李曉敏,王 晴,檀馨悅,黎 琪,張曉琳
(中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司 營(yíng)養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室,北京 102209)
紅茶菌(又稱“海寶”和“胃寶”等,現(xiàn)多被稱作“康普茶”)起源于我國(guó)秦朝時(shí)期,是一種口味酸甜的健康發(fā)酵飲品。因其含有豐富的營(yíng)養(yǎng)和生物活性成分,在現(xiàn)代生物技術(shù)和營(yíng)銷手段的多重支撐下,已逐漸成為世界上最受歡迎的功能飲料之一[1-2]。紅茶菌一般使用紅茶、糖、茶水為原料發(fā)酵制作[3],但也有使用綠茶、黃茶、白茶和普洱茶作發(fā)酵茶底的相關(guān)報(bào)道[4]。近幾年,國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)于紅茶菌中微生物進(jìn)行分離發(fā)現(xiàn),主要包括酵母菌和醋酸菌[5],且紅茶菌的微生物組成和生物活性成分可能受地理位置、環(huán)境條件、原產(chǎn)地細(xì)菌和真菌種類、茶葉種類及濃度的影響而不同[3]。20世紀(jì)80年代,紅茶菌在國(guó)內(nèi)曾風(fēng)靡一時(shí),但當(dāng)時(shí)人們對(duì)于紅茶菌保健作用認(rèn)識(shí)不足,此后又出現(xiàn)飲用被雜菌污染的紅茶菌引發(fā)中毒的相關(guān)報(bào)道,從而使紅茶菌沒(méi)有廣泛應(yīng)用[6]。本文整理了有關(guān)紅茶菌中成分和功能的研究進(jìn)展,并對(duì)影響紅茶菌飲用安全性的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素及防控措施進(jìn)行了探討,以期為更深入全面開發(fā)紅茶菌產(chǎn)品,合理利用和發(fā)揮其保健功能提供支撐。
成分的區(qū)別源于所采用的菌種、茶和糖的種類及濃度、發(fā)酵條件、分析檢測(cè)方法和側(cè)重點(diǎn)不同,另外代謝產(chǎn)物的種類和濃度也不同??偟膩?lái)說(shuō),這些物質(zhì)來(lái)自茶葉浸出物及微生物發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物,包含有機(jī)酸、糖類、茶多酚、維生素、氨基酸、脂類、蛋白質(zhì)、水解酶和乙醇等[7-9](見(jiàn)表1)。
表1 紅茶菌中部分成分含量Table 1 Contents of some components of kombucha
續(xù)表
紅茶菌中有機(jī)酸主要包括醋酸、葡萄糖酸和乳酸等[10],還包括一些非揮發(fā)性有機(jī)酸,如檸檬酸、2-羥丙二酸等[11],其中以醋酸和葡萄糖酸含量較高,其余有機(jī)酸含量則普遍較低。有機(jī)酸含量一般隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而增加,主要出現(xiàn)在發(fā)酵中、后期,趙振軍等[11]對(duì)紅茶菌發(fā)酵普洱茶茶湯中成分檢測(cè)發(fā)現(xiàn),發(fā)酵初期主要產(chǎn)生醇類物質(zhì),之后則以酸類物質(zhì)為主。而在CHEN C等[12]的研究中發(fā)現(xiàn),在紅茶菌發(fā)酵過(guò)程中醋酸含量呈先增加后減少的趨勢(shì),這可能是由于發(fā)酵后期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)匱乏,微生物利用醋酸作為碳源的原因。醋酸和葡萄糖酸是紅茶菌中主要功能成分,紅茶菌可以顯著的維持人體血液正常pH值[13],而葡萄糖酸是一種解毒抗癌功能因子;另外,葡萄糖醛酸也是紅茶菌中功能成分之一,但含量很少[3]。通過(guò)總結(jié)發(fā)現(xiàn),以紅茶為茶底發(fā)酵而成的紅茶菌中有機(jī)酸含量普遍高于以綠茶為茶底發(fā)酵的紅茶菌。
