基于單萜類香氣組分的工夫紅茶發酵適度判別

何華鋒，桂安輝，葉陽*

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基于單萜類香氣組分的工夫紅茶發酵適度判別

何華鋒1，桂安輝2，葉陽1*

1. 中國農業科學院茶葉研究所，浙江 杭州 310008；2. 湖北省農業科學院果樹茶葉研究所，湖北 武漢 430064

單萜及其衍生物是茶葉香氣成分的重要組成，也是表征香氣適宜的重要指標。文章對工夫紅茶發酵進程中，香氣組分變化進行了全程取樣分析。通過感官品質評價，定性工夫紅茶發酵程度；借助氣相色譜-質譜法（GC-MS）手段，分析發酵過程香氣組分，結合化學結構特征，篩選出單萜及其衍生物21種；運用偏最小二乘法判別分析（PLS-DA），實現工夫紅茶發酵程度的有效預判，并計算出相關性顯著的5個單萜類香氣組分。研究結果為工夫紅茶發酵工序的反饋性調控，提供了理論保障。

單萜；發酵；判別；適度；工夫紅茶

發酵工序是形成工夫紅茶特有的色、香、味等品質特征的決定性過程[1]。其實質是茶樹鮮葉內含品質成分的氧化水解過程。受揉捻工序的機械外力作用，茶樹鮮葉細胞組織破壞，內含物質在內源酶的促進作用下發生一系列氧化、聚合、縮合等反應，期間會形成諸如茶黃素、茶紅素等影響紅茶品質的關鍵成分[2]。而決定工夫紅茶特征香型的物質基礎也是在發酵過程中逐漸形成，其嗅覺感受變化體現為香氣由青草氣—清香—花香—果香—熟香的漸變過程。

然而，工夫紅茶的發酵進程受溫度、相對濕度、供氧量、pH值、時間等諸多因子影響[3-5]。生產上，工夫紅茶發酵程度的控制主要依賴制茶人員的經驗，通過觀察發酵葉的顏色和辨別茶香來判定發酵程度，缺乏科學性與準確性[6]。Ghosh等[7]應用電子鼻技術對紅碎茶發酵進行監測的過程中發現，香氣變化的檢測結果與紅碎茶的發酵適度存在一定的相關性。因此，藉由發酵過程中香氣的變化可以進行工夫紅茶發酵適度的預測。

以芳樟醇、香葉醇以及檸檬烯等為典型成分的單萜類化合物是構成茶葉香氣的基礎物質，其含量組成決定了茶葉的特征香型[8]。而芳樟醇及其氧化產物被認為與茶樹的品種、加工過程、鮮葉老嫩有關，其含量可在一定程度上反映出茶葉等級，含量越高，品質越好[9]。在對單萜烯醇與茶樹品系特異性的分析中，以芳樟醇/（芳樟醇+香葉醇）所表征的萜烯指數T可用來作為無性系分類的重要指標[10]。另一方面，分析單萜類香氣的組成可知，依據化學結構特點，單萜類化合物官能團存在雙鍵、羥基、醛基、羧基等不同氧化態，在工夫紅茶的發酵進程中，官能團氧化態的逐漸升高與發酵的耗氧需求是一致的。所以說，單萜類香氣組分對于研究分析工夫紅茶香氣的形成，科學調控工夫紅茶的發酵進程具有重要意義。

基于此，文章對浙江中小葉種工夫紅茶發酵全過程跟蹤分析，以期提出一種基于單萜類香氣組分預測工夫紅茶發酵適度的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗原料和試驗設備

試驗原料：鳩坑品種，以一芽一二葉為主，采自浙江更香有機茶業開發有限公司有機茶園基地。試驗設備：連續化富氧發酵機（自主研發）、6CR-40型揉捻機（浙江綠峰機械有限公司）、6CH-3烘干機（浙江衢州高山茶機廠）、RHXL3SD型溫濕度記錄儀（日本Omron公司）、氣質聯用分析儀（Agilent 7890A/5975C）。

1.2 試驗方法

1.2.1 發酵過程樣制備

在工夫紅茶萎凋、揉捻、干燥等加工工序條件保持一致的前提下，以自主研發的數字化富氧發酵機作為試驗平臺，開展工夫紅茶發酵過程樣制備。發酵條件設置：相對濕度設定為90%，溫度30℃，發酵時間300?min，發酵過程中每30?min取樣1次，取樣100?g于液氮中冷凍保存，用于理化及香氣成分檢測；同時取樣200?g進行干燥、冷卻、保存，用于感官品質評價，共計取樣11次。

1.2.2 香氣成分檢測

采用頂空固相微萃取法（HS-SPME）進行香氣組分富集，結合GC-MS技術實現發酵過程樣香氣組分的定性定量分析。

稱取磨碎茶樣1.00?g裝入50?mL的樣品瓶中，加入3?mL沸騰超純水，加蓋密封，于60℃水浴鍋中平衡10?min，固相微萃取吸附50?min后，于氣質聯用儀進樣口230℃解吸附3.5?min進行GC-MS分析。

GC條件：DB-5MS（30?m×0.25?mm×0.25?μm）彈性石英毛細管色譜柱。程序升溫：50℃保持2?min，以3℃·min-1升至80℃；以2℃·min-1升至180℃；以10℃·min-1升至230℃，保持5?min；柱箱50.0℃，進樣口溫度為230.0℃；載氣流速1.2?mL·min-1。進樣方式為不分流進樣，載氣為He。

