空氣濕度調控不同味覺特征的茶樹氨基酸含量研究

譚夢 向萍 朱秋芳 黃嘉欣 劉江洪 盛蕾蕾 王星劍 林金科,3

（福建農林大學園藝學院，福建 福州 350002；福建省中科生物股份有限公司，福建 泉州 362411；福建農林大學安溪茶學院，福建 福州 350002）

氨基酸在茶葉加工中參與茶葉香氣的形成，它所轉化而成的揮發性醛或其他產物，都是茶葉香氣的成分。此外，氨基酸對茶葉的鮮味與香味有著積極作用，甚至對滋味也有著重要影響，是構成茶葉品質的重要生化成分之一[1-2]。目前，茶葉中已發現的氨基酸有26 種，根據結構分類，可分為蛋白質氨基酸與非蛋白氨基酸；根據味覺特征分類可分為甜味、苦味、鮮味、芳香類等風味[3-6]。據研究發現提高茶園中的空氣濕度能夠提高氨基酸總量，多通過遮陰、覆蓋遮陽網等措施來達到提高空氣濕度[7-11]。

本研究通過室內栽培茶樹，控制溫度、光強等生態因子變量，分析單因素空氣濕度調控茶鮮葉氨基酸組分含量，先根據不同味覺特征分析空氣濕度調控氨基酸組分含量，再結合主成分分析和聚類分析不同空氣濕度處理時氨基酸組分的特征，旨在為田間栽培茶樹的空氣濕度調控不同味覺特征的氨基酸提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

試驗于2019 年9 月到 2020 年11 月在福建省中科生物股份有限公司廠房進行室內栽培，試驗茶樹品種為1 年生“黃旦”茶樹，購于安溪縣千鶴茶場。采用育苗袋基質栽培，將茶苗放置在不同空氣濕度處理下的房間栽培，溫度、光（光強、光質）、基質濕度、CO2含量等生態因子均保持一致，采一芽一葉烘干保存。

儀器：Waters Acquity UPLC H-Class 超高效液相色譜儀, Waters ACCQ-TAG ULTRA C18 色譜柱（2.1mm×100mm，C18-1.7μm）；（高精度分析天平（感重：0.00001g）； 離心機（轉速：4500r/min,10min）；混勻器；真空過濾器（濾膜0.45μm）；移液管等。分析天平（感重0.0001g）；高通量組織碾磨機（2.5mm 鋼珠，22P，3min）；數顯恒溫水浴鍋（100℃）。

1.2 氨基酸檢測方法

1.2.1 原料處理同GBT 8314-2013 茶 游離氨基酸總量的測定。母液于4500rpm 離心10min，上清液過0.45μm 濾膜。

1.2.2 檢測方法參照UPLC 衍生化法氨基酸檢測方法。

1.3 數據處理方法

實驗數據以平均值±標準偏差表示；使用SPSS 20.0 軟件對空氣濕度調控下13 種味覺特征氨基酸組分和含量進行數據處理，進行主成分分析和聚類分析，研究空氣濕度調控氨基酸組分的差異。

2 結果與分析

2.1 不同空氣濕度處理下氨基酸總量及高占比的氨基酸組分差異

不同空氣濕度調控氨基酸結果如表1 所示，根據各個氨基酸組分含量大小分析得出，其中氨基酸組分中，含量與占比較高的氨基酸組分為茶氨酸＞谷氨酸＞絲氨酸＞纈氨酸＞脯氨酸。氨基酸總量與茶氨酸含量、茶氨酸含量占比均在空氣濕度90%處理下最高，與40%、50%、70%空氣濕度處理的含量與占比呈極顯著水平差異；谷氨酸占比在空氣濕度70%時最高，與其余處理呈極顯著水平差異，谷氨酸含量在高空氣濕度（50%、70%、90%）較高，峰值出現在空氣濕度為50%時；絲氨酸含量與占比均在空氣濕度50%時最高，與其余處理呈極顯著水平差異；纈氨酸占比在空氣濕度較低時較高，但是從含量上比較而言，纈氨酸在不同空氣濕度處理下無顯著水平差異；脯氨酸在不同濕度處理下占比無顯著水平差異，含量在空氣濕度90%時最高，與其余處理呈極顯著水平差異。由此可知，高空氣濕度有利于增加茶鮮葉中的氨基酸總量、茶氨酸含量、茶氨酸占比、脯氨酸含量；空氣濕度為50%時，適合增加谷氨酸與絲氨酸的含量；空氣濕度對纈氨酸含量影響不明顯。

