wen Huang, Hsiao Yun Chu, and Liu, Yongjun
SANITATION OF TEA PROCESSING FACILITIES Standard Sanitation Operating Procedures (SSOP) needed to be established in small and medium size tea processing facilities Fermentation procedures for the Pu Erh Tea ( 普洱茶 ) need to be controlled
MORE FOOD SAFETY ISSUES (1) Illegal uses of Talc (Magnesium silicate, Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 in tea to make so called Tea pearl 茶珠 (Gunpowder)
MORE FOOD SAFETY ISSUES (2) Illegal uses of Lead Chrome Green PbCrO 4 xpbso 4 yfekfe(cn) 6 in tea product: Bi-Lou-Ceng 碧螺春
TEA BAG MADE BY NYLON Made with paper or PET? Material of tea bag in hot water
茶受落葉劑污染 戰時美軍在越南大量使用了化學武器 : 落葉劑 落葉劑的副產物便是 Dioxin, 也就是俗稱的戴奧辛, 毒性會在土壤中殘留非常久 ( 超過 80 年 ), 茶樹從根部吸收, 比系統性農藥更毒, 含有生殖毒性 內分泌毒性與免疫系統抑制作用
茶葉的另一疑慮 : 茶精 為了讓產品更有風味, 現在許多食物都會加很多食品用的人工添加物, 比如飲料店的蜜茶其實是蜂蜜香精加麥芽糖, 很多進口的低價茶風味較差, 所以廠商會加茶精, 就是化學合成的茶香精 茶精是由上游供應商噴在茶葉上的 有些人會對茶精過敏, 長期吃茶精會造成肝腎負擔, 還有不肖業者將有致癌可能的成分加進茶裡提香, 如香豆素
便利商店的茶 茶飲料大都只標示添加了茶葉萃取物, 沒有明確顯示這所謂的茶葉提取物究竟是哪種, 甚至無法確認是不是茶多酚? 茶多酚的含量究竟有多少? 它的茶味是來自於原料茶還是茶味香精無從知曉 即使真是茶多酚, 也不具備綠茶 紅茶一般具有的降低膽固醇 利尿 解毒等功效, 充其量只是對口感有所改變
有機農業 根據農委會的定義 : 有機農業是遵守自然資源循環永續利用原則, 不允許使用合成化學物質, 強調水土資源保育與生態平衡之管理系統, 並達到生產自然安全農產品目標之農業 2007 年 1 月, 農委會開始實施 農產品生產及驗證管理法, 有機農業 及其產品即納入政府的法律規範
有機茶 茶園有機栽培的意義 : 避免使用化學合成農藥及化學肥料來生產茶葉, 它的目的是在於維護耕作者及消費者的健康, 保護地球的生態環境 茶園有機栽培 : 使用有機質肥料來供給茶樹生長所需的養分, 同時將農產廢棄物加以有效資源化利用 ; 病蟲害的防治則需採用非農藥的防治包括生物防治 人工捕捉 物理防治及栽培管理控制的方式 ; 雜草的防治亦需採用非農藥之方式如 : 機械及人工除草 種植綠肥與地面敷蓋等 茶園有機栽培之經營者應作各項栽培管理作業之記錄, 並參加有關機關或團體之認證作業, 獲得有關 有機茶葉 產品之標誌, 以利產品之銷售
有機茶葉的認證 純有機栽培茶園 : 不可使用合成化學肥料或生長調節劑資材, 而使用不受汙染有機質肥料或種植綠肥作物, 時間長達三年以上者, 才可稱為純有機茶產品 生產過程經由茶改場技術指導及調查, 確認係依照農林廳訂定之農作物有機栽培實施準則及田間管理方法栽培, 並有完整之管理記錄者 採收茶葉成品由茶改場各地區負責人依規定至試作農戶抽樣, 送交農藥所或相關單位檢驗, 確認無農藥殘留, 並附有檢驗報告資料者 產品符合有機農產品之規格者
REFERENCES M. Solanki 2012 http://ejournal.stpi.narl.org.tw/nsc_index/j ournal/ej0001/9407/9407-13.pdf www.chwa.com.tw/newciv/news/temp/20 1552084414.ppt