紅茶菌中的糖類主要來(lái)源于發(fā)酵初始添加的糖,一般為蔗糖,也有采用葡萄糖、果糖和糖蜜的相關(guān)報(bào)道[14]。研究表明,發(fā)酵過(guò)程中酵母先利用糖經(jīng)過(guò)一系列代謝生成乙醇,乙醇再被醋酸菌利用生成醋酸,同時(shí),在一定濃度范圍內(nèi),醋酸的生成又能促進(jìn)酵母生成乙醇[15],以此達(dá)到醋酸菌與酵母菌的協(xié)同生長(zhǎng)。發(fā)酵完成后,紅茶菌中剩余糖含量較少,因此,紅茶菌為人們公認(rèn)的少糖健康飲品。
茶葉中含有豐富的酚類物質(zhì),具有多種生物活性,紅茶菌中也檢測(cè)出多種茶多酚,包括表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)、表沒(méi)食子兒茶素(epigallocatechin,EGC)和表兒茶素沒(méi)食子酸酯(epicatechin gallate,ECG)等,這也是紅茶菌具有功能的原因之一。蔣立文等[16]研究發(fā)現(xiàn),EGCG和ECG的含量在發(fā)酵前后基本不變。JAYABALAN R等[10,17]研究發(fā)現(xiàn),與發(fā)酵前相比,紅茶菌總酚含量有所增加。此外,在相同條件下,以綠茶為基底發(fā)酵的紅茶菌的茶多酚含量普遍高于紅茶,這可能和綠茶本身的茶多酚含量相對(duì)較高有關(guān)。
紅茶菌中還含有多種礦物質(zhì)、維生素和蛋白質(zhì)等物質(zhì),但含量很少。礦物質(zhì)包含鋅、銅、鐵和錳等,有研究發(fā)現(xiàn),相對(duì)于發(fā)酵前,發(fā)酵后的紅茶菌鋅、銅和鐵等微量元素增加[7]。MALBA?A R V等[18]的研究結(jié)果顯示,隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),紅茶菌中抗壞血酸(vitamin C,VC)的含量逐漸增加,推測(cè)與紅茶菌代謝合成VC有關(guān)。蛋白質(zhì)可能一方面來(lái)源于茶葉中一些水溶性蛋白,另一方面來(lái)源于微生物菌體。此外,紅茶菌中另一種具有重要功能作用的為D-葡萄糖二酸1,4-內(nèi)酯(D-saccharic acid 1,4-lactone,DSL),該物質(zhì)雖然含量較低,甚至在有些樣品中檢測(cè)不到,但它對(duì)于癌癥的抑制有明顯效果,因此,對(duì)于紅茶菌中發(fā)揮保健功效的物質(zhì)不能依據(jù)其含量多少而評(píng)價(jià)。
大量研究表明,紅茶菌對(duì)大腸埃希氏菌、金黃色葡萄球菌、鼠傷寒沙門氏菌、腸炎沙門氏菌、蠟樣芽孢桿菌和銅綠假單胞菌等細(xì)菌具有抑制作用[25-30](見(jiàn)表2)。其抗菌成分除了茶多酚外,還有代謝過(guò)程產(chǎn)生的酸性物質(zhì)(主要為醋酸)、抗菌蛋白及耐熱性的抑菌物質(zhì)等[26-27]。GREENWALT C J等[25]認(rèn)為,當(dāng)茶葉濃度適宜飲用時(shí),茶葉浸出物對(duì)紅茶菌抗菌作用貢獻(xiàn)不大,主要抗菌物質(zhì)為發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)酸(醋酸)。以非解離分子的形式進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的有機(jī)酸,在細(xì)胞質(zhì)中發(fā)生解離作用,對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制效應(yīng),呈現(xiàn)出抗菌活性[31]。BHATTACHARYA D等[29]的研究表明,兒茶素和異鼠李素(isorhamnetin)是主要的抗菌物質(zhì),且其抗菌活性與多酚的結(jié)構(gòu)及其相互作用有關(guān)。