表1 不同空氣濕度處理下氨基酸總量與主要氨基酸組分占比表

2.2 空氣濕度調控茶樹游離氨基酸滋味特征分布分析

分別從甜味、苦味、鮮味、芳香類四個滋味風味分類的氨基酸組分分析不同空氣濕度調控室內栽培茶樹茶鮮葉品質的結果。

2.2.1 空氣濕度調控茶樹甜味氨基酸組分

茶葉甜味氨基酸組分包括Thea 茶氨酸、Thr 蘇氨酸、Ser 絲氨酸、Ala 丙氨酸、Pro 脯氨酸、Gly 甘氨酸，根據圖1 分析不同甜味氨基酸組分在空氣濕度調控下的含量變化。其中茶氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、脯氨酸均在空氣濕度90%時含量最高，與甜味組分滋味氨基酸總量的趨勢保持一致，且均與40%、50%、70%處理下呈極顯著差異。甘氨酸在空氣濕度70%時含量最高，與空氣濕度50%處理含量無顯著差異，與空氣濕度極端處理（40%、90%）呈極顯著差異。絲氨酸在空氣濕度50%時含量最高，與其余處理（40%、70%、90%）呈極顯著差異。由此可知，茶氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、脯氨酸這四類氨基酸極有可能是90%空氣濕度處理下甜味氨基酸出現最高值的主要貢獻氨基酸，甘氨酸、蘇氨酸是50%空氣濕度處理下甜味氨基酸出現第二峰值的主要貢獻氨基酸。因此，可通過調控茶樹空氣濕度生長環境為高濕環境來調控茶樹甜味氨基酸成分的峰值，以此來調控茶葉品質。

圖1 空氣濕度調控甜味氨基酸含量

2.2.2 空氣濕度調控茶樹苦味氨基酸組分

茶葉苦味氨基酸包括Val 纈氨酸、His 組氨酸、Arg 精氨酸、Lys 賴氨酸、Tyr 酪氨酸，根據圖2 分析不同苦味氨基酸組分在空氣濕度調控下的含量變化。其中酪氨酸在空氣濕度50%時含量最高、纈氨酸在空氣濕度90%時含量最高，但是這兩類氨基酸不同空氣濕度調控下，含量均無顯著變化。賴氨酸與組氨酸均在空氣濕度40%時含量最高，與其余空氣濕度處理相比，賴氨酸含量達到極顯著差異，組氨酸含量與空氣濕度90%處理相比達到了顯著差異，與空氣濕度50%、70%處理比較達到了極顯著差異。而其中的精氨酸含量在空氣濕度50%時最高，且與其他處理組相比呈極顯著差異。苦味氨基酸總量在空氣濕度40%時出現最高值與空氣濕度50%、90%無顯著差異，與空氣濕度70%時呈極顯著差異。由此，可知賴氨酸與組氨酸是苦味氨基酸在空氣濕度40%時出現峰值的主要貢獻氨基酸。

圖2 空氣濕度調控苦味氨基酸含量

2.2.3 空氣濕度調控茶樹鮮味氨基酸組分

茶葉鮮味氨基酸組分包括Asp 天冬氨酸、Glu 谷氨酸、Thea 茶氨酸，根據圖3 分析不同鮮味氨基酸組分在空氣濕度調控下的含量變化。其中茶氨酸、天冬氨酸均在空氣濕度90%含量最高，茶氨酸在空氣濕度90%時與其他空氣濕度處理呈極顯著差異，而天冬氨酸與空氣濕度50%比較有顯著差異、40%比較有極顯著差異。谷氨酸在空氣濕度50%時含量最高，與空氣濕度70%、90%處理時無顯著差異，與空氣濕度40%處理有極顯著差異。而鮮味氨基酸總量在空氣濕度90%時最高，與空氣濕度50%處理時呈顯著差異，與其他處理呈極顯著差異。由此可知，茶氨酸、天冬氨酸、谷氨酸是鮮味氨基酸在高空氣濕度含量較高的主要貢獻氨基酸組分。

圖3 空氣濕度調控鮮味氨基酸含量

2.2.4 空氣濕度調控茶樹芳香類氨基酸組分

芳香類氨基酸包括Arg 精氨酸、Lys 賴氨酸、Thr 蘇氨酸、Gly 甘氨酸、Val 纈氨酸，根據圖4 分析不同芳香類氨基酸組分在空氣濕度調控下的含量變化，可得出空氣濕度調控對芳香類氨基酸無明顯作用。

