不同尺寸的TiO2纳米颗粒对茶汤中代谢物的选择性吸附

《Food Chemistry: Molecular Sciences》：Selective adsorption of metabolites by different size of TiO 2 nano particles from tea infusion

　　茶叶中多酚的吸附与风味优化研究。采用不同粒径的TiO?纳米颗粒吸附茶多酚，发现60 nm TiO?（T-60）对EGCG等强吸附，总多酚去除率达88.55%，不影响氨基酸和单糖含量，符合食品安全标准，为降低茶苦涩味提供新方法。

　　茶叶作为全球最受欢迎的饮品之一，其风味成分的种类和比例直接影响消费者的口感体验和产品的市场接受度。茶叶中富含儿茶素、氨基酸和碳水化合物等物质，这些成分构成了茶叶的风味体系。然而，儿茶素含量过高会导致茶叶产生苦涩味，从而影响茶叶的品质。为了改善这一问题，研究者们尝试利用吸附技术去除茶叶中的苦涩成分，其中二氧化钛（TiO?）作为一种广泛使用的食品添加剂，因其良好的吸附性能而受到关注。

本研究主要探讨了不同粒径的TiO?纳米颗粒对茶叶中主要风味成分的吸附特性。通过实验发现，具有四方晶系结构的锐钛矿型TiO?表现出较强的吸附能力，尤其在对茶叶多酚的吸附方面效果显著。研究还指出，TiO?的吸附量与其颗粒的比表面积密切相关。当使用60纳米粒径的TiO?时，茶叶提取液中的总儿茶素含量从813.78 μg/mL显著下降至93.16 μg/mL，表明其对儿茶素具有高度选择性吸附能力。与此同时，茶叶中的氨基酸和单糖含量未受到明显影响，这表明TiO?对这些具有鲜味和甜味的成分具有较低的吸附能力。这些结果表明，TiO?纳米颗粒可以有效地去除茶叶中的苦涩成分，从而改善茶叶的风味品质。

在实验方法方面，研究采用了多种分析技术来评估不同处理后茶叶成分的变化。首先，对茶叶提取物进行超高效液相色谱（UHPLC）分析，以确定儿茶素的含量变化。接着，利用超高效液相色谱-电喷雾电离-四级杆/时间飞行高分辨率质谱（UPLC-ESI-Q/TOF-HRMS）对非挥发性代谢物进行定性和定量分析。此外，通过高效液相色谱-三重四极杆-线性离子阱质谱（HPLC-QqQ-MS）检测游离氨基酸的含量变化，并使用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对单糖进行定量分析。最后，通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测茶叶提取物中Ti元素的含量，以评估TiO?的添加量是否符合食品安全标准。

在研究过程中，发现不同粒径的TiO?纳米颗粒对茶叶成分的吸附能力存在显著差异。其中，60纳米粒径的TiO?在比表面积、孔径分布和晶体结构方面表现出最优的吸附性能。通过X射线衍射（XRD）和氮气吸附-脱附实验（BET和BJH模型）分析，进一步验证了这一结论。研究还发现，60纳米粒径的TiO?在低相对压力下具有较高的吸附能力，这可能与其较小的晶粒尺寸和较高的比表面积有关。相比之下，100纳米和2-3微米粒径的TiO?在吸附能力上表现较差，而25纳米和40纳米粒径的TiO?虽然在某些情况下显示出一定的吸附能力，但不如60纳米粒径的TiO?。

在茶叶成分的吸附实验中，发现60纳米粒径的TiO?对儿茶素类物质表现出高度的选择性吸附能力。具体而言，儿茶素（C）、表儿茶素（EC）、儿茶素没食子酸酯（ECG）等成分的吸附率均较高，其中EGC和GC的吸附率达到了100%，而EGCG的吸附率也高达95.32%。这些结果表明，TiO?对具有特定结构的儿茶素类物质具有较强的亲和力。此外，研究还发现，TiO?对茶多酚的吸附率随着添加比例的增加而提高，这表明通过优化TiO?的添加量，可以有效降低茶叶中的苦涩成分，从而提升其风味品质。

与此同时，研究也发现，60纳米粒径的TiO?对茶叶中的氨基酸和单糖具有较低的吸附能力。在茶叶提取液中，游离氨基酸如谷氨酸（L-Glu）、天冬氨酸（L-Asp）和茶氨酸（L-Thea）的含量变化不大，这表明TiO?对这些成分的吸附作用较弱。单糖如葡萄糖（D-Glc）、甘露糖（D-Man）和半乳糖（D-Gal）等的含量在某些情况下有所下降，但整体变化幅度较小。这说明TiO?对这些成分的吸附能力低于对儿茶素的吸附能力，因此可以用于选择性去除茶叶中的苦涩成分，而不影响其鲜味和甜味。

此外，研究还评估了TiO?在茶叶提取液中的添加量是否符合食品安全标准。根据国家标准GB 2760–2024，TiO?在不同食品中的最大使用量范围为0.2至10 g/kg。实验结果显示，在茶叶提取液中，当茶粉与60纳米粒径TiO?的添加比例为1:2时，Ti的含量为1501.88 ng/mL，这一数值仍处于国家标准允许的范围内，表明该添加比例是安全的。同时，研究还指出，TiO?在人体内的安全性较高，即使在较高摄入量下也未观察到对生殖和发育产生明显毒性。

综上所述，本研究通过系统分析不同粒径的TiO?纳米颗粒对茶叶成分的吸附特性，发现60纳米粒径的TiO?在去除苦涩成分方面表现出最佳效果。这种选择性吸附能力使得TiO?能够有效降低茶叶中的儿茶素含量，同时保留其鲜味和甜味成分。这一发现不仅为提高夏季和秋季茶叶的利用效率提供了理论依据，也为改善茶叶饮料的风味品质提供了新的技术手段。未来的研究可以进一步探索TiO?在实际茶叶加工中的应用，以及其对茶叶风味成分的长期影响，从而为茶叶加工技术的优化和食品工业的发展提供支持。