李山，陳小強(qiáng)，滑金杰，李佳，董春旺，王銀誠，江用文，袁海波*

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所 國家茶產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310008；2. 湖北工業(yè)大學(xué)，生物工程與食品學(xué)院，湖北 武漢 430068

茶紅素分離及穩(wěn)定性研究

李山1,2，陳小強(qiáng)2，滑金杰1，李佳1，董春旺1，王銀誠1，江用文1，袁海波1*

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所 國家茶產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310008；2. 湖北工業(yè)大學(xué)，生物工程與食品學(xué)院，湖北 武漢 430068

采用茶湯有機(jī)試劑萃取分離，并分別經(jīng)過反相 C18柱層析純化，制備出乙酸乙酯層、正丁醇層和酸性正丁醇層三部分茶紅素。根據(jù)紫外可見光波掃描計(jì)算出色價，并研究了茶紅素在不同條件下的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，30%、50%和70%甲醇梯度洗脫，純化后3類茶紅素液相檢測發(fā)現(xiàn)無咖啡堿和茶黃素，僅有少量兒茶素雜質(zhì)。純化后色素色價分別為乙酸乙酯層128.04，正丁醇層91.04，酸性正丁醇層76.16。遮光處理，pH=3酸性條件，45℃以下貯藏，有利于茶紅素的穩(wěn)定性。

茶紅素；柱層析；色價；穩(wěn)定性

茶紅素（Thearubigins）最先由 Roberts等人所提出[1-3]，是紅茶加工過程中形成的色素，由兒茶素經(jīng)過一系列酶促氧化形成鄰醌，進(jìn)一步聚合形成。茶紅素占紅茶干茶含量6%～15%，占紅茶多酚類物質(zhì)總量70%左右[4]。而且茶紅素是紅茶湯色、滋味等品質(zhì)評價的重要指標(biāo)，是紅茶“冷后渾”現(xiàn)象形成的重要因素[5]。隨著科研水平地不斷發(fā)展，一方面茶紅素可作為天然色素，而天然色素取代人工合成色素將成為一種趨勢，開發(fā)安全可靠的茶紅素具有很重要的意義；另一方面很多生物學(xué)活性研究表明，茶紅素有較好的抗氧化、抗致畸等藥理活性[6]，這都使得茶紅素具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。但由于茶紅素分子量差異大且組分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尚不明晰[7]。國內(nèi)外對茶紅素的基礎(chǔ)研究鮮有報道，尤其分離純化方面仍還采用有機(jī)溶劑萃取，并沒有更深入的探究。本文對茶紅素的分離制備，以及關(guān)于茶紅素穩(wěn)定性條件的初步探究，將為茶紅素的進(jìn)一步研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

CTC（Crushing tearing curling）紅碎茶5#，購于云南滇紅集團(tuán)（2015年 8月）；三氯甲烷、乙酸乙酯、正丁醇、鹽酸、無水甲醇、檸檬酸、磷酸氫二鈉、無水乙醇、乙酸、乙腈、碳酸氫鈉、草酸（分析純），兒茶素標(biāo)準(zhǔn)品、咖啡堿標(biāo)準(zhǔn)品、茶黃素標(biāo)準(zhǔn)品購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV2550型紫外-可見分光光度計(jì)，日本島津公司；DK-S26型恒溫水浴鍋，上海精宏設(shè)備有限公司；Sartorius BT 124s分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，瑞士BUCHI公司；FTS-BTD真空冷凍干燥機(jī)，美國KINETIC公司；BSZ-40自動部分收集器，上海青浦滬西儀器廠；LC-20A高效液相色譜儀，日本島津公司；CM3500d分光測色計(jì)，柯尼美能達(dá)投資有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 茶紅素粗品制備

稱取100 g CTC紅碎茶，以料液比為1︰20加入2 000 mL去離子水在80℃溫度下水浴浸提10 min，期間不時攪拌，到時過濾，收集茶湯。將茶湯在分液漏斗中用兩倍茶湯體積的三氯甲烷萃取，除去咖啡堿、葉綠素等雜質(zhì)[8-9]；再用等量茶湯體積的乙酸乙酯萃取，收集乙酸乙酯層；剩余水層再經(jīng)正丁醇萃取，收集正丁醇層；在剩余水層加入0.15 mol·L-1鹽酸50 mL酸化，酸化后水層再經(jīng)正丁醇萃取，收集酸性正丁醇層。將3部分有機(jī)萃取層旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、冷凍干燥，制得3種茶紅素粗品。

