甘肅省是我國茶葉生產的最北端區域之一,主要產區分布在隴南市文縣、武都和康縣,屬于我國四大茶區中的江北茶區。然而,目前隴南地區茶葉產業以綠茶為主,78%以上的產量為綠茶,產品同質化嚴重,創新性不足,亟需開發高附加值產品以拓展市場。然而,目前已有研究主要針對厭氧或搖青單一因素對白茶中揮發性成分的影響,真空+搖青協同作用于白茶的研究鮮見報道。
白茶因其簡易的加工工藝,最大限度的保留了茶葉的養分,又因其具有豐富的抗氧化、抗炎等生物活性,尤其是在預防慢性疾病方面具有較大潛力,從而受到消費者廣泛關注。γ-氨基丁酸(GABA)是一種非蛋白質氨基酸,具有抗糖尿病、抗高血壓、促進睡眠等多種保健功能。GABA含量在150 mg/100 g以上的茶葉命名為GABA茶。研究報道,延長搖青時間通常會增強茶葉的花香和果香,同時可能降低清新草香的比例;此外,搖青時間還會影響茶葉中酯類、醇類和醛類化合物的比例。因此,在GABA白茶加工過程中采用搖青處理提升茶葉香氣質量切實可行。
山東省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所李永華、劉平香*、王玉濤*等研究以隴南白茶為原料,先后加入真空和搖青工藝,對不同加工方式下隴南白茶的生化成分和揮發性成分進行分析與對比,并利用香氣活性值(OAV)和香氣特征影響(ACI)值分析鑒定,對加入真空和搖青處理的隴南白茶的關鍵香氣成分進行篩選鑒定。擬開發香氣質量較高的高GABA隴南白茶,提升隴南茶產業多元化發展水平和產品附加值,為促進當地茶產業提質增效奠定基礎。
1 真空與搖青處理對茶葉中的非揮發性成分影響
1.1 PCA
基于非監督模式下的PCA對3 組實驗樣品進行了分析,結果如圖1所示。從PCA得分圖(圖1A)可以看出,Control、ZK和ZK+YQ 3 組化合物能較好地分開,說明該3 組樣品中理化成分存在較大差異,表明真空與搖青處理對隴南白茶中氨基酸、兒茶素類等成分影響較大。通過單因素方差分析數據顯示,除Ala、C、EC、Met和Theanine外,其他生化成分在真空方式處理下均存在顯著性差異(P<0.05)。從載荷圖(圖1B)可以看出,大部分化合物在Control組中含量較高,而Met、Gly和GABA在實驗組中含量較高。
為了更加直觀地展示不同真空處理對茶葉成分含量變化的影響,繪制HCA熱圖以反映真空和搖青工藝下茶葉中營養成分的變化情況。如圖2所示,ZK和ZK+YQ聚為一類,Control組聚為一類,表明2 個實驗組間化合物差異較小,而與對照組存在較大差異。GABA、Gly、Met、GA、Cys和總游離氨基酸經真空處理后含量顯著上升,且搖青處理進一步提升了GABA和Gly的含量;而大部分游離氨基酸和兒茶素類經真空處理后含量呈下降趨勢。
1.2 OPLS-DA
為分析真空和搖青處理對隴南白茶中關鍵理化成分的影響規律,采用OPLS-DA對Control和ZK、Control和ZK+YQ、ZK和ZK+YQ進行兩兩比較實驗,得分圖和S曲線如圖3所示。同時采用R2和Q2對OPLS-DA模型進行評估,結果顯示,在所有預測模型中R2≥0.956和Q2≥0.994,表明其擬合能力和預測能力較好。同時,采用排列實驗對模型進行了N=200的置換檢驗,表明模型質量較好。