表2 紅茶菌可抑制的細(xì)菌Table 2 Bacteria inhibited by kombucha
紅茶菌對(duì)真菌的抗菌作用具有一定的局限性。SREERAMULU G等[26]發(fā)現(xiàn)紅茶菌對(duì)白色念珠菌(Candida albicansATCC 10231)有抑制作用,對(duì)拜氏接合酵母(Zygosaccharomyces bailiiTNO Y394)則無(wú)抑菌作用。而GREENWALTCJ等[25]卻研究發(fā)現(xiàn),無(wú)論以紅茶還是綠茶為茶底發(fā)酵的紅茶菌,對(duì)白色念珠菌(Candida albicans)NRRL Y-12983均無(wú)抑菌活性。此外,也有研究發(fā)現(xiàn)紅茶菌對(duì)黃曲霉(Aspergillus flavus)和黃灰青霉(Penicillium aurantiogriseum)有邊際抑菌效果,而對(duì)釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、偽熱帶念珠菌(Candidapseudotropicalis)、紅酵母屬(Rhodotorulaspp.)和黑曲霉(Aspergillus niger)無(wú)抑菌效果[28]。
大量研究表明,紅茶菌有良好的抗氧化活性,且其活性同樣與發(fā)酵時(shí)間、茶葉種類和微生物組成有關(guān),這些因素也決定了代謝產(chǎn)物的類型。JAYABALAN R等[23]研究發(fā)現(xiàn),相對(duì)于未發(fā)酵前,發(fā)酵18 d的紅茶菌對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)和超氧陰離子自由基清除活性增強(qiáng),抑制亞油酸過(guò)氧化能力增強(qiáng),而總還原能力、羥自由基清除能力和抑制脂質(zhì)過(guò)氧化作用減弱,可能原因是發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物對(duì)茶中原有的成分進(jìn)行了結(jié)構(gòu)修飾,使其針對(duì)不同自由基清除能力呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。王國(guó)增等[27]研究發(fā)現(xiàn)抗氧化活性與總酚含量呈正相關(guān);而且酚類物質(zhì)的抗氧化活性已被證實(shí)[32]。在FU C等[33]的研究中發(fā)現(xiàn),相同發(fā)酵時(shí)間里,綠茶發(fā)酵液的抗氧化活性優(yōu)于紅茶發(fā)酵液,而紅茶發(fā)酵液的總還原能力優(yōu)于綠茶發(fā)酵液。BHATTACHARYA S等[34]研究發(fā)現(xiàn),紅茶菌還可以保護(hù)被叔丁基氫過(guò)氧化物(tert-butyl hydroperoxide,t-BHP)誘導(dǎo)的肝細(xì)胞不被氧化,從而維持細(xì)胞正常生理功能。
有研究指出,長(zhǎng)期每日服用紅茶菌可以調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng),增強(qiáng)機(jī)體抗癌能力[15,35]。目前認(rèn)為,紅茶菌中抗癌物質(zhì)主要為茶多酚和發(fā)酵代謝產(chǎn)物,這些物質(zhì)可以阻止腫瘤細(xì)胞增殖[36]。也有研究者提出,DSL是紅茶菌中關(guān)鍵的抗癌物質(zhì),能高度抑制某些與癌癥發(fā)生有關(guān)的酶的活性,且有效作用質(zhì)量濃度較低(0.03~0.15mg/mL)[37,13]。