1.3.2 茶紅素純化研究

茶紅素極性較大，現(xiàn)采用反相C18填料純化茶紅素。使用前先將反相 C18填料（ODS-A-HG）用甲醇浸泡24 h進(jìn)行預(yù)處理，裝于60 cm×45 mm玻璃層析柱[10]。分別稱取3類茶紅素粗品各1 g，溶解于10 mL甲醇中，濕法上樣，隨后采用體積分?jǐn)?shù)為30%、50%和70%的甲醇水溶液依次梯度洗脫，各濃度用兩倍柱床體積洗脫，洗脫速度2 mL·min-1，用自動部分收集器每10 mL收集洗脫液，待測。

1.3.3 茶紅素純度檢測

因茶紅素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，至今未有單體物質(zhì)解析出[11-12]，純度檢測無標(biāo)品對照?，F(xiàn)將如1.3.2方法收集的所有洗脫液逐一上樣HPLC檢測，然后與咖啡堿、兒茶素和茶黃素等標(biāo)準(zhǔn)品HPLC圖譜對照，除去含有非茶紅素雜質(zhì)的洗脫液，合并所需相同峰型洗脫液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、冷凍干燥，分別制備3類純化后的茶紅素。

HPLC測定條件：紫外檢測器；ODSZ-C18柱，5 μm，4.6 mm×250 mm；流動相A為2%乙酸，流動相B為乙腈，流速1.0 mL·min-1，進(jìn)樣量：10 μL；檢測波長為 280 nm，柱溫40℃；梯度洗脫：流動相B在16 min內(nèi)由6.5%線性變化至 15%，16～25 min由 15%變化至25%，25～30 min，恢復(fù)至原始6.5%。

1.3.4 茶紅素光譜特性研究及色價

分別準(zhǔn)確稱取3類茶紅素0.5 g，用50%甲醇定容至50 mL，充分溶解，稀釋至適當(dāng)倍數(shù)，以50%甲醇作參比，于紫外分光光度計(jì)上200～500 nm范圍掃描，測定其最大吸收峰。

根據(jù)其掃描光譜圖計(jì)算純化后茶紅素色價，計(jì)算公式[14]：

其中：XXX為待測物的最大吸收波長；A為吸光值；m為樣品質(zhì)量；f為稀釋倍數(shù)。

1.3.5 茶紅素穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

分別準(zhǔn)確稱量3類茶紅素0.5 g，用50%甲醇定容于 50 mL容量瓶中作為母液，分別在不同光照、溫度和pH值條件下測定茶紅素的穩(wěn)定性。在Lab色差系中a值反映紅綠程度，因茶紅素色差與其純度存在較好相關(guān)性[15]，評價指標(biāo)采用茶紅素保留率=AX/A0×100%（AX為測定值，A0為最初值）和Lab色差系a值[16-17]，兩者共同說明茶紅素穩(wěn)定性，試驗(yàn)重復(fù)3次，求平均值。

不同光照對茶紅素穩(wěn)定性影響：取 1 mL母液定容至 50 mL比色管中，分別置于室內(nèi)日光燈下照射和遮光陰暗處存放。在4 h后分別測定其吸光值和色差a值。

pH對茶紅素穩(wěn)定性影響：取1 mL母液分別用pH為3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液定容至50 mL比色管中。放置4 h后分別測定其吸光值和色差a值。

溫度對茶紅素穩(wěn)定性影響：取1 mL母液定容至50 mL比色管中，分別置于30、45、60、75、90℃水浴加熱，并恒溫4 h冷卻至室溫后分別測定其吸光值和色差a值。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶紅素粗品產(chǎn)率

茶湯有機(jī)溶劑萃取制備出 3種不同部分茶紅素（表1），乙酸乙酯層、正丁醇層和酸性正丁醇層其產(chǎn)率（粗品占原茶葉干重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為 0.98%、2.87%和 1.41%，其總產(chǎn)率為5.26%。有機(jī)溶劑萃取損耗較為嚴(yán)重，其原因可能是有機(jī)溶劑萃取不徹底，旋蒸凍干處理期間有損失。