從圖3A可以看出,3 組樣品間理化成分均存在顯著差異。從圖3B1、B2可以看出,與Control組相比,ZK和ZK+YQ組中理化成分變化規律較為一致。其中,GABA、Gly、Met均發生了上調,尤其是GABA。其中,ZK+YQ組GABA含量高達1.54 mg/g(P<0.05),與肖艷琴等的研究接近(1.52 mg/g)。GABA在茶葉中的合成主要涉及2 個關鍵途徑:GABA分流途徑和多胺降解途徑。有研究表明,缺氧處理使得茶葉中GABA的濃度相較于新鮮茶葉提高了約20 倍。這一顯著增加主要由于GAD和二胺氧化酶活性的增強。GAD基因(CsGAD1和CsGAD2)是缺氧環境中關鍵基因,在缺氧環境中表達顯著上調;此外,缺氧還會導致用于GABA合成的底物的濃度增加,包括精胺等多胺類物質。傳統白茶加工工藝下生產的茶葉,其鮮葉處于有氧環境,致使三羧酸循環加強,琥珀酸進一步被消耗,進而降低GABA含量。因此,真空處理可提高茶葉中GABA的含量,同時GABA前體物質茶氨酸、谷氨酸等進一步水解,致使其含量降低。
與Control組相比,ZK和ZK+YQ組中大部分化合物發生下調,尤其是EGC、EGCG和Asn。其中,與Control組相比,ZK和ZK+YQ處理中EGCG含量在兒茶素類化合物中下降幅度最大,分別下降54.95%和75.40%。總體來看,ZK和ZK+YQ處理顯著減少了白茶中酯型和非酯型兒茶素類的含量,這與厭氧處理下紫娟茶的下降趨勢一致,這可能是由于,一方面真空低氧條件導致茶多酚氧化酶分泌,從而氧化茶多酚,減少了其在茶葉中的含量;另一方面,真空處理對茶鮮葉造成損傷,同時在茶葉加工過程中,萎凋促使茶葉中茶多酚的氧化,生成茶黃素等色素類成分,導致酚類物質大量減少。因此,ZK和ZK+YQ處理的茶葉兒茶素類含量較低,這與經搖青處理后的丹桂秋季白茶中兒茶素類含量降低一致。研究表明,兒茶素類中EGCG、ECG、C、EGC、GG、GC是茶葉中呈苦澀味的主要化合物,因此,與Control組相比,經真空和先真空后搖青處理的隴南白茶相比于對照組苦澀味較低,口感更為柔和。
此外,ZK和ZK+YQ組中,茶葉中大部分游離氨基酸呈下調趨勢,與Control組相比,ZK+YQ組總氨基酸含量減少了33.43%。具體來看,ZK+YQ組中Asp、Glu、Asn、Ser、Gln、Thr、Pro、Val、Ile、Leu、Phe和Tyr等氨基酸含量下降幅度為31.19%~78.49%,這與林智等的實驗結果一致。究其原因,可能是厭氧條件下,糖酵解發酵取代三羧酸循環,氨基酸合成前體物質α-酮戊二酸和草酰乙酸被中斷,氨基酸的來源只能通過蛋白質水解,其降解消耗速度超過合成速度,導致厭氧后氨基酸總量下降。王芳研究發現GABA白茶的茶多酚和氨基酸含量均下降,這與本研究結果一致。
與ZK組相比,ZK+YQ組中除GABA和Gly外,大部分化合物下調。原因可能是由于搖青過程中,茶葉細胞壁的機械破裂增強了細胞內物質的釋放,激活了相關的酶促反應,如GAD的活性提升,從而促進了GABA和Gly的合成。另一方面,可能是在搖青過程中Leu等氨基酸參與香氣物質的合成,進而呈下調趨勢。
2 真空與搖青處理對茶葉中的揮發性成分影響
2.1 不同加工方式下茶葉的感官評審分析
根據研究目的對不同加工方式下加工的隴南白茶進行感官審評最終評審結果如表1所示。Control組綜合得分為86.2 分,ZK組為85 分,ZK+YQ組為87.25 分。不同加工方式下生產的隴南白茶呈現出不同的特點。Control組香氣以尚濃、果香、略青為主,口感尚甘醇、微苦澀;ZK香氣以尚濃、甜果香、微青、微悶為主,口感較甘醇、微澀,并且葉底色澤較軟尚勻、紅綠相間;而ZK+YQ香氣以較濃純、有甜果香、略有花香為主,口感則呈現出甘醇。
2.2不同加工方式下茶葉的揮發性成分數量比較與分析
采用頂空固相微萃取方法對隴南白茶的揮發性成分進行分析,將色譜峰和RI值進行比較分析后,共鑒定出125~197 種揮發性成分。根據化合物主要功能團的不同,將檢測到的揮發性成分分為8大類,包括呋喃類、萜烯類、酮類、酯類、脂肪酸、醇類、醛類和其他類化合物;Control組鑒定出125 種揮發性成分,ZK茶葉中檢測到190種揮發性成分,ZK+YQ茶葉中檢測到185 種揮發性成分,結果如圖4所示。不同加工處理產生的白茶揮發性成分特征不同。白茶在不同的加工處理過程中產生了揮發性成分其前體成分含量改變,導致揮發性化合物濃度發生變化,從而改變了香氣特征的強度。