CETOJEVIC-SIMINDD等[28,38]研究發(fā)現(xiàn),紅茶菌提取物質(zhì)量濃度在1.95~1000μg/mL范圍時(shí),對(duì)子宮頸上皮癌(HeLa細(xì)胞)、乳腺癌(MCF-7細(xì)胞)和結(jié)腸腺癌(HT-29、HCT-116細(xì)胞)均有生長(zhǎng)抑制活性,且采用不同溶劑萃取得到的提取物抗癌活性有所不同。JAYABALAN R等[39]的研究進(jìn)一步證明,紅茶菌的乙酸乙酯萃取物(100 μg/mL)可以顯著降低人肺癌(A459)、腎癌(786-O)和骨肉瘤(U2OS)細(xì)胞的侵襲性和移動(dòng)性。通過(guò)紅外光譜對(duì)提取物進(jìn)行鑒定,發(fā)現(xiàn)主要作用物質(zhì)可能是丙二酸二甲酯和牡荊苷(vitexin)。而SRIHARIA T等[40]的研究發(fā)現(xiàn),紅茶菌凍干粉可以下調(diào)前列腺癌細(xì)胞PC-3血管生成相關(guān)因子的表達(dá),從而顯著降低癌細(xì)胞的存活率。此外,紅茶菌中的VB9也被認(rèn)為在抑制癌癥的發(fā)展中發(fā)揮了積極作用[41]。
高膽固醇脂血癥是一種代謝系統(tǒng)功能障礙病,它不僅可以引起動(dòng)脈粥樣硬化,還可以導(dǎo)致心絞痛、冠心病、心肌梗塞、中風(fēng)等疾病[42]。大量試驗(yàn)證實(shí),紅茶菌具有降低高膽固醇的作用。DANIELIAN L[43]指出,1927年首次在大鼠、兔子、貓和狗的動(dòng)物試驗(yàn)中驗(yàn)證了紅茶菌降低血液中膽固醇水平的功能。對(duì)52例血漿膽固醇水平高的動(dòng)脈粥樣硬化患者進(jìn)行了臨床試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)發(fā)酵7~8 d的紅茶菌可以將血清總膽固醇降低到正常值,顯著緩解動(dòng)脈粥樣硬化癥狀[43]。而ADRIANI L[44]的研究表明,在鴨子日常飲食中添加25%的紅茶菌,可以顯著降低鴨子血液中低密度脂蛋白和總膽固醇的含量,增加高密度脂蛋白的含量。目前認(rèn)為,紅茶菌降膽固醇的作用機(jī)制可能是:其組成成分中的某些抗氧化物質(zhì)抗高膽固醇,并可通過(guò)阻止低密度脂蛋白氧化,預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化[45];此外,紅茶菌比茶含有更多的抗氧化物質(zhì),如酚類物質(zhì)、VE和VC等[23]。已有研究報(bào)道,紅茶菌還可通過(guò)刺激血管細(xì)胞壁的再生來(lái)減少動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生[15]。ALOULOU A等[46]的研究已證實(shí),紅茶菌可以顯著延遲大鼠對(duì)低密度脂蛋白和甘油三脂的吸收,促進(jìn)高密度脂蛋白的吸收。
糖尿病是一種以高血糖為特征的慢性代謝疾病,DANIELIAN L[43]研究發(fā)現(xiàn),紅茶菌可以降低血液中糖濃度。SRIHARI T等[47]利用不同濃度的紅茶菌提取物對(duì)糖尿病大鼠進(jìn)行連續(xù)45 d的抗高血糖作用實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)當(dāng)日給予量為6 mg/kg時(shí),小鼠體內(nèi)糖化血紅蛋白降低,血漿胰島素升高。CHANDRAKALA S K等[48]也進(jìn)一步證明,給四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病小鼠連續(xù)3 d灌喂1.71 mL/kg紅茶菌,可使小鼠的血糖濃度持續(xù)保持在較低水平。