2.2 茶紅素純化研究

本實(shí)驗(yàn)先采用體積分?jǐn)?shù)為30%、50%、70%的甲醇依次梯度洗脫，以2 mL·min-1洗脫速度每 10 mL收集流分。圖 1為乙酸乙酯層茶紅素洗脫液，A、B、C依次為體積分?jǐn)?shù)為30%、50%、70%的甲醇洗脫液，經(jīng)HPLC分析后，再進(jìn)行對比（兒茶素、咖啡堿標(biāo)準(zhǔn)品對照和茶黃素標(biāo)準(zhǔn)品對照見表2和圖2）。研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)果如圖3-A所示，30%甲醇洗脫液為兒茶素、咖啡堿等雜質(zhì)，可能還存在葉綠素等其他大分子類雜質(zhì)；與50%甲醇洗脫液相比，70%甲醇洗脫液顏色較淺，其主要物質(zhì)為茶黃素部分（圖3-B），而50%甲醇洗脫液紅色更深，對比分析可知，圖1中A、B、C的3～6收集液均無咖啡堿、茶黃素，但仍含有少量兒茶素雜質(zhì)。將3類茶紅素采用此梯度洗脫，結(jié)果如圖4，其中乙酸乙酯層中含有GA、C、EGCG和CG雜質(zhì)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.13%，0.16%，1.46%和 0.57%；而正丁醇層和酸性正丁醇層中兒茶素雜質(zhì)含量較少，其中正丁醇層中GA和C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.23%和0.31%；酸性正丁醇層中GA和C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.78%，0.27%?？傮w除雜效果較好，3類茶紅素均無茶黃素、咖啡堿。最終收集50%甲醇洗脫的所需部分，合并收集相同峰型洗脫液，將洗脫液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、冷凍干燥制成3種純化后茶紅素。

表1 不同茶紅素部分的產(chǎn)率Table 1 The yield of different thearubigin fractions

圖1 乙酸乙酯部分茶紅素純化中不同濃度甲醇洗脫液Fig. 1 Different concentrations of methanol eluent in purification of thearubigins extracted by ethyl acetate

表2 兒茶素組分標(biāo)樣的HPLC保留時間Table 2 Retention time of catechin standard samples in HPLC chromatograph

圖2 兒茶素組分和4種茶黃素單體混合標(biāo)樣的HPLC圖譜Fig. 2 HPLC chromatograph of catechins standard samples and four mixed standard samples of theaflavins

圖3 乙酸乙酯部分茶紅素純化中30%和70%甲醇洗脫液的HPLC圖譜Fig. 3 HPLC chromatograph of 30% and 70% methanol eluant in purification of thearubigins extracted by ethyl acetate

圖4 純化后茶紅素的HPLC圖譜Fig. 4 HPLC chromatograph of ethyl thearubigins after purification

2.3 茶紅素的光譜性質(zhì)研究及色價計(jì)算

3部分茶紅素溶液在 200～500 nm范圍紫外掃描結(jié)果如圖5所示，紫外區(qū)210 nm和270 nm處有較強(qiáng)吸收峰，而在380 nm處亦有較弱吸收峰，考慮280 nm處為苯環(huán)特征吸收，一般作為兒茶素檢測波長，故選定272 nm為茶紅素最大吸收波長。乙酸乙酯層、正丁醇層和酸性正丁醇層在 272 nm 處吸光值分別為3.201、2.276、1.904。經(jīng)色價公式計(jì)算得，乙酸乙酯層色價為 128.04，正丁醇層色價為91.04，酸性正丁醇層色價為76.16。色價體現(xiàn)色素的顯色能力，由此可知3類茶紅素顯色能力為乙酸乙酯層＞正丁醇層＞酸性正丁醇層。

