茶葉中的生物堿

茶,是中華民族的國飲,也是風靡世界的三大飲料之一。茶、咖啡、可可為世界三大無酒精飲料,其中的共同成分非咖啡堿莫屬。

咖啡堿(又稱咖啡因)、可可堿和茶堿是茶葉中的主要生物堿。三種生物堿都屬于甲基嘌呤類化合物,是一類重要的生物活性物質,也是茶葉的特征性化學物質之一。

在茶葉中主要以咖啡堿為主占幹物質含量的2%~4%,可可堿次之,占0.05%,茶堿占0.002%。它們的藥理作用也非常相似,均具有興奮中樞神經的功效。

一、咖啡堿

咖啡堿屬于甲基黃嘌呤類生物堿,其化學名是1,3,7-三甲基黃嘌呤或3,7-二氫-1,3,7-三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。純的咖啡堿是具有絹絲光澤的白色針狀結晶,且有強烈苦味的粉狀物,在強光和高溫下穩定性較差。熔點為235℃~238℃(大量升華);易溶于水,尤其易溶于熱水,其水溶液呈弱堿性;易溶于氯仿、二氯甲烷等;能溶于乙醇、丙酮、醋酸乙酯;難溶于苯。是重要的醫藥原料咖啡堿在120℃以上的溫度下開始升華,180℃時大量揮發。綠茶在制造過程中,因經高溫處理,咖啡堿部分升華而有所減少,故綠茶中咖啡堿含量低于紅茶。茶樹芽葉中咖啡堿含量随鮮葉的粗老而降低,成品茶的級别基本上與成品茶中的咖啡堿含量呈正相關。茶葉中咖啡堿的含量與茶樹的品種和生長環境有關,大葉種茶樹和覆下茶園茶樹的芽葉咖啡堿含量較高,一般南方品種含量多于北方,同一地域,夏茶比春茶含量高。咖啡堿可作為鑒别真假茶的特征成分之一。

1,咖啡堿對茶湯滋味的影響

茶葉中的咖啡堿對茶葉滋味的形成有重要作用。茶湯中咖啡堿過多,則有辛苦味。紅茶湯中出現的“冷後渾”就是咖啡堿與茶葉中的多酚類物質生成的大分子絡合物,是衡量紅茶品質優劣的指标之一。咖啡堿為誘發形成冷後渾的主要物質,冷後渾的形成能力與其濃度呈正相關關系。

2.咖啡堿的體内代謝

攝入人體的咖啡堿在攝取後45分鐘内被胃和小腸完全吸收。吸收後可分布于身體的所有器官之中,轉化過程符合化學動力學一級反應。咖啡堿的代謝在肝髒中發生,由細胞色素P450氧化酶系統氧化脫甲基,形成三種不同的二甲基黃嘌呤,這三種二甲基黃嘌呤對身體有不同的作用,其中副黃嘌呤(1,7-二甲基黃嘌呤,84%)能夠加速脂解,導緻血漿中的甘油及自由脂肪酸的含量增加。其他兩種二甲基黃嘌呤為可可堿(12%)和茶堿(4%)。咖啡堿脫下的甲基,可通過四氫葉酸做載體,在相應酶的作用下,轉移到其他化合物中,如膽堿等。而副黃嘌呤有兩種去向,一是繼續分解至尿酸,很快排出體外;另一是可能轉化為其他嘌呤核苷酸被再利用。

咖啡堿的半衰期,即身體轉化所攝取咖啡堿的一半所用的時間,在不同個體之間差異較大,主要和年齡、肝功能、懷孕與否、同時攝入的其他藥物以及肝髒中與咖啡堿代謝有關的酶的數量等有關。一個健康成人的咖啡堿的半衰期大約是3~4個小時,在口服避孕藥物的女性體内則延長至5~10個小時,在已懷孕的女性體内則為9~11個小時。當某些個體患有嚴重的肝髒疾病時,咖啡堿會累積,半衰期延長至96個小時。嬰兒或兒童的咖啡堿的半衰期可能大于成年人,在一個新生嬰兒的體内可能會長至30個小時。某些其他因素也會縮短咖啡堿的半衰期,比如吸煙。