此外,還有研究發(fā)現(xiàn),紅茶菌對(duì)糖尿病小鼠的胰腺、肝臟、腎臟和心臟有保護(hù)作用,從而減輕了由糖尿病引發(fā)的臟器生理變化[49]。而KALLEL L等[24]也認(rèn)為紅茶菌的酚類物質(zhì)可以有效抑制小腸中α-胰淀粉酶的活性,抑制強(qiáng)度隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而增強(qiáng),進(jìn)而通過(guò)抑制淀粉的水解,減少了小腸對(duì)葡萄糖的吸收。因此,紅茶菌可能有望成為未來(lái)潛在應(yīng)用于糖尿病預(yù)防和治療的功能性膳食補(bǔ)充劑。
2.6.1 對(duì)胃的保護(hù)作用
BANERJEE D等[50]通過(guò)組織病理學(xué)的小鼠模型研究了普通紅茶和紅茶菌對(duì)于消炎藥誘發(fā)的胃潰瘍的作用,發(fā)現(xiàn)當(dāng)小鼠攝入量達(dá)到15 mg/kg時(shí),胃潰瘍明顯好轉(zhuǎn),且以紅茶菌作用優(yōu)于普通紅茶,可達(dá)到與奧美拉唑(3 mg/kg)治療效果相當(dāng)?shù)乃剑赡艿脑驗(yàn)榧t茶菌一方面可以維持胃粘蛋白含量,另一方面可防止胃上皮細(xì)胞膜脂質(zhì)氧化。
2.6.2 對(duì)肝臟的保護(hù)作用
紅茶菌保護(hù)肝臟的功能性物質(zhì)為D-葡萄糖二酸1,4-內(nèi)酯(D-saccharic acid 1,4-lactone,DSL)和抗氧化物質(zhì),DSL有助于清除肝毒素、致癌物和某些腫瘤促進(jìn)劑[51],抗氧化物質(zhì)可以保護(hù)肝細(xì)胞不被氧化[34]。此外,紅茶菌還可以抑制肥胖小鼠肝臟的脂質(zhì)積累,防止其向非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)發(fā)展[1]。
2.6.3 對(duì)腎的保護(hù)作用
紅茶菌中的葡萄糖酸和其他有機(jī)酸可以增加體內(nèi)物質(zhì)的水溶性,改善類固醇激素和脂溶性維生素的運(yùn)輸和生物利用度,防止重金屬、不溶性草酸鈣、磷和尿酸的積累,從而減少腎鈣化,預(yù)防腎結(jié)石[15,52]。紅茶菌中的維生素(VB12和VB9)也可以預(yù)防腎結(jié)石[53]。GHARIB O A[54]的研究表明,紅茶菌可以減輕由環(huán)境污染(如三氯乙烯)對(duì)腎臟造成的損害,其關(guān)鍵物質(zhì)可能為葡萄糖醛酸。
2.6.4 對(duì)肺的保護(hù)作用
有研究表明,利用酵母發(fā)酵的紅茶中茶堿的含量顯著增加(1.44 mg/200 mL)[55],而茶堿作為一種黃嘌呤支氣管擴(kuò)張劑,當(dāng)劑量為每天0.18~1.0 g時(shí),可以用于哮喘病人的治療[56]。由于與該類案例相關(guān)的研究相對(duì)較少,因此,能否利用紅茶菌輔助哮喘的治療尚有待進(jìn)一步研究。
除以上作用外,也有研究闡述了紅茶菌的他作用。GHARIB O A[57]采用紅茶菌連續(xù)飼喂電磁輻射過(guò)的小鼠,9周后小鼠體內(nèi)鐵含量由65 μg/g增長(zhǎng)至99.5 μg/g,表明紅茶菌可能對(duì)電磁輻射的影響有改善作用,還可能對(duì)缺鐵性貧血也有效果。YANG Z W等[58]在降血脂的研究中發(fā)現(xiàn),紅茶菌對(duì)體質(zhì)量增長(zhǎng)可能有抑制作用。此外,紅茶菌中的葡萄糖醛酸可轉(zhuǎn)化為硫酸軟骨素等物質(zhì)(與軟骨、關(guān)節(jié)潤(rùn)滑液等有關(guān)),對(duì)緩解骨關(guān)節(jié)炎也有作用,已在美國(guó)、俄羅斯、瑞典和德國(guó)成功地用于臨床試驗(yàn)[43]。