圖5 紫外可見吸收光譜圖Fig. 5 UV-Vis absorption spectra

圖6 光照對茶紅素穩(wěn)定性影響Fig. 6 Effect of light on the stability of thearubigins

2.4 茶紅素穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究

2.4.1 光照對茶紅素穩(wěn)定性影響

結(jié)果如圖6所示，乙酸乙酯層、正丁醇層、酸性正丁醇層分別在光照和遮光處理下的保留率。本實(shí)驗(yàn)采用在272 nm茶紅素最大吸收波長下檢測，光照下其吸光值均有略微下降，其中乙酸乙酯層保留率下降幅度較大。色差a值變化如圖7，乙酸乙酯層茶紅素a值最高，正丁醇層其次，說明乙酸乙酯層相對偏紅。而遮光條件下，其a值均有略微增大。說明遮光有利于茶紅素的保留，能夠提高其穩(wěn)定性。綜合保留率和色差可得出，遮光處理利于茶紅素穩(wěn)定性，光照對乙酸乙酯層茶紅素影響程度最大，正丁醇層和酸性正丁醇層都有較好耐光性。所以茶紅素應(yīng)在暗處存放。

2.4.2 pH對茶紅素穩(wěn)定性影響

茶紅素分別在pH為3～8的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液放置4 h后，其保留率變化情況如圖8所示。在pH為3～8時，隨著pH升高，其保留率逐漸下降，正丁醇層茶紅素保留率最高，且pH為3～4和7～8段變化幅度較大。pH為8～10時，因?yàn)樵趶?qiáng)堿性環(huán)境中，茶紅素發(fā)生褐變（圖9），其吸光值異常增加。其原因可能是茶紅素為酚性物質(zhì)，遇堿發(fā)生氧化，導(dǎo)致茶紅素的結(jié)構(gòu)發(fā)生了破壞，而產(chǎn)生褐變；而在色差試驗(yàn)中（圖10），3類茶紅素溶液的色差a值均隨pH值升高下降趨勢，在pH值6～10時乙酸乙酯層a值下降最大。綜合得出，茶紅素在酸性條件穩(wěn)定性較好，pH=3時最佳，而堿性會導(dǎo)致氧化褐變，不利于其穩(wěn)定性。

圖7 光照對茶紅素穩(wěn)定性的影響Fig. 7 Effect of light on the stability of thearubigins

圖8 pH值對茶紅素穩(wěn)定性影響Fig. 8 Effect of pH value on the stability of thearubigins

圖9 不同pH值條件的茶紅素溶液Fig. 9 Thearubigins solution under different pH conditions

圖10 pH值對茶紅素穩(wěn)定性影響Fig. 10 Effects of pH value on stability of chromatic aberration a value of thearubigins

圖11 溫度對茶紅素穩(wěn)定性影響Fig. 11 Effect of temperature on the stability of thearubigins

圖12 不同溫度條件的茶紅素溶液Fig. 12 Thearubigins solution under differnt temperature conditions

2.4.3 溫度對茶紅素穩(wěn)定性影響

所配置的 3類茶紅素溶液分別置于 30、45、60、75、90℃水浴加熱，并恒溫4 h后冷卻至室溫。在30～75℃，隨著溫度的增加3類茶紅素保留率均逐漸下降（圖 11），乙酸乙酯層變化幅度達(dá) 3.38%，高于正丁醇層的2.24%和酸性正丁醇層的 2.16%。整體上，酸性正丁醇層保留率略高于乙酸乙酯層，而正丁醇層最低。在溫度達(dá)到 90℃高溫時，茶紅素發(fā)生褐變（圖12），其褐變程度相對于pH=10時較淺，茶紅素溶液都呈褐色，吸光值異常增加，其原因是在高溫條件下，茶紅素發(fā)生氧化褐變（當(dāng)達(dá)到 90℃，吸光值異常增大，至 4左右，可能已經(jīng)聚合成茶褐素了，計(jì)算保留率已毫無意義，而且折換成保留率超過100%，所以90℃保留率結(jié)果未放在圖11中）。在色差試驗(yàn)中，隨著溫度由30℃升至90℃，茶紅素溶液的色差 a值均呈下降趨勢（圖 13），其中乙酸乙酯層 a值由 6.86下降至 3.12，變化幅度高于正丁醇層和酸性正丁醇層。由上可知，溫度過高導(dǎo)致茶紅素氧化褐變，不利于其穩(wěn)定性，茶紅素在 90℃結(jié)構(gòu)被破壞，而在45～75℃下降幅度較為明顯，選擇低于45℃下貯藏為佳。