3.咖啡堿的生物活性

咖啡堿的作用極為廣泛,會影響人體腦部、心髒、血管、胃腸、肌肉及腎髒等各部位功能适量的咖啡堿會刺激大腦皮層,促進感覺判斷、記憶、感情活動,使心肌機能變得較活潑,血管擴張,血液循環增強,并提高新陳代謝功能;咖啡堿也可減輕肌肉疲勞,促一迸消化液分泌。由于它也會促進腎髒功能,幫助将體内多餘的鈉離子(阻礙水分子代謝的化學成分)排出體外,所以在利尿作用提高的前提下,咖啡堿不會像其他麻醉性、興奮性物(麻醉藥品、油漆溶劑、興奮劑之類)那樣蓄積在體内,約兩個小時左右便會被排洩掉。早期的研究認為,較高濃度的咖啡堿具有緻突變作用和積累性作用,對此進一步的研究證明,茶葉中的咖啡堿不但不會緻突變,反而具有抗突變的效果。然而,在飲茶不當而引起的弊病中,許多還是與茶葉的咖啡堿有關。由于茶葉中存在多酚類物質,所以其所含的咖啡堿與合成咖啡堿對人體的作用有很大的區别合成咖啡堿對人體有積累毒性,而茶葉中的咖啡堿7天左右便可以完全排出體外。存在于茶湯或茶葉提取物中的咖啡堿,由于其較低的濃度及與其他成分的相互制約,對人體健康應該是安全的,并對茶葉的提神、抗疲勞、利尿、解毒等功能作出主要貢獻。但如果不合理地飲茶,咖啡堿也有可能危害健康。

咖啡堿的主要生物活性表現在以下幾個方面。

(1)對中樞神經系統的興奮作用目前的許多研究表明,咖啡堿能興奮中樞神經,主要作用于大腦皮質,使精神振奮,工作效率和精确度提高,睡意消失,疲乏減輕,較大劑量能興奮下級中樞和脊髓。咖啡堿刺激中樞神經的機制如下:神經遞質(第信使)作用于細胞膜上的受體,激活了膜另一側的腺苷酸環化酶,被激活的腺苷酸化酶催化三磷酸腺苷(ATP)形成環磷酸腺苷(cAMP)。cAMP又稱做第二信使,能起細胞内一系列生化反應。磷酸二酯酶能水解cAMP生成5′-磷酸腺苷(5′-AMP而失活。咖啡堿的作用在于能抑制磷酸二酯酶的活性,從而提高了cAMP的濃度水平和細胞内生化反應的水平。

(2)助消化,利尿咖啡堿可以通過刺激腸胃,促使胃液的分泌,從而增進食欲幫助消化。咖啡堿可以直接影響胃酸的分泌,也能夠通過刺激小腸分泌水分和鈉。咖啡堿的利尿作用是通過腎促進尿液中水的濾出率而實現的。此外,咖啡堿對膀胱的刺激作用也協助利尿。茶咖啡堿的利尿作用也有助于醒酒,解除酒精毒害。因為茶咖啡堿能提高肝髒對物質的代謝能力,增強血液循環,把血液中的酒精排出體外,緩和與消除由酒精所引起的刺激解酒毒;同時因為咖啡堿有強心、利尿作用,能刺激腎髒,使酒精從尿液中迅速排出。

(3)強心解痙、松弛平滑肌一據研究,如果給心髒病人喝茶,能使病人的心髒指數、脈搏指數、氧消耗和血液的吸氧量都得到顯著的提高,這些主要與咖啡堿的松弛平滑肌的作用密切相關。咖啡堿舒張平滑肌的作用機制是:機體中cAMP和環磷酸鳥苷酸(cGMP)之間存在着平衡,細胞中cAMP濃度高則平滑肌舒張,cGMP濃度高則平滑肌收縮。咖啡堿抑制了磷酸二酯酶的活性,提高了cAMP的濃度,則平滑肌舒張。咖啡堿具有松弛平滑肌的功效,從而可使冠狀動脈松弛,促進血液循環。因而在心絞痛和心肌梗死的治療中,茶葉可起到良好的輔助作用。