圖4 空氣濕度調控芳香類氨基酸含量

2.3 空氣濕度調控茶鮮葉氨基酸組分主成分分析與聚類分析

先對茶鮮葉中的13 種滋味氨基酸進行主成分分析，以確定對茶鮮葉影響較大的氨基酸組分。前三個主成分累計率達到79.18%，較大地保留了原始信息，故選取了前三個主成分進行分析。

從主成分分析圖（5-6）中可以看出，第一主成分主要綜合了脯氨酸、茶氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、組氨酸等信息，大多是甜味氨基酸的貢獻氨基酸；第二主成分綜合了天冬氨酸、谷氨酸、蘇氨酸三種氨基酸，屬于鮮味與芳香類氨基酸；第三主成分綜合了精氨酸、纈氨酸兩種氨基酸，既屬于苦味氨基酸，也屬于芳香類氨基酸。主成分分析可得出其綜合評價函數為F=0.534＊F1+0.289＊F2+0.177＊F3。根據圖6 分析，在第一主成分中，空氣濕度90%處理時，得分最高，即脯氨酸、茶氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、組氨酸含量較高，甜味較高；在第二主成分中，得分最高的是空氣濕度50%，即天冬氨酸、谷氨酸、蘇氨酸，即鮮味與芳香類氨基酸較高；在第三主成分中，得分最高的是空氣濕度50%時，即精氨酸、纈氨酸含量較高，苦味與芳香類氨基酸較高。在不同濕度調控中，空氣濕度90%時，綜合評價最高，說明在該空氣濕度條件下，茶鮮葉的氨基酸品質質量較好，在空氣濕度70%時，綜合得分最低，說明在該空氣濕度氨基酸綜合品質質量較低。

圖5 不同空氣濕度處理主成分分布圖

圖6 各氨基酸組分主成分分布圖

對不同空氣濕度調控下的13 種滋味氨基酸進行聚類分析，得到圖7。根據圖7 可知，空氣濕度90%條件下的氨基酸組分分為第一大類，空氣濕度40%、50%、70%時為第二大類。聚類分析與主成分分析結果相一致，由此可知，空氣濕度調控不同味覺特征的氨基酸組分具有較好的指導意義，通過樣本的氨基酸組分含量的綜合值可以將不同空氣濕度調控的不同茶鮮葉品質區分開。

圖7 空氣濕度調控不同味覺特征的氨基酸組分的聚類圖

3 結論

近年來，對于生態因子調控氨基酸的研究以及氨基酸評價茶葉品質的方法都在逐年增加[12-16]。有研究了滇產4 種茶樣中的游離氨基酸組分進行了風味特征的分類[3]，有研究了游離氨基酸組分對白茶滋味品質的影響及通過氨基酸組分實現了白茶品類的判別[5]，也有通過主成分分析和聚類分析判斷茶葉品質[17]。

本文通過研究空氣濕度調控氨基酸組分，采用UPLC 方法測定茶鮮葉中的氨基酸組分含量，最終檢測出13種氨基酸組分，分成甜味、苦味、鮮味、芳香類四種味覺特征的氨基酸組分，根據方差分析結果可知，游離氨基酸總量、甜味氨基酸總量、鮮味氨基酸總量在空氣濕度90%時含量最高，甜味氨基酸總量與其余處理相比呈極顯著差異，鮮味氨基酸總量與其余空氣濕度處理相比呈顯著差異；苦味氨基酸在空氣濕度40%是含量最高；而空氣濕度調控對芳香類氨基酸總量影響無顯著差異。結合主成分分析、聚類分析與方差分析結果一致，均能得出結論，在空氣濕度90%處理時，其綜合評價最高，甜味氨基酸占比較高。

茶樹氨基酸含量一般占茶樹鮮葉的1%～4%，白曉麗等研究表明，茶樹種質資源的氨基酸含量取值范圍為318.31～2268.867 mg/100g 即茶鮮葉的0.318%～2.269%[18-19]（見圖8-9）。推測可能在本次試驗中，為保證茶苗生長條件一致，茶苗栽培是在人工氣候室進行的，茶苗在高濕環境下基質失重較慢，相應的統一補充營養液較少，可能N 元素補充不足，導致在本次試驗中檢測出的茶樹氨基酸含量普遍偏低，總量占茶鮮葉的0.599%～0.745%，但是在合理范疇。

綜上所述，根據方差分析、主成分分析、聚類分析的結果，建立人工氣候室，空氣調控不同味覺特征的氨基酸在實際栽培過程中的空氣濕度控制具有較好的指導意義，且不同氨基酸組分含量的綜合評價值可以區分茶鮮葉的品質特征。

圖8 臺灣當地25 種茶樹種質資源的氨基酸含量圖

圖9 四個茶樹品種引種武夷山的氨基酸含量圖