與Control組相比,ZK組中醇類、酯類和萜烯類等數量增加,尤其是醇類和酯類,真空環境能夠抑制醇類的氧化反應,增強糖苷與功能團結合,可以有效減少醇類化合物的揮發和降解。同樣與Control組相比,ZK+YQ樣品中醇類、酯類和酮類等揮發性成分數量增加;而與ZK組相比,ZK+YQ樣品中醇類物質數量增加,但酯類化合物數量較少。有研究表明,云南產區的景谷大白茶的主要香氣成分是芳樟醇、香葉醇、苯乙醇、α-萜品醇等物質,與本實驗結果較為一致。其中,Control組樣品中苯乙醇和香葉醇含量較為豐富,而芳樟醇在ZK+YQ樣品含量最高。芳樟醇是茶葉中含量普遍較高的單萜類化合物,具有較低的香氣閾值和宜人的香氣,通常以對映異構體的形式存在,分布特征與茶樹品種、產地及加工工藝密切相關,且不同構型的氣味特征存在差異。研究表明,福鼎白茶中醇類物質多以S型芳樟醇的形式存在,然而隴南白茶中芳樟醇的優勢構型尚未明確,后續需要進一步開展研究。真空和搖青處理促進了茶葉中氨基酸的轉化,進而增加了醇類和醛類物質的轉化與積累。如苯丙氨酸等游離氨基酸在茶葉加工過程中經脫氫脫羧后形成苯乙醛等揮發性成分,進而轉化成苯乙醇等具有良好氣味的香氣成分;而亮氨酸等氨基酸參與紫羅酮系化合物等關鍵香氣物質的合成、降解與轉化。不同揮發性化合物的相對含量直接影響每個樣品的香氣特征,進一步證實了化學成分在茶葉香氣中的重要作用。
2.3 不同加工方式下茶葉的揮發性成分種類及相對含量對比
基于OPLS-DA模型,采用P<0.05、變量投影重要性(VIP)>1.0為標準,對茶葉的不同加工過程中的差異性揮發成分進行篩選,共鑒定出36 種關鍵呈香成分。為了更加直觀顯示真空處理對茶葉揮發性成分含量的影響,對36 種關鍵揮發性成分對其進行熱圖繪制(圖5)。
與Control組相比,ZK組的茶葉中二糠基二硫醚和二甲基硫醚等物質含量明顯增加。在厭氧或真空條件下,茶葉中的脂肪酸、糖類和氨基酸代謝途徑發生顯著變化,導致揮發性成分的積累。如糠醛源于糖類的熱解和脫水反應,厭氧條件下糖分代謝的變化加速了其生成。以往研究表明,厭氧加工過程茶葉會產生刺鼻的氣味,但尚未明確具體揮發性成分。本研究發現,二糠基二硫醚和壬醛相比于Control組增加20.27%和17.68%。二糠基二硫屬于硫化物類化合物,帶有顯著的硫味,一般與辛辣刺激有關,通常伴隨著烤面包、焦糖、堅果、烘焙食品等香氣。由于二硫鍵的存在,二糠基二硫比單硫化物具有更強烈的味道和香氣。濃度過高時,可能產生類似燒焦、焦苦的味道,帶有硫化物的刺鼻氣息,令人不悅。但這種物質具體濃度界限尚未明確,需進一步探究。
與Control組相比,ZK+YQ組的茶葉樣品中水楊酸甲酯、芳樟醇、苯甲醛和(E)-呋喃類芳樟醇氧化物含量顯著增加。水楊酸是Phe代謝途徑的產物,搖青過程中,茶葉內的酯酶類催化劑加速了水楊酸與甲醇的酯化反應,生成水楊酸甲酯。而在后續萎凋過程中隨著茶葉的失水和緩慢氧化,糖苷類水解產生的水楊酸甲酯等主要的呈香物質顯著增加。芳樟醇是烏龍茶中的典型花香成分,屬于萜烯類物質,通過前體物如香葉醇、橙花醇等的轉化生成。搖青過程中的細胞破損促使萜類前體通過氧化酶和異構酶發生進一步的轉化反應,促進了氧化反應,芳樟醇在此過程中逐步釋放,形成清新的花香氣息。苯丙氨酸在酶促作用下脫去氨基,生成肉桂酸衍生物,進一步通過氧化反應生成苯甲醛,搖青時增強的氧化反應促使苯甲醛的生成,使其釋放杏仁和果香。