(4)影響呼吸咖啡堿對于呼吸的影響主要是通過調節血液中咖啡堿的含量而影響呼吸率。咖啡堿已經被用做防止新生兒周期性呼吸停止的藥物,雖然其中确切的機制還不是很清楚,但已知主要是咖啡堿刺激腦幹呼吸中心的敏感性,從而影響二氧化碳的釋放。此外,在哮喘病人的治療中,咖啡堿已被用做一種支氣管擴張劑。

(5)對心血管的影響咖啡堿可以引起血管收縮,但對血管壁的直接作用又可使血管擴張;可直接興奮心肌,使心動幅度、心率及心輸出量增高;長期攝入,可能會導緻人體對咖啡堿的耐受性。長期攝入咖啡堿,對于血壓的影響很小,甚至沒有影響;但是許多研究也表明,合理的攝入對血壓的升高有促進作用,有造成高血壓的危險性,甚至會對整個心血管系統造成危害。

(6)影響人體代謝作用咖啡堿促進機體代謝,使循環中兒茶酚胺含量提高,拮抗由腺嘌呤引起脂肪分解的抑制作用,使血清中遊離脂肪酸較正常水平升高50%~100%。

(7)咖啡堿有時也與其他藥物混合提高它們的功效咖啡堿能夠使減輕頭痛的藥的功效提高40%,并能使身體更快地吸收這些藥品,縮短起作用的時間。因此,很多治療頭痛的非處方藥品中包含有咖啡堿。咖啡堿也與麥角胺一起使用,治療偏頭痛和集束性頭痛,也能克服由抗組胺劑帶來的困意。

(8)消毒滅菌,抵禦疾病咖啡堿本身有滅菌及病毒滅活功能。茶中咖啡堿對大腸杆菌、傷寒及副傷寒杆菌、肺炎菌、流行性霍亂和痢疾原菌的發育都有抑制功能,特别對牛痘、單純性疱疹、脊髓灰質炎病毒、某些柯薩克腸道系病毒及埃柯病毒的活性有抑制效果。除了上述藥理功能以外,咖啡堿還具有抗氧化、抗癌變、抗過敏、消除羟基自由基,影響細胞周期、月經周期,提高記憶力等多種功效。

4.咖啡堿的負面效應

咖啡堿也存在負面效應,這主要表現在晚上飲茶可影響睡眠,對神經衰弱者及心動過速者等有不利影響。大劑量或長期使用也會對人體造成損害,特别是它也有成瘾性,一旦停用會出現精神萎頓、渾身困乏疲軟等各種戒斷症狀。雖然其成瘾性較弱,戒斷症狀也不十分嚴重,但由于藥物的耐受性而導緻用藥量不斷增加時,咖啡堿就不僅作用于大腦皮層,還能直接興奮延髓,引起陣發性驚厥和骨骼震顫,損害肝、胃、腎等重要内髒器官,誘發呼吸道炎症、婦女乳腺瘤等疾病,甚至導緻吸食者下一代智能低下,肢體畸形,因此也被列入受國家管制的精神藥品範圍。咖啡堿是一個中樞神經系統興奮劑,也是一個新陳代謝的刺激劑。由咖啡堿引起的精神紊亂包括咖啡堿過度興奮、咖啡堿焦慮症、咖啡堿睡眠失調及其他咖啡堿相關紊亂。

(1)咖啡堿引起過度興奮攝入過量咖啡堿,通常超過250mg(相當于2~3杯煮咖啡)就能夠導緻中樞神經系統過度興奮。咖啡堿過度興奮的症狀包括煩躁、神經過敏、興奮、失眠、臉紅、尿液增加、胃腸紊亂、肌肉抽搐、思維渙散、心跳不規則或過快以及躁動等。攝取極大劑量的咖啡堿會導緻死亡。對于實驗鼠,咖啡堿的半數緻死量(LD50)為192mg/kg體重。咖啡堿半數緻死量取決于體重和個人敏感程度,大概是150~200mg/kg體重。攝入過量咖啡堿可以導緻咖啡堿中毒,其症狀與上述的過度興奮症狀類似。有些人在每日服用250mg以下時就會有這些症狀。每天多于1g可以導緻痙攣,思維和語言突然轉換,心跳不穩、心動過速和精神運動性激越。咖啡堿中毒的症狀有點類似恐慌症和全面化焦慮症。