圖13 溫度對茶紅素穩(wěn)定性影響Fig. 13 Effect of temperature on the stability of thearubigins

3 小結(jié)與討論

本文采用有機(jī)試劑萃取，將茶紅素分為乙酸乙酯層、正丁醇層和酸性正丁醇層3類。然后應(yīng)用反相 C18柱層析，采用體積分?jǐn)?shù)為30%、50%、70%、100%的甲醇水溶液梯度洗脫，洗脫速度為 2 mL·min-1，純化制備出 3類茶紅素，研究發(fā)現(xiàn)洗脫效果較優(yōu)，所制備的茶紅素不含咖啡堿、茶黃素，僅含有較少類兒茶素雜質(zhì)。該純化后茶紅素經(jīng)紫外掃描，發(fā)現(xiàn)不同部分茶紅素在 272 nm 處均有吸收峰，符合苯環(huán)類化合物吸收特征峰。并以色價公式計(jì)算得出，乙酸乙酯層為 128.04，正丁醇層為 91.04，酸性正丁醇層為 76.16，乙酸乙酯層色價最高，其顯色能力最佳。通過以保留率和 Lab色差系 a值作為指標(biāo)，探究茶紅素在不同光照、pH值和溫度條件下的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，遮光處理對茶紅素貯藏更好；pH=3酸性條件下穩(wěn)定性高，堿性條件下茶紅素發(fā)生氧化褐變；溫度在 60℃以下穩(wěn)定性高，溫度逐漸增加不利于其穩(wěn)定性，90℃發(fā)生氧化褐變。褐變實(shí)質(zhì)可能是茶紅素本身由兒茶素酶促氧化聚合，保留酚羥基較多，而在高溫堿性環(huán)境下，導(dǎo)致酚羥基類物質(zhì)因氧化而結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)致褐變。

國內(nèi)外對茶紅素研究甚少，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜至今未被解析出。難點(diǎn)其一在于茶紅素定量，Roberts提出的系統(tǒng)分析法僅能檢測茶葉本身的茶紅素含量，而茶紅素粗提物的定量無法分析，僅能用把其他物質(zhì)排出的方法來差量定性；其次是茶紅素單體解析是迫切需要解決的難題，需要進(jìn)一步利用 MALDI-TOF-MS、FT-ICR-MS等技術(shù)方法深入地進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，若解決則可極大推動分離純化及相關(guān)的后續(xù)研究。總之，茶紅素作為天然色素，還有其抗氧化、抗致畸性等生物學(xué)活性，應(yīng)用前景非常廣闊，是一種很值得開發(fā)的天然資源。

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Separation and Stability Analysis of Thearubigins

LI Shan1,2, CHEN Xiaoqiang2, HUA Jinjie1, LI Jia1, DONG Chunwang1, WANG Yincheng1, JIANG Yongwen1, YUAN Haibo1*

1. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Engineering Research Center for Tea Processing, Hangzhou 310008, China; 2. School of Bioengineering and Food, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China

In this study, thearubigins were extracted by organic extraction, and purified by reversed-phase C18column chromatography to obtain three types of thearubigins, namely ethyl acetate, n-butanol and acid n-butanol extracts. The stability of thearubigins under different conditions was analyzed by scanning UV-Vis absorption wavelength based on color difference. The results showed that there was no caffeine and theaflavins, but only a small amount of catechins were detected in the three kinds of thearubigins after 30%, 50% and 70% methanol gradient elution. The color values of thearubigins after purification were 128.04 for ethyl acetate extracts, 91.04 for n-butanol extracts and 76.16 for acidic n-butanol extracts. Shading treatment, pH=3 acidic conditions and temperature below 45℃will facilitate the stability of thearubigins.

thearubigins, chromatography, color values, stability

TS272.5+2；Q946.84+1

A

1000-369X（2017）02-201-10

2016-11-08

2017-02-16

國家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系紅茶加工崗位（CARS-23）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-TRICAAS）、浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心（2016KF0012）

李山，男，碩士研究生，從事茶葉加工技術(shù)與品質(zhì)化學(xué)方面的研究。*通訊作者：192168092@tricaas.com