與ZK組的茶葉樣品相比,ZK+YQ組的茶葉水楊酸甲酯、苯乙醛、橙花醇和1-戊烯-3-醇等物質含量增加,另外新增(E)-呋喃類芳樟醇氧化物、棕櫚酸甲酯、(Z)-芳樟醇氧化物(呋喃)等揮發性成分。白茶中新增的揮發性成分主要與茶葉內部酶促及非酶促反應的調控變化密切相關。搖青使茶葉細胞輕微破損,細胞中的酶與基質相互接觸,催化多種揮發性香氣物質的生成。這與加入搖青工藝制成的丹桂秋季白茶的香氣成分較為一致,搖青處理新增了反式-橙花叔醇、己酸-順-3-己烯酯和4-己內酯等花香香氣物質,使茶葉香氣的層次感更加豐富。同時,二糠基二硫醚等茶葉揮發性成分含量下降,由此可減少不良氣味的產生。
2.4 不同加工方式下隴南白茶香氣成分OAV對比分析
白茶中揮發性成分的組成十分復雜,但是部分化合物的閾值較高或濃度較低,對白茶的香氣影響較小。因此,篩選香氣的關鍵活性化合物,系統地揭示白茶中重要的香氣成分至關重要。OAV可反映活性氣味和揮發性有機化合物對茶葉香氣的貢獻,當OAV>1時,化合物對香氣有重要貢獻,當0.1<OAV<1時,該化合物對香氣有修飾作用,而當OAV>10時,化合物則是重要香氣成分。
對不同加工方式的茶葉中關鍵揮發性成分的OAV進行計算,篩選出23 種OAV>1的揮發性成分,Control、ZK和ZK+YQ組分別篩選出19、16 種和17 種,進一步篩選OAV>10的化合物,其中香葉醇、芳樟醇、苯乙醛和苯甲醛等化合物是Control組的重要香氣成分,ZK組和ZK+YQ組中重要的香氣成分是芳樟醇、苯乙醛和橙花醇等化合物。
多種關鍵香氣化合物在3 種加工方式的茶葉中較為相同,如(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛等,但由于各成分的OAV各不相同,使得3 種加工方式下茶葉表現出不同的特征。如表2所示,在Control組中二糠基二硫(OAV=1 454.49,ACI=51.53%)的香氣貢獻最大,其次是3-己烯-1-醇(OAV=651.24,ACI=23.07%)和(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛(OAV=551.41,ACI=193%),這些物質具有堅果香和果香,使得Control組呈現偏重于堅果香氣,這與尤秋爽等研究云南白茶中關鍵香氣成分較為一致;二糠基二硫(OAV=2 932.83,ACI=78.23%)使得ZK的氣味呈現堅果、咖啡和肉香,但濃度過大時則產生刺激性氣味令人不適。而(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛(OAV=806.50,ACI=39.96%)、橙花醇(OAV=667.93,ACI=33.09%)和異戊醛(OAV=202.86,ACI=10.05%)是ZK+YQ組具有花香和果香味特征的主要來源,其中(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛具有檸檬味,橙花醇則呈現玫瑰香和花香,異戊醛具有蘋果香氣,因此ZK+YQ組的香氣側重于水果清香。
結論
茶葉經過真空和搖青處理后,其生化成分和揮發性成分種類及含量發生較大的變化。經真空或先真空后搖青處理的白茶中GABA含量顯著升高。但在實際操作中大批量茶葉具有厭氧條件雖具有一定的難度,可采用充惰性氣體或者真空袋抽真空等方式對茶葉鮮葉厭氧處理。與Control組相比,ZK組茶葉樣中二甲基硫和二糠基二硫的含量明顯增加,賦予真空組白茶刺激性氣味。