(2)咖啡堿焦慮症及睡眠失調長期過量地攝取咖啡堿會引起一系列的精神紊亂。其中兩種經美國精神病學協會驗證的是咖啡堿焦慮症和咖啡堿睡眠失調。

①大劑量的咖啡堿所導緻的焦慮足夠被臨床診斷發現。咖啡堿焦慮症會以不同的形式出現,如一般性焦慮失調、恐慌發作,強迫症甚至是恐懼症。因為這些症狀容易與基本神經失調混淆,比如恐慌失調,一般性焦慮失調、躁郁症甚至是精神分裂症。

②咖啡堿睡眠失調是指由一個個體有規律地攝取高劑量的咖啡堿所導緻的睡眠紊亂,并且能被臨床診斷所發現。在大腦中咖啡堿可以阻擋腺嘌呤核苷接受器。腺嘌呤核苷與它的接受器結合後可以減緩神經細胞的活動。一般在睡眠時兩者結合。咖啡堿分子與腺嘌呤核苷類似,可以與同一種接受器結合。但它不促使細胞活動降低,相反地,它阻止腺嘌呤核苷與它的接受器結合。其結果是神經細胞活動增強,而神經細胞分泌腎上腺素,腎上腺素又導緻心跳加快,血壓增高,肌肉中的血流量提高,皮膚和内髒的血流量降低,肝髒向血液釋放葡萄糖,其結果是嚴重影響睡眠。此外咖啡堿與氨基丙苯一樣可以提高腦内的神經遞質多巴胺。與其他刺激中樞神經系統的物質和酒精不同的是,咖啡堿的作用相當短。對大多數人來說,咖啡堿不影響他們的注意力和其他高級智力功能,因此含咖啡堿的飲料往往在工作場所飲用。

③長時間飲用咖啡堿可以導緻身體對咖啡堿的習慣化,假如此時中斷使用咖啡堿,身體會對腺嘌呤核苷過分靈敏,血壓會過度降低,導緻頭痛和其他症狀。最近的一些研究說明飲用咖啡堿可以降低獲得帕金森病的危險,但這個研究的結論還有待證實。

④咖啡堿與骨質流失及骨質疏松症有相關性。過量的咖啡堿同樣具有促進鈣排出、減少腸道鈣吸收和鈣鹽在骨中沉積的作用,其輕度利尿作用還會增加尿鈣排出。因此建議适量攝取咖啡、茶等飲料。

⑤咖啡堿攝入量過多會導緻體内膽固醇含量升高。美國研究人員對已發表的有關咖啡與人體内膽固醇含量關系的報道進行分析研究後得出:每天飲用咖啡6杯以上者體内低密度脂蛋白膽固醇的含量會升高,而高密度脂蛋白膽固醇的含量不會發生任何變化。

對人類來說,咖啡堿是安全的,但咖啡堿和其他與它類似的物質如茶堿等卻對其他動物毒性很大,比如對狗和馬,原因是這些動物肝髒的新陳代謝與人不同。

5.咖啡堿的應用

(1)在食品、飲料行業的應用

咖啡堿可以明顯增加碳酸飲料諸如可樂型飲料的風味和提高人的精神活力,已被160多個國家準許在飲料中作為苦味劑使用,70%以上的飲料以0.02%的濃度添入,很多國家的最大用量在100~200mg/kg。咖啡堿将作為一種純天然的添加劑更廣泛地應用于食品、飲料的生産中。

(2)在醫藥行業的應用

茶葉咖啡堿在醫藥上多用做興奮劑、強心劑、利尿劑和麻醉劑,也被廣泛用于臨床上的鎮痛、止血。相對于茶多酚來說,茶咖啡堿對人體保健的抗癌防癌還有協同作用。早在第二次世界大戰時咖啡堿就已被作為戰場上的止痛藥而得到應用,現在咖啡堿也常與解熱鎮痛藥配伍以增強其鎮痛效果,與麥角胺合用來治療偏頭痛。并且由于其具有極強的舒張支氣管平滑肌的作用,在哮喘病的治療中已被用做一種支氣管與溴化物合用治療神經衰弱的擴張劑。