MS條件：EI源，電子能量70?eV；離子源溫度230℃；質譜接口溫度230℃；質量掃描范圍35~400?u。

1.2.3 感官品質評價

參照標準GB/T 23776—2009，對制得的工夫紅茶外形、湯色、香氣、滋味、葉底5項感官品質進行評價，各感官因子的權重分別為25%、10%、25%、30%、10%，為回避其他工序造成的影響，將外形、葉底統一賦值85分。

2 結果分析

如表1所示，發酵過程中的取樣經統一的干燥條件與方式制得工夫紅茶毛茶，并經密碼審評、加權得分，得到其感官品質總分。

分析可知，發酵進行0、30、60、90?min品質改變不大；至120?min時，感官品質總得分最高，可視為發酵最佳；隨后，感官品質總得分逐漸降低，表明發酵程度逐漸加深，工夫紅茶品質受到影響。

另一方面，對發酵過程中茶葉香氣組分采用GC-MS進行分析，參考標準譜圖（NIST14）檢索，共分離鑒別出化合物73種。根據其化學結構特征，篩選出單萜及衍生物21種，并采用相對定量計算出各發酵時段其在香氣總量中的占比（表2）。

表1 工夫紅茶發酵樣品感官審評結果及發酵程度等級評定

基于此，將以上21種單萜及其衍生物香氣組分作為變量，采用PLS-DA法對發酵過程在制品進行聚類分析。如圖1所示，可有效地將工夫紅茶發酵在制品區分為4個區域，其中：0、30、60、90?min集中于綠色區域，可視為發酵不足；120?min單獨居于紅色區域，視為發酵最適宜區；150、180、210、240、270?min則相對集中的處于深紅色區域，視為發酵適宜區域；300?min則較為偏離，處于紫色區域，可認為是發酵過度。這一判別結果與感官品質的得分較為吻合。

進一步分析單萜及其衍生物對工夫紅茶發酵適度判別的貢獻可知，異胡薄荷醇、芳樟醇氧化物III、芳樟醇氧化物II、橙花叔醇、g-吡喃酮烯、月桂烯是相關性前5位的化合物。

3 討論

通過對發酵在制品全程取樣分析，基于感官品質評價將發酵進程劃分為發酵不足、發酵適宜、發酵過度3個階段。然后，通過GC-MS對發酵過程中在制品的香氣組分進行分析，共分離鑒定出香氣化合物73種；依據化學結構特征，篩選出單萜及其衍生物21種，進一步借助PLS-DA分析，成功實現對發酵程度的預測。此外，通過計算得出異胡薄荷醇、芳樟醇氧化物III、芳樟醇氧化物II、橙花叔醇、g-吡喃酮烯、月桂烯是與發酵適度相關性較顯著的前5位單萜類化合物。

[1] Pou K R J. Fermentation: the key step in the processing of black tea [J]. J of Biosystems Eng, 2016, 41(2): 85-92.

[2] 俞露婷. 紅茶模擬發酵工序茶黃素形成調控基礎研究[D]. 北京: 中國農業科學院, 2016.

[3] 馮林. 工夫紅茶通氣氧發酵技術及其化學成分變化研究[D]. 重慶: 西南大學, 2012.

[4] Wahab S, Ullah F, Khattak M K, et al. Impact of temperature and fermentation period on the overall quality of black tea [J]. Pure Appl Biol, 2016, 5(4): 1278-1287.

[5] 陳國寶, 邵靜娜, 吳全聰, 等. 工夫紅茶發酵過程影響品質因子分析研究[J]. 中國茶葉, 2014(5): 16-18.

[6] 錢園鳳, 葉陽, 周小芬. 紅茶發酵技術研究現狀分析[J]. 食品工業科技, 2012, 33(23): 388-392.

[7] Ghosh S, Tudu B, Bhattachaarrya N, et al. A recurrent Elman network in conjunction with an electronic nose for fast prediction of optimum fermentation time of black tea [J]. Neural Computing and Applications, 2017. DOI: 10.1007/s00521-017-3072-y.

[8] 吳勇. 萜烯類化合物與茶葉香氣[J]. 化學工程與裝備, 2009(11): 123-125.

[9] 沈生榮, 楊賢強. 不同等級龍井茶香氣成分的研究[J]. 福建茶葉, 1989(4): 25-30.

[10] 竹尾忠一. 茶樹種間香氣特征和茶樹系統變異同單萜烯醇的關系[J]. 國外農學: 茶葉, 1985(1): 13-15.

Discrimination of Fermenting Degree of Congou Black Tea Based on Monoterpenoid

HE Huafeng1, GUI Anhui2, YE Yang1*

1. Tea Research Institute, CAAS, Hangzhou 310008, China; 2. Institute of Fruit & Tea, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China

As the basic constituents, monoterpenoids are important indicators for the tea aromatic quality. The time course changes of aromatic components were tracking analyzed throughout the fermentation process. Based on organoleptic evaluation, degree of fermentation was classified qualitatively. Using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), compositions of aroma were screened during fermentation, and 21 monoterpenoids were discriminated by taking chemical structure into consideration. Employing partial least squares discrimination analysis (PLS-DA) to analyze, effective prejudgment of the fermenting degrees was obtained. Five compounds of the monoterpenoids were calculated as the crucial compositions in connection with the prognosis. Result of the research would be the theoretic guarantee for the feedback control of fermentation process of Congou black tea.

monoterpenoid, fermentation, discrimination, moderation, Congou black tea

TS272.5+2

A

1000-369X(2018)04-406-04

2017-12-18

2018-01-04

中央級科研院所基本科研業務費專項項目（1610212016020）、浙江省重點研發計劃項目（2015C02001）、杭州市科研院所技術開發研究專項（20152231E13）

何華鋒，男，助理研究員，博士，研究方向為茶葉品質化學與資源化利用。*通信作者：yeyang@tricaas.com