值得注意的是,與ZK組樣品相比,先真空后搖青的茶葉樣品中橙花醇和1-戊烯-3-醇等醇類物質含量增加,二糠基二硫醚等揮發性成分含量減少,進一步通過OAV和ACI值分析鑒定,(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、橙花醇和異戊醛則賦予先真空后搖青的茶葉樣品更加濃厚的水果香氣;同時,先真空后搖青處理樣品中呈現苦澀味的兒茶素類物質含量下降,口感更加甜醇。而感官評審也表現出其香氣較濃純、有甜果香、略有花香,滋味甘醇的特性。因此,先真空后搖青的白茶加工工藝可在顯著提升茶葉中GABA含量的基礎上增加香氣物質的含量,改善茶葉關鍵香氣成分,具有更高的香氣質量,此工藝可為改善GABA茶整體品質奠定基礎。
作者簡介
通信作者:
劉平香,女,1990年11月,副研究員,博士研究生,畢業于中國農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所。長期從事農產品營養品質評價與控制研究,主要圍繞大蒜、蘆筍和茶葉等山東省特色農產品中的特征成分開展檢測方法開發、品質評價與質量控制提升等相關研究。近年來,主持國家自然科學基金青年項目、山東省重點研發計劃(重大科技創新工程)課題、山東省中央引導地方科技發展專項資金等項目7 項;先后參加茶產業技術體系、特色蔬菜產業技術體系、國家自然科學基金面上項目、山東省重點研發等多項研究工作。以第一作者或通信作者在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》《Food Chemistry》《食品科學》等國內外雜志發表學術論文17 篇,其中一區SCI論文9 篇,以第一位完成人制定農業行業標準1 項,參編著作1 部。與河北工程大學、山東農業工程學院等聯合培養碩士研究生、本科生6 人。
王玉濤,山東省農科院研究員,2020年入選泰山產業領軍人才。兼任中國綠色食品發展中心農產品品質規格營養功能評價濟南技術中心首席專家、國際食品法典中國聯絡處專家委員會崗位專家、全國農產品包裝標識領域技術應用崗位專家、山東省農業地方標準種植業標準化技術委員會秘書長、青島市食品科學技術學會理事。
先后主持國家農產品質量安全風險評估重大專項2 項、山東省重點研發計劃3 項、山東省農業科技資金項目1 項、山東省技術創新引導計劃1 項、山東省自然科學基金2 項,主持項目立項經費3000余萬元;發表學術論文23 篇,獲得國家發明專利9 項,主持或參與起草農業行業標準、山東省地方標準等共12 項,獲得軟件著作權4 項,參編著作6 部,獲山東省科技進步一等獎1 項,中華農業科技獎二等獎1 項、三等獎各1 項,山東省農牧漁業豐收獎二等獎1 項,山東省食品科學技術學會科學技術一等獎1 項。
第一作者:
李永華,2022—2025年河北工程大學食品加工與安全碩士研究生在讀,2025年1月獲得農業碩士研究生,研究方向為食品營養品質評價與控制。
本文《 真空與搖青對隴南白茶風味物質基礎的影響》來源于《食品科學》2025年46卷第8期189 -197頁,作者: 李永華,吳鵬,徐建寒,苑學霞,張琳,高 瑞,畢京秀,江育瑩,趙 彤,郝海寧,王惠軍,劉平香*,王玉濤*。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20241107-046. http://www.spkx.net.cn。點擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關信息。
實習編輯:申婧婧;責任編輯:張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網。
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