(3)在日用化工行業的應用

利用咖啡堿緩解脂肪的局部沉積的功能,開發出減肥産品;利用其舒張血管,促進局部血液循環,改善代謝更新的功用,開發出緊膚、淡化黑眼圈、祛眼袋等系列産品,滿足了消費者(尤其是女性消費者)不同層次的消費需求。

(4)在其他領域的應用

咖啡堿還可用于複印紙、攝影、繪圖、油漆等工業,是化工、建材的重要原料。

二、可可堿

可可堿是一種生物堿,分子式C2H3N4O2,其化學名是3,7-二氫-3,7-二甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。它存在于可可和茶葉中,于1841年由沃斯克列先斯基發現。可可堿的熔點351℃,290℃升華;微溶于水和乙醇,幾乎不溶于苯、氯仿、石油醚、四氯化碳等溶液。它的化學性質與咖啡堿類似,其鹽類在水溶液中極容易分解成遊離堿和酸,而遊離堿則較穩定。可可堿具有利尿、興奮心肌、舒張血管、松弛平滑肌等作用。其半數緻死量(LD30)為200mg/kg(貓口服)。用途:磷酸二酯酶抑制劑;弱腺苷受體拮抗劑,平滑肌松弛劑。

茶堿

也是一種生物堿,分子式C7H3N4O2,其化學名是3,7-二氫-1,3-二甲基-1H嘌呤-2,6-二酮,1,3-二甲基黃嘌呤。它是茶中所含的白色不定形的結晶狀生物堿,為可可堿的異構體。白色結晶,水溶性8.3g/(20℃),1g能溶于120ml水,80ml乙醇,約110ml氯仿,溶于熱水、氫氧化鈉溶液和氨水,也溶于稀鹽酸及硝酸,難溶于乙醚。作用和結構都類似咖啡堿,具有松弛平滑肌、興奮心髒肌以及利尿的作用。茶堿類藥物對胃黏膜有刺激,口服易出現胃部不适、惡心、腹瀉等症狀,應飯後服用。用于治療哮喘病。茶堿還是一種磷酸二酯酶抑制劑,因此廣泛用于呼吸系統疾病的治療。茶堿的一般用量為口服4mg/(kg·次),每日3次,靜滴2-4mg/(kg·次),由于該藥

治療劑量與中毒劑量十分接近,因此用藥過程中易發生毒性反應,嚴重茶堿中毒還可緻死。

茶堿的藥理作用與血濃度有關。而其有效血濃度安全範圍很窄,如血濃度1020μg/ml時擴張支氣管,超過20ug/ml即能引起毒性反應。口服吸收不穩定,其在體内廓清影響因素多,且個體差異很大,血中的濃度較難控制,故易發生中毒。一次用量過大,或靜脈注射速度過快,或反複用藥其作用積累,均有發生過量中毒的可能。而且有時中毒症狀不易被發現,甚至誤診為由原有疾病本身所緻,并因此錯誤地進一步加大茶堿用量,釀成嚴重中毒。

茶堿中毒症狀有

①輕度中毒:惡心、嘔吐、頭痛、不安、失眠及易激動等;

②中度中毒:除上述反應外,出現心前區不适、心悸、心律失常或呼吸不規則等;

③重度中毒:可有室性心動過速、精神失常、驚厥、癫痫發作、昏迷,甚至呼吸和心髒驟停。嬰幼兒和老年人中毒症狀較成年人更為嚴重。

由表可知,茶堿的主要藥理作用與咖啡堿基本相似,但興奮高級神經中樞的作用比咖啡堿弱,而強心、擴張血管、松弛平滑肌、利尿等作用較咖啡堿強。而可可堿的主要藥理作用與咖啡堿、茶堿也基本相近,但興奮高級神經中樞的作用比上述兩者都弱,其利尿作用卻持久性較強。至于強心、松弛平滑肌的作用,甚于咖啡堿而次于茶堿