雖然紅茶菌被報(bào)道有諸多療效,但也有少數(shù)人在飲用某些紅茶菌后出現(xiàn)不良反應(yīng),甚至表現(xiàn)不明原因的嚴(yán)重疾病癥狀[59]。有報(bào)道的案例包括:一名22歲艾滋病毒(human immunodeficiency virus,HIV)陽(yáng)性男性在攝入紅茶菌15 h后,出現(xiàn)急性腎功能衰竭,并伴乳酸性酸中毒和體溫升高癥狀[60];一對(duì)夫婦在半年持續(xù)飲用儲(chǔ)存于陶瓷壺里的紅茶菌后出現(xiàn)鉛中毒癥狀[61];SABOURAUD S等[62]也報(bào)道了有人在飲用鉛釉陶罐儲(chǔ)存的紅茶菌后,出現(xiàn)貧血癥狀。
美國(guó)疾控中心(centers for disease control and prevention,CDC)曾對(duì)紅茶菌進(jìn)行安全性評(píng)估,指出每日飲用不超過(guò)118 mL時(shí),不會(huì)對(duì)人體造成危害,但不建議有健康問(wèn)題或免疫缺陷的人群飲用紅茶菌[59]。NUMMER B A[63]根據(jù)美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(food and drug administration,F(xiàn)DA)食品準(zhǔn)則,對(duì)紅茶菌進(jìn)行了食品安全危害分析,其危害因素包括生物危害和化學(xué)危害。其中,生物危害主要指雜菌污染引起的腐敗或產(chǎn)生的真菌毒素;化學(xué)危害主要指長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵或飲用過(guò)量引起的酸中毒。此外,澳新食品安全標(biāo)準(zhǔn)指南也將紅茶菌納入“需特殊關(guān)注的食品”附錄中,而這類食品被認(rèn)為可能引起嚴(yán)重的食源性疾病,故需嚴(yán)格管控其生產(chǎn)過(guò)程,建立關(guān)鍵控制點(diǎn)(critical control point,CCP),執(zhí)行良好生產(chǎn)規(guī)范(good manufacturing practices,GMP)和標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(standard operating procedure,SOP),并采用包括選用無(wú)污染的發(fā)酵劑,保證設(shè)備安全衛(wèi)生、無(wú)金屬或其他化學(xué)物質(zhì)浸出,執(zhí)行嚴(yán)格的衛(wèi)生管理及發(fā)酵終點(diǎn)控制等措施[64]。
大量研究報(bào)道了紅茶菌對(duì)人體的健康功效,一系列紅茶菌類相關(guān)產(chǎn)品被研制出,產(chǎn)品品類也不局限在飲料,甚至在酒類、乳類、化妝品類也有應(yīng)用;隨著現(xiàn)代化發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展,有些產(chǎn)品已經(jīng)上市銷售,得到了消費(fèi)者們的認(rèn)可和喜愛(ài)。但是,目前對(duì)紅茶菌功效成分的生物學(xué)特性、作用機(jī)制及其在人體的作用機(jī)理仍不明確。今后可進(jìn)一步針對(duì)紅茶菌的作用機(jī)制和量效關(guān)系進(jìn)行研究,明確適宜飲用人群,以減少其對(duì)特定人群可能造成的不利影響。
作為發(fā)酵飲料,紅茶菌在制作過(guò)程中必須嚴(yán)格執(zhí)行無(wú)菌操作,并做好發(fā)酵終點(diǎn)控制,防止雜菌污染和過(guò)度發(fā)酵引起的食源性疾病。此外,紅茶菌的微生物組成及發(fā)酵工藝對(duì)代謝產(chǎn)物的影響仍需進(jìn)一步探究,為精確控制發(fā)酵過(guò)程,調(diào)整可能有益的發(fā)酵產(chǎn)物,開發(fā)擁有不同功能的紅茶菌系列產(chǎn)品提供參考。